NO177108B - Aluminiumreduksjonscelle - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår aluminiumreduksjonsceller av den type som omfatter en elektrisk ikke-ledende cellebunn gjen- ■ nom hvilken katodestrømsamlere rager for tilkobling til

. en ekstern strømtilførsel.

Teknikkens stand

Vanlige Hall-Heroult-celler for elektrolytisk produk-sjon av aluminium anvender en carboncellebunn som tjener til å tilføre strøm til en dyp dam av smeltet aluminium som danner katoden. Det katodiske aluminium er nødvendigvis tykt (minst 8-10 cm) fordi carbon ikke lar seg fukte av smeltet aluminium og ikke fullstendig vil dekke carbonet dersom aluminiumlaget hadde vært tynnere. Ved den vanlige anordning er en horisontal stållederskinne lagt inn i den nedre del av carboncellebunnen for tilførsel av strøm fra en ekstern kilde. Hele cellebunnen i kontakt med den smeltede aluminiumkatode består således av carbon som, under drift, blir impregnert med natriumarter og andre bestand-deler i kryolytten hvilket fører til dannelsen av giftige forbindelser som innbefatter cyanider. Til tross for de mange ulemper som er forbundet med carbon som katodestrømtil-førselsmateriale (ikke fuktbart av aluminium, nødvendig-

gjør- drift med dyp dam, carbons forholdsvis høye elektriske motstand som fører til energitap, reaksjoner inne i celleomgivelsen som nødvendiggjør vraking av store mengder av forurenset carbon når cellebunnen fornyes, etc), har forsøk' på å erstatte dette med teoretisk mer fordelaktige materialer under anvendelse av nye cellekonstruksjoner hittil ikke oppnåd'suksess.

Således er for eksempel en aluminiumproduksjonscelle som har en elektrisk ikke-ledende ildfast f&ring med en "bunninnført" strømsamler beskrevet i US patent 3287247. Strømsamlerens innvendige ende har en avrundet hette av Til^ som stikker inn i en fordypning som inneholder en dyp dam av smeltet aluminium. US patenter 3321392 og 3274093 beskriver en lignende anordning hvor de utstikkende ender av TiB2~lederstenger er avrundet.

US patent 3156639 beskriver en lignende anordning hvor Til^ eller en annen THM-hette er forbundet med en stamme via en metallskjøt. I henhold til en variant har en grafittblokk med den generelle form og dimensjoner som vanlige forbakte katodeblokker, en buet øvre overflate som

er dekket med varmpresset og bundet ildfast boridmateriale som

er i kontakt med det smeltede aluminium. Denne diboridhette er omgitt av en ildfast hylse. I dens nedre del, dvs. tett nær den vanlige horisontale lederskinne, finnes et spor for en stålforbindelsesstang. Den nødvendige binding av det ildfaste boridlag på grafittlegemet er imidlertid vanskelig å oppnå, og anordningen er derfor upraktisk.

US patent 4613418 har foreslått en aluminiumproduksjonscelle med en aluminakarforing i hvilken bunninnførte strøm-samlere er lagt inn og strekker seg til en fordypning i karfåringen. For å hindre den uønskede oppsamling av slam i disse fordypninger foreslår dette patent å fylle fordypningene med kuler av materiale som lar seg fukte av aluminium. Be-slektede konstruksjoner er foreslått i US patent 4612103.

Disse alternative cellekonstruksjoner under anvendelse av en ikke-carboncellebunn virker svært lovende. Erstatning av carboncellebunnen med f.eks. alumina fører til potensielle besparelser av materialer og arbeidsomkostninger. Slike for-slag har imidlertid hittil alle støttet seg på anvendelsen av en familie av materialer som er kjente som Tungtsmeltelige Hardmetaller ("THM") som omfatter boridene og carbidene av metaller av grupper IVB (Ti, Zr, Hf) og VB (V, Nb, Ta) i det periodiske system for elementene. TiB2 er ^l^tt identifisert som det mest lovende THM-materiale. Anvendelsen av disse materialer har imidlertid støtt på et antall prob-lemer som innbefatter pris og vanskelighet med å produsere og maskinere store stykker av materialene. Slike vanskelig-heter har ført til de konstruksjonsløsninger som er blitt foreslått i de ovennevnte US patenter 4613418 og 4612103 hvor for eksempel små stykker av TiB2 settes sammen eller pakkes sammen i en omgivelse av smeltet aluminium som del av strøm-tilførselsarrangementet.

Problemene erfart med THM-strømsamlere og ytterligere hjelpemidler for å ta hånd om disse, nemlig tilveiebringelsen av en beskyttende barriere som innbefatter en smeltet fluorid-eller kloridholdig saltblanding eller en getter som par-tikkelformig aluminium, er ytterligere beskrevet i EP-A-0 215 555.

En konstruksjon med sideinnføring er blitt beskrevet

i GB -A-1127313 hvor grafittkatodeblokker er forbundet med en ekstern strømtilførsel via oxygenfrie kobberstrømsamlere som strekker seg horisontalt gjennom sidene av en stampet karforing av carbon, idet grafittblokkene strekker seg inn i den katodiske dam av smeltet aluminium. Sideinnførings-konstruksjoner innbefatter imidlertid forskjellige ulemper og har ikke funnet kommersiell aksept.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Denne oppfinnelse tar sikte på å sikre de fordeler som er iboende hos en cellekonstruksjon under anvendelse av en ikke-ledende cellebunn, f.eks. hovedsakelig av alumina, under anvendelse av et forenklet bunninnføringsstrømtil-førselsarrangement som unngår ulempene, omkostningsbe-lastninger og konstruksjonskomplikasjoner som hittil er blitt påtruffet med THM-materialene.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er en aluminium-resuksjonscelle av den i krav l's ingress spesifiserte type karakterisert ved at hver av strømsamlerne omfatter en opprettstående metallkjerne som ved sin øvre ende og sidene er beskyttet av et legeme av carbon som er i kontakt med en katodisk dam av smeltet aluminium på cellebunnen, idet hver metallkjerne strekker seg oppad fra en i det vesentlige horisontal, strømtilførselsesskinne eller -plate til et sted tett nær toppen av den ikke-ledende cellebunn hvor under drift av cellen temperaturen er over smeltepunktet for elektrolytten, og idet carbonlegemets sider strekker seg delvis ned langs metallkjernen til et sted hvor under drift temperaturen er under smeltepunktet for elektrolytten.

Denne nye cellekonstruksjon forbedrer således den ikke-ledende cellebunnkonstruksjon med anvendelsen av carbon i en begrenset mengde som beskyttende tildekning eller hette for toppen av strømsamleren, idet tildekningen eller hetten beskytter kjernen mot inntrengning av smeltet aluminium og elektrolytt. Konstruksjonen forlater seg således på de vel-kjente og beviste egenskaper til carbon i denne omgivelse,

men anvendt i en begrenset mengde for å minimere virkningene av dets begrensninger (spesielt forholdsvis dårlig lednings-evne) , mens de iboende fordeler ved den ikke-ledende cellebunn (materialbesparelser og energibesparelser) blir realisert for dypdamsdrift og eventuelt for grunndamsdrift. Nærmere bestemt kan denne nye cellekonstruksjon innarbeides

i et nytt arrangement hvor en grunn dam av smeltet aluminium holdes på en aluminiumfuktbar, men i det vesentlige ikke-ledende cellebunn.

Carbonlegemet kan være en hette som er rund eller hexagonal når det ses ovenfra, men i flere foretrukne ut-førelsesformer vil dét være en slabb, stang, plate eller blokk som strekker seg tvers over cellebunnen. På dens under-side kan en slik slabb eller plate ha et spor for å motta en tilsvarende strømsamlerplate eller den kan ha flere boringer med egnet form, f.eks. med rundt eller rektangulært tverrsnitt, for å motta strømsamlerstolpene.

I en utførelsesform har carbonlegemet en flat topp

som flukter med den ikke-ledende cellebunn. Denne anordning kan være foretrukket når cellebunnens overflate innbefatter et materiale som gjør den fuktbar av smeltet aluminium, slik at cellen kan drives med en katode dannet av en forholdsvis grunn dam av smeltet aluminium, som beskrevet nedenfor. I foretrukne utførelsesformer kan imidlertid carbonlegemet være lagt inn i en fordypning i cellebunnen. Slike utførelses-former er eventuelt kombinert med ett eller flere lag av ledende kuler anordnet for å hemme slaminntrengning, eller carbonlegemet kan rage inn i det smeltede aluminium i fordypningen. En enkel fordypning uten noen slike hjelpemidler er også spesielt anbefalt når carbonlegemene er store slabber eller stenger.

I andre mindre foretrukne utførelsesformer kan carbonlegemet stikke frem over den ildfaste cellebunn. Dette er spesielt nyttig for en celle med en dyp dam av smeltet aluminium hvis bevegelser hemmes av et pakket katodelag av inert materiale, som beskrevet i EP-B-0 033630. Ved for eksempel å tilveiebringe utstikkende carbonstenger eller -hetter med skråsider blir den ildfaste cellebunns topp-areal reservert for brudd som faller ned fra paknings-elementene, uten at dette brudd innvirker uheldig på strømtilførselen. Dersom elektrolytten er smeltet kryolitt eller en hvilken som helst annen som reagerer med carbon, bør det utstikkende carbonlegeme selvfølgelig holdes permanent dekket av det smeltede aluminium for å beskytte det mot angrep fra elektrolytten. Ved aluminiumelektrout-vinning fra mindre aggressive elektrolytter, f.eks. klorid-baserte elektrolytter, behøver imidlertid carbonet ikke å måtte være dekket og beskyttet mot elektrolytten av det katodiske aluminium. I dette tilfelle kan det utstikkende carbonlegeme fra tid til annen eller permanent befinne seg i kontakt med den smeltede elektrolytt.

Carbonlegemets sider strekker seg fortrinnsvis langs strømsamlingskjernen ned til et område hvor temperaturen er 500°C eller mindre, f.eks. fordelaktig ned til ca. 400°C.

For flere cellekonstruksjoner vil dette være ekvivalent med en inntrengning av ca. 20-30 cm i cellebunnen. På denne måte vil ethvert celleinnhold som trenger inn mellom carbon-hetten og cellebunnens elektriske ikke-ledende materiale, størkne før det når frem til katodesamlerkjernen.

Eventuelle mindre mengder av celleinnhold som dif-funderer til kjernen vil imidlertid være Ved en tilstrekkelig lav temperatur til å unngå uønskede reaksjoner med eller erosjon av kjernematerialet.

Den innvendige del av strømsamlerne kan være laget av et hvilket som helst egnet metall eller legering som holder seg fast ved arbeidstemperaturen i cellebunnen. Forskjellige temperaturresistente legeringer, som NiAl, er mulige. Imidlertid er det for tiden foretrukne materiale, under hensyntagen til pris og oppførsel, stål. Flere vanlige typer av stål er egnede. Det er ikke nødvendig å ty til kostbare legeringer. Strømsamlerkjernene kan således være enkle vertikale stenger av stål, med rundt eller rektangulært tverrsnitt selv om plater av stål eller andre metaller også kan regnes med. Den øvre ende av stål- eller andre strømsamlerkjerner kan være oppslisset eller kon-struert på annen måte for å tilveiebringe en ekspansjons-skjøt.

Den ikke-ledende cellebunn er fortrinnsvis hovedsakelig sammensatt av pakket alumina, f.eks. at den kan være sammensatt av forskjellige kvaliteter av alumina-pulver pakket i på hverandre følgende lag, eller enkelte lag kan bestå av blandinger av alumina med andre materialer, f.eks. slabber av et sammensatt ildfast/THM-materiale på cellebunnens toppoverflate. Alternativt kan et lag av tett flakalumina med grove og findelte fraksjoner, som beskrevet i EP-A-0 215 590, foreligge på eller nær toppen.

Som nevnt ovenfor omfatter for flere cellekonstruks joner, spesielt med grunne damkatoder, overflaten av den ikke-ledende cellebunn i kontakt med den katodiske dam av smeltet aluminium med fordel et materiale som lar seg fukte av smeltet aluminium. Som et eksempel kan pulverformig TiB2 eller annet THM dusjes på og presses inn i overflaten. Eller, som kjent, kan fliser eller slabber av THM eller kompositter basert på THM, f.eks. TiB2.Al203-kompositten beskrevet i US patent 4647405, anvendes. Et annet meget fordelaktig materiale, beskrevet i den samtidige norske patentsøknad nr. 901222, omfatter

et legeme av smeltet natast oxyforbindelse, som alumina, og et stort antall adskilte inneslutninger av med aluminium fuktbart THM, f.eks. TiB2, i legemets overflate. Sintrede ildfaste materialer som inneholder THM-inneslutninger er også mulige.

Slike legemer av ildfast materiale og THM kan for eksempel være slabber som danner det med aluminium fuktbare materiale som utgjør cellebunnoverflaten på hvilken en grunn dam av smeltet aluminium befinner seg-. Ved å kom-binere denne konstruksjon med en med spor forsynt carbon-strømsamler ifølge den foreliggende oppfinnelse oppnås en usedvanlig sterkt fordelaktig celle.

Ved å tilveiebringe en overflate som lår seg fukte av aluminium, på cellebunnen (hvilken overflate ikke behøver å være elektrisk ledende) kan cellen således drives med en grunn (f.eks. 1-4 cm tykk) dam av smeltet aluminium. Oppfinnelsen vil imidlertid være av like stor fordel for drift av en aluminiumproduksjonscelle med en vanlig dyp dam (som regel med fluktuerende nivå med en minimumstykkelse på 6-8 cm) fordi den kan tilpasses for eksisterende celler ved hjelp av en enkel tilbakevirkende erstatning av standard-carboncellebunnene. For drift med dyp dam kan bølgebevegelse i den katodiske aluminiumdam hemmes ved hjelp av et pakket katodelag, som beskrevet i det ovennevnte europeiske patent EP-B-0 033630.

Carbonlegemet kan maskineres fra ett enkelt stykke av carbon eller grafitt av vanlige kvaliteter anvendt for aluminiumproduksjonsceller. Det kan alternativt lages av to eller flere stykker av carbon som er tilstrekkelig forbundet med hverandre, f.eks. med bek, under dannelse av et enhetlig stykke uten sprekker på steder hvor inntrengning av smeltet aluminium eller kryolitt ville være skadelig. Katodestrømsamlerkjernen, f.eks. av stål eller andre legeringer med et tilstrekkelig høyt smeltepunkt og ikke-reaktive med smeltet aluminium, kan forbindes med carbonet ved hjelp av den metode som er kjent som "rodding" anvendt for for-brente anoder. Dette innbefatter ganske enkelt anbringelse av strømsamleren i en på forhånd dannet fordypning med til-strekkelige dimensjoner, hvorefter støpejern helles inn eller en carbonråblanding stampes inn i fordypningen langs strømsamleren. Alternativt kan carbonlegemet være tvunget tilpasset på strømsamlerene.

Det vil i alminnelighet være fordelaktig å minimere carbonets tykkelse over strømsamlerkjernens ende til en tykkelse som vil gi tilstrekkelig mekanisk styrke og be-skyttelse mot inntrengning eller diffundering av smeltet aluminium, men uten å bidra unødvendig til cellens elektriske motstand. For de anvendelser hvor cellebunnen lar seg fukte av smeltet aluminium, kan dessuten dimensjonene til den del av carbonlegemet som er utsatt for den smeltede aluminiumdam, holdes på et minimum slik at cellen kan drives med en dam av aluminium som er så grunn som mulig.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil bli ytterligere beskrevet under henvisning til de ledsagende skjematiske tegninger, hvor

Fig. 1 er et sidesnittoppriss gjennom del av en aluminiumreduksjonscelle som inneholder et strømsamlerarrangement ifølge denne oppfinnelse. Fig. 2, 3 og 4 er perspektivoppriss, delvis i tverrsnitt, gjennom forskjellige typer av carbonlegeme, Fig. 5 er et oppriss i snitt gjennom en del av en annen aluminiumproduksjonscelle som innbefatter et strøm-. samlerarrangement ifølge denne oppfinnelse, med grunn dam-utformning, og Fig.-6, 7 og 8 er oppriss delvis i snitt som viser ytterligere utførelsesformer.

Detaljert beskrivelse

Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av del av en aluminiumreduksjonscelle som har en ikke-ledende cellebunn med et bunninnføringsstrømtilførselsarrangement.

Øen ikke-ledende cellebunn omfatter en karffiring 1 av alumina inneholdt i en stålmantel 2 som er forbundet med eksternt strømskinneopplegg. Et antall stålstendere 3 som er avsluttet like under toppen av karfåringen 1, strekker : seg vertikalt fra bunnen av cellen 2 på steder i avstand

fra hverandre. Ved dens øvre ende er hver stender 3 inne-lukket i en hette 4 av carbon. Som vist på Fig. 1 består hetten 4 av et sylindrisk legeme som har en sentral boring 5 og en lukket øvre ende 6. Stenderen 3 er løst tilpasset

i boringen 5 og er festet til denne ved istøping av støpe-jern eller bek ved hjelp av den kjente "rodding"-prosess,

eller ved tvangsinnpassing. Det er bekvemt at hettene 4 er festet til stenderne 3 som derefter kan sveises til mantelens 2 bunn. For å tillate varmeekspansjon har den

øvre ende av stenderen 3 én eller flere slisser 9. Hettens 4 sirkulære øvre ende 6 flukter med et topplag 7 av karfåringen 1. Dette topplag 7 kan være stampet flakalumina eller kan innbefatte et av aluminium fuktbart materiale, som pulverformig TiB2, eller det kan bestå av et komposittmateriale innbefattende TiB2. Hettens 4 øvre bunnende 8 befinner seg i en avstand av ca. 20-30 cm fra den øvre ende 6. På dette sted av karfåringen 1 er temperaturen under drift av cellen ca. 400°-500° C. Eventuelt aluminium eller elektrolytt som kan trenge inn mellom hetten 4 og karfåringen 1, størkner således før de når frem til hettens 4 bunnende 8. Stenderne 3 blir således effektivt beskyttet av hetten 5 mot inntrengning av smeltet aluminium 10 eller elektrolytt 11.

På toppen av karfåringens 1 øvre lag 7 og strømtil-førselshettenes 4 øvre ender 6 er et lag av katodisk smeltet aluminium 10. Dette lag kan være ca. 1-4 cm tykt for en cellebunnoverflate som lar seg fukte av aluminium, eller minst 6-8 cm tykt for en ikke-fuktbar overflate. Over det katodiske aluminium 10 er et elektrolyttlag 11, typisk smeltet kryolitt som inneholder opp til 10 vekt% oppløst alumina, i hvilken anoder 12 dypper ned. Under drift er elektrolytten 11 ved en temperatur av ca. 900-950°C.

Anodene 12 kan bekvemt være for-brente carbonanoder, spesielt for drift med dyp dam, eller oxygenavgivende ikke-forbrukbareanoder,spesielt for drift med grunn dam. Foretrukne ikke-forbrukbare anoder har et elektrisk ledende substrat som er belagt med et beskyttende overflatelag basert på ceriumoxyd-fluorid. Slike overflatelag kan bevares ved å innbefatte en konsentrasjon av cerium i elektrolytten 10, som beskrevet i US patent 4614569.

Den beskrevne utførelsesform overensstemmer med senere utrustning av en eksisterende type av celle med en stålmantel 2, ved å fylle denne med alumina 1 istedenfor carbon og ved å sveise stålstendere 3 til stålmantelbunnen 2, anvendt for tilførsel av strøm. Selvfølgelig kan en aluminafylt karfåring anvendes for forskjellige cellebunn-konstruksjoner, for eksempel med en massiv aluminiumbunn-plate til hvilken stendere 3 av en egnet høytemperatur-aluminiumlegering sveises. Slike legeringer bør ha et smeltepunkt av ca. 1000°C eller derover.

For bekvemhets skyld betegner i de øvrige figurer like henvisningstall de samme deler som i henhold til

Fig. 1.

Istedenfor å være en sylindrisk hette, som beskrevet under henvisning til Fig. 1, kan den beskyttende carbon-del fordelaktig være en slabb eller stang 4 for å motta en platelignende strømsamlerkjerne. Alternativt kan det være flere boringer 5 i stangen 4 for å motta flere strøm-samlerstendere med tilsvarende form.

Fig. 3 viser en beskyttende carbonstang 4 med en slisse 5, som på Fig. 2, men ytterligere forsynt med ett eller flere stykker 15 av THM som stikker ut fra dens øvre flate 6. Dette THM kan for eksempel være TiB2 eller et TiB2-komposittmateriale. Som vist er et enkelt stykke 15 i form av en strimmel med rektangulært tverrsnitt mot-tatt i et spor 16 maskinert ut i stangens 4 øvre flate. Disse strimler 15 kan tvangsinnpasses i sporet 16 eller festes med en bindegrøt, som bek, som eventuelt er for-sterket med mekaniske festeanordninger. Under sporet 16 har stangen 4 en seksjon 17 som dekker toppen av strøm-samlerkjernen. I henhold til en modifikasjon er det mulig å gi avkall på denne seksjon 17 og å sveise THM-strimlene eller andre stykker langs deres fulle lengde eller på gitte steder til toppen av strømsamlerkjernen. Dette gir en utmerket elektrisk forbindelse mellom strømsamleren og THM-strimmelen på bekostning av en minskning av den beskyttende virkning av carbonfordelingsstangen mot inntrengningen av smeltet aluminium og elektrolytt. En tilstrekkelig beskyttelsesvirkning kan imidlertid fremdeles oppnås.

Den utføre"! sesform av carbonstang 4 som er vist på

Fig. 4 har også THM-stykker lagt inn i dens øvre flate 6. Her er THM-stykkene for eksempel, som vist, skiver 20 med generell sylindrisk form, men de kunne hatt andre former, som rektangulær, polygonal, stjerneformig eller andre regulære former eller de ville kunne ha vært stykker med vilkårlige former og dimensjoner, som klumper eller flak. De illustrerte flate skiver 2 0 flukter med den øvre flate

6, men disse skiver eller andre stykker vil kunne stikke ut fra den øvre flate. Skivene eller de andre stykker kan, som vist, være i avstand fra hverandre eller de kan foreligge i berørende forhold. Det er også mulig at slike THM-sykker er lagt inn i stangens 4 sideflater nær dens øvre flate 6 for anvendelse hvor stangen 4 rager ut over cellebunnen. THM-stykker kan være lagt inn i et carbonlegeme, f.eks. ved å blande THM-stykker med grafitt- eller carbon-partikler og et bekbindemiddel og sintring/varmpressing, f.eks. som beskrevet i US patent 3661736.

Ifølge en annen utførelsesform, ikke vist, kan for kontakt med det smeltede aluminium stangen 4 eller i det minste dens øvre overflatedel være laget av et komposittmateriale basert på carbon eller grafitt innbefattende THM-partikler enten forhåndsformet eller dannet in situ. Forskjellige komposittmaterialer av denne type og frem-stilling av disse er for eksempel beskrevet i US patenter 4376029, 4466996 og i WO 83/04271 og WO 84/02930.

Fig. 5 er et langsgående tverrsnitt gjennom en del av en annen aluminiumelektroutvinningscelle med anvendelse av carbonstenger 4 i en utformning med forsenket grunn dam. Stengene 4 er lignende dem som er vist på Fig. 2 og er forbundet med cellebunnen med stål- eller andre legerings-plater eller -stendere 3. På toppen av aluminaet eller en annen karfSring er slabber 21 av ildfast materiale som har et øvre lag 7 av THM, for eksempel TiB2~partikler eller klumper som er innleiret i smeltet alumina, som mer detaljert beskrevet i den samtidige norske

søknad nr. 901222. Toppen av karfSringen 1 er på det samme eller tilnærmet det samme nivå som carbonstengenes 4 topp 6, og slabbene 21 er anordnet langsmed stengene 6, hvorved de tilveiebringer en fordypning 22 som er fylt med smeltet aluminium 10. Det smeltede aluminium 10 danner således en grunn dam eller film som er ca. 3-30 mm tykk, over den av aluminium fuktbare THM-overflate 7, med en dypere dam,

f.eks. ca. 25-60 mm tykk i fordypningene 22 over carbonstengenes 4 topp 6, slik at carbonstengene 4 alltid er beskyttet av en dam av smeltet aluminium selv under fluktuasjon av dammens nivå over den av aluminium fuktbare overflate 7. Over det smeltede aluminium 10 er et lag av smeltet elektrolytt 11 i hvilket anodene 12 dypper ned. Typisk er to rader av anoder 12 anordnet side om side med

et hvilket som helst egnet antall anoder langs cellens lengde i overensstemmelse med cellens kapasitet. Anodene vil fordelaktig være ikke-forbrukbare oxygenavgivende anoder, f.eks. belagt med et ceriumoxyd-fluoridbelegg. Et trau eller en annen anordning er tilveiebragt på sidene og/ eller endene av cellen for å inneholde og tappe av det produserte aluminium.

Fig. 6 viser en carbonstang 4 med dens strømsamler 3 av den samme generelle type som tidligere beskrevet, men ifølge denne utførelsesform er toppen 6 av stangen 4 anordnet på bunnen av en skrånende fordypning 22 i det øvre lag 7

av karf6ringen 1. Fordypningen 22 mottar et lag av pakkede kuler 23 av THM, f.eks. TiB2. På toppen av laget av kuler 23 og det øvre lag 7 er ytterligere TiB2~kuler 23" anordnet som et enkelt lag på cellebunnen. Disse kuler 23, 23' har den dobbeltfunksjon at de stabiliserer den grunne dam.av aluminium 10 og hindrer inntrengningen av slam i fordypningen 22 og som vil kunne danne et uønsket ikke-ledende lag på toppen 6 av carbonstangen 4. Lignende konstruksjoner, men uten carbonstrømmateren, er beskrevet i US patent 4613418.

En modifikasjon av den tidligere utførelsesform er vist på Fig. 7, hvor toppen 6 av carbonstangen 4 rager inn i en fordypning 22 som strekker seg ned til sidene av stangen 4 under dannelse av kanaler 24 i hvilke eventuelt slam kan sedimentere. På den høyre del av tegningen er fordypningen 22 vist med en skrånende vegg. På den venstre side av tegningen er fordypningen vist med en vertikal slisse eller kanal 22' langsmed carbonstangen 4. Disse fordypninger er fylt med smeltet aluminium og tjener til å redusere den strømførende bane mellom strømsamlerne 3 og

dammen av smeltet aluminium 10.

Fig. 8 viser en utførelsesform i hvilken en avskrådd øvre ende av carbonstangen 4 rager inn i dammen av katodisk aluminium 10. Denne anordning er spesielt egnet for drift med en dyp dam av smeltet aluminium 10 under en kryolitt-basert elektrolytt fordi det er viktig at carbonhettens 4

topp 6 holder seg dekket .av aluminiumet 10. Det er også fordelaktig for drift med et pakket katodelag som hemmer be-vegelse i den dype dam av aluminium. Det er selvfølgelig like mulig å ha en ikke-avskrådd stang 4 med flat topp, som ifølge Fig. 2, eller en flat hette som ifølge Fig. 1 som rager inn i det smeltede aluminium 10.

Claims (11)

1. Aluminiumreduksjonscelle omfattende en elektrisk ikke-ledende cellebunn gjennom hvilken et stort antall katode-strømsamlere (3) strekker seg for tilkobling til en ekstern strømtilførsel (2), idet en katodisk dam (10) av smeltet aluminium befinner seg på cellebunnen under en smeltet elektrolytt (11), karakterisert ved at hver av strømsamlerne omfatter en opprettstående metallkjerne (3) som ved sin øvre ende og sidene er beskyttet av et legeme (4) av carbon som er i kontakt med den katodiske dam (10) av smeltet aluminium på cellebunnen, idet hver metallkjerne (3) strekker seg oppad fra en i det vesentlige horisontal strømtilførselsskinne eller -plate (2) til et sted tett nær toppen (7) av den ikke-ledende cellebunn hvor under drift av cellen temperaturen er over smeltepunktet for elektrolytten (11) , og idet carbonlegemets (4) sider strekker seg delvis ned langs metallkjernen (3) til et sted hvor under drift temperaturen er under smeltepunktet for elektrolytten (11).

2. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at carbonlegemet (4) har en flat topp (6) som flukter med den ikke-ledende cellebunn (7).

3. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at carbonlegemet (4) er plassert i en fordypning (22) i den ikke-ledende cellebunn.

4. Celle ifølge krav 3, karakterisert ved at carbonlegemet (4) rager inn i den katodiske dam (10) av smeltet aluminium i fordypningen (22) .

5. Celle ifølge krav 1-4, karakterisert ved at carbonlegemetsi(4) sider strekker seg langs trømsamlerkjernen (3) ned til et område hvor temperaturen er 500°C eller mindre.

6. Celle ifølge krav 1-5, karakterisert ved at strømsamlerkjernene (3) er vertikale stenger eller plater av stål eller legeringer som har et smeltepunkt som er høyt nok til å holde seg faste ved arbeidstemperaturene og som er mostandsdyktige mot smeltet aluminium.

7. Celle ifølge krav 1-6, karakterisert ved at den ikke-ledende cellebunn hovedsakelig er sammensatt av alumina.

8. Celle ifølge krav 1-7, karakterisert ved at overflaten (7) av den ikke-ledende cellebunn i kontakt med den katodiske dam av smeltet aluminium omfatter et materiale som lar seg fukte av smeltet aluminium.

9. Celle ifølge krav 1-8, karakterisert ved at carbonlegemet (4) er en plate eller slabb som strekker seg tvers over cellebunnen.

10. Celle ifølge krav 9, karakterisert ved at carbonlegemet (4) bærer minst ett stykke (15) av tungtsmeltelig hardmetall i kontakt med det smeltede aluminium.

11. Celle ifølge krav 1-9, karakterisert ved at i det minste overflaten (6) av carbonlegemet (4) eksponert for smeltet aluminium er et komposittmateriale som omfatter carbon og tungtsmeltelig hardmetall.