NO336988B1 - Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av aluminiummetall - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for produksjon av aluminium ved elektrolyse av en aluminiummalm, fortrinnsvis alumina, i en smeltet saltblanding, fortrinnsvis en elektrolytt basert på natriumfluorid- aluminiumfluorid. Oppfinnelsen beskriver en elektrolysecelle for den nevnte produksjonen av aluminium hvor man bruker stort sett inerte elektroder i loddrett eller skrå stilling, hvor den nevnte cellekonstruksjonen forenkler separasjon av aluminium og utviklet oksygengass ved hjelp av et gasseparasjonskammer (14) som står i kommunikasjon med elektrolysekammeret (22), slik at det etableres en strømning av elektrolytt mellom elektrolysekammeret (22) og gasseparasjonskammeret (14).

Description

Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av metall

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte og en elektrolysecelle for produksjon av aluminium, spesielt elektrolytisk utvinning av aluminium med stort sett inerte elektroder.

Aluminium produseres i dag ved elektrolyse av en aluminiumholdig forbindelse løst i

en smeltet elektrolytt og elektrolyseprosessen utføres i celler av konvensjonell Hall-Héroult-konstruksjon. Disse elektrolysecellene er utstyrt med vannrette elektroder

hvor de elektrisk ledende anodene og katodene i dag er laget av karbonmaterialer. Elektrolytten er basert på en blanding av natriumfluorid og aluminiumfluorid, med

mindre tilsetninger av alkali- og jordalkalifluorider. Elektrolyseprosessen skjer ved at strømmen som går gjennom elektrolytten fra anoden til katoden utlader aluminiumholdige ioner ved anoden, slik at det dannes aluminium, og at det dannes karbondioksyd ved anoden (se Haupin og Kvande, 2000). Den totale reaksjonen for prosessen kan beskrives med likningen:

Som følge av konfigurasjonen med vannrette elektroder, den foretrukne sammensetningen av elektrolytten og karbonanoder som konsumeres under prosessen har Hall-Héroult-prosessen slik den brukes i dag flere svakheter og mangler. Med vannrette elektroder må utformingen av cellen bli arealintensitiv, noe som gir lav produksjon av aluminium i forhold til arealet cellen legger beslag på. Den lave produktiviteten per arealenhet innebærer høye investeringsutgifter ved bygging av produksjonsanlegg for råaluminium.

De tradisjonelle cellene for aluminiumsproduksjon utnytter karbonmaterialer som elektrisk ledende katode. Siden karbon ikke fuktes av smeltet aluminium er det nødvendig å ha en dyp dam av smeltet aluminiummetall over karbonkatoden og det er faktisk overflaten av aluminiumsdammen som er den «virkelige» katoden i dagens celler. En hovedulempe med denne metalldammen er at den høye strømstyrken i

moderne celler (> 150 kA) skaper betydelige magnetkrefter som forstyrrer strømningsmønstrene i elektrolytten og metallet i elektrolysecellene. Dermed får metallet en tendens til å bevege seg rundt i cellen og skape bølgebevegetser som kan kortslutte cellen lokalt og begunstige oppløsning av det produserte aluminiumet i elektrolytten. For å bekjempe dette problemet konstruerer man kompliserte samleskinnesystemer for å kompensere for magnetkreftene og holde metalldammen så stabil og flat som mulig. Det kompliserte samleskinnesystemet er kostbart og hvis forstyrrelsen av metalldammen er for stor vil aluminiumoppløsningen i elektrolytten øke og gi redusert strømutbytte på grunn av den omvendte reaksjonen:

De foretrukne karbonanodene i dagens celler konsumeres under prosessen i henhold til reaksjon (1), vanligvis med en hastighet på totalt 500 til 550 kg karbon pr. tonn aluminium produsert. Bruk av karbonanoder fører til produksjon av forurensende drivhusgasser som C02og CO i tillegg til de såkalte PFK-gassene (CF4, C2F6) osv.). Fordi anoden konsumeres i prosessen blir interpolaravstanden i cellen stadig større, og posisjonen av anoden må stadig justeres for å opprettholde den optimale interpolaravstanden. Dessuten må anodene skiftes ut med jevne mellomrom. Selv om karbonmaterialet og produksjonen av anodene er forholdsvis billig, utgjør håndteringen av de brukte anodene en hoveddel av driftsutgiftene i et moderne primær aluminiumssmelteverk.

Råmaterialet som brukes i Hall-Héroult-cellene er aluminiumoksyd, også kalt alumina. Alumina har forholdsvis lav løselighet i de fleste elektrolytter. For å oppnå tilstrekkelig løselighet må temperaturen i den smeltede elektrolytten i produksjonscellen holdes høy. I dag ligger normal produksjonstemperatur for Hall-Héroutt-celler i området 940-970 aC. For å holde temperaturen så høy må det dannes en betydelig varmemengde i cellen, og hoveddelen av varmedannelsen finner sted i området mellom polene på elektrodene. På grunn av den høye elektrolysetemperaturen er ikke sideveggene på dagens celler for aluminiumsproduksjon motstandsdyktige mot kombinasjonen av oksyderende gasser og kryolittbaserte smelter, så cellesidene må beskyttes under produksjonen. Dette oppnås vanligvis ved å danne en skorpe av frossen elektrolytt på sideveggene. For å opprettholde denne skorpen er produksjonsforhold med høyt varmetap gjennom sideveggene en nødvendighet. Dette gir en elektrolytisk produksjon med et energiforbruk som er vesentlig høyere enn det teoretiske minimumsforbruket for aluminiumsproduksjon. Den høye motstanden i badet mellom polene utgjør 35 - 45% av spenningstapet i cellen. De mest moderne cellene i dagens teknologi arbeider med en strømstyrke i området 250 - 350 kA, med energiforbruk på omtrent 13 kWh/kg Al og strømutbytte 94 - 95 %.

Karbonkatodene som brukes i de tradisjonelle Hall-Hérault-cellene er utsatt for natrium-esing og erosjon, og begge disse problemene kan forkorte levetiden for cellen.

Som nevnt er det flere gode grunner for å forbedre elektrodematerialet og utformingen av cellene for aluminiumselektrolyse, og det er gjort en rekke forsøk på å oppnå disse forbedringene. En mulig løsning for å løse noen av problemene man opplever med dagens Hall-Héroult-celler er å innføre katoder som fuktes av aluminium (elter inerte katoder). Innføring av katoder som fuktes av aluminium er foreslått i flere patenter, blant annet U.S. Pat. No. 3,400,036, 3,930,967 og 5,667,664. Alle patentene på dette området har som målsetning å redusere energiforbruket under aluminiumefektrolysen ved å innføre katodematerialer som fuktes av aluminium. Energireduksjonen under elektrolysen oppnås ved å konstruere en elektrolysecelle med katoder hvor man tapper ut det produserte metallet, slik at cellen kan fungere uten en aluminiumsdam. De fleste av patentene dreier seg om ombygging av de eksisterende konvensjonelle Hall-Héroult-typene, selv om noen forutsetter nye cellekonstruksjoner. De foreslår å lage slike katoder som fuktes av aluminium av harde substanser med høyt smeltepunkt (såkalte RHM, Refractory Hard Materials), som borider, nitrider og karbider av overgangsmetallene, og RHM-silicider er også foreslått som brukbare inerte katoder. RHM-katodene fuktes lett av aluminium og derfor kan det opprettholdes en tynn film av aluminium på katodeoverflaten under produksjonen selv i en konfigurasjon hvor aluminiumet renner av fra katodene. På grunn av den høye prisen på RHM-materialene utgjør produksjon av RHM/grafitt-kompositter, for eksempel TiB2-C-kompositt, et levedyktig alternativ for katoder med avrenning. Katodene som fuktes av aluminium kan settes inn i de foreslåtte elektrolysecellene som massive katodestrukturer eller som plater, klumper, «soppformede» katoder m.m. Materialene kan også brukes som overflatelag i form av slam, pasta m.m., som fester seg til det underliggende, vanligvis karbonbaserte substratet, under oppstart eller forvarming av cellen eller katodeelementene (for eksempel U.S. Pat. No. 4,376,690, 4,532,017 og 5,129,998). Som foreslått i disse patentene kan RHM-katodene settes inn som «pre-katoder» som delvis flyter oppå den underliggende aluminiumsdammen i elektroutvinningscellen og dermed reduserer interpolaravstanden og også vil ha en dempende effekt på bevegelser i metallet i bunnen av cellen. Under drift av slike «pre-katode»-celler kan det ventes problemer med at formene brekker, de monterte elementene er ustabile og driften er lite stabil over lengre tid. Brown et al. (1998) har rapportert vellykket drift av Hall-Héroult-celler med katoder som fuktes av aluminium av TiB2/C-kompositt i en konfigurasjon med avrenning av metallet i et forholdsvis kort tidsrom, men som kjent innen området vil langtidsdrift være problematisk på grunn av oppløsning av TiB2lslik at laget som fuktes av aluminium utenpå karbonkatodene forsvinner. Innføring av katoder som fuktes av aluminium og såkalte «pre-katoder» i Hall-Héroult-celler med vannrette elektroder vil imidlertid ikke hjelpe noe på den dårlige arealutnyttelsen i forbindelse med slike celler.

Med en inert anode i aluminaelektrofysen vil den totale reaksjonen være:

Hittil har ingen elektrolyseceller på kommersiell skala fungert i lengre tid med inerte anoder. Mange forsøk er gjort på å finne det optimale inerte anodematerialet og på innføring av disse materialene i elektrolyseceller, og det er lagt frem en rekke patenter på inerte anodematerialer for elektrolytisk produksjon av aluminium. De fleste av de foreslåtte inerte anodematerialene har vært basert på tinnoksyd og nikkelferritter, hvor anodene kan være et rent oksydmateriate eller et materiale av keramisk-metallisk type, såkalt cermet. Det første arbeidet over inerte anodematerialer ble startet av CM. Hall, som arbei&et med kobbermetall (Cu) som et mulig anodemateriale i elektrolysecellene sine. Generelt kan de inerte anodene deles i metallanoder, oksydbaserte keramiske anoder og cermets basert på en kombinasjon av metaller og oksydkeramer. De foreslåtte oksydholdige inerte anodene kan være basert på ett eller flere metalloksyder, hvor oksydene kan ha forskjellige funksjoner, som for eksempel kjemisk «inerthet» mot kryolittbaserte smelter og høy elektrisk ledningsevne. Det kan imidlertid være tvilsomt om oksyder med forskjellig oppførsel i det røffe miljøet i elektrolysecellene er hensiktsmessig. Metallfasen i cermetanodene kan også være et enkelt metall eller en kombinasjon av flere metaller (metallegeringer). Hovedproblemet med alle de foreslåtte anodematerialene er den kjemiske motstandsdyktigheten mot det sterkt korroderende miljøet med utvikling av ren oksygengass (1 bar) og den kryolittbaserte elektrolytten. For å redusere problemene med oppløsning av anoden i elektrolytten er det foreslått å tilsette komponenter i anodematerialet (U.S. Pat. No. 4,504,369) og en selvdannende/selvreparerende blanding av ceriumbaserte oksyfluoridkomponenter (U.S. Pat. No. 4,614,569, 4,680,049 og 4,683,037) som en mulighet for å hemme den elektrokjemiske korrosjonen av de inerte anodene. Ingen av disse systemene har imidlertid vist seg som levedyktige løsninger.

Når celler med inerte anoder er i produksjon vil man ofte oppleve at det hoper seg opp grunnstoffer fra anodematerialet i det produserte aluminiumet. En rekke patenter har prøvd å gjøre noe med disse problemene ved å foreslå en reduksjon i overflatearealet til katoden, d.v.s. overflaten av det produserte aluminiumet. En reduksjon i overflatearealet av aluminiumet som er i kontakt med elektrolysebadet vii redusere opptaket av oppløste komponenter av anodematerialet i metallet og dermed øke levetiden for de oksydkeramiske (eller metalliske eller keramisk-metalliske) anodene i elektrolysecellene. Dette beskrives blant annet i U.S. Pat. No. 4,392,925, 4,396,481, 4,450,061, 5,203,971, 5,279,715 og 5,938,914 og i GB 2 076 021.

Andre publikasjoner som handler om dette temaet er følgende:

Haupin, W. og Kvande, H.: «Thermodynamics of electrochemical reduction of alumina», Light Metals 2000,379-384.

Pawlek, R.P.: «Aluminium wettable cathodes: An update», Light Metats 1998,449-454.

Brown, G.D., Hardie, G.J., Shaw, R.W. og Taylor, M.P.: «TiB2coated aluminium reduction cells: Status and Mure direction of coated cells in Comalco», Proceedings of the 6* Australasian Al Smelting Workshop, Queenstown, New Zealand, 26. november 1998. ;Innføring av inerte anoder og katoder som fuktes av aluminium i dagens Hall-Héroult-celler for elektroutvinning ville hatt en vesentlig innflytelse på produksjonen av drivhusgasser som C02lCO og PFK fra aluminiumsproduksjonen. Reduksjonen i tilført energi ville også kunne bli betydelig hvis man kunne bruke en konstruksjon hvor aluminiumet renner av fra katoden. Men for å gjøre virkelig betydelige fremskritt i optimaliseringen av den elektrolytiske aluminiumsproduksjonen må både inerte (dimensjonsmessig stabile) anoder og katoder som fuktes av aluminium inkorporeres i en ny cellekonstruksjon. Nye cellekonstruksjoner kan deles i to grupper, konstruksjoner som baseres på ombygging av eksisterende celler av Halt-Hérault-typen, og helt nye cellekonstruksjoner. ;Patenter som dreier seg om ombygging eller forbedret utvikling av Hall-Héroult-celler beskrives blant annet i U.S. Pat. No. 4,504,366, 4,596,637, 4,614,569, 4,737,247, 5,019,225, 5,279,715, 5,286,359 og 5,415,742, samt GB 2 076 021. Alle disse patentene forsøker å løse problemene som oppstår på grunn av de høye varmetapene i dagens Hall-Héroult-celler, og elektrolyseprosessen kjøres med redusert interpolaravstand. Noen av de foreslåtte konstruksjonene er i tillegg effektive for å redusere overflatearealet av den flytende aluminiumsdammen som er i kontakt med elektrolytten. Men bare noen få av de foreslåtte konstruksjonene har forsøkt å gjøre noe med den lave produktiviteten per arealenhet for Hall-Héroult-cellene. U.S. Pat. No. 4,504,366, 5,279,715 og 5,415,742 blant andre har prøvd å løse dette problemet ved å innføre loddrette elektroder for å øke det totale elektrodearealet i cellen. Disse tre patentene foreslår også å bruke bipolare elektroder. Men hovedproblemet med cellekonstruksjonen som legges frem i disse patentene er at det er nødvendig med en stor aluminiumsdam på bunnen av cellen for å oppnå elektrisk kontakt for katoden. Dette vil gjøre cellen utsatt for innflytelsen fra magnetfeltene som dannes av samleskinnesystemet, og kan derfor føre til lokal kortslutning av elektrodene. ;U.S. Pat. No. 4,681,671, 5,006,209, 5,725,744 og 5,938,914 beskriver nye cellekonstruksjoner for elektrolytisk produksjon av aluminium. Også U.S. Pat. No. 3,666,654, 4,179,345, 5,015,343, 5,660,710 og 5,953,394 og norsk patent nr. NO 134495 er relevante fordi de beskriver mulige konstruksjoner av elektrolyseceller for lettmetall, selv om et eller flere av disse patentene er orientert mot produksjon av magnesium. De fleste av disse cellekonstruksjonene kan brukes både med multi-monopolare og bipolare elektroder. Fellesnevneren for alle de ovennevnte cellekonstruksjonene er en konfigurasjon med vertikale elektroder for å utnytte den såkalte gassløfteffekten. Når det utvikles gass ved anoden stiger den mot overflaten av elektrolytten og gir opphav til en dragkraft som kan utnyttes til å «pumpe» elektrolytten i cellen. Med egnede arrangementer av anodene og katodene er det mulig å kontrollere denne gassløftstrømmen. Alle disse kjente patentene hevder å gi bedre strømutbytte, renere metallkvalitet og bedre egenskaper for separasjon av metall og gass. Men når det gjelder å separere et produsert metall som er tyngre enn elektrolytten får man et generelt inntrykk fra de kjente patentene, som for eksempei i U.S. Pat. No. 5,660,710, at skilleveggen ikke stikker dypt nok i elektrolytten tit at man vil oppnå dette målet. Dessuten innfører flere av patentene, for eksempel norsk patent nr. 134495, begrepet gasseparasjonskammer bare ved å øke høyden av det frie volumet mellom elektrolyttnivået over elektrodene og lokket på elektrolysecellen. Denne konstruksjonsendringen er imidlertid ikke tilstrekkelig til å fjerne alle de finfordelte oksygenboblene i elektrolytten på grunn av den høye hastigheten av elektrolytten i områdene like over og ved siden av de oksygenutviklende anodene i cellen. *

I tillegg peker alle de nevnte patentene og dessuten U.S. Pat. No. 6,030,518, på senkning av temperaturen i badet i forhold til normale temperaturer i Hall-Héroult-celler som en gjennomførbar måte å redusere korrosjonen av anodene på. Utnyttelsen av gassløfteffekten og konstruksjon av stige- og fallrør er også beskrevet i U.S. Pat. No. 4,308,116, som dreier seg spesielt om magnesiumproduksjon.

U.S. Pat. No. 4,681,671 beskriver en ny cellekonstruksjon med vannrett katode og flere bladformede vertikale anoder, og denne cellen kjøres da med lav elektrolyttemperatur og med en anodestrømtetthet på eller under en kritisk terskelverdi hvor de oksydholdige anionene frigjøres lettere enn fluoridanionene. Ved hjelp av tvunget eller naturlig konveksjon blir smeiten sirkulert til et separat kammer eller en separat enhet hvor den tilsettes alumina før smeiten sirkuleres tilbake til elektrolysekammeret. Selv om det totale overflatearealet av anoden er høyt i den foreslåtte konfigurasjonen er det effektive anodearealet lite og begrenses av den lave elektriske ledningsevnen til anodematerialet i forhold til elektrolytten. Dette vil begrense det nyttige anodeoverflatearealet betydelig og føre til høy korrosjon på den effektive anodeoverflaten.

Den ceilekonstruksjonen som presenteres i U.S. Pat. No. 5,938,914 består av inerte anoder og katoder som fuktes av aluminium i en helt lukket celle for atuminiumproduksjon uten beskyttende skorpe på veggene. Cellen konstrueres fortrinnsvis med en rekke alternerende loddrette anoder og katoder hvor forholdet mellom anode- og katodearealet er som 0,5 til 1,3. Temperaturen i badet ligger i området 700<B>C til 940 SC, med 900 fiC til 920<S>C som det foretrukne området. Elektrodeenheten har yttervegger som definerer et fallrør og et stigerør for elektrolyttstrømmen som drives av gassløfteffekten fra oksygenboblene som dannes ved anoden(e). Det er lagt et lokk over anodene for å samle opp gassen og dirigere det utviklede oksygenet inn i stigerøret som er definert i elektrolysekammeret. Katodene i hver ende av elektrodeenheten er elektrisk koblet til katodekabelen, mens alle de mellomliggende katodeplatene er elektrisk koblet til platene i endene ved hjelp av aluminiumsdammen i bunnen av cellen.

En aluminiumproduksjonscelle med loddrette elektroder og en sump for metalloppsamling som dannes ved utformingen av den drenerte bunnen av cellen ble foreslått i U.S. Pat. No. 5,006,209. Elektrolysecellen er konstruert for metallbaserte anoder og katoder som fuktes av aluminium hvor elektrolyseprosessen finner sted i en fluoridholdig elektrolytt ved lav temperatur og hvor aluminiummalmen er i fast tilstand og oppløst alumina holdes i suspensjon i elektrolytten. Igjen skapes konveksjonsmønsteret i elektrolytten av den såkalte gassløfteffekten på grunn av oksygenet som utvikles ved anodene. Cellebunnen selv er en ekstra anode som ikke konsumeres, eller anodene kan ha en omvendt T-form og dermed fungere som oksygenutvikiende «bunn»-anoder. Et mulig problem med denne konstruksjonen er at aluminium som produseres på katodene og strømmer nedover vil bli utsatt for oksygengassen som dannes ved «bunn»-anoden og dermed bidrar tii redusert strømutbytte på grunn av den reverserte cellereaksjonen. Hvis dessuten aluminiumet kommer i kontakt med oksydlaget på metallanoden vii det finne sted en eksoterm reaksjon mellom aluminium og det oksyderte anodelaget. Dette vit bidra til tap av strømutbytte i cellen og til nedbrytning av anoden og dermed til forurensning av det produserte metallet. Et annet problem som ventes ved langvarig drift av cellen som beskrives i U.S. Pat. No. 5,006,209 er oppsamling av aluminaholdig slam på cellebunnen på grunn av den lave løseligheten av alumina ved den foreslåtte produksjonstemperaturen og fordi det er vanskelig å holde aluminaen fritt suspendert i cellen under forskjellige produksjonsforhold (temperaturfluktuasjoner, fluktuasjoner i sammensetningen av badet og i beskaffenheten av aluminaen).

U.S. Pat. No. 5,725,744 foreslår en annen idé for en ny utforming av en celle for aluminiumsproduksjon. Cellen er konstruert for produksjon fortrinnsvis ved lav temperatur, og krever derfor lav anodestrømtetthet. De inerte elektrodene og katoder som fuktes av aluminium står vertikalt eller praktisk talt vertikalt i cellen og sikrer dermed en god arealutnyttelse. Elektrodene er montert i flere alternerende rekker inntil sideveggene i cellen eller alternativt en enkelt rekke av multi-monopolare elektroder i hele cellens lengde. Overflatearealet av anodene, og eventuelt også katodearealet, økes ved å bruke en porøs eller nettverksvevd skjelettstruktur, hvor anodekablene føres inn fra toppen av cellen og katodekablene innføres fra bunnen eller nederst på sideveggene. Under produksjon har cellen en aluminiumsdam i bunnen. Det settes inn innlegg mellom elter inntil elektrodene for å holde avstanden mellom polene konstant, og for å skape det ønskede strømningsmønsteret for elektrolytten i cellen, d.v.s. en bevegelse av elektrolytten oppover mellom polene. Veggene omkring elektrodene er i tillegg konstruert slik at elektrolytten der skal tvinges til å bevege seg nedover. De nærværende forfatterne forstår det slik at et av hovedproblemene med den foreslåtte cellekonstruksjonen i det nevnte amerikanske patentet er at den er mangelfull når det gjelder separasjon av det produserte metallet og elektrolytten. Den forutsetter en stor aluminiumsdam i bunnen av cellen, så f likhet med andre liknende cellekonstruksjoner er et stort areal av aluminium i kontakt med elektrolytten slik at mulighetene for opphoping av oppløst anodemateriafe i det produserte metallet øker, sammen med mulighetene for oppløsning av aluminiumet i elektrolytten. Det sistnevnte problemet vil redusere strø mut byttet i cellen på grunn av den reverserte cellereaksjonen med oksyderende gass løst i elektrolytten og det førstnevnte problemet reduserer kvaliteten av metallet.

Et veletablert faktum i hydrodynamikken er at strømningene i et fluidsystem bestemmes av en balanse mellom drivkraften for strømningene og motstanden fra komponentene i systemet. I lokale regioner kan strømningene, avhengig av konfigurasjonen, dessuten noen ganger gå i motsatt retning av drivkraften. Dette prinsippet nevnes blant annet i U.S. Pat. No. 3,755,099, 4,151,061 og 4,308,116. Skrå elektrodeftater brukes til å øke/lette bortledningen av gassbobler fra anoden og smeltet metall fra katoden. En utforming av elektrolyseceller med vertikale eller nesten vannrette elektroder med elektrodene arrangert både multi-monopolart og bipolart eiektrodearrangement, hvor fast avstand mellom polene og gassløfteffekten brukes til å skape en tvunget konveksjon i elektrolytten, er altså ikke noe nytt. Blant annet U.S. Pat. No. 3,666,654, 3,779,699, 4,151,061 og 4,308,116 utnytter slike prinsipper i utformingen, og de to sistnevnte patentene beskriver også bruk av stigerør og fallrør for å styre strømningene i elektrolytten. U.S. Pat. No. 4,308,116 foreslår også å bruke en separasjonsvegg for bedre separasjon av gass og produsert metall.

Det er et mål med den foreliggende oppfinnelsen å fremskaffe en fremgangsmåte og en elektrolysecelle for produksjon av aluminium ved elektrolyse av aluminiummalm, fortrinnsvis aluminiumoksyd, i en smeltet f I uoride lektrolytt, fortrinnsvis basert på kryolitt, ved temperaturer i området 680 - 980<Q>C. Den nevnte fremgangsmåten har som siktemål å overvinne problemer med dagens produksjonsteknikk for elektroutvinning av aluminium, og gir dermed en kommersiell og økonomisk levedyktig prosess for den nevnte produksjonen. Dette betyr at elektrolysecellen må konstrueres med de komponentene og den formen som er nødvendig for å redusere energiforbruket og de totale produksjonskostnadene og allikevel opprettholde et høyt strømutbytte. En kompakt konstruksjon av cellen fås ved å bruke dimensjonsstabile anoder og katoder som fuktes av aluminium. De indre strømningene i elektrolytten har til hensikt å oppnå effektiv oppløsning av alumina, selv ved lav temperatur i elektrolytten, og god separasjon av de to produktene fra elektrolyseprosessen. Problemene som er identifisert i de nevnte patentene (U.S. Pat. No. 4,681,671, 5,006,209, 5,725,744 og 5,938,914) unngås også i denne oppfinnelsen på grunn av den mer avanserte utformingen av elektrolysecellen.

Et overordnet prinsipp for konstruksjonen av aluminiumproduksjonscellen i henhold tit den foreliggende oppfinnelsen er å ta effektivt vare på de to produktene, aluminium og oksygen, med minimale tap på grunn av at produktene reagerer med hverandre igjen. Denne reaksjonen hindres ved at aluminium og oksygen separeres raskt og fullstendig. Man søker å oppnå dette ved tvungen konveksjon av metallet og gassen/elektrolytten i motsatt retning på en slik måte at forskjellen mellom vektorhastigheten av de to produktene blir størst mulig.

Disse og andre fordeler kan oppnås med oppfinnelsen som definert i de medfølgende kravene.

Nedenfor beskrives oppfinnelsen med figurer og et eksempel, hvor:

Figur 1: er en skjematisk fremstilling av det vertikale lengdesnittet av elektrolysekammeret av en elektrolysecelle i henhold til oppfinnelsen.

Figur 2: er et vertikalt snitt på tvers av elektrolysecellen på figur 1.

Figur 1 og 2 presenterer en celle for elektrolytisk produksjon av aluminium med anoder 1 og katoder 2 nedsenket i en elektrolytt E som er innelukket i et elektrotysekammer 22. Under produksjon vii elektrolytten separeres fra de oppstigende gassboblene 15 {fig. 2) ved avbøyning i en retning mer eller mindre vinkelrett mot gasstrømmen i interpolarrommet 18 (fig. 1) mellom de alternerende multi-monopolare eller bipolare elektrodene, hvor gassen utvikles ved den inerte anodeoverflaten 1. Elektrolytten, som inneholder noen oksygenbobler av mindre størrelse (15) vil bli avbøyd til et gasseparasjonskammer 14 (fig. 2) gjennom en eller flere åpninger 12 i skilleveggen 9.1 dette kammeret senkes strømningshastigheten til elektrolytten for å fremme gasseparasjonen. Den gassfrie elektrolytten føres så inn i elektrolysekammeret gjennom tilsvarende åpninger 13 i skilleveggen, slik at man får en strøm av «frisk» elektrolytt inn i interpolarrommet 18. I prinsippet kan separasjonsveggen 9 konstrueres uten åpningene (12, 13), og sirkulasjonen av elektrolytten mellom elektrolysekammeret 22 og gasseparasjonskammeret 14 kan da oppnås ved å begrense utstrekningen av skilleveggen. I praksis kan dette oppnås ved å la det være en åpning mellom et ekstra gulv 10 og nederkanten av skilleveggen 9, og en åpning av liknende dimensjoner mellom den øvre kanten av skilleveggen 9 og elektrolyttoverflaten.

Det produserte aluminiumet vil flyte nedover på katodeoverflatene 2 som fuktes av aluminium, i motsatt retning av elektrolytten og de oppstigende gassboblene. Det vil passere gjennom hull 17 i det ekstra gulvet 10 og vil samle seg i en aluminiumsdam 11 som er skjermet mot den strømmende elektrolytten i et metallkammer 23. Metallet kan tas ut fra cellen gjennom et hull som er laget på et passende sted i cellelokket 8, eller gjennom et eller flere stigerør/heverter 19 som er festet til cellen. Det er et .prinsipp i henhold til den foreliggende oppfinnelsen å arrangere elektrodene 1, 2 og skilleveggen 9, så vel som det ekstra gulvet10 slik at det oppstår en balanse mellom oppdriften som dannes av boblene (gassløfteffekten) på den ene siden og strømntngsmotstanden på den andre for å oppnå et bevegelsesmønster som begunstiger den nødvendige tilførselen og oppløsningen av alumina og den nevnte separasjonen av produktene. Skilleveggen strekker 9 seg fortrinnsvis mellom to motsatte sidevegger 24, 25 i cellen. I høyden kan den strekke seg fra bunnen 26 eller det ekstra gulvet i cellen og oppover minst til overflaten av elektrolytten. Høyden kan begrenses for å oppnå full utveksling av gass mellom elektrolysekammeret 22 og gasseparasjonskammeret 14.

Cellen befinner seg i en stålbeholder 7, eller i en beholder laget av et annet passende materiale. Beholderen har en varmeisolerende foring 6 og en ildfast foring med høyt smeltepunkt 5, som har meget god motstand mot kjemisk korrosjon både av fluoridbasert elektrolytt og produsert aluminium 11. Gulvet i cellen er formet slik at aluminiumet naturlig vil renne ned i en dypere brønn slik at man lett kan ta ut produsert metall fra cellen. Aluminaen føres fortrinnsvis inn gjennom ett eller flere rør 20 og inn i den meget turbulente regionen av elektrolytten i elektrolysekammeret mellom elektrodene i cellen. Dette vil gi en rask og pålitelig oppløsning av aluminaen, også ved lav temperatur i badet og/eller høyt kryolittforhold i elektrolytten. Eventuelt kan man føre inn aluminaen i gasseparasjonskammeret 14. Elektrodene er koblet til et perifert samleskinnesystem gjennom koblingene 3, hvor temperaturen kan kontrolleres med et kjølesystem 4.

Avgassene som dannes i cellen under elektrolyseprosessen vil samle seg øverst i cellen over gasseparasjons- og elektrolysekammeret. Dermed kan de trekkes ut fra cellen gjennom et avgassystem 16. Avgassystemet kan kobles til systemet for innføring av alumina 20, og de varme avgassene kan brukes til å varme opp aluminaen før den føres inn i cellen. Alternativt kan de finfordelte aluminapartiklene i råstoffet fungere som en gassrensesystem, hvor avgassene fullstendig og/eller delvis renses for eventuelle elektrolyttdråper, partikler, støv og/eller fluoridforurensninger. Den rensede gassen kobles så til gassoppsamlingssystemet (28) i produksjonsenheten.

Denne cellekonstruksjoner! vil redusere kontakttiden og kontaktarealet mellom metallet og elektrolytten. Dermed unngår man den uheldige konsekvensen med tidligere kjente løsninger hvor et forholdsvis stort overflateareal av smeltet aluminium holdes i kontakt med elektrolytten slik at det oppløste anodematerialet kan hope seg opp i det produserte metallet. Katodens kontaktflate, altså aluminiumet som strømmer nedover, kan forminskes ytterligere ved å redusere overflatearealet av katoden i forhold til anoden. En slik reduksjon vil redusere opptaket av anodemateriale i det produserte metallet, noe som også fører til at korrosjonen av anoden under elektrolyseprosessen blir mindre. Anodekorrosjonen kan også reduseres ved å redusere strømtettheten i anoden eller ved å senke produksjonstemperaturen.

En ny idé i forbindelse med cellen i henhold til oppfinnelsen er innføringen av et ekstra gulv. Gassen som produseres ved anoden gir en gassløfteffekt som gir opphav til et ønsket sirkulasjonsmønster i elektrolytten. Dette sirkulasjonsmønsteret transporterer den produserte gassen oppover og bort fra aluminiumet som flyter nedover. Ved å innføre diafragmas skillevegger eller «skjørt» 21 (fig. 1) mellom anodene 1 og katodene 2 har man under visse omstendigheter muligheten til å forbedre sirkulasjonsmønsteret i elektrolytten, og skilleveggene kan også redusere sirkulasjonen av elektrolytten nedover langs katodeflatene ved å redusere den naturlige tendensen til en nedoverbevegelse av elektrolytten. På grunn av det store volumet av gasseparasjonskammeret 14 i forhold til det totale volumet mellom polene vil gasseparasjonskammeret kunne fjerne eventuell oksygengasss som er «fanget» i elektrolytten, noe som gjør det mulig å sirkulere en stort sett gassfri elektrolytt tilbake til elektrolysekammeret. Kommunikasjonen mellom elektrolysekammeret og gasseparasjonskammeret finner sted gjennom «åpninger» i skilleveggen mellom dem, og størrelsen og posisjonen av disse «åpningene» (12 og 13) bestemmer både strømningsmønsteret og strømningshastigheten i cellen.

De multi-monopolare anodene 1 og katodene 2 som er fremstilt på figurene kan åpenbart produseres som en rekke mindre enheter og settes sammen til en anode eller katode av ønsket størrelse. Dessuten kan alie de alternerende inerte anodene 1 og katodene som fuktes av aluminium 2, bortsett fra endeelektrodene, skiftes ut med bipolare elektroder, som kan konstrueres og settes på plass på samme måte. Denne monteringen vil gjøre at endeelektrodene i cellen fungerer som terminalanode og terminalkatode. Elektrodene arrangeres fortrinnsvis loddrett, men skjevstillete/skrå elektroder kan også brukes. Også spor (furer) i elektrodene kan brukes til å forbedre separasjonen og oppsamlingen av produsert gass og/elter metall.

Kontinuerlig drift av elektrolysecellen krever bruk av dimensjonsstabile inerte anoder 1. Anodene lages fortrinnsvis av metaller, metallegeringer, keramiske materialer, oksydbaserte cermets, oksydkeramer, metallkeramiske kompositter (cermets) eller kombinasjoner av disse, med høy elektrisk ledningsevne. Katodene 2 må også være dimensjonsstabile og kunne fuktes av aluminium for å kunne brukes i cellen under konstant interpolaravstand 18 og lages fortrinnsvis av titandiborid, zirkoniumdiborid etler blandinger av disse, men kan også lages av andre elektrisk ledende hard materialer med høyt smeltepunkt (RHM) basert på borider, karbider, nitrider eller silicider, eller kombinasjoner og/eller kompositter av disse. De elektriske koblingene til anodene føres fortrinnsvis inn gjennom lokket 8 som vist på fig. 1 og 2. Koblingene til katodene kan føres inn gjennom lokket 8, gjennom de lange sideveggene 27 (fig.

2) eller gjennom bunnen av cellen 26.

Cellen i henhold til oppfinnelsen kan kjøres med lav interpolaravstand 18 for å spare energi under aluminiumsproduksjonen. Celter gir høy produktivitet, siden vertikale elektroder har stort elektrodeareal og cellen opptar tite projisert areale. Lav interpolaravstand betyr at det dannes mindre varme i elektrolytten enn med tradisjonelle Hall-Héroult-celler. Energibalansen i cellen kan derfor reguleres ved tilpasning av en korrekt varmeisolering 6 i sidene 24, 26, 27 og bunnen 26, samt lokket 8. Cellen kan så eventuelt være i produksjon uten en skorpe av frossen elektrolytt som dekker sideveggene og disse må derfor bygges av kjemisk resistente materialer. Men cellen kan også kjøres med en frosset skorpe som beskyttelse, iallfall for deler av sideveggene 24,25,27 og bunnen 26 av ceflen.

Overskuddsvarmen må trekkes ut av cellen gjennom de vannavkjølte elektrodekobiingene 3,4 og/eller ved å bruke ekstra kjølemidler som varmerør m.m. Avhengig av den ønskede varmebalansen og produksjonsforholdene i cellen kan varmen som trekkes ut av elektrodene brukes til å utvinne varme/energi. Foringen 5 lages fortrinnsvis av tett sintrede stoffer med høyt smeltepunkt og meget god korrosjonsmotstand mot elektrolytten og mot aluminium. Forslag til materialer er aluminiumoksyd, silisiumkarbid, sitisiumnitrid, aluminiumnitrid og kombinasjoner av disse eller kompositter av disse. I tillegg kan minst en del av foringen være beskyttet mot oksyderende eller reduserende forhold med et beskyttende lag av materialer som skiller seg fra hoveddelen av den tette foringen som er beskrevet ovenfor. Slike beskyttende lag kan lages av oksydmaterialer, for eksempel aluminiumoksyd eller materialer som består av en forbindelse av en eller flere av oksydkomponentene i anodematerialet og en eller flere oksydkomponenter i tillegg. Det ekstra gulvet 10, skilleveggen 9 og skilleveggene 21 kan også være laget av tett sintrede materialer med høyt smeltepunkt og meget god korrosjonsmotstand mot aluminium og mot elektrolytten. Forslag til materialer er aluminiumoksyd, silisiumkarbid, silisiumnitrid, aluminiumnitrid og kombinasjoner av disse og kompositter av disse. For de to sistnevnte enhetene (9, 21) kan man også bruke andre beskyttende materialer i minst en del av konstruksjonen, hvor de beskyttende lagene kan være laget av oksydmaterialer, for eksempel aluminiumoksyd eller materialer som består av en forbindelse av en eller flere av oksydkomponentene i anodematerialet og en eller flere oksydkomponenter i tillegg.

Formen og konstruksjonen av gassfjernings- eller gasseparasjonskammeret kan variere avhengig av produksjonskapasiteten for cellen. Gasseparasjonskammeret kan i virkeligheten bestå av flere kamre plassert på hver side av elektrolysekammeret, eller bestå av et eller flere kamre med to elektrolysekamre på hver side, eller bestå av et eller flere kamre langsmed elektrolysekammeret som vist på figur 2. Gasseparasjonskammeret kan også åpnes mens cellen er i drift for eventuelt å fjerne aluminaslam som samler seg i cellen.

Cellen i henhold til oppfinnelsen er konstruert for produksjon i temperaturer fra 680<fi>C til 970<S>C og fortrinnsvis i området 750<S>C - 940 aC. De lave eiektrolyttemperaturene kan oppnås ved å bruke en elektrolytt basert på natriumfluorid og aluminiumfluorid eventuelt i kombinasjon med alkali- og jordalkalihalogenider. Sammensetningen av elektrolytten er valgt for å få (forholdsvis) høy løselighet av alumina, lav liquidustemperatur og en passende tetthet for bedre separasjonen av gassen, metallet og elektrolytten. I en realisering inneholder elektrolytten en blanding av natriumfiuorid og aluminiumfluorid, med mulige andre metallfluorider av grunnstoffene i gruppe 1 og 2 i det periodiske systemet i henhold til IUPAC, og de mulige komponentene basert på alkali- og jordalkalihalogenider opp til et motforhold ffuorid/halogenid på 2,5, og hvor molforholdet NaF/AIF3ligger mellom 1 og 3, fortrinnsvis mellom 1,2 og 2,8.

Det skal forstås at den foreslåtte celle for aluminiumsproduksjon som er presentert i eksempelet slik det er illustrert på figur 1 og 2 bare representerer en enkelt realisering av cellen, som kan brukes til å utføre elektrolyse etter fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Claims (37)

1. En fremgangsmåte for elektrolytisk produksjon av atuminiummetall fra en elektrolytt (E) som inneholder aluminiumoksyd, ved å utføre elektrolyse i minst ett elektrolysekammer (22) som inneholder den nevnte elektrolytten og dessuten minst en inert anode (1) og minst en katode som fuktes av aluminium (2), hvor det utvikles oksygengass på anoden og avsettes aluminium på katoden i elektrolyseprosessen, og den nevnte oksygengassen tvinger elektrolytten til å strømme oppover og det nevnte produserte aluminiumet strømmer nedover på grunn av tyngdekraften, karakterisert vedat oksygengassen dirigeres videre inn i et gasseparasjonskammer (14) som kommuniserer med det nevnte elektrolysekammeret (22), idet strømningsmønsteret i elektrolytten dirigeres med minst en skillevegg, innvendig vegg eller et «skjørt» (9) som avbøyer elektrolytten som strømmer oppover i elektrolysekammeret (22) inn i gasseparasjonskammeret (14) slik at det etableres en strømningsmønster for elektrolytten mellom det nevnte elektrolysekammeret (22) og det nevnte gasseparasjonskammeret (14).

2. En fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den separerte gassen fjernes fra gasseparasjonskammeret (14) med midler for gassekstraksjon.

3. En fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat det produserte metallet renner ned fra katodene (2) til en aluminiumsdam (11) i bunnen av cellen, og tas ut av cellen med egnede midler for metalltapping.

4. En fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat temperaturen i elektrolytten ligger mellom 680 og 970 °C.

5. En celle for elektrolytisk produksjon av aluminium, innbefattende minst ett elektrolysekammer (22) som inneholder en elektrolytt, minst en inert anode (1) og minst en katode som fuktes av aluminium (2), karakterisert vedat den også innbefatter et gasseparasjonskammer (14) som kommuniserer med det nevnte elektrolysekammeret (22), og hvor det er plassert en skillevegg (9) mellom elektrolysekammeret (22) og gasseparasjonskammeret (14), hvor det er minst en åpning (12, 13) i den nevnte veggen idet gassen som utvikles i elektrolyseprosessen dirigeres slik at den strømmer inn i gasseparasjonskammeret (14) slik at det etableres et strømningsmønster for elektrolytten mellom elektrolysekammeret (22) og separasjonskammeret (14) hvor gassen som utvikles i prosessen kan separeres fra elektrolytten i gasseparasjonskammeret (14).

6. En elektrolysecelle i henhold tit krav 5, karakterisert vedat skilleveggen (9) har minst en øvre åpning (12) som lar den gassholdige elektrolytten strømme fra elektrolysekammeret (22) og inn i gasseparasjonskammeret (14), og minst en nedre åpning (13) hvor elektrolytt separert fra gassen kan strømme tilbake til elektrolysekammeret (22).

7. En elektrolysecelle i henhold tit krav 5, karakterisert vedat skilleveggen (9) er laget av aluminiumoksyd, aluminiumnitrid, silisiumkarbid, sifisiumnitrid eller kombinasjoner elter kompositter av disse.

8. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat skilleveggen (9) er laget av oksydmaterialer.

9. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat skilleveggen (9) er laget av oksyd eller materialer som består av en forbindelse av en eller flere av oksydkomponentene i anodematerialet, og en eller flere oksydkomponenter i tillegg.

10. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat skilleveggen (9) i lengderetningen går mellom to motsatte sidevegger (24, 25) i cellen, og i høyden fra bunnen (26) eller fra det ekstra gulvet (10) i cellen opp til overflaten av elektrolytten eller høyere.

11. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat skilleveggen (9) har en vertikal utstrekning og dessuten er arrangert slik at det er en åpning nedenfor nederkanten av skilleveggen (9) og en åpning av liknende dimensjoner mellom overkanten av skilleveggen (9) og overflaten av elektrolytten (E).

12. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat volumet av gasseparasjonskammeret (14) er tilstrekkelig til å redusere elektrolyttens strømningshastigheten så mye at alt gass som måtte befinne seg i elektrolytten kan separeres fra.

13. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat det kan arrangeres ett eller flere gasseparasjonskamre (14) langs minst én side av cellen.

14. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat gasseparasjonskammeret (14) er koblet til minst ett gassutløpssystem (16) for å trekke ut og samle opp gassene fra kammeret.

15. En elektrolysecelle i henhold til krav 14, karakterisert vedat avgassystemet (16) er koblet til et matingssystem for alumina (20) hvor de varme avgassene brukes til å varme opp aluminaen og/eller til å rense avgassene fra cellen for å fjerne fluoriddamper, fluoridpartikler og/eller støv før de går inn i gassoppsamlingssystemet (28).

16. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat elektrolysekammeret (22) har et ekstra gulv (10) med minst ett hull (17) fortrinnsvis under katoden(e), slik at aluminiumet kan passere gjennom det nevnte hullet og samle seg i et metallkammer (23) under det nevnte gulvet.

17. En elektrolysecelle i henhold til krav 16, karakterisert vedat materialet i det ekstra gulvet (10) er enten aluminiumnitrid, silisiumkarbid, silisiumnitrid, oksydmaterialer, harde materialer med høyt smeltepunkt basert på borider, karbider, nitrider, silicider eller kombinasjoner eller kompositter av disse.

18. En elektrolysecelle i henhold til krav 16, karakterisert vedat det nevnte aluminiumet i metallkammeret (23) kan trekkes ut av cellen gjennom ett eller flere stigerør eller heverter (19) som er festet til cellen.

19. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat anodene (1) og katodene (2) er av monopolar type arrangert i et alternerende mønster, og dessuten montert loddrett eller på skrå i cellen.

20. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat anodene og katodene er av bipolar type og montert loddrett eller på skrå i cellen.

21. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat anodene og/eller katodene består av mange små enheter integrert i en større enhet.

22. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat anodene er laget av dimensjonsstabile materialer, fortrinnsvis oksydbaserte cermets, metaller, metallegeringer, oksydkeramer og kombinasjoner eller kompositter av disse.

23. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat katodene er laget av elektrisk ledende harde materialer med høyt smeltepunkt (RHM) basert på berider, karbider, nitrider, silicider eller blandinger av disse.

24. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat hovedflatene av anodene og katodene befinner seg inntil den korte sideveggen av cellen.

25. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat cellen har en foring som fortrinnsvis består av et elektrisk ikke-ledende materiale.

26. En elektrolysecelle i henhold til krav 25, karakterisert vedat materialet i celleforingen er enten aluminiumoksyd, aluminiumnitrid, silisiumkarbid, silisiumnitrid eller kombinasjoner eller kompositter av disse.

27. En elektrolysecelle i henhold til krav 25, karakterisert vedat celleforingen er laget av oksydmaterialer.

28. En elektrolysecelle i henhold til krav 25, karakterisert vedat minst deler av celleforingen er laget av oksyd eller materialer som består av en forbindelse av en eller flere av oksydkomponentene av anodematerialet, og en eller flere oksydkomponenter i tillegg.

29. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat anodene og/eller katodene er koblet til et perifert samleskinnesystem for elektrisk strømtilførsel, hvor tilkoblingene kan føres inn gjennom toppen, sidene eller bunnen av cellen.

30. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat koblingene til anodene og/eller katodene kjøles for å skaffe varmeveksling og/eller varmeutvinning fra de nevnte anodene/katodene, og/eller temperaturkontroil.

31. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat koblingene til anodene og/eller katodene kjøles med vannkjøling eller andre flytende kjølemidler, ved gasskjøling eller ved hjelp av varmerør (heat pipes).

32. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat den innbefatter minst ett innføringsrør for alumina hvor innløpet er plassert enten i en posisjon nær et sted med høy turbulens i elektrolytten, og fortrinnsvis i mellomrommet mellom en anode og en katode, eller i gasseparasjonskammeret.

33. En elektrolysecelle i henhold til krav 5, karakterisert vedat strømningsmønsteret for elektrolytten kan forbedres ved å innføre minst en diafragma, en skillevegg eller et «skjørt» (21) mellom minst en anode og minst en katode, som avbøyer den oppoverstrømmende elektrolytten til gasseparasjonskammeret (14).

34. En elektrolysecelle i henhold til krav 5 og 33, karakterisert vedat diafragmaen (21) er laget av aluminiumoksyd, aluminiumnitrid, silisiumkarbid, silisiumnitrid eller kombinasjoner eller kompositter av disse.

35. En elektrolysecelle i henhold til krav 5 og 33, karakterisert vedat diafragmaen (21) er laget av oksydmaterialer.

36. En elektrolysecelle i henhold til krav 5 og 33, karakterisert vedat diafragmaen (21) er laget av oksyd eller materialer som består av en forbindelse av en elter flere av oksydkomponentene av anodematerialet, og en eller flere oksydkomponenter i tillegg.

37. Anvendelse av en elektrolysecelle i henhold til ett eller flere av de foregående krav 5-36, karakterisert vedat elektrolytten inneholder en blanding av natriumfluorid og aluminiumfluorid, eventuelt med andre metallfluorider av grunnstoffene i gruppe 1 og 2 i det periodiske systemet i henhold til IUPAC, og de mulige komponentene basert på alkali- og jordalkalihalogenider opp til et molforhold fluorid/halogenid på 2,5, og hvor molforholdet NaF/AIF3ligger mellom 1 og 3, fortrinnsvis mellom 1,2 og 2,8.