NO168432B - DRAINAGE CATODECEL FOR ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXYDE TO ALUMINUM - Google Patents

DRAINAGE CATODECEL FOR ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXYDE TO ALUMINUM Download PDF

Info

Publication number
NO168432B
NO168432B NO844025A NO844025A NO168432B NO 168432 B NO168432 B NO 168432B NO 844025 A NO844025 A NO 844025A NO 844025 A NO844025 A NO 844025A NO 168432 B NO168432 B NO 168432B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
cathode
anode
cell
bath
acd
Prior art date
Application number
NO844025A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO844025L (en
NO168432C (en
Inventor
Larry G Boxall
Bernard W Gamson
John A S Green
Stephen C Traugott
Original Assignee
Comalco Alu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US1984/000075 external-priority patent/WO1984003308A1/en
Application filed by Comalco Alu filed Critical Comalco Alu
Publication of NO844025L publication Critical patent/NO844025L/en
Publication of NO168432B publication Critical patent/NO168432B/en
Publication of NO168432C publication Critical patent/NO168432C/en

Links

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny dreneringskatodecelle for elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksyd til aluminium i et kryolittbasert bad inneholdende aluminiumoksyd. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en aluminiumproduserende elektrolysecelle hvor badelektrolytten er basert på natriumkryolitt, hvor problemene som skyldes redusert anode-til-katode-avstand som oppstår i de tidligere dreneringskatodeceller er løst ved at det induseres en spesiell type badstrøm i ACD-gapet der tilførselen av aluminiumoksyd lettes, på samme måte som fjernelsen av gassformige produkter, og det gjøres lettere å tappe av det produserte metall. Drift av forsøkselektrolysecellen har vist at det er mulig å tilveiebringe en rikelig tilførsel av oppløst aluminiumoksyd til elektrolysesonen, selv ved meget liten avstand mellom anode og katode. The present invention relates to a new drainage cathode cell for the electrolytic reduction of aluminum oxide to aluminum in a cryolite-based bath containing aluminum oxide. More specifically, the invention relates to an aluminum-producing electrolysis cell where the bath electrolyte is based on sodium cryolite, where the problems caused by reduced anode-to-cathode distance that occur in the previous drainage cathode cells are solved by inducing a special type of bath current in the ACD gap where the supply of aluminum oxide is facilitated, in the same way as the removal of gaseous products, and it is made easier to tap off the produced metal. Operation of the experimental electrolysis cell has shown that it is possible to provide an abundant supply of dissolved aluminum oxide to the electrolysis zone, even with a very small distance between anode and cathode.

En vanlig type elektrolysecelle for fremstilling av aluminium er den klassiske Hall-Heroult-utførelsen, som benytter karbonanoder og en i hovedsak flat karbonforet bunn som fungerer som en del av katodesystemet. Det benyttes en elektrolytt i denne fremstillingen av aluminium ved elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksyd, elektrolytten består hovedsakelig av smeltet kryolitt med oppløst aluminiumoksyd, A common type of electrolytic cell for the production of aluminum is the classic Hall-Heroult design, which uses carbon anodes and an essentially flat carbon-lined bottom that functions as part of the cathode system. An electrolyte is used in this production of aluminum by electrolytic reduction of aluminum oxide, the electrolyte mainly consists of molten cryolite with dissolved aluminum oxide,

og kan inneholde andre materialer som f.eks. kalsiumfluorid, aluminiumfluorid, og andre metallfluoridsalter. Smeltet aluminium som oppstår ved reduksjon av aluminiumoksyd får vanligvis akkumulere i bunnen av beholderen som utgjør elektrolysecellen, som en pute eller en dam av smeltet metall over den karbonforede bunnen, og utgjør derved en flytende metallkatode. Karbonanoder som strekker seg inn i beholderen, og kommer i kontakt med den smeltede elektrolytten, justeres relativt til den flytende metallkatode. Strømsamlerstenger, som f.eks. stål, er oftest støpt inn and may contain other materials such as e.g. calcium fluoride, aluminum fluoride, and other metal fluoride salts. Molten aluminum resulting from the reduction of alumina is usually allowed to accumulate at the bottom of the vessel constituting the electrolytic cell, as a pad or pool of molten metal over the carbon-lined bottom, thereby forming a liquid metal cathode. Carbon anodes that extend into the container and come into contact with the molten electrolyte are aligned relative to the liquid metal cathode. Current collector bars, such as e.g. steel, is most often cast in

i den karbonforede cellebunnen, og fullstendiggjør koplingen til katodesystemet. in the carbon-lined cell bottom, and completes the connection to the cathode system.

Selv om design og størrelser på Hall-Heroult-elektrolytiske celler varierer, har alle en relativt lav energivirkningsgrad, som varierer fra 35 til 45% avhengig av cellegeometri og drifts-forhold. Mens det teoretiske effektbehov for fremstilling av 1 kg aluminium er ca. 6,3 kWh, ligger effektforbruket i praksis i området fra 13,2-18,7 kWh/kg, med et industrielt gjennomsnitt på ca. 16,5 kWh/kg, med et industrielt fra teoretisk energiforbruk skyldes spenningstap i elektrolytten mellom anode og katode. Følgelig har man studert muligheten for å redusere anode-katode-avstanden (ACD). Although designs and sizes of Hall-Heroult electrolytic cells vary, all have a relatively low energy efficiency, ranging from 35 to 45% depending on cell geometry and operating conditions. While the theoretical power requirement for the production of 1 kg of aluminum is approx. 6.3 kWh, the power consumption in practice is in the range from 13.2-18.7 kWh/kg, with an industrial average of approx. 16.5 kWh/kg, with an industrial from theoretical energy consumption is due to voltage loss in the electrolyte between anode and cathode. Accordingly, the possibility of reducing the anode-cathode distance (ACD) has been studied.

Fordi den smeltede aluminiumputen som tjener som cellekatoden kan være uregelmessig og variabel i tykkelse på grunn av elektromagnetiske effekter og sirkulasjonen i badet, har tidligere praksis foreskrevet at ACD bør holdes på en trygg verdi fra 3,5 til 6 cm, slik at man er' sikret en relativt høy strømvirkningsgrad, og unngår direkte kortslutning mellom anoden og metallputen. Slike gap-avstander gir spenningsfall på 1,4-2,7 V, som kommer i tillegg til den energi som kreves for selve den elektrokjemiske reaksjonen (2,1 V, basert på entalpi og frienergiberegninger). Følgelig har stor innsats vært rettet mot å utvikle en mer stabil aluminiumpute, slik at ACD kan reduseres til mindre enn 3,5 cm med tilhørende innsparinger i energi. Because the molten aluminum pad that serves as the cell cathode can be irregular and variable in thickness due to electromagnetic effects and the circulation in the bath, past practice has prescribed that the ACD should be kept at a safe value of 3.5 to 6 cm, so that one is' ensured a relatively high current efficiency, and avoids a direct short circuit between the anode and the metal pad. Such gap distances give a voltage drop of 1.4-2.7 V, which is in addition to the energy required for the electrochemical reaction itself (2.1 V, based on enthalpy and free energy calculations). Consequently, great effort has been directed towards developing a more stable aluminum pad, so that the ACD can be reduced to less than 3.5 cm with associated savings in energy.

Ildfaste, harde materialer (RHM), som f.eks. titandiborid, har vært studert i noen tid for bruk som katodeoverflater i form av tegl, men inntil nylig har vedhengende RHM-tegl eller overflatebelegg ikke vært tilgjengelig. Det er kjent at titandiborid er ledende, det har dessuten den unike egenskap at det fuktes av flytende aluminium, og muliggjør således dannelsen av meget tynne aluminiumfilmer. Bruken av en meget tynn aluminiumfilm som renner nedover en skrånende katode dekket med en RHM-overflate, til erstatning for den ustabile smeltede aluminiumputen i tidligere teknikk, Refractory, hard materials (RHM), such as e.g. titanium diboride, has been studied for some time for use as cathode surfaces in the form of bricks, but until recently adherent RHM bricks or surface coatings have not been available. It is known that titanium diboride is conductive, it also has the unique property that it is wetted by liquid aluminium, thus enabling the formation of very thin aluminum films. The use of a very thin aluminum film flowing down an inclined cathode covered with a RHM surface, to replace the unstable molten aluminum pad of the prior art,

er foreslått som et middel til å redusere ACD, og derved forbedre virkningsgraden, og redusere spenningstapet. Tidligere forsøk har imidlertid ikke ført frem, fordi de tilgjengelige RHM-overflåtene ikke har vært fyldestgjørende, og fordi man ikke har løst problemet med å fremskaffe tilstrekkelig tilførsel av oppløst aluminiumoksyd til den is proposed as a means of reducing ACD, thereby improving efficiency, and reducing voltage loss. Previous attempts have not succeeded, however, because the available RHM surfaces have not been adequate, and because the problem of providing a sufficient supply of dissolved alumina to the

begrensede ACD (så liten som 1,5 cm). Problemene med utilstrekkelig tilførsel av aluminiumoksyd skjer ved minimal ACD, og omfatter store og vedvarende anode-effekter. Over-tilførsel av aluminiumoksyd for å unngå disse problemene resulterer i avsetning av slam, som kan tette igjen cellen og hindre dens drift. limited ACD (as small as 1.5 cm). The problems with insufficient supply of alumina occur at minimal ACD, and include large and persistent anode effects. Overfeeding alumina to avoid these problems results in sludge deposition, which can clog the cell and prevent its operation.

En alternativ fremgangsmåte for å redusere energiforbruket har vært å smelte aluminium fra aluminiumklorid istedenfor aluminiumoksyd. Denne fremgangsmåten for fremstilling av aluminium krever 30-40% mindre elektrisk kraft enn konvensjonell elektrolyse. Ved denne fremgangsmåten benyttes den vanlige Bayer-prosessen for å overføre bauxitt til aluminiumoksyd, som så overføres til aluminiumklorid i et kjemisk anlegg, og deretter smeltes i en elektrolysecelle. I cellen brytes aluminiumklorid ned til aluminium, som tappes av, og klor, som kan resirkuleres tilbake til det kjemiske anlegg for fremstilling av mer aluminiumklorid. Slike teknikker benytter en gjennomstrømningsreaktor som An alternative method to reduce energy consumption has been to melt aluminum from aluminum chloride instead of aluminum oxide. This process for producing aluminum requires 30-40% less electrical power than conventional electrolysis. In this method, the usual Bayer process is used to convert bauxite to aluminum oxide, which is then converted to aluminum chloride in a chemical plant, and then melted in an electrolytic cell. In the cell, aluminum chloride is broken down into aluminum, which is drained off, and chlorine, which can be recycled back to the chemical plant for the production of more aluminum chloride. Such techniques use a flow-through reactor which

har bestandige anoder. De aluminiumproduserende cellene i denne fremgangsmåten er imidlertid uforenelige med Hall-Heroult-typen celler, og kan ikke ettertilpasses til et eksisterende aluminiumanlegg. Kloridprosessen krever derfor store investeringer i en fullstendig ny installasjon. have permanent anodes. The aluminum-producing cells in this method are, however, incompatible with Hall-Heroult-type cells, and cannot be retrofitted to an existing aluminum plant. The chloride process therefore requires large investments in a completely new installation.

Den foreliggende oppfinnelse muliggjør i større grad betyde-lige energiinnsparinger i et ettertilpasset anlegg, og fjerner behov for fullstendig nye installasjoner. • Det er mot denne bakgrunn av den foreliggende oppfinnelse ble utviklet. The present invention enables significant energy savings to a greater extent in a retrofitted facility, and removes the need for completely new installations. • It is against this background that the present invention was developed.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret aluminium-elektrolysecelle, hvor badelektrolytten er basert på natriumkryolitt, som har forbedret elektrisk virkningsgrad. Det er således en hensikt ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en basiscelle for fremstilling av aluminiummetall fra aluminiumoksyd som kan brukes i et enkelt-cellesystem, eller et fler-cellesystem, som er økonomisk fordelaktig både med hensyn til konstruksjon og drift. It is an aim of the present invention to provide an improved aluminum electrolysis cell, where the bath electrolyte is based on sodium cryolite, which has improved electrical efficiency. It is thus an aim of the present invention to provide a basic cell for the production of aluminum metal from aluminum oxide which can be used in a single-cell system, or a multi-cell system, which is economically advantageous both with regard to construction and operation.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en celleutførelse som gir en smalere ACD enn de tidligere utførelser, og dermed forbedret strømvirkningsgrad og spenningsfall, som kan ettertilpasses til eksisterende Hall-celle-installasjoner. Følgelig er det en hensikt It is a purpose of the present invention to provide a cell design that provides a narrower ACD than the previous designs, and thus improved current efficiency and voltage drop, which can be retrofitted to existing Hall cell installations. Consequently, there is a purpose

ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en elektrolysecelle med en ACD på mindre enn 3 cm, hvor en tilstrekkelig aluminiumoksydtilførsel til anode-katode-gapet er sikret, uten at det kreves overtilførsel. Ytterligere hensikter med oppfinnelsen er å tilveiebringe en utforming av en aluminiumreduksjonscelle som innbefatter en gjennomstrømningskonfigura-sjon, og en kontrollert atmosfære. by the present invention to provide an electrolysis cell with an ACD of less than 3 cm, where a sufficient supply of aluminum oxide to the anode-cathode gap is ensured, without requiring an oversupply. Further purposes of the invention are to provide a design of an aluminum reduction cell which includes a flow-through configuration and a controlled atmosphere.

Disse, så vel som andre hensikter, som vil fremgå tydeligere på basis av det følgende, oppnås ved å tilveiebringe en celle hvor de enkelte prosesstrinn er skilt fra hverandre i størst mulig grad. En skrånende, fast katode benyttes til å forme anoden, som kan være enten av Søderberg-typen eller forbrent, som sammen med egnet valg av andre parametrer som defineres her, induserer en slik badstrøm gjennom anode-katode-gapet at den riktige aluminiumoksydtilførsel til anoden tilveiebringes , uten ugunstig virkning på avtappingen av aluminiumproduktet i en samlebrønn. I en konfigurasjon forårsaker gasspumpevirkningen under anoden at badet strømmer gjennom cellen, inn i et tilførselskammer for cellen, ut av til-førselskammeret og tilbake til motsatt side av cellen. Flere individuelle celler av denne typen kan kombineres i tallrike konfigurasjoner, slik at systemet kan struktureres for de fysiske og økonomiske restriksjoner ved et hvilket som helst anlegg. These, as well as other purposes, which will appear more clearly on the basis of what follows, are achieved by providing a cell where the individual process steps are separated from each other to the greatest extent possible. An inclined, fixed cathode is used to form the anode, which can be either of the Søderberg type or burned, which, together with the appropriate choice of other parameters defined here, induces such a bath current through the anode-cathode gap that the proper supply of alumina to the anode is provided, without adverse effect on the tapping of the aluminum product in a collection well. In one configuration, the gas pumping action below the anode causes the bath to flow through the cell, into a supply chamber for the cell, out of the supply chamber, and back to the opposite side of the cell. Several individual cells of this type can be combined in numerous configurations, so that the system can be structured for the physical and economic restrictions of any facility.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en dreneringskatodecelle for elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksyd til aluminium i et kryolittbasert bad inneholdende aluminiumoksyd, kjennetegnet ved at den innbefatter: Accordingly, the present invention provides a drain cathode cell for the electrolytic reduction of alumina to aluminum in a cryolite-based bath containing alumina, characterized in that it includes:

et skall som har indre overflate foret med ildfaste materialer og karbonmaterialer, slik at det defineres et katode-hulrom; en katode som har minst en øvre overflate inneholdende et hårdt aluminium-fuktbart, ildfast materiale; minst to anoder som strekker seg inn i katodehulrommet, og som begge har en nedre overflate i avstand fra nevnte øvre overflate av katoden i en anode-til-katode-avstand på 1 cm til 5 cm, hvilket definerer en anode-katode-avstand (ACD) og en strømningsvei mellom anode og katode hvor øvre katodeoverflate og nevnte nedre anodeflate skråner fra horisontalplanet med fra 2° til 15°, slik at det tilveiebringes en nedre ende og en øvre ende av strømningsveien mellom nevnte anode og nevnte katode; en innretning i hulrommet for under drift å tilveiebringe en minimal badstrømningshastighet Q(celle) rundt i det minst en i det vesentlige horisontal badsirkulasjonskrets for å sikre tilførsel av aluminiumoksyd for elektrolysereaksjonen hvori (hvor Avekt-% A1203 er forskjellen i vekt-% AI2O3 i badet ved inngangen og utgangen av ACD-gapet) ved at det tilveiebringes minst en returstrømkanal for å fullføre sløyfen, hvor sløyfen innbefatter: (i) nevnte strømningsvei mellom anoden og katoden; (ii) minst en nedre kanal i fluidkontakt med den nedre enden av nevnte strømningsvei mellom anoden og katoden; (iii) minst en øvre kanal i fluidkontakt med nevnte øvre ende av strømningsveien mellom anode og katode; (iv) minst en returstrømskanal i fluidkontakt med nevnte øvre kanal og nevnte nedre kanal; returstrømskanalen, anbragt mellom nabo-anoder, har dimensjonene h, w og L, hvor h er baddybden i cm ved et hvilket som helst gitt punkt, w er bredden av returkanalen i cm, og L er lengden av returkanalen i cm, og hvor h, w og L er bestemt ved relasjonen hvor Rf er strømningsmotstandeni returstrømkanalen, og hvori maksimalverdien for Rf(cellekanal) er bestemt ved relasjonene a shell having an inner surface lined with refractories and carbon materials so as to define a cathode cavity; a cathode having at least one upper surface containing a hard aluminum wettable refractory material; at least two anodes extending into the cathode cavity, both of which have a lower surface spaced from said upper surface of the cathode at an anode-to-cathode distance of 1 cm to 5 cm, defining an anode-cathode distance ( ACD) and a flow path between anode and cathode where the upper cathode surface and said lower anode surface are inclined from the horizontal plane by from 2° to 15°, so that a lower end and an upper end of the flow path between said anode and said cathode are provided; a device in the cavity to provide during operation a minimum bath flow rate Q(cell) around at least one substantially horizontal bath circulation circuit to ensure supply of alumina for the electrolysis reaction wherein (where Awt% A1203 is the difference in wt% AI2O3 in the bath at the entrance and exit of the ACD gap) by providing at least one return flow path to complete the loop, the loop including: (i) said flow path between the anode and the cathode; (ii) at least one lower channel in fluid contact with the lower end of said flow path between the anode and the cathode; (iii) at least one upper channel in fluid contact with said upper end of the flow path between anode and cathode; (iv) at least one return flow channel in fluid contact with said upper channel and said lower channel; the return flow channel, placed between neighboring anodes, has dimensions h, w and L, where h is the bath depth in cm at any given point, w is the width of the return channel in cm, and L is the length of the return channel in cm, and where h , w and L are determined by the relation where Rf is the flow resistance in the return flow channel, and in which the maximum value for Rf (cell channel) is determined by the relations

og hvori (X) ligger i området fra 0,2 x 10"<3>/cm<4> til 230 x IO-<3>/cm<4> og hvor (X) er en geometrisk motstandsfaktor. and wherein (X) ranges from 0.2 x 10"<3>/cm<4> to 230 x 10-<3>/cm<4> and where (X) is a geometric resistance factor.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en elektrolysecelle hvor katoden er slik arrangert og har en slik helling at anodegassene induserer en rikelig og tilstrekkelig strøm av berikede materialer mellom anoden og katoden, uten å hindre avtappingen av smeltet aluminium til en samlebrønn, eller ødelegge overflaten av det aluminium som tappes av slik at lavere strømvirkningsgrad forårsakes. Det bevirkes følgelig at badet flyter fra en beriket sone til en sone hvor badet er noe utarmet i aluminiumoksydinnhold. Badet kan utstyres med automatisk tilførsel av aluminiumoksyd i kontrollert mengde, for å forhindre tilsmussing eller anode-effekter. Figur 1 viser en elektrolysecelle som har en omvendt V-formet katode, eller dobbeltskrånende katodekonfigura-sjon, sett fra enden. Figur 2 viser et cellekonsept ifølge foreliggende oppfinnelse, The present invention thus relates to an electrolytic cell in which the cathode is so arranged and has such a slope that the anode gases induce an abundant and sufficient flow of enriched materials between the anode and the cathode, without preventing the draining of molten aluminum into a collecting well, or destroying the surface of that aluminum which is drained off so that a lower power efficiency is caused. Consequently, the bath is caused to flow from an enriched zone to a zone where the bath is somewhat depleted in aluminum oxide content. The bath can be equipped with an automatic supply of aluminum oxide in a controlled quantity, to prevent soiling or anode effects. Figure 1 shows an electrolytic cell having an inverted V-shaped cathode, or double-sloping cathode configuration, viewed from the end. Figure 2 shows a cell concept according to the present invention,

med enkeltskrånende katode, sett fra enden. with single-sloped cathode, viewed from the end.

Figur 3 viser en gjennomstrømningsaluminiumsreduksjonscelle med enkeltskrånende katode og ytre påfylling sett fra enden. Figur 4 viser en V-formet dreneringskatodecelle sett fra Figure 3 shows a flow-through aluminum reduction cell with a single sloped cathode and outer filling viewed from the end. Figure 4 shows a V-shaped drain cathode cell seen from the side

enden. the end.

Figur 5 viser et utkast til en enkeltskrånende dreneringskatodecelle, som benytter et system for kontinuerlig aluminiumavtapping og separat påfylling og blandesone. Figur 6 viser et utkast til et fler-cellesystem, som benytter flere enkeltstående dreneringskatodeceller i tandem. Figur 7 viser et utkast til en enkeltskrånende dreneringskatodecelle som har partielle barrierer som begrenser badstrømningshastigheten. Figur 8 viser et utkast til en celle som har to motstående Figure 5 shows a draft of a single sloped drain cathode cell, which uses a system for continuous aluminum draining and separate filling and mixing zone. Figure 6 shows a draft of a multi-cell system, which uses several single drain cathode cells in tandem. Figure 7 shows a draft of a single slope drain cathode cell that has partial barriers that limit the bath flow rate. Figure 8 shows a draft of a cell that has two opposite sides

skrånende katoder. inclined cathodes.

Figur 9(a) viser stigningen i en hydraulisk analog modell, Figure 9(a) shows the rise in a hydraulic analogue model,

sett fra siden, benyttet til å simulere gassutviklingen i en skrånende katodecelle. seen from the side, used to simulate gas evolution in a sloping cathode cell.

Figur 9(b) viser normal badstrømning i ACD. Figure 9(b) shows normal bath flow in ACD.

Figur 9(c) viser et område med reversert badstrøm i ACD, Figure 9(c) shows an area with reversed bath flow in ACD,

i nærheten av avtappingen av aluminiummetall. near the aluminum metal drain.

Figur 9(d) viser et område med turbulent og avbrutt badstrøm, Figure 9(d) shows an area with turbulent and interrupted bath flow,

hvor det ikke finner sted noen nettostrømning av badmaterialet gjennom ACD. where there is no net flow of the bath material through the ACD.

Figur 10 viser en grafisk fremstilling av badstrøm som funksjon av katodehelning i cellesimuleringsmodellen under betingelser med stor strømningsmotstand. Figur 11 viser en grafisk fremstilling av badstrøm som funksjon av katodehelning i cellesimuleringsmodellen under betingelser med midlere strømningsmotstand. Figur 12 viser en grafisk fremstilling av badstrøm som funksjon av katodehelning i cellesimuleringsmodellen under betingelser med lav strømningsmotstand. Figur 13 er et eksempel på et pumpeeffektivitet-strømnings-motstandsdiagram for en drenert katodecelle. Figure 10 shows a graphical presentation of bath current as a function of cathode slope in the cell simulation model under conditions with high flow resistance. Figure 11 shows a graphical presentation of bath current as a function of cathode slope in the cell simulation model under conditions with medium flow resistance. Figure 12 shows a graphical presentation of bath current as a function of cathode slope in the cell simulation model under conditions of low flow resistance. Figure 13 is an example of a pump efficiency-flow-resistance diagram for a drained cathode cell.

Figur 14 viser grafisk strømningsmotstand i returkanalen Figure 14 graphically shows flow resistance in the return channel

som funksjon av katodehelning. as a function of cathode slope.

Figur 15 utgjør et parameterdiagram for celledesign. Figure 15 constitutes a cell design parameter diagram.

Figur 16 er et tverrsnitt av en forsøkselektrolysecelle Figure 16 is a cross-section of an experimental electrolysis cell

med skrånende katode. with sloping cathode.

Figur 17 er en grafisk fremstilling av driftsstabiliteten Figure 17 is a graphical representation of the operational stability

oppnådd i tre forsøksceller. obtained in three experimental cells.

Figur 18 viser sammenhengen mellom anode-katode-polarisa-sjonen og katodehelningen ved to strømtettheter. Figure 18 shows the relationship between the anode-cathode polarization and the cathode slope at two current densities.

Den foreliggende oppfinnelse består i anvendelse av en skrånende, dreneringskatode, som har en overflate av titandiborid eller et lignende hardt ildfast materiale, hvor skråningen eller avviket fra horisontalplanet velges slik at den bidrar til en kontrollert bevegelse av badet, hvor badbevegelsen er hydrodynamisk avhengig av spesifikke identi-fiserte kritiske parametrer. Badbevegelsen kontrolleres The present invention consists in the use of an inclined, drainage cathode, which has a surface of titanium diboride or a similar hard refractory material, where the slope or deviation from the horizontal plane is chosen so that it contributes to a controlled movement of the bath, where the bath movement is hydrodynamically dependent on specific identified critical parameters. Bath movement is controlled

slik at den medfører at tilstrekkelig aluminiumoksyd-rikt bad strømmer inn i mellomrommet mellom elektrodene i rommet like under anodeoverflaten, slik at anodeeffekter unngås, samtidig som avtappingen av aluminium ikke påvirkes. Det er således mulig å overvinne problemene med aluminiumoksyd-tilf ørsel, som f.eks. smussdannelse som skyldes overdreven tilsats til badet, vedvarende anodeeffekter som skyldes utilstrekkelig tilsats, og at det dannes fremspringende kanter, som påvirker badsirkulasjonen, som finner sted ved svært lave verdier av anode-katode-avstanden (ACD), muliggjort ved utviklingen av katoder med overflater av hardt ildfast materiale som benyttes uten den konvensjonelle metallputen. so that it causes sufficient alumina-rich bath to flow into the space between the electrodes in the space just below the anode surface, so that anode effects are avoided, while at the same time the draining of aluminum is not affected. It is thus possible to overcome the problems with alumina supply, which e.g. fouling due to excessive addition to the bath, persistent anode effects due to insufficient addition, and the formation of protruding edges, affecting bath circulation, which occur at very low values of the anode-cathode distance (ACD), made possible by the development of cathodes with surfaces of hard refractory material which is used without the conventional metal pad.

Om man skal lykkes med en lavenergi-aluminiumsreduksjonscelle med dreneringskatode avhenger av to kritiske komponenter: 1) et varig RHM-katodemateriale, og 2) muligheten for å kontrollere og optimalisere badstrømmen gjennom det trange anode-katode-gapet (ACD). Pågående forsøk i produksjonsceller tyder på at det er utviklet et material som tilfredsstiller det første kravet. The success of a low energy aluminum reduction cell with a drain cathode depends on two critical components: 1) a durable RHM cathode material, and 2) the ability to control and optimize the bath current through the narrow anode-cathode gap (ACD). Ongoing trials in production cells indicate that a material has been developed that satisfies the first requirement.

Studier hvor man har benyttet en vannmodell for å simulere Studies where a water model has been used to simulate

de hydrodynamiske betingelser i ACD i en skrånende katodecelle, har nå gitt kriterier for celledesign som er nødvendige for at det andre kravet skal oppfylles. Resultater fra the hydrodynamic conditions in ACD in an inclined cathode cell, have now provided criteria for cell design necessary for the second requirement to be met. Results from

vannmodellen er blitt verifisert i en elektrolysecelle i laboratoriestørrelse. Et antall celleutførelser, som f.eks. i forsøkene med Kaiser-DOE-skrånende TiB2~katode rapportert under kontrakt DE-AC03-76CS40215, og benyttet i andre publiserte rapporter og patenter, faller utenfor foreliggende designkrav, og unnlater å ta opp avgjørende hydrodynamiske spørsmål, som man nå først ser omfanget av. Disse designkriterier innbefatter skråningen på katodeoverflaten, ACD-avstanden, strømningsmotstanden for badstrømmen på tilbakeveien, og anodestrømtetthet. Bare de to første av disse kriteriene er blitt vurdert i tidligere design, rapporter og patenter, mens de to siste kriteriene, og deres betydning, slås fast for første gang her. the water model has been verified in a laboratory-sized electrolysis cell. A number of cell designs, such as in the experiments with the Kaiser-DOE inclined TiB2~cathode reported under contract DE-AC03-76CS40215, and used in other published reports and patents, fall outside the present design requirements, and fail to address crucial hydrodynamic issues, the scope of which is now being seen for the first time . These design criteria include the slope of the cathode surface, the ACD spacing, the flow resistance of the bath current on the return path, and the anode current density. Only the first two of these criteria have been considered in previous designs, reports and patents, while the last two criteria, and their importance, are established for the first time here.

Det er rotfestet i aluminiumelektrolysen at anodeflaten It is rooted in aluminum electrolysis that the anode surface

under elektrolysen stilles slik at den er tilnærmet parallell med katoden. En skrånende katode forårsaker at anoden får en tilsvarende helning. Som kjent foregår det en rikelig gassutvikling på anodeflaten på grunn av elektrolyseprosessen. during the electrolysis is set so that it is approximately parallel to the cathode. A sloping cathode causes the anode to have a corresponding slope. As is well known, there is abundant gas evolution on the anode surface due to the electrolysis process.

Det er også velkjent for aluminiumsreduksjonsceller av konvensjonell utførelse, med horisontale anode-og katodeflater, at gass som utvikles på anodeflaten går skrått (lateralt) It is also well known for aluminum reduction cells of conventional design, with horizontal anode and cathode surfaces, that gas developed on the anode surface goes obliquely (laterally)

ut under anodeflaten fra sentrum av cellen til det nærmeste vertikale luftehull, hvor luftehullene generelt innbefatter de vertikale sideflatene av anoden. En skrånende anode kan enten lette eller hindre denne gassbevegelsen, avhengig av retningen på og størrelsen av helningen. En velegnet katode-, og derfor anode-, helning kan følgelig forårsake at anodegassen beveger seg i en ønsket retning. Videre vil disse anodegassene drive badet nær anodeoverflaten i den samme ønskede retning, ved en velkjent virkning som også utnyttes i utførelsen av gassluftere og gasstrålepumper, så vel som boblekolonner. Denne driften kan suppleres og økes (om nødvendig) ved annen pumpevirkning, f.eks. out below the anode surface from the center of the cell to the nearest vertical vent, the vents generally including the vertical side surfaces of the anode. A sloping anode can either facilitate or hinder this gas movement, depending on the direction and magnitude of the slope. A suitable cathode, and therefore anode, slope can consequently cause the anode gas to move in a desired direction. Furthermore, these anode gases will drive the bath near the anode surface in the same desired direction, by a well-known effect which is also utilized in the design of gas aerators and gas jet pumps, as well as bubble columns. This operation can be supplemented and increased (if necessary) by other pumping action, e.g.

ved hjelp av en pumpe av egnet utforming. using a pump of suitable design.

Det er velkjent innen hydrodynamikken at strømningen i It is well known in hydrodynamics that the flow in

et flytende system oppstår ved en balanse mellom driften av væsken og strømningsmotstanden innenfor delene i systemet, og at, avhengig av konfigurasjonen, hastigheten innen lokale områder av strømmen kan være i samme retning som, i noen tilfeller motsatt rettet, retningen av væskedriften. Det er et prinsipp ved foreliggende oppfinnelse at helningen, eller helningene, arrangeres slik at det oppnås balanse mellom de kreftene som driver oppdriftsboblene fra helningen og de kreftene som driver boblene sideveis under horisontale anoder på den ene siden, og strømningsmotstanden på den andre siden, slik at det oppstår en nettobevegelse i badet som gir den aluminiumoksydtilførsel som kreves. Den lokale hastigheten i badet nær anodeoverflaten er i ønsket retning, dvs. i den retning som de drivende gassboblene beveger seg. Som tidligere er konfigurasjonen plassert slik at den tilveiebringer badhastigheter nær katodeoverflaten i samme retning som nær anoden, ikke så stor hastighet at det forstyrrer avtappingen av aluminium på katoden, a fluid system arises from a balance between the drift of the fluid and the resistance to flow within the parts of the system, and that, depending on the configuration, the velocity within local areas of the flow may be in the same direction as, in some cases oppositely directed, the direction of the fluid drift. It is a principle of the present invention that the slope, or slopes, are arranged so that a balance is achieved between the forces that drive the buoyancy bubbles from the slope and the forces that drive the bubbles laterally under horizontal anodes on the one hand, and the flow resistance on the other side, such that a net movement occurs in the bath which provides the aluminum oxide supply required. The local velocity in the bath near the anode surface is in the desired direction, i.e. in the direction in which the drifting gas bubbles move. As before, the configuration is positioned to provide bath velocities near the cathode surface in the same direction as near the anode, not so high as to interfere with the stripping of aluminum onto the cathode,

hvor aluminiumavtappingen skjer i motsatt retning til strømmen av gassbobler som driver badet. Med kilden for aluminiumoksyd-rikt bad plassert på en spesiell side av cellen, oppnås en badstrøm inn i rommet umiddelbart under anodeoverflaten når denne siden av anoden er lav og flaten skråner oppover fra denne siden. Skråningen må være tilstrekkelig stor til å overvinne, og reversere, den strøm av gass som ellers ville gå mot denne anodekanten fra de indre delene av anoden. Den nøyaktige konfigurasjon og valget av helningene kan varieres ved plasseringen av kilden for det aluminiumoksyd-rike badet. Denne kan være på en side, på begge sider, eller i sentrum av cellen, avhengig av størrelsen på cellen og den type anode som benyttes (forbrente eller Søderberg). where the aluminum draining takes place in the opposite direction to the flow of gas bubbles that drive the bath. With the alumina-rich bath source located on a particular side of the cell, a bath current is obtained into the space immediately below the anode surface when this side of the anode is low and the surface slopes upward from this side. The slope must be sufficiently large to overcome, and reverse, the flow of gas that would otherwise go towards this anode edge from the inner parts of the anode. The exact configuration and choice of slopes can be varied by the location of the source of the alumina-rich bath. This can be on one side, on both sides, or in the center of the cell, depending on the size of the cell and the type of anode used (burnt or Søderberg).

Man kan forestille seg alternative utførelser av oppfinnelsen hvor katode- (og derfor anode-) helningen er uniform over bredden av cellen, eller hvor helningen er variabel, i varierende former. Disse kan f.eks. innbefatte ulike, One can imagine alternative embodiments of the invention where the cathode (and therefore anode) slope is uniform across the width of the cell, or where the slope is variable, in varying forms. These can e.g. include various,

men konstante helninger i samme retning i de to halvdelene av et tverrgående snitt gjennom cellen, og også like men but constant slopes in the same direction in the two halves of a transverse section through the cell, and also equal but

motsatte helninger i disse to halvdelene (f.eks. en dobbeltskrånende, omvendt V-konfigurasjon). Konseptet i denne oppfinnelsen kan anvendes for celler som har både forbrente og/eller Søderberg-anoder. Mens f.eks. den omvendte V-konfigurasjonen kan være mest velegnet for celler hvor bredden er dekket av to forbrente anodeblokker, kan en slik konfigurasjon også anvendes med en Søderberg-anode i form av en vertikal bolt med luftehull i senteret. Ved en omvendt V-konfigurasjon kan tilførselen til cellen skje fra begge sider, mens en V-konfigurasjon er mest velegnet for tilførsel i senteret. Tilsvarende kan en utførelse med helning bare i en retning (konstant eller variabel) foretrekkes anvendt, men oppfinnelsen er ikke begrenset til en enkel, monolittisk, uluftet Søderberg-anode hvor tilførselen skjer fra en side. opposite slopes in these two halves (eg a double-sloped, inverted V configuration). The concept in this invention can be used for cells that have both burnt and/or Søderberg anodes. While e.g. the inverted V configuration may be most suitable for cells where the width is covered by two burnt anode blocks, such a configuration can also be used with a Søderberg anode in the form of a vertical bolt with a vent hole in the centre. In the case of an inverted V configuration, the supply to the cell can take place from both sides, while a V configuration is most suitable for supply in the centre. Correspondingly, a design with an inclination in only one direction (constant or variable) can preferably be used, but the invention is not limited to a simple, monolithic, unventilated Søderberg anode where the supply takes place from one side.

Valg av katodehelning for en spesiell anvendelse må gjøres kompatibelt med andre viktige parametrer slik at de ønskede hydrodynamiske karakteristika oppnås. Disse parametrene er ACD-gapet, anodestrømtettheten, (strøm og anodeoverflate-dimensjoner), og returmotstanden for badet (dvs. badretur-kanalen eller passasjelengden, dypden, bredden og vegg-materialet). Den kontrollerte badstrømmen sikrer en tilstrekkelig tilførsel av aluminiumoksyd-rik elektrolytt til anodeflaten slik at store anodeeffekter unngås. Videre fordeler er at overdreven gassakkumulering i ACD unngås, reduksjon av anode- og katodeoverspenningen, og at strømmen av aluminiumproduktet forstyrres i minimal grad. The choice of cathode slope for a particular application must be made compatible with other important parameters so that the desired hydrodynamic characteristics are achieved. These parameters are the ACD gap, the anode current density, (current and anode surface dimensions), and the return resistance of the bath (ie, the bath return channel or passage length, depth, width, and wall material). The controlled bath current ensures a sufficient supply of aluminum oxide-rich electrolyte to the anode surface so that large anode effects are avoided. Further advantages are that excessive gas accumulation in the ACD is avoided, reduction of the anode and cathode overvoltage, and that the flow of the aluminum product is disturbed to a minimal degree.

Figur 1 viser en Søderberg-reduksjonscelle med vertikal bolt og sideinntak, sett fra enden, som benytter en katode utført i form av en omvendt V med sentralt gassutslipp, Figure 1 shows a Søderberg reduction cell with vertical bolt and side intake, seen from the end, which uses a cathode made in the form of an inverted V with a central gas discharge,

og samleskinne. Katodeoverflaten, 6, skrånes oppover fra cellesidene mot sentrum av anoden, 1, hvor anodegassen slippes ut igjennom gasshullet, 2, til et samlesystem (ikke vist). Samleskinnene, 4, er vist tilnærmet parallelle med katodeoverflaten, 6, og er trukket tilbake for å la aluminium passere til samlebrønnen 5. and busbar. The cathode surface, 6, slopes upwards from the cell sides towards the center of the anode, 1, where the anode gas is released through the gas hole, 2, to a collection system (not shown). The busbars, 4, are shown approximately parallel to the cathode surface, 6, and are retracted to allow aluminum to pass to the collection well 5.

Vinkelen katodeoverflaten 6 danner med horisontalplanet The angle the cathode surface 6 forms with the horizontal plane

bør være stor nok til å foranledige den ønskede badstrøm, men ikke så stor at den forårsaker betydelig deformasjon av boblene, eller badturbulens i anode-katode-mellomrommet, 7, eller andre begrensninger som beskrives nedenfor. Det er f.eks. observert at helningsvinkelen har en uttalt, should be large enough to induce the desired bath current, but not so large as to cause significant deformation of the bubbles, or bath turbulence in the anode-cathode space, 7, or other limitations described below. It is e.g. observed that the angle of inclination has a pronounced,

og tidligere ubeskrevet, virkning på boblekonfigurasjonen og bevegelsen. Når anodeoverflaten står skrått i forhold til horisontalplanet, viser boblene større tendens til en langstrakt oval form, hvor den lange aksen står loddrett på bevegelsesretningen for boblene oppover:anodeskråningen. Forkanten av boblene danner en kam, eller øket tykkelse, and previously undescribed effect on bubble configuration and motion. When the anode surface is inclined in relation to the horizontal plane, the bubbles show a greater tendency to an elongated oval shape, where the long axis is perpendicular to the direction of movement of the bubbles upwards: the anode slope. The leading edge of the bubbles forms a crest, or increased thickness,

når den relative hastigheten mellom boblene og væsken øker. Den fortykkede fremkanten kan gi mindre drivende kraft when the relative velocity between the bubbles and the liquid increases. The thickened leading edge can provide less driving force

for boblefremdriften over et visst område av helninqs-vinkler, på grunn av øket motstand som skyldes forskyvninger og friksjon på grenseflaten. Det er observert at store bobler på anodeoverflaten utsettes for betydelig distorsjon og motstand ved en anodehelning på ca. 15° fra horisontalplanet. Egnede helningsvinkler er funnet å ligge i området fra 2 til 15°, selv om noe større eller mindre vinkler kan være brukbare for gitte cellebetingelser. En foretrukket helning er fra 5° til 10° fra horisontalplanet, en mer foretrukket helning er fra C til 8°. Den mest foretrukne katodehelning er funnet å være ca. 8°. for the bubble propulsion over a certain range of helninqs angles, due to increased resistance due to displacements and friction at the interface. It has been observed that large bubbles on the anode surface are exposed to significant distortion and resistance at an anode slope of approx. 15° from the horizontal plane. Suitable tilt angles have been found to be in the range from 2 to 15°, although somewhat larger or smaller angles may be usable for given cell conditions. A preferred inclination is from 5° to 10° from the horizontal plane, a more preferred inclination is from C to 8°. The most preferred cathode slope is found to be approx. 8°.

Katodeoverflaten, 6, kan være dekket med et elektrisk ledende materiale som fuktes av aluminium, som f.eks. TiB,,, for å lette dannelsen av en tynn film av aluminium (eller alumi-niumlegering) på katodeoverflaten. Mens overflater som inneholder titandiborid er foretrukket, har man overveiet bruk av andre harde, ildfaste materialer (RHM) som fuktes av aluminium, som f.eks. titankarbid,£irkoniumkarbid, zirkoniumdiborid eller blandinger av disse. The cathode surface, 6, can be covered with an electrically conductive material that is wetted by aluminium, such as e.g. TiB,,, to facilitate the formation of a thin film of aluminum (or aluminum alloy) on the cathode surface. While surfaces containing titanium diboride are preferred, the use of other hard, refractory materials (RHM) wetted by aluminum has been considered, such as titanium carbide, zirconium carbide, zirconium diboride or mixtures thereof.

Aluminium renner fra den skrånende overflaten av katoden Aluminum flows from the sloping surface of the cathode

inn i en samle-avløpsbrønn som ligger på siden i cellen, into a collecting drain located on the side of the cell,

5, derved minimaliseres sannsynligheten for tilbakereaksjon som ville nedsatt strømvirkningsgraden, og avtappingsprose- 5, thereby minimizing the probability of a back-reaction that would reduce the current efficiency, and the tapping process

dyrene blir raskere, og uavhengige av andre celleoperasjoner. Denne tynne film av rennende aluminium er ufølsom overfor induserte magnetfelt, dette er en stor forbedring sammenlignet med de tidligere konvensjonelle putene av smeltet aluminium. Videre vil den kontrollerte badbevegelsen, the animals become faster, and independent of other cell operations. This thin film of flowing aluminum is insensitive to induced magnetic fields, a major improvement over the previous conventional pads of molten aluminum. Furthermore, the controlled bath movement,

som beskrevet ovenfor, ikke hemme avtappingen. as described above, do not inhibit the draining.

Gassboblene, 8, som beveger seg langs den nedre skrånende kant av anoden, luftes etter behov, slik at boblene ikke blir overdrevent store, dvs. slik at de ikke dekker en betydelig del av anodeflaten, eller får svært stor utstrekning i mellomrommet mellom anode og katode. Overlufting bør imidlertid unngås, slik at den drivende kraft for badstrømmen ikke nedsettes betydelig i det trange området mellom anode og katode. Utlufting kan gjøres gjennom en spalte eller spalter eller gjennom ventilasjonsrør, kanaler, hull, etc., The gas bubbles, 8, which move along the lower sloping edge of the anode, are aerated as needed, so that the bubbles do not become excessively large, i.e. so that they do not cover a significant part of the anode surface, or have a very large extent in the space between anode and cathode. However, overaeration should be avoided, so that the driving force for the bath flow is not significantly reduced in the narrow area between anode and cathode. Venting can be done through a slot or slots or through ventilation pipes, ducts, holes, etc.,

i anoden. Utluftingshull kan lages ved å sette rør gjennom elektrodemassen eller den plastiske sone i en Søderberg-anode, eller bakes inn i en forbrent karbonanode. Det bør bemerkes at en ikke-uniform fordeling av luftehullene i anoden, vil gi en ny fordeling av badstrømmen i cellen, in the anode. Venting holes can be made by inserting pipes through the electrode mass or the plastic zone of a Søderberg anode, or baked into a burnt carbon anode. It should be noted that a non-uniform distribution of the air holes in the anode will give a new distribution of the bath current in the cell,

for å kompensere for ikke-uniformiteten i badstrømmen. to compensate for the non-uniformity of the bath flow.

Aluminiumoksyd kan tilsettes badet gjennom trakten 19, Aluminum oxide can be added to the bath through funnel 19,

for å etterfylle det utarmede badet. Andre bestanddeler av badet kan naturligvis tilsettes samtidig. Pilen, 10, indikerer strømmen av aluminiumoksyd-rikt bad gjennom det smale området mellom anode og katode, 7, drevet av gassboblene 8, mens pilen 13 indikerer strømmen av aluminiummetall, to replenish the depleted bath. Other components of the bath can of course be added at the same time. The arrow, 10, indicates the flow of alumina-rich bath through the narrow area between anode and cathode, 7, driven by the gas bubbles 8, while arrow 13 indicates the flow of aluminum metal,

som en tynn film, til avtappingsbrønnen 5. as a thin film, to the drain well 5.

Figur 2 viser en aluminiumreduksjonscelle som benytter en enkelt skrånende katode, sett fra enden. Den enkeltskrånende katodeoverflaten, 6, gjør det mulig å bruke en rett samleskinne, 4, som gjør det mulig å opprettholde konstant avstand mellom den øvre katodeoverflaten og samleskinnen. Selv om det er visse fordeler i form av spennings-reduksjon hvis samleskinnene strekker seg ut fra begge sider av cellen, 22, er dette ikke nødvendig dersom den dypere avløpsbrønn for aluminium, 5, er mer fordelaktig. Konfigurasjonen av denne cellen gjør det mulig å benytte Figure 2 shows an aluminum reduction cell using a single sloping cathode, viewed from the end. The single-sloped cathode surface, 6, makes it possible to use a straight busbar, 4, which makes it possible to maintain a constant distance between the upper cathode surface and the busbar. Although there are certain advantages in terms of voltage reduction if the busbars extend from both sides of the cell, 22, this is not necessary if the deeper drain well for aluminum, 5, is more advantageous. The configuration of this cell makes it possible to use

mer eller mindre konvensjonelle konstruksjons- og installa-sjonsmetoder for plassering av samleskinnen. Helningen av katodeoverflaten, 6, må være tilstrekkelig til effektivt å bevege gassboblene opp langs anodeflaten, og til å la aluminium renne ned langs katodeflaten. Som vist kan over-skudd av anodegassbobler, 8, som ellers kunne forårsake stor distorsjon av metallfilmen som flyter nedover katode-fiaten, utluftes igjennom luftehullet i anoden, 2, til et gassoppsamlingssystem 3. Ved å benytte et mekanisk dekke over badet, 18, sikres fullstendig kontroll over bad-atmosfæren, og avdampingen til atmosfæren reduseres. Aluminiumoksyd tilsettes badet i mellomrommet mellom elektrodene, 21, ved hjelp av trakten 19. En automatisk kontroll, 20, kan benyttes for å oppnå eksakt riktig etterfylling. Tilsats av aluminiumoksyd, og andre bad-bestanddeler, på denne måte har flere fordeler. Etter at det forlater elektrolysesonen er badet for det første delvis utarmet på oppløst aluminiumoksyd, og gir dermed ideelle betingelser for rask oppløsning av aluminiumoksyd. Hvis noe aluminiumoksyd setter seg på bunnen av sidereservoaret, 24, vil det faktum at det ikke finnes noen metallpute eller brønn som kan dekke aluminiumoksydet gjøre det lettere å få det løst i det strømmende badet. Videre tilveiebringer returveien for badet ekstra tid til oppløsning og virker som en felle for uoppløst aluminiumoksyd for å sikre at bare et uforurenset bad sirkulerer inne i ACD-gapet. Mens tilsats av aluminiumoksyd på den side av cellen hvor metall-avløpsbrønnen er plassert, 5, kunne resultere i dannelse av forurensninger under metallet i brønnen, og derved forårsake oversvømmelse og mulighet for direkte kortslutning ved metallet mellom anode og katode, unngås dette med den foreliggende løsning. more or less conventional construction and installation methods for placing the busbar. The slope of the cathode surface, 6, must be sufficient to effectively move the gas bubbles up along the anode surface, and to allow aluminum to flow down along the cathode surface. As shown, excess anode gas bubbles, 8, which could otherwise cause great distortion of the metal film flowing down the cathode fiat, can be vented through the vent hole in the anode, 2, to a gas collection system 3. By using a mechanical cover over the bath, 18, complete control over the bathroom atmosphere is ensured, and evaporation to the atmosphere is reduced. Aluminum oxide is added to the bath in the space between the electrodes, 21, using the funnel 19. An automatic control, 20, can be used to achieve exactly the right top-up. The addition of aluminum oxide, and other bath ingredients, in this way has several advantages. After it leaves the electrolysis zone, the bath is firstly partially depleted of dissolved alumina, thus providing ideal conditions for rapid dissolution of alumina. If any alumina settles to the bottom of the side reservoir, 24, the fact that there is no metal pad or well to cover the alumina will make it easier to dissolve it in the flowing bath. Furthermore, the return path for the bath provides additional time for dissolution and acts as a trap for undissolved alumina to ensure that only an uncontaminated bath circulates within the ACD gap. While the addition of aluminum oxide on the side of the cell where the metal drain well is located, 5, could result in the formation of contaminants under the metal in the well, thereby causing flooding and the possibility of direct short-circuiting at the metal between anode and cathode, this is avoided with the present solution.

Figur 3 viser en gjennomstrømnings-aluminiumreduksjonscelle med enkeltskrånende katode sett fra enden. Katodevinkelen er som vist tilstrekkelig til effektivt å bevege anodegassboblene, 8, opp langs anodeflaten, 1, og til å la aluminiumet renne ned katodeoverflaten, 6, til aluminiumavløpsbrønnen, Figure 3 shows a flow-through aluminum reduction cell with a single-sloped cathode viewed from the end. As shown, the cathode angle is sufficient to effectively move the anode gas bubbles, 8, up along the anode surface, 1, and to allow the aluminum to flow down the cathode surface, 6, to the aluminum drain well,

5, som vist med pil 13. Luftehullene, 2, som kan være påkrevet, er vist i anoden, og kan være en spalte eller et mønster av luftehull. Selve anoden kan være av Søderberg-eller forbrent karbontype. Avløpsbrønnen for aluminium, 5, as shown by arrow 13. The vents, 2, which may be required, are shown in the anode, and may be a slot or a pattern of vents. The anode itself can be of the Søderberg or burnt carbon type. The drain well for aluminum,

5, fører fortrinnsvis til et kontinuerlig tappesystem, 5, preferably leads to a continuous tapping system,

som gir minst mulig forstyrrelser i cellen, som f.eks. variasjoner i putetykkelse. Luftehullene, 2, og tomme hulrom i badet, kan med fordel forbindes med et gassoppsamlingssystem, 3. I gjennomstrømningscellen, etterfylles elektrolyse-badet som vist utenfra, og strømmer gjennom badinnløpet 9, den veien som er vist ved pilene 10, gjennom anode-katode-rommet 7, til badutløpet 11, ved dette punktet er elektrolytten blitt delvis utarmet på aluminiumoksyd ved elektrolysen. which causes the least possible disturbances in the cell, such as e.g. variations in pad thickness. The air holes, 2, and empty cavities in the bath, can advantageously be connected with a gas collection system, 3. In the flow-through cell, the electrolysis bath is replenished as shown from the outside, and flows through the bath inlet 9, the path shown by the arrows 10, through anode-cathode -compartment 7, to the bath outlet 11, at this point the electrolyte has been partially depleted of aluminum oxide by the electrolysis.

I figur 4 vises en dobbeltskrånende dreneringskatode, eller V-formet katode. I denne konfigurasjonen besørges etterfyllingen av punkt-materne 27, som befinner seg ved den høyeste enden av katodeskråningen, selv om etterfyllingen også kan finne sted mellom de forbrente anodene, 1. Strømmen av aluminiummetall, 13, er nedover katodeoverflaten 6 til avløpsbrønnen 5, som med fordel kan være forbundet med et kontinuerlig avtappingssystem. Anodegassboblene 8 bevirker en strøm av badmateriale 10 langs den nedre overflate av anodene. Figure 4 shows a double-sloping drainage cathode, or V-shaped cathode. In this configuration, replenishment is provided by the point feeders 27, which are located at the highest end of the cathode slope, although replenishment can also take place between the burned anodes, 1. The flow of aluminum metal, 13, is down the cathode surface 6 to the drain well 5, which can advantageously be connected to a continuous draining system. The anode gas bubbles 8 cause a flow of bath material 10 along the lower surface of the anodes.

Figur 5 viser en skisse av en enkelt-celle, som innbefatter påfyllings- og blandingssoner. I figur 5 er anoden 1 utstyrt med en spalte for gassavluftning, 2. Katodeoverflaten, Figure 5 shows a sketch of a single cell, which includes filling and mixing zones. In figure 5, the anode 1 is equipped with a gap for gas venting, 2. The cathode surface,

6, er vist med aluminiumavløpsbrønnen, 5, som mater et kontinuerlig avtappingssystem, 14. Retningen for nettostrømmen av aluminiummetall er vist ved pil 13, mens retningen for nettostrømmen av kryolitten i badet er vist ved pilene 10. Etter passasje mellom anoden 1 og katodeoverflaten, 6, is shown with the aluminum drain well, 5, feeding a continuous draining system, 14. The direction of the net flow of aluminum metal is shown by arrow 13, while the direction of the net flow of the cryolite in the bath is shown by arrows 10. After passage between the anode 1 and the cathode surface,

6, strømmer det delvis utarmede badet fra utløpet 11 til et tilførsels- og blandingsområde eller -sone, 16, hvor aluminiumoksyd etterfylles, 12. Etter etterfylling av aluminiumoksyd, resirkuleres kryolittbadet i elektrolysecellen i den retning som vises ved pilene 10. Tegningen viser bruk av en valgfri magnetpumpe for badsirkulering, 17, plassert nær innløpet 9, selv om en slik pumpe ikke betraktes 6, the partially depleted bath flows from the outlet 11 to a feed and mixing area or zone, 16, where alumina is replenished, 12. After replenishment of alumina, the cryolite bath is recirculated in the electrolytic cell in the direction shown by the arrows 10. The drawing shows the use of an optional magnet pump for bath circulation, 17, located near the inlet 9, although such a pump is not considered

som nødvendig under de fleste betingelser. En barriere, as necessary under most conditions. A barrier,

15, kan plasseres i returkanalen, 28, for å hindre tilbake-strømning og brudd i sirkulasjonen i utførelser som innbefatter en tilførsels- og blandingssone (16). 15, can be placed in the return channel, 28, to prevent backflow and interruption of circulation in designs that include a supply and mixing zone (16).

Figur 6 viser en skisse av et fler-cellesystem, som består av fire individuelle elektrolyseceller som drives i tandem. Systemet som vises innbefatter et kontinuerlig aluminium-avtappingssystem, 14, som tilveiebringer et konstant aluminiumnivå, og følgelig en mer stabil varmebalanse og et mer stabilt badnivå. Konvensjonell diskontinuerlig metallavtap-ping kunne vært benyttet, men man måtte da gjort forholds-regler for å kompensere for de resulterende forandringer i badnivået. Dette ville gjøre det nødvendig å innbefatte et svinge-kammer for badet, et lavere nivå i aluminiumtilførsels/blan-dingstanken, og en innretning for å regulere varmebalansen. Som vist i figur 5 tilsettes aluminiumoksyd og andre bad-bestanddeler, 12, til en tilførsels- og blandingssone, Figure 6 shows a sketch of a multi-cell system, which consists of four individual electrolysis cells operated in tandem. The system shown includes a continuous aluminum drain system, 14, which provides a constant aluminum level, and consequently a more stable heat balance and a more stable bath level. Conventional discontinuous metal tapping could have been used, but precautions had to be taken to compensate for the resulting changes in the bath level. This would make it necessary to include a swing chamber for the bath, a lower level in the aluminum supply/mixing tank, and a device to regulate the heat balance. As shown in Figure 5, aluminum oxide and other bath ingredients, 12, are added to a supply and mixing zone,

16, og sirkuleres gjennom anode-katode-gapet i den retning som vises ved pilene 10. Bruk av en magnetisk sirkulasjons-pumpe, 17, er valgfritt. Det dannede aluminium renner inn i aluminiumavløpsbrønnene, 5, og passerer i den retning som vises ved pilene 13 til det kontinuerlige metallavtappings-systemet 14. Tilbakestrømning av det utarmede badet forhindres ved barrierene 15. 16, and is circulated through the anode-cathode gap in the direction shown by arrows 10. Use of a magnetic circulation pump, 17, is optional. The formed aluminum flows into the aluminum drain wells, 5, and passes in the direction shown by the arrows 13 to the continuous metal tapping system 14. Backflow of the depleted bath is prevented by the barriers 15.

Et system for tilførsel og oppløsning av aluminiumoksyd A system for supplying and dissolving aluminum oxide

kan lett inkorporeres i enten et enkeltcellesystem eller et mer økonomisk flercellesystem. Et trekk ved det foreliggende systemet som gjør det mulig å drive det under en kontrollert atmosfære, er en forseglet celletopp, derved reduseres materialproblemene i reaktoren, problemer med å kontrollere avtappingen, og varmetapene, selv om en forseglet topp ikke er påkrevet. Hvis denne utformingen utstyres med anodeoverflater som ikke tæres bort, er resultatet en komplett, tilsynsfri, flercelleenhet i et enkelt kar. can be easily incorporated into either a single-cell system or a more economical multi-cell system. A feature of the present system which enables it to be operated under a controlled atmosphere is a sealed cell top, thereby reducing material problems in the reactor, problems in controlling the drawdown, and heat losses, although a sealed top is not required. If this design is equipped with anode surfaces that do not corrode, the result is a complete, unattended, multi-cell unit in a single vessel.

Figur 7 viser en aluminiumsreduksjonscelle, som benytter en enkeltskrånende katode. Figuren viser et kontinuerlig avtappingssystem for aluminium 14, som fjerner aluminium fra cellen via avløpsbrønnen 5. Dette tilveiebringer et konstant aluminiumnivå i cellen og resulterer også i en mer stabil varmebalanse og et mer stabilt badnivå i cellen. Figure 7 shows an aluminum reduction cell, which uses a single sloping cathode. The figure shows a continuous draining system for aluminum 14, which removes aluminum from the cell via the drain well 5. This provides a constant aluminum level in the cell and also results in a more stable heat balance and a more stable bath level in the cell.

En regulerbar partiell barriere, 25, benyttes om nødvendig for å begrense sirkulasjonshastigheten for badet i cellen i returkanalen 28. Den ønskede begrensning kan oppnås ved hjelp av barriereplater, bestående av en ikke-korroderende isolator, som f.eks. silisiumnitrid. Nødvendige anordninger for påfylling er ikke vist, men kan være av en hvilken som helst egnet type som diskutert tidligere. An adjustable partial barrier, 25, is used if necessary to limit the circulation rate of the bath in the cell in the return channel 28. The desired limitation can be achieved by means of barrier plates, consisting of a non-corrosive insulator, such as e.g. silicon nitride. Necessary means for filling are not shown, but may be of any suitable type as discussed earlier.

Som tidligere antydet kan en dobbeltskrånende katodecelle alternativt anvendes innen omfanget av den foreliggende oppfinnelse, som f.eks. har en omvendt V-konfigurasjon, As previously indicated, a double-sloping cathode cell can alternatively be used within the scope of the present invention, as e.g. has an inverted V configuration,

som vist i figur 1, eller en V-form, som vist i figur 4, as shown in Figure 1, or a V-shape, as shown in Figure 4,

hvor det metalliske aluminium ville strømme nedover til metallavløpsbrønnen. Den enkeltskrånende katode, som skråner oppover mot den siden av cellen hvor aluminiumoksyd tilføres, som vist i figur 2, kan imidlertid betraktes som en foretrukket utførelse, siden denne utførelsen gjør rengjøring og annet vedlikehold av karet i cellen mye enklere, samtidig som selve cellekonstruksjonen forenkles. where the metallic aluminum would flow down to the metal drain well. However, the single-sloped cathode, which slopes upwards towards the side of the cell where alumina is supplied, as shown in figure 2, can be considered a preferred design, since this design makes cleaning and other maintenance of the vessel in the cell much easier, while at the same time simplifying the cell construction itself .

Figur 8 viser et plansnitt gjennom en aluminiumsreduksjonscelle som benytter dobbelte enkeltskrånende katoder, dette illustrerer en annen alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Strømmen av elektrolytt illustreres ved pilene 10, som indikerer en sirkulasjon mellom anoden 1, og katodeoverflaten, 6, gjennom en sone hvor etterfylling, 12, finner sted og gjennom ACD for nabo-anode-katodepar, som skrår i motsatt retning. Senterlinjen i cellen, 26, kan hensiktsmessig være avgrensningslinje for de to motsatt skrådde katodene. For å sikre jevn og kontinuerlig sirkulering, Figure 8 shows a plan section through an aluminum reduction cell that uses double single sloping cathodes, this illustrates another alternative embodiment of the present invention. The flow of electrolyte is illustrated by the arrows 10, which indicate a circulation between the anode 1 and the cathode surface, 6, through a zone where replenishment, 12, takes place and through the ACD of neighboring anode-cathode pairs, which are inclined in the opposite direction. The center line of the cell, 26, can suitably be the boundary line for the two oppositely inclined cathodes. To ensure even and continuous circulation,

er barrierene 15 og de partielle barrierene 25 tilstede for henholdsvis å forhindre tilbakestrømning av badet, the barriers 15 and the partial barriers 25 are present to respectively prevent backflow of the bath,

og for å kontrollere sirkulasjonshastigheten for badstrøm-men. Alle andre elementer på tegningen er som diskutert tidligere. Det bør bemerkes at denne konfigurasjonen representerer et alternativ til den tidligere foreslåtte V-formen and to control the circulation rate of bath current. All other elements in the drawing are as discussed earlier. It should be noted that this configuration represents an alternative to the previously proposed V shape

og omvendte V-formen, og kan hensiktsmessig benyttes med forbrente anoder heller enn Søderberg-anoder. Nok en utforming, som er spesielt egnet for forbrente anoder, har helningsvinklene for nabokatoder (og anodeoverflater) i samme retning, men vinklene har forskjellig størrelse. and inverted V-shape, and can be suitably used with burnt anodes rather than Søderberg anodes. Another design, which is particularly suitable for burnt anodes, has the inclination angles of neighboring cathodes (and anode surfaces) in the same direction, but the angles are of different magnitudes.

Det bør bemerkes at selv om figurene ikke viser nærvær It should be noted that although the figures do not show presence

av sidekarmer og/eller skorper av frosset badmateriale, of side frames and/or crusts of frozen bath material,

så kan den foreliggende oppfinnelse også anvendes på celler som innbefatter slike. then the present invention can also be applied to cells that include such.

Pumpevirkningen av gassboblene, rettet oppover under en The pumping action of the gas bubbles, directed upwards under a

svak skrånende overflate, hvor væsken befinner seg i et tynt lag mellom den øvre overflaten og en parallell lavere, blir først demonstrert i et analogt hydraulisk forsøk. Forsøket ble utført i vann ved romtemperatur, hvis kinematiske viskositet er tilnærmet lik den for smeltet kryolitt. gently sloping surface, where the liquid is in a thin layer between the upper surface and a parallel lower one, is first demonstrated in an analogous hydraulic experiment. The experiment was carried out in water at room temperature, whose kinematic viscosity is approximately equal to that of molten cryolite.

Med en overflatehelning på 2,5°, og en avstand mellom øvre With a surface slope of 2.5°, and a distance between upper

og nedre overflate på 2,2 cm, ble det generert bobler på and lower surface of 2.2 cm, bubbles were generated on

en porøs øvre overflate ved hjelp av luft med overtrykk, a porous upper surface using pressurized air,

med en gassutviklingshastighet tilpasset den i en typisk høystrøms aluminiumelektrolysecelle, dette ga netto eller gjennomsnittlige væskehastigheter i mellomrommet mellom den simulerte anode og den simulerte katode i området 5-10 cm pr. sek. Det ble beregnet at disse hastighetene var mer enn tilstrekkelige til å levere aluminiumoksyd i den hastighet som kreves for god drift av cellen ved normale aluminiumoksydkonsentrasjoner i kryolitten. Mens overflatehelningen i dette forsøket ikke måtte overvinne de motsatt rettede boblekreftene, som f.eks. skyldes magne-tiske effekter, som ville være tilstede i en aluminium-elektrolysecelle med en horisontale anode, ble ikke desto mindre prinsippet for gassdrevet badsirkulering klart demonstrert. with a gas evolution rate matched to that of a typical high-current aluminum electrolysis cell, this gave net or average liquid velocities in the space between the simulated anode and the simulated cathode in the range of 5-10 cm per Sec. It was calculated that these rates were more than sufficient to deliver alumina at the rate required for good operation of the cell at normal alumina concentrations in the cryolite. While the surface slope in this experiment did not have to overcome the oppositely directed bubble forces, which e.g. due to magnetic effects, which would be present in an aluminum electrolysis cell with a horizontal anode, the principle of gas-driven bath circulation was nevertheless clearly demonstrated.

Det ble funnet at den resulterende badsirkuleringen var kontrollert av balansen mellom boblenes pumpeeffekt i ACD-gapet og tilbaketrykket, eller strømningsmotstanden, mot badsirkulering gjennom returkanalene. Ytterligere resultater cg data ble oppnådd i en aluminiumelektrolysecelle og en hydraulisk analog modell i målestokk 1:20. It was found that the resulting bath circulation was controlled by the balance between the pumping effect of the bubbles in the ACD gap and the back pressure, or flow resistance, to bath circulation through the return channels. Additional results cg data were obtained in an aluminum electrolysis cell and a 1:20 scale hydraulic analog model.

Den hydraulisk analoge modell ble konstruert for å simulere en gassutviklende anodeoverflate (ca. 1,11 m2 ) plassert over en skrånende fast katodeoverflate. Denne utførelsen simulerte en aluminiumsreduksjonscelle med typisk "dreneringskatode" hvor arbeidsanoden er plassert over en skrånende, drenerings-Til^-katodeoverflate. Studiene av vannmodellen ble foretatt med vann av romtemperatur. Strømningsmønstrene og hastighetene som ble observert i vannmodellen lignet de man ville vente seg i en full-skala-celle, siden de observerte strømninger hadde Reynolds-tall i det turbulente området The hydraulic analog model was constructed to simulate a gas-evolving anode surface (approx. 1.11 m2 ) placed over a sloping fixed cathode surface. This embodiment simulated an aluminum reduction cell with a typical "drain cathode" where the working anode is positioned over a sloping drain Til^ cathode surface. The studies of the water model were carried out with water at room temperature. The flow patterns and velocities observed in the water model were similar to those that would be expected in a full-scale cell, since the observed flows had Reynolds numbers in the turbulent region

(<>> 5000). I dette området er strømningen hovedsakelig kontrollert av de fysiske dimensjoner av strømningskanalene og ikke av væskeegenskapene (f.eks. viskositeten). Et trykkluftkammer med en bunn bestående av porøse Alundum-plater (porediameter ca. 20 (im) ble benyttet til å simulere en arbeidende anode som utvikler gass (f.eks. CO^). En gasshastighet på 0,1778 cm/sek. gjennom den porøse anodeplaten ble benyttet for å simulere en anodestrømtetthet på 0,68 A/cm<2> (gasshastigheten ble korrigert for forskjeller i temperatur og hydrostatisk trykk). Simulerte strømmer opptil ca. 1,4 A/cm<2> ble testet i denne modellen. (<>> 5000). In this region, the flow is mainly controlled by the physical dimensions of the flow channels and not by the fluid properties (eg viscosity). A compressed air chamber with a bottom consisting of porous Alundum plates (pore diameter about 20 (im) was used to simulate a working anode evolving gas (e.g., CO^). A gas velocity of 0.1778 cm/sec. through the porous anode plate was used to simulate an anode current density of 0.68 A/cm<2> (the gas velocity was corrected for differences in temperature and hydrostatic pressure). Simulated currents up to about 1.4 A/cm<2> were tested in this model.

Utførelsen av modellen, sett fra siden i figur 9(a), simulerte halvdelen av cellen vist i figur 1. Sett ovenfra, simulerte modellen cellen som er vist i figur 7. Endeveggen ved den "øvre" enden av katoden tilsvarte et vertikalplan som gikk gjennom senterspalten eller luftehullet, 2. Figuren viser forbindelsen mellom slike parametrer som f.eks. ACD, BFL, <t>, h, hg, bredde av den nedre kanalen, og bredde av The execution of the model, viewed from the side in Figure 9(a), simulated half of the cell shown in Figure 1. Viewed from above, the model simulated the cell shown in Figure 7. The end wall at the "upper" end of the cathode corresponded to a vertical plane that went through the center gap or the air hole, 2. The figure shows the connection between such parameters as e.g. ACD, BFL, <t>, h, hg, width of the lower channel, and width of

den øvre kanalen (definert nedenfor) og anoden (1), katodeoverflaten (6) og badet (29). the upper channel (defined below) and the anode (1), the cathode surface (6) and the bath (29).

Følgende definisjoner benyttes for å beskrive parametrene The following definitions are used to describe the parameters

i vannmodellen og i aluminiumsreduksjonsceller i full stør-relse, relativt til den ønskede boblestrømmen oppover under den skrånende anodeflaten: BFL - dimensjonene av anodeflaten i boblestrømmens retning in the water model and in full-size aluminum reduction cells, relative to the desired bubble flow upwards under the sloping anode surface: BFL - the dimensions of the anode surface in the direction of the bubble flow

(BLF er lik 122 cm i de fleste forsøk) (BLF is equal to 122 cm in most trials)

BFW - anodeflatens dimensjon i retning loddrett på boblestrøm-mens retning (BFW er lik 61 cm i de fleste modell-tester) BFW - the dimension of the anode surface in a direction perpendicular to the direction of the bubble current (BFW is equal to 61 cm in most model tests)

ACD - den loddrette avstanden mellom de skrånende anode- ACD - the vertical distance between the inclined anode-

og katodeoverflater, tilsvarende 7 i figur 2 (ACD and cathode surfaces, corresponding to 7 in Figure 2 (ACD

ble variert fra 1 til 5 cm i modellforsøkene) Katodehelning - vinkelen mellom den skrånende katodeoverflate og horisontalplanet (katodehelningen ble variert was varied from 1 to 5 cm in the model tests) Cathode slope - the angle between the inclined cathode surface and the horizontal plane (the cathode slope was varied

fra 0 til 15° i modellforsøkene) from 0 to 15° in the model tests)

h - den vertikale neddykkingsdypden for anoden fra væske-overflaten til nedre anodeflate (h varierer langs h - the vertical immersion depth of the anode from the liquid surface to the lower anode surface (h varies along

BFL-dimensjonen for anoden avhengig av katodehelningen) hg - den minimale vertikale neddykkingsdypde for anoden, the BFL dimension of the anode depending on the cathode slope) hg - the minimum vertical immersion depth of the anode,

dvs. anodeneddykkingsdypden ved den høyeste enden av katoden (h^ er lik 10 cm i de fleste modellforsøk) i.e. the anode immersion depth at the highest end of the cathode (h^ is equal to 10 cm in most model experiments)

Den ønskede badstrøm passerer typisk gjennom fire forskjellige typer kanaler eller passasjer, disse er: 1) ACD- gapet mellom anode og katode, hvor introduksjon og strømning av anodegass genererer den kraft som trengs for å opprettholde den ønskede badsirkulasjon The desired bath current typically passes through four different types of channels or passages, these are: 1) the ACD gap between anode and cathode, where the introduction and flow of anode gas generates the power needed to maintain the desired bath circulation

i cellen. in the cell.

2) Badstrømmen forlater ACD-gapet og strømmer inn i øvre kanal, dette tilsvarer reservoar 24 i figur 2, hvor strømmen rettes enten mot den ene eller mot begge sidene av anoden. Det meste av anodegassen drives ut av badet i denne kanalen, slik at det tilveiebringes en turbulensvirkning i badet, hvilket er ideelt for oppløsning av det tilførte aluminiumoksyd. Denne kanalen kan være langs siden av cellen som 2) The bath current leaves the ACD gap and flows into the upper channel, this corresponds to reservoir 24 in figure 2, where the current is directed either towards one or towards both sides of the anode. Most of the anode gas is driven out of the bath in this channel, so that a turbulence effect is provided in the bath, which is ideal for dissolving the added aluminum oxide. This channel may be along the side of the cell which

vist i figurene 2 og 7, eller i sentrum av cellen som vist i figur 1. Dimensjonene av den øvre kanalen er definert som: dypde = dypde av badet i kanalen (hQ + den vertikale komponent av ACD i vannmodellen, som ved shown in figures 2 and 7, or in the center of the cell as shown in figure 1. The dimensions of the upper channel are defined as: depth = depth of the bath in the channel (hQ + the vertical component of ACD in the water model, as at

lave vinkler er tilnærmet lik ACD) low angles are approximately equal to ACD)

bredde = den horisontale dimensjon i samme retning width = the horizontal dimension in the same direction

som strømmen av bobler i ACD-gapet as the flow of bubbles in the ACD gap

lengde = den horisontale dimensjon over anodens BFW length = the horizontal dimension above the BFW of the anode

pluss bredden av returkanalen plus the width of the return channel

3) Returkanalen eller.- kanalene transporterer badet fra den øvre kanalen til en korresponderende nedre kanal som befinner seg langs anodekanten hvor badet går inn i ACD-gapet. Eksemplet på returkanaler er merket med nr. 28 i figurene 5-7. I den enkleste formen, og i den modellen som benyttes her, er returkanalen som vist i figur 7, hvor returkanalens dypde og bredde kan varieres slik at det oppstår en variabel strømnings-motstand (tilsvarende den som fremskaffes ved den partielle barrieren 25). I vannmodellen og celler med en tilsvarende utforming, er returkanalens dimensjoner definert som: dypde dypden av badet i kanalen (hvis bredden av kanalen er liten og en arbeidsanode utgjør en eller begge sider av kanalen, er den effektive kanaldypde den virkelige dypde minus ACD, siden strømmen oppover i nabo-ACD-gapet vil få et lag av tilsvarende tykkelse i bunnen av returkanalen til å stagnere. Denne reduserte returkanaldypden ble benyttet i studiene av vannmodellen). På grunn av den skrånende katoden, vil dypden av returkanalen øke når badet strømmer fra den øvre kanalen til den nedre kanalen. 3) The return channel or channels transport the bath from the upper channel to a corresponding lower channel located along the anode edge where the bath enters the ACD gap. The example of return ducts is marked with no. 28 in Figures 5-7. In its simplest form, and in the model used here, the return channel is as shown in Figure 7, where the depth and width of the return channel can be varied so that a variable flow resistance occurs (corresponding to that provided by the partial barrier 25). In the water model and cells with a corresponding design, the dimensions of the return channel are defined as: depth the depth of the bath in the channel (if the width of channel is small and a working anode forms one or both sides of the channel, the effective channel depth is the true depth minus ACD, since the upward current in the neighboring ACD gap will cause a layer of equivalent thickness at the bottom of the return channel to stagnate. This reduced return channel depth was used in the studies of the water model). Because of the sloping cathode, the depth of the return channel will increase as the bath flows from the upper channel to the lower channel.

bredde = den horisontale bredde av kanalen loddrett width = the horizontal width of the channel vertically

på strømningsretningene i kanalen. on the flow directions in the channel.

lengde =den horisontale avstanden mellom øvre og nedre kanal (i vannmodellen er dette tilnærmet length = the horizontal distance between the upper and lower channel (in the water model this is approximate

lik BFL). equal to BFL).

4) Den nedre kanalen fullstendiggjør sirkulasjonssløyfen for badet ved å transportere badet fra returkanalen eller -kanalene og fordele badet langs anodekanten hvor badet går inn i ACD-gapet. Dimensjonene for denne kanalen er definert tilsvarende som for den 4) The lower channel completes the bath circulation loop by transporting the bath from the return channel or channels and distributing the bath along the anode edge where the bath enters the ACD gap. The dimensions for this channel are defined similarly to those for that one

øvre kanalen. I de fleste celleutførelser og i vannmodellen, har den nedre kanalen en brønn, eller et trau, i bunnen for å samle opp aluminiummetall når det renner ned den skrånende katoden. En slik brønn er vist i figurene 1 og 9(a). upper channel. In most cell designs and in the water model, the lower channel has a well, or trough, at the bottom to collect aluminum metal as it flows down the inclined cathode. Such a well is shown in Figures 1 and 9(a).

I alle tilfeller er badstrømhastigheten, Q, for modellen In all cases, the bath flow rate, Q, is for the model

og cellene i full målestokk definert som den totale volumetri-ske hastighet for badstrømmen som går inn i ACD-gapet fra den nedre kanalen. and the full-scale cells defined as the total volumetric velocity of the bath flow entering the ACD gap from the lower channel.

For å simulere en virkelig elektrolysecelle og å vurdere effekten av å forandre visse spesifikke dimensjoner eller driftsbetingelser, kunne vannmodellen forandres på forskjellige måter. Modellen var laget slik at det var mulig å simulere regulerbare partielle barrierer (nr. 25 i figur 7). Helningen på katoden og anoden i modellen ble variert fra 0" til 15° for å. bestemme virkningen av katodehelning på badstrøm i ACD-gapet. ACD-gapet ble i vannmodellen variert fra 1 til 5 cm. Gasstrømmen kunne varieres for å simulere forskjellige strømtettheter. Væskestrømmen i modellen ble observert og målt, ved å bruke innsprøyting av fargestoff i ACD-gapet og i returkanalen. In order to simulate a real electrolysis cell and to assess the effect of changing certain specific dimensions or operating conditions, the water model could be changed in different ways. The model was made so that it was possible to simulate adjustable partial barriers (no. 25 in Figure 7). The slope of the cathode and anode in the model was varied from 0" to 15° to determine the effect of cathode slope on bath current in the ACD gap. The ACD gap in the water model was varied from 1 to 5 cm. The gas flow could be varied to simulate different current densities .The fluid flow in the model was observed and measured, using dye injection into the ACD gap and into the return channel.

Anodens utforming etter den underliggende skrånende katoden har vært demonstrert i både laboratorieelektrolyseceller og i rapporter fra Kaiser Aluminum and Chemical Corporation til Energidepartementet (endelig rapport på DOE kontrakt nr. EY-76-C-03-1257, "Energy Savings Through the Use of an Improved Aluminum Reduction Cell Cathode", 30. november 1977). The design of the anode after the underlying sloping cathode has been demonstrated in both laboratory electrolysis cells and in reports from Kaiser Aluminum and Chemical Corporation to the Department of Energy (final report on DOE Contract No. EY-76-C-03-1257, "Energy Savings Through the Use of an Improved Aluminum Reduction Cell Cathode", 30 November 1977).

Figur 9(b) viser den ønskede strøm av gassbobler, 8, og retningen av badstrømmen, 10, i ACD. Fra denne figuren ser man at en for stor hastighet av badet ved katodeoverflaten, i samme retning som ved anodeoverflaten, kan hemme avtappingen av metall fra katoden. Studier av vannmodellen har vist at under visse utførelsesbetingelser kan tre forskjellige uønskede fenomener oppstå i ACD; disse er: Reversert strøm fant sted når badet som strømmet oppover langs bunnen av anoden reverserte strømningsretning og strømmer nedover langs katodeoverflaten som vist i figur 9(c). Ved alvorlige tilfeller av reversert strøm, som vist i figur 9(d), danner badet tallrike små strømvirvler i ACD og det er ingen, eller svært liten, tilførsel av friskt bad til ACD. Vedvarende anodeeffekter kan oppstå på grunn av utilstrekkelig tilførsel av friskt bad i en virkelig elektrolysecelle. Luftblokkering fant sted når fjerningen av anodegassen var for langsom og ACD ble mettet med store stillestående gassbobler. Under slike betingelser oppstår en utilstrekkelig badstrøm. I en celle som drives under slike betingelser, kan gassboblene avbryte den lokale elektrolysereaksjonen, øke anodestrømtettheten i de påvirkede områder av anoden, og eventuelt føre til økede spenningstap på grunn av anodepolarisasjon, som igjen kan føre til at anodeeffekter trer i kraft. Figure 9(b) shows the desired flow of gas bubbles, 8, and the direction of the bath flow, 10, in the ACD. From this figure it can be seen that an excessively high speed of the bath at the cathode surface, in the same direction as at the anode surface, can inhibit the draining of metal from the cathode. Studies of the water model have shown that under certain performance conditions three different undesirable phenomena can occur in ACD; these are: Reversed current occurred when the bath which flowed upwards along the bottom of the anode reversed flow direction and flows downwards along the cathode surface as shown in Figure 9(c). In severe cases of reversed current, as shown in Figure 9(d), the bath forms numerous small current eddies in the ACD and there is no, or very little, supply of fresh bath to the ACD. Persistent anode effects can occur due to insufficient supply of fresh bath in a real electrolytic cell. Air blocking occurred when the removal of the anode gas was too slow and the ACD became saturated with large stagnant gas bubbles. Under such conditions, an insufficient bath flow occurs. In a cell operated under such conditions, the gas bubbles can interrupt the local electrolysis reaction, increase the anode current density in the affected areas of the anode, and possibly lead to increased voltage losses due to anode polarization, which in turn can cause anode effects to take effect.

Overdreven bobletykkelse fant sted under visse betingelser, og boblene strakk seg gjennom badet og kom i kontakt med katodeoverflaten. Hvis dette finner sted i en celle i drift, vil det føre til raskt tap av strømvirkningsgrad på grunn av den raske tilbakereaksjonen mellom C02~boblene og det smeltede aluminiummetallet på overflaten av katoden. Excessive bubble thickness occurred under certain conditions and the bubbles extended through the bath and contacted the cathode surface. If this occurs in a cell in operation, it will cause a rapid loss of current efficiency due to the rapid back-reaction between the CO 2 ~ bubbles and the molten aluminum metal on the surface of the cathode.

Fenomenene nevnt ovenfor og nettobadstrøm i ACD-gapet og The phenomena mentioned above and net bath current in the ACD gap and

strømmen i returkanalene ble studert som en funksjon av katodehelningen, ACD, strømningsmotstanden i returkanalen, og simulert anodestrømtetthet. Mens alle de observerte strømningsegenskapene er i samsvar med og kontrollert av de generelle hydrodynamiske prinsipper som er beskrevet tidligere, har en kvantitativ fremstilling av disse hittil ikke vært ført frem. current in the return channels was studied as a function of cathode slope, ACD, flow resistance in the return channel, and simulated anode current density. While all the observed flow characteristics are in accordance with and controlled by the general hydrodynamic principles described earlier, a quantitative presentation of these has not yet been carried out.

Følgende generelle cellespesifikasjoner ble benyttet i vannmodellen og etterfølgende eksempler for å illustrere den typiske anvendelse av denne oppfinnelse ved utforming av forbedrede aluminiumsreduksjonsceller med redusert energiforbruk. I praksis bør disse generelle cellespesifikasjonene velges slik at de passer til en viss anvendelse og deretter bør foreliggende oppfinnelse benyttes til å fremskaffe spesifikasjoner for kritiske celledeler. Varmebalanse og lønnsomhetsberegninger har vært utført, og disse tyder på at "dreneringskatode"-celler fortrinnsvis bør drives ved høyere anodestrømtettheter enn de som typisk anvendes i industrien idag. De utførelsesparametrer som ble brukt i vannmodellunder-søkelsene er tatt med i tall 1 for sammenligning med virkelige celler. Den generelle celleutførelse som betraktes er den som er vist i figur 1, med returkanaler som forbinder den øvre kanalen i senteret med de to ytre lavere kanalene på hver side av den delte VSS-anode (hver halvdel av cellen tilsvarer den vist i figur 7). The following general cell specifications were used in the water model and subsequent examples to illustrate the typical application of this invention in the design of improved aluminum reduction cells with reduced energy consumption. In practice, these general cell specifications should be chosen so that they suit a certain application and then the present invention should be used to provide specifications for critical cell parts. Heat balance and profitability calculations have been carried out, and these indicate that "drainage cathode" cells should preferably be operated at higher anode current densities than those typically used in industry today. The performance parameters used in the water model investigations are included in figure 1 for comparison with real cells. The general cell design considered is that shown in Figure 1, with return channels connecting the upper channel in the center to the two outer lower channels on either side of the split VSS anode (each half of the cell corresponds to that shown in Figure 7) .

Figurene 10, 11 og 12 illustrerer den virkning katodehelningen, ACD og strømningsmotstanden i returkanalen, R^, har på nettobadstrøm i ACD-gapet ved en simulert anodestrøm-tetthet på 0,68 A/cm2 . I disse figurene er observert reversert strøm på katodeoverflaten antydet med prikkede linjer. Figures 10, 11 and 12 illustrate the effect the cathode slope, ACD, and the flow resistance in the return channel, R^, have on the net bath current in the ACD gap at a simulated anode current density of 0.68 A/cm2. In these figures, observed reversed current on the cathode surface is indicated by dotted lines.

I alle tilfeller er dette forbundet med betydelig redusert nettobadstrøm, og blir mer alvorlig når katodehelningen reduseres. In all cases this is associated with significantly reduced net bath current, and becomes more severe as the cathode slope is reduced.

Tilsvarende resultater er oppnådd for andre simulerte strøm-tettheter. Et diagram som viser grensene for valg av parametrer, konstruert fra disse data, er vist i figur 15. Similar results have been obtained for other simulated current densities. A diagram showing the limits for the selection of parameters, constructed from these data, is shown in Figure 15.

En detaljert beskrivelse om bruken av slike diagram til utforming av celler som har kontrollert badstrøm er gitt i de etterfølgende eksempler. A detailed description of the use of such diagrams for the design of cells that have controlled bath flow is given in the following examples.

De generelle trekkene ved diagrammet er som følger. Strøm-ningsmotstanden er forbundet med bredden på returkanalen for gitte driftsbetingelser. For hver returkanalbredde fører en grafisk fremstilling av data fra figurer tilsvarende figurene 10, 11 og 12, ved konstant strømningshastighet, The general features of the diagram are as follows. The flow resistance is connected to the width of the return channel for given operating conditions. For each return channel width, a graphical presentation of data from figures corresponding to figures 10, 11 and 12, at constant flow rate, leads

til en relasjon mellom katodehelning og ACD som må være oppfylt for en gitt anodestrømtetthet for at man skal oppnå en tilstrekkelig strømningshastighet i cellen, beregnet ved metoder som defineres nedenfor. Denne relasjonen mellom katodehelning og ACD er representert ved de krumme linjene i figur 15. For hver returkanalbredde representerer derfor disse linjene en betingelse som vil gi en tilstrekkelig tilførsel av aluminiumoksyd. Disse linjene begrenses av to a relationship between cathode slope and ACD that must be met for a given anode current density in order to achieve a sufficient flow rate in the cell, calculated by methods defined below. This relationship between cathode slope and ACD is represented by the curved lines in Figure 15. For each return channel width, these lines therefore represent a condition that will provide a sufficient supply of aluminum oxide. These lines are limited by

grensebetingelser som defineres ved uønskede hydrodynamiske betingelser som beskrevet tidligere. Et område som er forbudt fordi det gir overdreven bobletykkelse begrenser driftsområdet ved små ACD-størrelser, dvs. til venstre i parameterdiagrammet (figur 15). Overdreven anode- (og katode-)helning, som gir stor neddykkingsdypde for anoden, utgjør en øvre grense ved en helning på ca. 15°. Et foretrukket driftsområde er vist i figur 15, det ligger litt over den angjeldende kurve for en valgt returkanalbredde, slik at ACD blir minst mulig og samtidig kompatibel med området merket "bobletykkelsebegrenset". Drift innen dette området sikrer samtidig en tilstrekkelig tilførsel av aluminiumoksyd, gjennom en tilstrekkelig stor Q-verdi, og forhindrer for stor badhastighet ved katodeoverflaten (og derved at aluminiumavtappingen hindres), så vel som overdreven bobletykkelse og tilhørende tap i strømvirkningsgrad. Følgende eksempler illustrerer konstruksjon og bruk av et slikt parameterdiagram. boundary conditions which are defined by undesirable hydrodynamic conditions as described earlier. A region that is prohibited due to excessive bubble thickness limits the operating range at small ACD sizes, i.e. to the left of the parameter diagram (Figure 15). Excessive anode (and cathode) slope, which gives a large immersion depth for the anode, constitutes an upper limit at a slope of approx. 15°. A preferred operating range is shown in figure 15, it lies slightly above the relevant curve for a selected return channel width, so that the ACD is as small as possible and at the same time compatible with the area marked "bubble thickness limited". Operation within this range simultaneously ensures a sufficient supply of alumina, through a sufficiently large Q-value, and prevents excessive bath velocity at the cathode surface (and thereby impeding aluminum draining), as well as excessive bubble thickness and associated loss in current efficiency. The following examples illustrate the construction and use of such a parameter diagram.

Eksempel 1 - Valg av størrelser på returkanaler Badstrømhastigheten, Q, (cm<3>/sek.) må være tilstrekkelig Example 1 - Selection of sizes of return channels The bath flow rate, Q, (cm<3>/sec.) must be sufficient

til at det tilføres nok aluminiumoksyd til å opprettholde elektrolysereaksjonen for å forhindre anodeeffekter i en celle i drift. Ved maksimal strømvirkningsgrad, 100%, until sufficient alumina is supplied to maintain the electrolysis reaction to prevent anode effects in a cell in operation. At maximum power efficiency, 100%,

er den minimale påkrevde strømningshastighet, Q, for en aluminiumsreduksjonscelle i drift, gitt ved ligningen: is the minimum required flow rate, Q, for an aluminum reduction cell in operation, given by the equation:

hvor Avekt-% Al2°3 er forskjellen i vekt-% A^O^ i badet som går inn i og ut av ACD-gapet, eller, a aluminiumoksyd. Konstanten 0,008 er avledet fra Faraday-ligningen: where Aweight-% Al2°3 is the difference in weight-% A^O^ in the bath that goes into and out of the ACD gap, or, a alumina. The constant 0.008 is derived from the Faraday equation:

For enkelhets skyld kan Q også uttrykkes ved badvolum pr. For the sake of simplicity, Q can also be expressed in terms of bath volume per

sek. pr. enhet anodeareal. Dvs., ved å anta en minste anodestrømtetthet på 0,5 A/cm<2>, og maksimalt 5% utarming av badet ved hver passasje gjennom ACD, dvs. Avekt-% Sec. per unit anode area. I.e., assuming a minimum anode current density of 0.5 A/cm<2>, and a maximum of 5% depletion of the bath at each pass through the ACD, i.e. Awt%

Al-O-, = 5, kan man fra ligning I beregne en minsteverdi Al-O-, = 5, a minimum value can be calculated from equation I

på Q = 8 x 10 cm<3>/sek./cm<2> anodeareal. on Q = 8 x 10 cm<3>/sec./cm<2> anode area.

Cellefunksjonen og varmestabiliteten bedres hvis det opprett-holdes en uniform Al-jO^-konsentrasjon gjennom badet. For cellene som er definert ovenfor er de beregnede minimale strømningshastighetene for badet 202, 4000 og 12000 cm<3>/sek. for henholdsvis vannmodellen og eksempelcellene I og II. Cell function and thermal stability are improved if a uniform Al-jO^ concentration is maintained throughout the bath. For the cells defined above, the calculated minimum bath flow rates are 202, 4000 and 12000 cm<3>/sec. for the water model and example cells I and II, respectively.

Mens de minimale badstrømmer, Q, teoretisk er tilstrekkelige, bør verdiene i praksis overskrides for å forhindre drifts-problemer (f.eks. store anodeeffekter, høy effektiv badmot-stand og overspenninger som skyldes stort boblevolum i ACD-gapet). Driftsbetingelsene i cellen vil i noen grad modifisere badstrømmen (f.eks. på grunn av kantdannelse, skorpedannelse etc.) og kan føre til strømningshastigheter i badet som ligger under de teoretiske strømningshastighetene. Av denne grunn er det anvendt en "designfaktor" på 4 eller 5 på de minimale verdiene for badstrøm, slik at de foretrukne strømningshastigheter blir 890, 20000 og 60000 cm<3>/sek. While the minimum bath currents, Q, are theoretically sufficient, in practice the values should be exceeded to prevent operational problems (e.g. large anode effects, high effective bath resistance and overvoltages due to large bubble volume in the ACD gap). The operating conditions in the cell will to some extent modify the bath flow (e.g. due to edge formation, crust formation etc.) and can lead to flow rates in the bath that are below the theoretical flow rates. For this reason, a "design factor" of 4 or 5 has been applied to the minimum bath flow values, so that the preferred flow rates are 890, 20,000 and 60,000 cm<3>/sec.

for henholdsvis vannmodellen og eksempelcellene I og II. for the water model and example cells I and II, respectively.

Data for vannmodellen viser en mer pålitelig og stabil badsirkulasjon ved disse foretrukne Q-verdier enn ved de minimale teoretiske Q-verdier, mens verdier på ca. 450, Data for the water model show a more reliable and stable bath circulation at these preferred Q values than at the minimal theoretical Q values, while values of approx. 450,

10000 og 30000 cm<3>/sek. betraktes som velegnede. 10000 and 30000 cm<3>/sec. considered suitable.

Data fra vannmodellen viser at strømningsmotstanden i returkanalen er en kritisk del av denne oppfinnelsen. Når returkanalen begrenses (et resultat av forsøk på å maksimere anodearealet i cellen) blir badstrømmen stadig mer følsom overfor forandringer i strømningsmotstanden i returkanalen. Siden det finnes mange celleutførelser med ekvivalente egenskaper med hensyn på strømningsmotstand i returkanalen, er det gunstig å konstruere en forenklet hydraulisk modell for å tilveiebringe generelle designkriterier for returkanalen. Det hydrauliske trykktap, h^, som skyldes strømnings-motstand i returkanalen er gitt ved den velkjente ligning: Data from the water model shows that the flow resistance in the return channel is a critical part of this invention. When the return channel is restricted (a result of attempts to maximize the anode area in the cell) the bath current becomes increasingly sensitive to changes in the flow resistance in the return channel. Since there are many cell designs with equivalent properties with respect to flow resistance in the return channel, it is beneficial to construct a simplified hydraulic model to provide general design criteria for the return channel. The hydraulic pressure loss, h^, which is due to flow resistance in the return channel is given by the well-known equation:

hvor where

f^. = Fannings friksjonsfaktor f^. = Fanning's friction factor

v = hastighet v = velocity

L = lengde (tilnærmet lik BFL i vannmodellen) L = length (approximately equal to BFL in the water model)

D eq = ekvivalent hy Jdraulisk diameter D eq = equivalent hy Jdraulic diameter

g = tyngdens gravitasjon g = gravity of the weight

Friksjonen kan være en sammensatt verdi for å gjenspeile forskjeller mellom bunnen og sideflatene i kanalen. For en enkel, åpen kanal: The friction can be a composite value to reflect differences between the bottom and side surfaces of the channel. For a simple, open channel:

hvor where

w = bredden av returkanalen w = width of the return channel

h = dypden av vannet på et hvilket som helst punkt langs h = the depth of the water at any point along

kanalen (minus ACD-korreksjonen i vannmodellen) the channel (minus the ACD correction in the water model)

h = hp + x sinus <t> h = hp + x sine <t>

h0 = h ved den øvre enden av anoden (dvs. minste anode-neddykkingsdypde) h0 = h at the upper end of the anode (ie minimum anode immersion depth)

x = avstanden langs returkanallengden, fra øvre kanal = katodehelning x = the distance along the return channel length, from the upper channel = cathode slope

Siden den observerte hastighet i returkanalen varierer Since the observed velocity in the return channel varies

med vanndypden, foretrekkes det å benytte volumbadstrøm som er uavhengig av de varierende kanaldimensjoner. Volum-badstrømmen, Q, er gitt ved hastigheten ganger tverrsnittet av kanalen, eller with the water depth, it is preferable to use volume bath flow which is independent of the varying channel dimensions. The volume bath flow, Q, is given by the velocity times the cross section of the channel, or

VI. Q = v h w, følgelig WE. Q = v h w, therefore

Q-verdiene som benyttes i disse ligningene representerer den effektive gjennomsnittlige Q for kanalen, som er bestemt ved å måle den tid det tar for et injisert fargestoff å fraktes gjennom kanalen. The Q values used in these equations represent the effective average Q of the channel, which is determined by measuring the time it takes for an injected dye to be transported through the channel.

Det hydrauliske trykktapet kan skrives: The hydraulic pressure loss can be written:

hvor Rf er et geometriledd for strømningsmotstanden, som avhenger av de fysiske dimensjoner på returkanalen, og K f er en væske/material-egenskapskoeffisient som er mindre avhengig av fysisk målestokk og kan bestemmes i praksis: where Rf is a geometry term for the flow resistance, which depends on the physical dimensions of the return channel, and K f is a fluid/material property coefficient that is less dependent on physical scale and can be determined in practice:

Siden verdien av h vil variere i en skrånende returkanal, beregnes R, vanligvis som en integral funksjon av h over kanallengden L, mens bredden w generelt forblir konstant. Fire av de forskjellige strømningsmotstandene i returkanalene som er benyttet i vannmodellundersøkelsene er gjengitt i tabell 2. Since the value of h will vary in a sloping return channel, R is usually calculated as an integral function of h over the channel length L, while the width w generally remains constant. Four of the different flow resistances in the return channels that have been used in the water model studies are reproduced in table 2.

Celleutførelsen i denne oppfinnelsen er analog med en pumpet væskekrets hvor gassboblene i ACD-gapet utfører pumpevirkningen og driver badet rundt ACD-gap-returkanal-kretsen. The cell design in this invention is analogous to a pumped liquid circuit where the gas bubbles in the ACD gap perform the pumping action and drive the bath around the ACD gap return channel circuit.

Et analogt pumpevirkningsgraddiagram som vist i figur 13, brukes til å beskrive sirkulasjonsegenskapene i en celle med "dreneringskatode". Økningen i pumpevirkningsgrad gjennom kurvene 1, 2 og 3, gjenspeiler økningen i katodehelning og/eller minkingen i ACD. Strømningsmotstanden øker gjennom helningene a, b og c, de gjenspeiler øket lengde og/eller avtagende tverrsnittsareal på returkanalen. De observerte strømningshastigheter gjennom ACD bestemmes An analogous pump efficiency diagram as shown in Figure 13 is used to describe the circulation characteristics of a "drain cathode" cell. The increase in pump efficiency through curves 1, 2 and 3 reflects the increase in cathode slope and/or the decrease in ACD. The flow resistance increases through slopes a, b and c, they reflect increased length and/or decreasing cross-sectional area of the return channel. The observed flow rates through the ACD are determined

av skjæringspunktet mellom pumpevirkningsgrad- og strømnings-motstandskurvene. Ved å legge en vertikal linje over pumpe-diagrammet ved den minste strømningshastighet som kreves for å få tilstrekkelig tilførsel av A^O^ til elektrolysereaksjonen i ACD, er det mulig å danne seg et bilde av pumpe/strømningsbetingelsene. Den brå forandringen i stig-ningskoeffisienten i noen av kurvene for pumpevirkningsgrad ved lave strømningshastigheter er forbundet med reversert strømning i ACD. Tabell 2 viser den virkning strømnings-motstanden i returkanalen har på strømningshastigheten i ACD ved en konstant katodehelning og ACD. of the intersection of the pump efficiency and flow resistance curves. By placing a vertical line across the pump diagram at the minimum flow rate required to provide sufficient A^O^ for the electrolysis reaction in the ACD, it is possible to form a picture of the pump/flow conditions. The abrupt change in the slope coefficient in some of the pump efficiency curves at low flow rates is associated with reversed flow in the ACD. Table 2 shows the effect the flow resistance in the return channel has on the flow rate in the ACD at a constant cathode slope and ACD.

Den lave strømningshastighet (Q) viser at en motstandsfaktor pa 2,7 x 10 cm er utenfor grensene for denne oppfinnelsen under de oppgitte betingelser. Dette bekreftes av den hovedsakelig reverserte strømningsbetingelse som observeres i ACD. For de oppgitte betingelser er en Rf-verdi på -2-4 The low flow rate (Q) shows that a resistance factor of 2.7 x 10 cm is outside the limits of this invention under the stated conditions. This is confirmed by the predominantly reversed flow condition observed in ACD. For the stated conditions, an Rf value is -2-4

2,7 x 10 cm innenfor grensene av denne oppfinnelse, 2.7 x 10 cm within the limits of this invention,

men den er for stor til at man kan oppnå den foretrukne strømningshastighet på 890 cm<3>/sek. for vannmodellen, dette resulterer i noen grad av reversert strømning. Det bør bemerkes at et svakt innslag av reversert strømning i noen tilfeller kan være fordelaktig siden det kan forbedre, but it is too large to achieve the preferred flow rate of 890 cm<3>/sec. for the water model, this results in some degree of reversed flow. It should be noted that a slight element of reverse flow can in some cases be beneficial since it can improve,

og ikke hindre, dreneringen av aluminium nedover katodeoverflaten. and do not prevent the drainage of aluminum down the cathode surface.

Oppskalering for vannmodellen til en kommersiell aluminiumreduksjonscelle gir et antall utførelsesalternativer innenfor omfanget av denne oppfinnelse. De grunnleggende krav som må oppnås i produksjonscellen er: Scaling up the water model to a commercial aluminum reduction cell provides a number of design options within the scope of this invention. The basic requirements that must be achieved in the production cell are:

1) Tilstrekkelig badstrøm, Q, inn i ACD til å opprettholde elektrolysereaksjonen. Den minste tilstrekkelige badstrøm er gitt ved ligning I: 1) Sufficient bath current, Q, into the ACD to sustain the electrolysis reaction. The minimum sufficient bath current is given by equation I:

Dvs. for en 100 K A celle med en Avekt-% A12C>3 på 0,2, er den minste badstrøm 4000 cm<3>/sek. That is for a 100 K A cell with a weight % A12C>3 of 0.2, the smallest bath current is 4000 cm<3>/sec.

2) Det hydrauliske trykk for den gassinduserte pumpevirkningen (minus tapet ved strømningshindringer i ACD) 2) The hydraulic pressure for the gas-induced pumping action (minus the loss due to flow obstructions in the ACD)

er lik det for den kombinerte h av returkanalen, øvre kanal og nedre kanal. For en gitt helning, ACD, strøm-tetthet og anodelengde, bør h utviklet i vannmodellen og i fullskalacellen være like. is equal to that of the combined h of the return channel, upper channel and lower channel. For a given slope, ACD, current density and anode length, h developed in the water model and in the full-scale cell should be equal.

3) Utførelse med en eller flere returkanaler med riktige dimensjoner kan benyttes slik at man oppnår det ønskede effektive strømningsmotstandsledd, R^. R^-leddet for cellen estimeres fra det for modellen ved bruk av ligningen 3) Design with one or more return channels with the correct dimensions can be used so as to achieve the desired effective flow resistance term, R^. The R^ term for the cell is estimated from that for the model using the equation

hvor det er tatt hensyn til forandringen i friksjonsfak-torer og total cellestrøm. Hvis dimensjonene av øvre og nedre kanal er like eller mindre enn de for returkanalen, må den variable massestrømhastigheten i øvre og nedre kanal tas med i beregningen. I de fleste for-ventede celleutførelser, og vannmodellen, er dimensjonene av øvre og nedre kanal tilstrekkelig til at de små h-^-tapene kan neglisjeres sammenlignet med tapene i den trangere returkanalen. Virkningen av strømningsmotstan-den i ACD er tatt inn i de rapporterte data for pumpevirkningsgrad. Følgelig vil Rf-leddet tilveiebringe de nødvendig designkriterier for returkanalen eller den kombinerte effekt av flere returkanaler i en celle i full målestokk. Siden en celleutførelse med "dreneringskatode" kunne omfatte flere returkanaler, n, er den effektive verdi for hver returkanal gitt ved where account has been taken of the change in friction factors and total cell flow. If the dimensions of the upper and lower channels are equal to or smaller than those of the return channel, the variable mass flow rate in the upper and lower channels must be included in the calculation. In most anticipated cell designs, and the water model, the dimensions of the upper and lower channels are sufficient so that the small h-^ losses can be neglected compared to the losses in the narrower return channel. The effect of the flow resistance in the ACD is included in the reported data for pump efficiency. Consequently, the Rf link will provide the necessary design criteria for the return channel or the combined effect of several return channels in a full-scale cell. Since a "drain cathode" cell design could include several return channels, n, the effective value for each return channel is given by

XII XII

hvor de respektive Q'er er definert ovenfor. where the respective Q's are defined above.

Man kan nå beregne en verdi for R^ (celle) ved summering over alle (n) returkanaler, som gitt ved One can now calculate a value for R^ (cell) by summing over all (n) return channels, as given by

og for n ekvivalente kanaler, and for n equivalent channels,

XIV. R (cellekanal) = n<J>Rf (celle), XIV. R (cell channel) = n<J>Rf (cell),

hvor R f (celle) kan beregnes fra ligningen where R f (cell) can be calculated from the equation

I ligning XV er R,(modell) en geometrisk motstandsfaktor In equation XV, R,(model) is a geometric resistance factor

-3 4 -3 4

som har en verdi fra 230 x 10 /cm til which has a value from 230 x 10 /cm to

0,2 x 10<-3>/cm<4>. 0.2 x 10<-3>/cm<4>.

Hvis f.eks. friksjonsfaktorene for vannmodellen og eksempelcellene (som angitt i tabell 1) antas å være like, er det foretrukne Rf-leddet for hver returkanal gitt ved ligning XII, og bredden av kanalen kan beregnes fra de respektive ligninger. If e.g. the friction factors for the water model and example cells (as indicated in Table 1) are assumed to be equal, the preferred Rf term for each return channel is given by Equation XII, and the width of the channel can be calculated from the respective equations.

Celleeksempel I Cell example I

Rf (cellekanal) = Rf (modell) [4(890)/20000]<2 >Rf (cellekanal) = 0,032 Rf (modell) Rf (cell channel) = Rf (model) [4(890)/20000]<2 >Rf (cell channel) = 0.032 Rf (model)

w (cellekanal) = 20 cm w (cell channel) = 20 cm

Celleeksempel II Cell example II

Rf (cellekanal) = Rf (modell)[4(890)/60000]<2 >Rf (cellekanal) = 0,0035 Rf (modell) Rf (cell channel) = Rf (model)[4(890)/60000]<2 >Rf (cell channel) = 0.0035 Rf (model)

w (cellekanal) = 52 cm w (cell channel) = 52 cm

Returkanalbreddene gitt ovenfor er basert på en "designfaktor" på 5 i den foretrukne badstrømmen (Q), og en foretrukket verdi R^ (modell) = 6,2 x 10 . Hvis celledriften for celleeksempel II ble vurdert som stabil nok til å redusere badstrømmens "designfaktor" til 3, så ville den beregnede w (cellekanal)-verdien reduseres til 33 cm. En alternativ fremgangsmåte for å redusere den beregnede w (cellekanal)-verdi til 33 cm, uten å ofre "designfaktoren", er å øke anodens neddykkingsdypde til 8 cm (dvs. hg = 18 cm). Disse alternativene demonstrerer nytten av foreliggende oppfinnelse ved utforming av en celle med "dreneringskatode". The return channel widths given above are based on a "design factor" of 5 in the preferred bath flow (Q), and a preferred value R^ (model) = 6.2 x 10 . If the cell operation for cell example II was considered stable enough to reduce the bath flow "design factor" to 3, then the calculated w (cell channel) value would be reduced to 33 cm. An alternative method to reduce the calculated w (cell channel) value to 33 cm, without sacrificing the "design factor", is to increase the anode immersion depth to 8 cm (ie hg = 18 cm). These alternatives demonstrate the utility of the present invention in designing a "drain cathode" cell.

Figur 14 viser de R^ (modell)-verdier (som funksjon av katodehelning og ACD) som kreves for å oppnå den foretrukne Q-verdi på 890 cm<3>/sek. for modellen. R^-verdier for andre Q-verdier kan trekkes ut fra data fra vannmodellen som Figure 14 shows the R^ (model) values (as a function of cathode slope and ACD) required to achieve the preferred Q value of 890 cm<3>/sec. for the model. R^ values for other Q values can be extracted from data from the water model which

vist i figurene 10, 11 og 12. shown in figures 10, 11 and 12.

Eksempel 2 - Valg av ACD Example 2 - Selection of ACD

Cellevirkningsgraden forbedres ved å redusere ACD (og derved spenningstapet i badet) uten betydelig tap i strømvirk-ningsgrad. Ved større ACD-verdier (f.eks. 4 cm eller større) er det en sterk tendens til reversert strømning i ACD-gapet. Hvis denne reversering blir for stor, vil Q-verdien reduseres for mye. Reduserte ACD-verdier fremmer den ønskede bad-strøm gjennom ACD-gapet, og høyere strømningsmotstander i returkanalen kan tolereres. Ved svært små ACD-verdier (ca. 1 cm) vil imidlertid en sekundær effekt mellom boblene og nærheten av en fast karbonoverflate forsinke den ønskede badstrøm (et resultat av den økede strømningsmotstand i ACD-gapet). Figurene 10, 11 og 12 viser at den maksimale badstrøm ikke alltid skjer ved den minste ACD-verdi som man kunne vente. The cell efficiency is improved by reducing the ACD (and thereby the voltage loss in the bath) without a significant loss in current efficiency. At larger ACD values (eg 4 cm or greater) there is a strong tendency for reverse flow in the ACD gap. If this reversal becomes too large, the Q value will decrease too much. Reduced ACD values promote the desired bath flow through the ACD gap, and higher flow resistances in the return channel can be tolerated. However, at very small ACD values (about 1 cm), a secondary effect between the bubbles and the proximity of a solid carbon surface will delay the desired bath flow (a result of the increased flow resistance in the ACD gap). Figures 10, 11 and 12 show that the maximum bath current does not always occur at the smallest ACD value that one might expect.

Den målte maksimale bobletykkelse avtok fra 1,0 cm The measured maximum bubble thickness decreased from 1.0 cm

til 0,5 cm når katodehelningen øket fra 2° til 5°, to 0.5 cm when the cathode slope increased from 2° to 5°,

med en tilsvarende økning i nettostrømningshastighet for væsken. Når stigningen ble øket utover 5°, holdt boble-tykkelsen seg tilnærmet konstant, og boblene ble observert å anta den karakteristiske form som er beskrevet tidligere, og å bevege seg langsommere. Forandring av ACD viste seg å ha liten effekt på den observerte bobletykkelse. Hvis boblen strekker seg over en stor del av ACD, vil strømvirk-ningsgraden bli redusert betydelig ved tilbakereaksjonen av C02 med aluminiummetallfilmen på katoden, og den elektriske motstanden i badet vil øke sterkt. Av disse grunner, og av praktiske hensyn, er den foretrukne ACD fra 2 til 4 cm, med et mer foretrukket område fra 2 til 3 cm. with a corresponding increase in net flow rate of the fluid. As the pitch was increased beyond 5°, the bubble thickness remained approximately constant and the bubbles were observed to assume the characteristic shape described earlier and to move more slowly. Changing the ACD was found to have little effect on the observed bubble thickness. If the bubble extends over a large part of the ACD, the current efficiency will be reduced significantly by the back reaction of CO2 with the aluminum metal film on the cathode, and the electrical resistance in the bath will increase greatly. For these reasons, and for practical reasons, the preferred ACD is from 2 to 4 cm, with a more preferred range from 2 to 3 cm.

Eksempel 3 - Valg av katodehelning Example 3 - Choice of cathode slope

I alle tilfeller, unntatt når returkanalen er meget trang (figur 10) eller ACD er 4 cm eller større, vil badstrømmen, In all cases, except when the return channel is very narrow (Figure 10) or the ACD is 4 cm or greater, the bath flow,

Q, overskride den foretrukne verdien på 890 cm<3>/sek. ved katodehelninger større enn eller lik 5°. Økning av katodehelningen forhindrer stor grad av reversert strømning, Q, exceed the preferred value of 890 cm<3>/sec. at cathode inclinations greater than or equal to 5°. Increasing the cathode slope prevents a large degree of reverse flow,

og reduserer problemet med luftblokkering (store stillestående gassbobler) i ACD-gapet. På den annen side kan en for bratt vinkel bryte strømmen av smeltet metall på katode-overf laten. Tilbaketrykk på grunn av innsnevringer i returkanalen kan også forhindres ved å øke katodehelningen. and reduces the problem of air blockage (large stagnant gas bubbles) in the ACD gap. On the other hand, too steep an angle can break the flow of molten metal on the cathode surface. Back pressure due to constrictions in the return channel can also be prevented by increasing the cathode slope.

Store katodehelninger kan imidlertid gi store strømmer However, large cathode slopes can produce large currents

av bad oppover helningen i ACD-gapet, dette kan hindre avtappingen av aluminium fra katodeoverflaten og forårsake praktiske problemer med den store variasjonen i neddykkingsdypde for anoden i badet. Når forandringen i bobletykkelse beskrevet i eksempel 2 også tas i betraktning, ligger den foretrukne katodehelning i området fra 5° til 11°, of bath up the slope of the ACD gap, this can prevent the draining of aluminum from the cathode surface and cause practical problems with the large variation in immersion depth of the anode in the bath. When the change in bubble thickness described in example 2 is also taken into account, the preferred cathode inclination is in the range from 5° to 11°,

med mest foretrukket helning ca. 8°. with the most preferred slope approx. 8°.

Eksempel 4 - Grensediagram for valg av celleparametrer Konstruksjon og bruk av de tidligere nevnte diagrammene for celleparametrene skal nå behandles i detalj. Parameter-restriksjonene som ble benyttet til å konstruere dette diagrammet er angitt i tabell 3. Example 4 - Boundary diagram for the selection of cell parameters The construction and use of the previously mentioned diagrams for the cell parameters will now be dealt with in detail. The parameter constraints used to construct this diagram are listed in Table 3.

Av praktiske grunner, og for å gjøre visualiseringen av celleutførelsen enklere, angir figur 15 strømningsmotstand i returkanalen, R^, uttrykt ved tilsvarende kanalbredder (under antagelse av en kanallengde på 121 cm, en anodestrøm-tetthet på 0,68 A/cm<2>, en strømningshastighet i badet på minst 890 cm<3>/sek., og en minste kanalhøyde på h^ = 10,0 cm). Det mest foretrukne sett av celleparametrer for vannmodellen under de oppgitte betingelser er: For practical reasons, and to make the visualization of the cell design easier, Figure 15 indicates flow resistance in the return channel, R^, expressed at corresponding channel widths (assuming a channel length of 121 cm, an anode current density of 0.68 A/cm<2 >, a flow rate in the bath of at least 890 cm<3>/sec., and a minimum channel height of h^ = 10.0 cm). The most preferred set of cell parameters for the water model under the stated conditions is:

katodehelning =7,5° cathode slope =7.5°

ACD = 2,5 cm ACD = 2.5 cm

Rf (returkanal) = 6,2 x 10 -3 /cm4 Rf (return channel) = 6.2 x 10 -3 /cm4

badstrøm, Q = 890 cm<3>/sek. bath current, Q = 890 cm<3>/sec.

De følgende områder for de kritiske hydrodynamiske strøm-ningsparametrer i cellen er basert på: 1) måledata og observasjoner gjort under simuleringsforsøk i vannmodellen; 2) den fremlagte analyse av dataene; og 3) praktiske betrakt-ninger for oppskalering til kommersiell cellestørrelse. The following areas for the critical hydrodynamic flow parameters in the cell are based on: 1) measurement data and observations made during simulation experiments in the water model; 2) the presented analysis of the data; and 3) practical considerations for scaling up to commercial cell size.

Et sett av parameterområder er gitt i tabell 4, for vannmodellen som har en BFL på 122 cm, og en BFW på 61 cm. Parametrer for en tilsvarende aluminiumreduksjonscelle A set of parameter ranges is given in Table 4, for the water model which has a BFL of 122 cm, and a BFW of 61 cm. Parameters for a corresponding aluminum reduction cell

i kommersiell størrelse er gitt i tabell 5. in commercial size is given in Table 5.

Kriteriene i denne oppfinnelsen kan anvendes på flere typer celler, som f.eks. de vist i figurene 1 til 7. Spesielt kan cellen bestå av en anode som ligger tvers over bredden av cellen som en kontinuerlig del. Et eksempel på denne anoden er vist i figur 2 hvor det ikke finnes noen sentral utlufting (2), og følgelig er boblestrømslengden (BFL) tilnærmet lik den totale anodebredde. Denne type celleutforming ville gi en smal celle (ca. 122 cm bred anode for det mest foretrukne tilfellet). The criteria in this invention can be applied to several types of cells, such as e.g. those shown in Figures 1 to 7. In particular, the cell may consist of an anode which lies across the width of the cell as a continuous part. An example of this anode is shown in Figure 2 where there is no central vent (2), and consequently the bubble flow length (BFL) is approximately equal to the total anode width. This type of cell design would produce a narrow cell (about 122 cm wide anode for the most preferred case).

En annen type celle ville være den vist i figur 2, hvor Another type of cell would be the one shown in Figure 2, where

den sentrale utluftingen (2) er med i utformingen. Den sentrale utluftingen slipper fri boblene som har akkumu- the central ventilation (2) is included in the design. The central vent releases the bubbles that have accumulated

lert i badstrømmen under passasje av den første halvdelen av anoden. I dette tilfellet er BFL definert som halvparten av den totale anodebredde. Utlufting av anodegassen er nødvendig for å forhindre at et stort boblevolum akkumuleres i ACD-gap, dette kan øke spenningstapet og nedsette strømvirkningsgraden. I denne typen celler, er den totale arbeidsbredde for anoden for de mest foretrukne tilfeller ca. 244 cm, som er en praktisk cellebredde. clayd in the bath current during passage of the first half of the anode. In this case, BFL is defined as half of the total anode width. Venting of the anode gas is necessary to prevent a large bubble volume from accumulating in the ACD gap, this can increase the voltage drop and decrease the current efficiency. In this type of cell, the total working width of the anode for the most preferred cases is approx. 244 cm, which is a practical cell width.

I en kommersiell celle er det ønskelig å operere ved den høyest mulige anodestrømtetthet uten tap av strømvirknings-grad (for å minimalisere kapital- og arbeidsutgifter pr. In a commercial cell, it is desirable to operate at the highest possible anode current density without loss of current efficiency (to minimize capital and labor costs per

kg produsert aluminium). Ved de lave ACD-verdier som benyttes i en celle med "dreneringskatode", vil disse høye strømtett-hetene være fordelaktige for å opprettholde varmebalansen i cellen. Ved høye anodestrømtettheter vil imidlertid gassboblene akkumuleres raskere vokse seg større i ACD-gapet enn ved lavere strømtettheter. For å motvirke den nedbryt-ende effekten av bobleakkumulering i ACD, nedsettes følgelig den foretrukne BFL (anodedimensjon i retningen for boble-strømmen) proporsjonalt med økningen i anodestrømtetthet. F.eks., hvis anodestrømtettheten økes fra 1,0 til 2,0 A/cm<2>, bør den foretrukne BFL reduseres fra 122 til 61 cm. For en celle med omvendt V-katode er den foretrukne utførelse for lavere anodestrømtettheter vist i figur 1. kg produced aluminum). At the low ACD values used in a cell with a "drainage cathode", these high current densities will be advantageous for maintaining the heat balance in the cell. At high anode current densities, however, the gas bubbles will accumulate faster and grow larger in the ACD gap than at lower current densities. Accordingly, to counteract the degrading effect of bubble accumulation in ACD, the preferred BFL (anode dimension in the direction of bubble flow) is reduced in proportion to the increase in anode current density. For example, if the anode current density is increased from 1.0 to 2.0 A/cm<2>, the preferred BFL should be reduced from 122 to 61 cm. For an inverted V cathode cell, the preferred design for lower anode current densities is shown in Figure 1.

For å øke den foretrukne totale bredde for arbeidsanoden To increase the preferred overall width of the working anode

ved høyere strømtettheter (større enn ca. 1,3 A/cm<2>), kan prinsippet med et lufthull for frigjøring av anodegassen utvides til flere luftehull slik at bredden av anoden økes ytterligere. Luftehullet kan være tilstede som en spalte mellom naboanodemasser, eller som en rad av hull i passende avstand fra hverandre gjennom anodemassen. at higher current densities (greater than about 1.3 A/cm<2>), the principle of one air hole for releasing the anode gas can be extended to several air holes so that the width of the anode is further increased. The air hole may be present as a gap between neighboring anode masses, or as a row of holes suitably spaced from each other through the anode mass.

En annen fremgangsmåte er å benytte en celle av utførelse som vist i figur 1. I dette tilfellet har kanalen i sentrum flere hensikter, som luftehull for gassen, og som en øvre kanal som leder badet som kommer ut fra ACD-gapet frem til returkanalen eller -kanalene. I dette tilfellet er BFL definert som halvparten av den totale bredde av arbeidsanoden, dette gir en mer praktisk størrelse på den kommer-sielle cellen. Det er underforstått at katodehelningen vist i figur 1 kan reverseres med en sentral brønn for oppsamling av metall. I dette siste tilfellet vil de øvre kanalene være plassert langs yttersidene av cellen som vist i figur 4 . Another method is to use a cell of the design shown in Figure 1. In this case, the channel in the center has several purposes, as an air hole for the gas, and as an upper channel that leads the bath coming out of the ACD gap to the return channel or - the channels. In this case, BFL is defined as half the total width of the working anode, this gives a more practical size for the commercial cell. It is understood that the cathode slope shown in figure 1 can be reversed with a central well for collecting metal. In this last case, the upper channels will be located along the outer sides of the cell as shown in Figure 4.

Det er også mulig å kombinere disse celleutførelsene til It is also possible to combine these cell designs to

en flerkomponentcelle som består av mange celler som er forbundet ved bad- og/eller metallstrømmen eller et enkelt cellerom som inneholder flere naboenheter av typen beskrevet ovenfor. a multi-component cell consisting of many cells connected by the bath and/or metal flow or a single cell compartment containing several neighboring units of the type described above.

For alle slike celleutførelser beregnes dimensjonene av returkanalen eller -kanalene i overensstemmelse med angivel-sene i eksempel 1. Det første trinnet er å velge den ønskede badstrøm, Q, basert på størrelsen av cellen som utformes, For all such cell designs, the dimensions of the return channel or channels are calculated in accordance with the indications in Example 1. The first step is to select the desired bath flow, Q, based on the size of the cell being designed,

og deretter benytte de utviklede relasjoner til å bestemme det riktige strømningsmotstandsledd, . Ligningene for det hydrauliske trykktap kan så anvendes under de angitte betingelser til å beregne et sett av foretrukne utforminger av returkanalen. Varmebalanse, og andre kriterier vedrørende celleutforming eller drift, benyttes så til å velge en av de hydraulisk ekvivalente utformingene for returkanalen. Dette endelige valg av returkanalutforming kan nå gjøres med hensyn til virkningen på den kritiske badstrøm. and then use the developed relationships to determine the correct flow resistance term, . The equations for the hydraulic pressure loss can then be used under the stated conditions to calculate a set of preferred designs of the return channel. Heat balance, and other criteria regarding cell design or operation, are then used to select one of the hydraulically equivalent designs for the return channel. This final choice of return duct design can now be made with regard to the effect on the critical bath flow.

Eksempel 5 - Forsøkscelle med dreneringskatode Example 5 - Test cell with drain cathode

Forsøksdata fra en aluminiumreduksjonscelle med hellende TiB2~katode, utført i laboratorieskala, viser nytten av Experimental data from an aluminum reduction cell with inclined TiB2~cathode, carried out at laboratory scale, show the usefulness of

å bruke en vannmodell til å simulere hydrodynamikken i to use a water model to simulate the hydrodynamics of

en kommersiell aluminiumsreduksjonscelle. En grafittboks med dimensjoner 61 cm x 122 cm x ca. 46 cm fylt med ca. a commercial aluminum reduction cell. A graphite box with dimensions 61 cm x 122 cm x approx. 46 cm filled with approx.

270 kg kryolittbad, ble oppvarmet i en lukket elektrisk ovn. Når badet var smeltet, ble forsøkskatodene og anodene senket ned gjennom en åpning i toppen og plassert i kryolittbadet som vist i figur 16. Utstyr for automatisk tilførsel av A^O^ og senkning av anoder gjorde det mulig å utføre kontinuerlige elektrolyseforsøk i opptil 3 uker uten noe avbrudd for erstatning av anoder. Under alle elektrolyse-betingelser ble utgangshelningen (vanligvis horisontal) 270 kg cryolite bath, was heated in a closed electric furnace. Once the bath had melted, the experimental cathodes and anodes were lowered through an opening at the top and placed in the cryolite bath as shown in Figure 16. Equipment for automatic supply of A^O^ and lowering of anodes made it possible to carry out continuous electrolysis experiments for up to 3 weeks without any interruption for the replacement of anodes. Under all electrolysis conditions, the output slope (usually horizontal) was

på den nedre anodeoverflaten etter 1 til 5 dagers elektrolyse forvandlet til helningen på katodeoverflaten under. Ujevnheten på anodeflaten vist i figur 13 er overensstemmende med den bobleoppførsel som ble observert i vannmodellen. Ved startkanten av anodeflaten i vannmodellen (svarende til området A i figur 16) har boblene en meget langsom og uregelmessig bevegelse som resulterer i en svært ikke-uniform dekning av anodeoverflaten. Dette vil gi et ujevn forbruk av anodekarbon. Når boblene beveger seg oppover langs anodeflaten vinner de fart og skaper en mer uniform strøm langs anodeflaten. Elektrolyse under disse strømnings-betingelsene gir et mer uniformt forbruk av anodekarbon som vist i området C av figur 16. Visuelle observasjoner av strømningsmønstrene i forsøkselektrolysecellen er i samsvar med observasjoner gjort i vannmodellen. on the lower anode surface after 1 to 5 days of electrolysis transformed into the slope on the cathode surface below. The unevenness on the anode surface shown in Figure 13 is consistent with the bubble behavior observed in the water model. At the starting edge of the anode surface in the water model (corresponding to area A in Figure 16), the bubbles have a very slow and irregular movement which results in a very non-uniform coverage of the anode surface. This will result in an uneven consumption of anode carbon. As the bubbles move upwards along the anode surface, they gain speed and create a more uniform current along the anode surface. Electrolysis under these flow conditions produces a more uniform consumption of anode carbon as shown in area C of Figure 16. Visual observations of the flow patterns in the experimental electrolysis cell are consistent with observations made in the water model.

Eksempel 6 - Data fra elektrolyseforsøk Example 6 - Data from electrolysis experiments

Cellespenningen ble målt som funksjon av strømtetthet, ACD-verdi og katodehelning i den forsøkscellen for elektrolyse som er beskrevet i eksempel 5. Referansespenning for en konvensjonell metallpute-katode b]e fremskaffet ved å erstatte den hellende TiB2~katode med en 3 cm dyp aluminiumpute i forsøkscellen for elektrolyse. Figur 17 The cell voltage was measured as a function of current density, ACD value and cathode slope in the electrolysis test cell described in Example 5. Reference voltage for a conventional metal pad cathode was obtained by replacing the inclined TiB2 cathode with a 3 cm deep aluminum pad. in the experimental cell for electrolysis. Figure 17

viser den dramatiske reduksjon i støyen i cellespenningen som ble oppnådd ved å erstatte en ustabil horisontal aluminiumpute med en hellende TiB2~katode i en aluminium.reduksjons-celle. I tillegg til reduksjonen i støyen i cellespenningen shows the dramatic reduction in cell voltage noise achieved by replacing an unstable horizontal aluminum pad with a sloping TiB2 cathode in an aluminum reduction cell. In addition to the reduction in the noise in the cell voltage

(dvs. forbedret cellestabilitet), viste forsøkscellene med dreneringskatode følgende egenskaper. (i.e. improved cell stability), the experimental cells with a drain cathode showed the following characteristics.

1) Spenningssporet for forsøkscellene med dreneringskatode viste et fravær av spisser som vist i figur 17, forårsaket enten av anodeeffekter på grunn av utilstrekkelig badstrøm, eller anode-katode-kortslutninger som skyldtes turbulens i metallputen (igjen et resultat av bobletykkelse og stor grad av reversert strøm). Ved lave ACD-verdier (f.eks. mindre enn 2 cm), krevde et konvensjonelt kontroll-system for cellespenningen (ved heving og senking av anoden) betydelig inngripen av operatør for å gjennomføre et forsøk med en metallpute-katode, mens forsøk med hellende TiB2~katoder krevde liten eller ingen inngripen 1) The voltage trace for the drain-cathode test cells showed an absence of spikes as shown in Figure 17, caused either by anode effects due to insufficient bath current, or anode-cathode shorts due to turbulence in the metal pad (again a result of bubble thickness and large degree of reversed current). At low ACD values (e.g., less than 2 cm), a conventional control system for the cell voltage (by raising and lowering the anode) required significant operator intervention to conduct an experiment with a metal pad cathode, while experiments with sloping TiB2~cathodes required little or no intervention

av operatør. by operator.

2) Stabil forsøksdrift ble utført med hellende katode ved 2) Stable test operation was carried out with a sloping cathode at

ACD-verdier mindre enn 1 cm. ACD values less than 1 cm.

3) Cellens respons på forandringer i strømtetthet eller ACD var rask og klar. Den nye stasjonære cellespenningen innstilte seg i løpet av ca. 1 minutt, sammenlignet med den restabiliseringsperiode på 15-30 minutter som krevdes for metallpute-katoden. Dette gjør det mulig å benytte enklere og mer pålitelige automatiseringsteknik-ker i cellen. 4) Utlufting av bobler fra anodeflaten var hovedsakelig langs den øvre kanten av den skrånende anodeflaten. 3) The cell's response to changes in current density or ACD was fast and clear. The new stationary cell voltage settled within approx. 1 minute, compared to the 15-30 minute recovery period required for the metal pad cathode. This makes it possible to use simpler and more reliable automation techniques in the cell. 4) Venting of bubbles from the anode surface was mainly along the upper edge of the inclined anode surface.

Når en anode med en horisontal flate ble plassert i cellen med en skrånende katode, var den begynnende utlufting av anodegassboblene tilfeldig fordelt rundt alle fire kanter av anodeflaten. Ved fortsatt elektrolyse begynte anodeflaten å ta form etter den skrånende katoden, og utlufting av gassboblene ble konsentrert langs den øvre kanten av den skrånende anodeflaten. I forsøk hvor en metallpute-katode ble benyttet, ble det bare observert tilfeldig utlufting av gassbobler fra anodeflaten. When an anode with a horizontal surface was placed in the cell with an inclined cathode, the incipient venting of the anode gas bubbles was randomly distributed around all four edges of the anode surface. As electrolysis continued, the anode surface began to take shape following the inclined cathode, and venting of the gas bubbles was concentrated along the upper edge of the inclined anode surface. In experiments where a metal pad cathode was used, only random venting of gas bubbles from the anode surface was observed.

I tillegg til forbedret cellestabilitet, viser elektrolyse-forsøkene at en betydelig reduksjon i anode-katode polarisa-sjonsspenningen kan oppnås ved bruk av en dreneringskatode. In addition to improved cell stability, the electrolysis experiments show that a significant reduction in the anode-cathode polarization voltage can be achieved by using a drain cathode.

Figur 18 viser den målte anode-katode polarisasjonsspenning som en funksjon av helningen på TiB2~katoden i forsøkscellen. Ved den foretrukne katodehelning på 8° viser forsøksresul-tatene en reduksjon på ca. 45% i anode-katode polarisasjons-spenningen, eller en innsparing på ca. 0,22 V i cellespenningen i tillegg til det som oppnås ved å redusere ACD. Denne fordelen ved en celle med "dreneringskatode" har hittil ikke vært rapportert i litteraturen. Figure 18 shows the measured anode-cathode polarization voltage as a function of the slope of the TiB2 cathode in the test cell. With the preferred cathode inclination of 8°, the test results show a reduction of approx. 45% in the anode-cathode polarization voltage, or a saving of approx. 0.22 V in the cell voltage in addition to that achieved by reducing the ACD. This advantage of a "drain cathode" cell has not been reported in the literature to date.

Den observerte reduksjon i konsentrasjonspolarisasjonen The observed decrease in concentration polarization

som funksjon av økende strømningshastighet for badet (se figur 18, og også figur 12 som et eksempel på strømnings-hastighet som en funksjon av katodehelning) er i overensstemmelse med elektrokjemisk teori for strømmende systemer eller systemer med røring. I det laminære området er konsen-tras jonspolarisasjonsspenningen proporsjonal med kvadratroten av badhastigheten. De målte spenninger i figur 18 avtar ikke så raskt med økende katodehelning som forutsatt ved laminær strømning. Dette tyder på at betingelsene i badet i ACD enten er i overgangsområdet eller i det turbulente området hvor forandringen i konsentrasjonspolarisasjons-spenning er mindre følsom for strømningshastigheten i badet. Data fra vannmodellen bekrefter denne hypotesen. as a function of increasing bath flow rate (see Figure 18, and also Figure 12 as an example of flow rate as a function of cathode slope) is consistent with electrochemical theory for flowing or stirred systems. In the laminar region, the concentration ion polarization voltage is proportional to the square root of the bath velocity. The measured voltages in Figure 18 do not decrease as quickly with increasing cathode inclination as assumed for laminar flow. This suggests that the conditions in the bath in ACD are either in the transition region or in the turbulent region where the change in concentration polarization voltage is less sensitive to the flow rate in the bath. Data from the water model confirm this hypothesis.

Forsøksdata for elektrolyse i en celle med hellende TiB2~ katode sammenlignet med en celle med en horisontal metallpute-katode har vist forbedret cellestabilitet (dvs. forbedret strømvirkningsgrad og reduserte anodeeffekter), ved reduserte ACD-verdier (dvs. for å redusere cellespenningen), forbedret respons på forandringer i ACD og strøm (dvs. mulighet for å benytte enklere og mer pålitelig kontrollautomatikk), Experimental data for electrolysis in a cell with a tilted TiB2~ cathode compared to a cell with a horizontal metal pad cathode has shown improved cell stability (ie improved current efficiency and reduced anode effects), at reduced ACD values (ie to reduce cell voltage), improved response to changes in ACD and power (i.e. possibility to use simpler and more reliable control automation),

mer lokalisert utlufting av anodegass (dvs. enklere gass-kontrollsystemer) og redusert anode-katode polarisasjonsspenning. Den asymptotiske delen av polarisasjonskurven ved katodehelninger større enn 5° i figur 18, er i overensstemmelse med det foretrukne området for katodehelning som vannmodellstudiene antydet. more localized venting of anode gas (ie simpler gas control systems) and reduced anode-cathode polarization voltage. The asymptotic part of the polarization curve at cathode inclinations greater than 5° in figure 18 is in accordance with the preferred range for cathode inclination as suggested by the water model studies.

Claims (18)

1. Dreneringskatodecelle for elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksyd til aluminium i et kryolittbasert bad inneholdende aluminiumoksyd, karakterisert ved at den innbefatter: et skall som har indre overflate foret med ildfaste materialer og karbonmaterialer, slik at det defineres et katode-hulrom; en katode som har minst en øvre overflate inneholdende et hårdt aluminium-fuktbart, ildfast materiale; minst to anoder som strekker seg inn i katodehulrommet, og som begge har en nedre overflate i avstand fra nevnte øvre overflate av katoden i en anode-til-katode-avstand på 1 cm til 5 cm, hvilket definerer en anode-katode-avstand (ACD) og en strømningsvei mellom anode og katode hvor øvre katodeoverflate og nevnte nedre anodeflate skråner fra horisontalplanet med fra 2° til 15°, slik at det tilveiebringes en nedre ende og en øvre ende av strømningsveien mellom nevnte anode og nevnte katode; en innretning i hulrommet for under drift å tilveiebringe en minimal badstrømningshastighet Q(celle) rundt i det minst en i det vesentlige horisontal badsirkulasjonskrets for å sikre tilførsel av aluminiumoksyd for elektrolysereaksjonen hvori (hvor Avekt-% AI2O3 er forskjellen i vekt-% A1203 i badet ved inngangen og utgangen av ACD-gapet) ved at det tilveiebringes minst en returstrømkanal for å fullføre sløyfen, hvor sløyfen innbefatter: (i) nevnte strømningsvei mellom anoden og katoden; (ii) minst en nedre kanal i fluidkontakt med den nedre enden av nevnte strømningsvei mellom anoden og katoden; (iii) minst en øvre kanal i fluidkontakt med nevnte øvre ende av strømningsveien mellom anode og katode; (iv) minst en returstrømskanal i fluidkontakt med nevnte øvre kanal og nevnte nedre kanal; returstrømskanalen, anbragt mellom nabo-anoder, har dimensjonene h, w og L, hvor h er baddybden i cm ved et hvilket som helst gitt punkt, w er bredden av returkanalen i cm, og L er lengden av returkanalen i cm, og hvor h, w og L er bestemt ved relasjonen hvor Rf er strømningsmotstanden i returstrømkanalen, og hvori maksimalverdien for Rf(cellekanal) er bestemt ved relasjonene og hvori (X) ligger i området fra 0,2 x 10~<3>/cm<4> til 230 x 10~<3>/cm<4> og hvor (X) er en geometrisk motstandsfaktor.1. Drain cathode cell for the electrolytic reduction of alumina to aluminum in a cryolite-based bath containing alumina, characterized in that it includes: a shell having an inner surface lined with refractory materials and carbon materials, so as to define a cathode cavity; a cathode having at least one upper surface containing a hard aluminum wettable refractory material; at least two anodes extending into the cathode cavity, both of which have a lower surface spaced from said upper surface of the cathode at an anode-to-cathode distance of 1 cm to 5 cm, defining an anode-cathode distance ( ACD) and a flow path between anode and cathode where the upper cathode surface and said lower anode surface are inclined from the horizontal plane by from 2° to 15°, so that a lower end and an upper end of the flow path between said anode and said cathode are provided; a device in the cavity to provide during operation a minimum bath flow rate Q(cell) around the at least one substantially horizontal bath circulation circuit to ensure supply of alumina for the electrolysis reaction wherein (where Awt% AI2O3 is the difference in wt% A12O3 in the bath at the entrance and exit of the ACD gap) by providing at least one return flow path to complete the loop, the loop including: (i) said flow path between the anode and the cathode; (ii) at least one lower channel in fluid contact with the lower end of said flow path between the anode and the cathode; (iii) at least one upper channel in fluid contact with said upper end of the flow path between anode and cathode; (iv) at least one return flow channel in fluid contact with said upper channel and said lower channel; the return flow channel, placed between neighboring anodes, has dimensions h, w and L, where h is the bath depth in cm at any given point, w is the width of the return channel in cm, and L is the length of the return channel in cm, and where h , w and L are determined by the relation where Rf is the flow resistance in the return flow channel, and in which the maximum value for Rf (cell channel) is determined by the relations and wherein (X) ranges from 0.2 x 10~<3>/cm<4> to 230 x 10~<3>/cm<4> and where (X) is a geometric resistance factor. 2. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte ACD ligger i området fra 1,5 til 4,0 cm.2. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that said ACD lies in the range from 1.5 to 4.0 cm. 3 . Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte ACD ligger i området fra 2,0 til 3,0 cm. 3. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that said ACD lies in the range from 2.0 to 3.0 cm. 4. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at ACD er ca. 2,5 cm. 4. Drain cathode cell according to claim 1, characterized in that ACD is approx. 2.5 cm. 5. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre katodeoverflaten og nevnte nedre anodeoverflate danner en vinkel med horisontalplanet på fra 5° til 10°. 5. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that the upper cathode surface and said lower anode surface form an angle with the horizontal plane of from 5° to 10°. 6. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre katodeoverflaten og den nedre anodeoverflate danner en vinkel med horisontalplanet på fra 6° til 8°. 6. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that the upper cathode surface and the lower anode surface form an angle with the horizontal plane of from 6° to 8°. 7. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at den øvre katodeoverflaten og den nedre anodeoverflate danner en vinkel med horisontalplanet på ca. 8". 7. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that the upper cathode surface and the lower anode surface form an angle with the horizontal plane of approx. 8". 8. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at L(cm) ligger i området fra 15 til 300. 8. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that L(cm) lies in the range from 15 to 300. 9. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at L(cm) ligger i området på fra 3 0 til 250. 9. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that L(cm) lies in the range of from 30 to 250. 10. Dreneringskatodecelle ifølge krav l.karakteri- sert ved at L(cm) ligger i området på fra 60 til 200.10. Drainage cathode cell according to requirement l.characteristics characterized by L(cm) being in the range of 60 to 200. 11. Dreneringskatodecelle ifølge krav l, karakterisert ved at L(cm) er ca. 122.11. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that L(cm) is approx. 122. 12. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at X(10~<3>/cm<4>) ligger i området på fra 1,0 til 20.12. Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that X(10~<3>/cm<4>) is in the range of from 1.0 to 20. 13 . Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at X(10~<3>/cm<4>) ligger i området på fra 5,0 til 10.13 . Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that X(10~<3>/cm<4>) is in the range of from 5.0 to 10. 14 . Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at X(10~<3>/cm<4>) er ca. 6,2. ■ 14 . Drainage cathode cell according to claim 1, characterized in that X(10~<3>/cm<4>) is approx. 6.2. ■ 15. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at cellen innbefatter et stort antall returstrømskanaler = n, og hvori Rf(cellékanal) = n<2>Rf(celle).15. Drain cathode cell according to claim 1, characterized in that the cell includes a large number of return current channels = n, and wherein Rf(cell channel) = n<2>Rf(cell). 16. Dreneringskatodecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte skråning og nevnte ACD er relatert til hverandre på en slik måte at tykkelsen av bobler som genereres i den elektrolytiske reaksjonen er mindre enn 50 % av nevnte ACD.16. Drain cathode cell according to claim 1, characterized in that said slope and said ACD are related to each other in such a way that the thickness of bubbles generated in the electrolytic reaction is less than 50% of said ACD. 17. Dreneringskatodecelle ifølge et hvilket som helst av kravene 1-15.karakterisert ved at en returstrøms-kanal er anbragt mellom en anode og en nærliggende innervegg av katodehulrommet.17. Drainage cathode cell according to any one of claims 1-15. characterized in that a return current channel is arranged between an anode and a nearby inner wall of the cathode cavity. 18. Dreneringskatodecelle ifølge et hvilket som helst av kravene 1-17.karakterisert ved at det aluminium-fuktbare, hårde ildfaste materialet er valgt fra en gruppe omfattende titandiborid, titankarbid, zirkoniumdiborid, zirkoniumkarbid og blandinger derav.18. Drain cathode cell according to any one of claims 1-17. characterized in that the aluminium-wettable, hard refractory material is selected from a group comprising titanium diboride, titanium carbide, zirconium diboride, zirconium carbide and mixtures thereof.
NO844025A 1983-02-17 1984-10-08 DRAINAGE CATODECEL FOR ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXYDE TO ALUMINUM NO168432C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US46757083A 1983-02-17 1983-02-17
PCT/US1984/000075 WO1984003308A1 (en) 1983-02-17 1984-01-20 Low energy aluminum reduction cell with induced bath flow

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO844025L NO844025L (en) 1984-10-08
NO168432B true NO168432B (en) 1991-11-11
NO168432C NO168432C (en) 1992-02-19

Family

ID=26770037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO844025A NO168432C (en) 1983-02-17 1984-10-08 DRAINAGE CATODECEL FOR ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXYDE TO ALUMINUM

Country Status (1)

Country Link
NO (1) NO168432C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
NO844025L (en) 1984-10-08
NO168432C (en) 1992-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4602990A (en) Low energy aluminum reduction cell with induced bath flow
EP0101243B1 (en) Metal production by electrolysis of a molten electrolyte
EP1364077B1 (en) A method and an electrowinning cell for production of metal
EP0096990B1 (en) Metal production by electrolysis of a molten metal electrolyte
US3755099A (en) Light metal production
CA1164823A (en) Electrode arrangement in a cell for manufacture of aluminum from molten salts
KR880000705B1 (en) Electrolytic reduction cell
NO134306B (en)
AU578410B2 (en) Low energy aluminum reduction cell with induced bath flow
WO2004018736A1 (en) Utilisation of oxygen evolving anode for hall-heroult cells and design thereof
JPS596390A (en) Electrolytic reduction tank
CA1337059C (en) Electrolytic cell for recovery of metal
NO168432B (en) DRAINAGE CATODECEL FOR ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXYDE TO ALUMINUM
NO337558B1 (en) Cell and method of electroplating aluminum.
EP0393816B1 (en) Cell for the electrolytic production of aluminium in a molten bath
US3616432A (en) Cathode level adjustment means
NO309155B1 (en) Cell for electrolysis of alumina preferably at low temperatures and use of the cell
CN211339709U (en) Electrolytic cell for electrolytic aluminum production and beneficial to maintaining electrolyte molecular ratio
JP4342522B2 (en) Method for homogenizing electrolyte concentration and electrolytic cell
JP6889640B2 (en) Molten salt electrolytic cell
US4179346A (en) Selective use of wettable and non-wettable graphite electrodes in electrolysis cells
NO337852B1 (en) Cell, method and anode for aluminum electrolysis from alumina
EP0604664A1 (en) Method for obtaining aluminium and other metals
NO134495B (en)
JP2020128580A (en) Liquid feeding method of feeding electrolytic solution into electrolysis tank for electrorefining

Legal Events

Date Code Title Description
MK1K Patent expired

Free format text: EXPIRED IN