NO764014L

NO764014L -

Info

Publication number: NO764014L
Application number: NO764014A
Authority: NO
Inventors: P A Foster; S C Jacobs
Original assignee: Aluminum Co Of America
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-07-01
Also published as: FR2337210B1; ES454191A1; JPS5285009A; DE2656579A1; GB1520960A; NL7613839A; FR2337210A1; DE2656579C2; MX145721A; IT1069961B; JPS5444644B2; DD130360A5; YU302976A; CH601499A5; BR7608660A

Description

"Fremgangsmåte til elektrolytisk fremstilling av metall". "Method of electrolytic production of metal".

Denne oppfinnelse angår fremstilling av metall ved elektrolyse av en forbindelse av metallet oppløst i smeltet løsnings-middel, og mer spesielt angår den fremgangsmåter til fremstilling av aluminium ved elektrolyse av en aluminiumforbindelse oppløst i et smeltet løsningsmiddel. This invention relates to the production of metal by electrolysis of a compound of the metal dissolved in molten solvent, and more particularly it relates to methods for the production of aluminum by electrolysis of an aluminum compound dissolved in a molten solvent.

Oppfinnelsen tar sikte på å tilveiebringe fremgangsmåter til elektrolytisk fremstilling av metall, ved hvilke det anvendes forbedrede relasjoner mellom katodisk overflateareal og smeltet metallbad, smeltet løsningsmiddel og anode. The invention aims to provide methods for the electrolytic production of metal, in which improved relationships between cathodic surface area and molten metal bath, molten solvent and anode are used.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte til elektrolytisk fremstilling av metall, innbefattende elektrolyse, mellom anode- og katode-overflater, hvor en forbindelse av metallet er-oppløst i et smeltet løsningsmiddel, og hvor elektrolysen utføres ved en temperatur ved hvilken metallet dannes i smeltet tilstand og samles i et smeltet lag av metall,karakterisert vedtilveiebringelsen av katodisk overflateareal i form av en rekke elementer som rager ut fra metallaget og inn i løsningsmidlet mot anodeflaten for oppnåelse av en rekke plasseringer ved hvilke anode-katode-avstanden er opp til 3,2 cm. According to the invention, a method is provided for the electrolytic production of metal, including electrolysis, between anode and cathode surfaces, where a compound of the metal is dissolved in a molten solvent, and where the electrolysis is carried out at a temperature at which the metal is formed in the molten state and collects in a molten layer of metal, characterized by the provision of cathodic surface area in the form of a series of elements projecting from the metal layer into the solvent towards the anode surface to achieve a series of locations at which the anode-cathode distance is up to 3, 2 cm.

Fig. 1 er et vertikalsnitt av en celle til bruk vedFig. 1 is a vertical section of a cell for use in wood

en utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen.an embodiment of the method according to the invention.

Fig. 2 er et tverrsnitt tatt etter linjen II-II på fig.l. Fig. 3 og 5 er vertikalsnitt, hvor noen deler er brukket bort, og hvor elektrolytten er fjernet, til illustrasjon av ut-førelsesformer av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen. Fig. 4 og 6 er tverrsnitt tatt etter linjene IV-IV og VI-VI på henholdsvis fig. 3 og 5. Fig. 7 er et grunnriss av den nedre del av en celle' til bruk ved en utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen. Fig. 2 is a cross-section taken along the line II-II in fig.l. Fig. 3 and 5 are vertical sections, where some parts have been broken away, and where the electrolyte has been removed, to illustrate embodiments of the method according to the invention. Fig. 4 and 6 are cross-sections taken along the lines IV-IV and VI-VI in Fig. respectively. 3 and 5. Fig. 7 is a plan view of the lower part of a cell for use in an embodiment of the method according to the invention.

Det vises først til fig. 1 og 2, som begge illustrerer samme utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen. Av spesiell betydning ved denne utførelsesform er tilveiebringelsen av katodeoverflater i form av en rekke elementer, i dette tilfelle sylindriske staver 10, som rager ut fra det smeltede metallstag 11 og inn i løsningsmidlet 12 mot anoden 13 for oppnåelse av en rekke plasseringer ved hvilke anode-katode-avstanden x er opp til 3,2 cm, dvs. mindre enn eller lik 3,2 cm. Denne avstand x er fortrinnsvis mindre enn eller lik 2,54 cm (en tomme), helst mindre enn eller lik 1,9 cm. Med avtagende avstand x blir spenningstapet i løsningsmidlet fordelaktig mindre. Metallaget 11 får ikke synke så lavt, f.eks. ved tapping, at løsningsmidlet 12 kommer i kontakt med cellebunnen. Reference is first made to fig. 1 and 2, both of which illustrate the same embodiment of the method according to the invention. Of particular importance in this embodiment is the provision of cathode surfaces in the form of a series of elements, in this case cylindrical rods 10, which project from the molten metal rod 11 into the solvent 12 towards the anode 13 to achieve a series of locations at which anode- the cathode distance x is up to 3.2 cm, i.e. less than or equal to 3.2 cm. This distance x is preferably less than or equal to 2.54 cm (one inch), preferably less than or equal to 1.9 cm. With decreasing distance x, the voltage loss in the solvent becomes advantageously smaller. The metal layer 11 must not sink so low, e.g. during tapping, that the solvent 12 comes into contact with the cell base.

Omkretsen av anoden 13 er projisert på fig. 2 i den hensikt å vise hvordan anoden er dimensjonert og anordnet over rekken av staver 10. The circumference of the anode 13 is projected on fig. 2 in order to show how the anode is dimensioned and arranged over the row of rods 10.

Visse deler av det som er vist på fig. 1 og 2, kan åpen-bart forandres innenfor oppfinnelsens ramme av fagfolk på området, hvilke deler innbefatter en elektrisk leder 14 til anoden fra en strømkilde, en katodisk leder 15 fra strømkilden til en ledende digel 16 som er i kontakt med stavene 10, en isolerende foring 17, samt en isolerende muffe 18. Muffen 18 rager ned til kontakt med anoden 13 og tjener til å hindre kortslutning av den elektriske strøm mellom ledningen 14 og digelen 16, f.eks. ved skum av karbon-partikler på overflaten av løsningsmidlet 12. Fordelaktig ved et underordnet aspekt ved denne utførelsesform, f.eks. for beskyttelse mot reoksydasjon av det fremstilte metall, er det forhold at metall-laget er mer katodisk enn anoden, idet metallaget 11 er i kontakt med den samme ledende digel 16 som tilfører den katodiske strøm til stavene 10. Certain parts of what is shown in fig. 1 and 2, can obviously be changed within the scope of the invention by experts in the field, which parts include an electrical conductor 14 to the anode from a current source, a cathodic conductor 15 from the current source to a conductive crucible 16 which is in contact with the rods 10, a insulating lining 17, as well as an insulating sleeve 18. The sleeve 18 projects down into contact with the anode 13 and serves to prevent short-circuiting of the electric current between the line 14 and the crucible 16, e.g. by foaming of carbon particles on the surface of the solvent 12. Advantageous in a subordinate aspect of this embodiment, e.g. for protection against reoxidation of the produced metal, the condition is that the metal layer is more cathodic than the anode, as the metal layer 11 is in contact with the same conductive crucible 16 which supplies the cathodic current to the rods 10.

Et viktig trekk ved den generelle metode som danner basis for fig. 1 og 2, er at elementene tilveiebringer minimerte anode-katode-avstander x, slik at elektrolysen skjer hovedsakelig ved disse steder hvor nevnte avstand er kort. Dette betyr minst mulig spenningstap for den elektriske elektrolysestrøm gjennom elektrolytten 12. Det betyr også at magnetisk turbulens i metallaget 11 ikke kan hindre oppnåelse av minimerte anode-katode-avstander. An important feature of the general method that forms the basis for fig. 1 and 2, is that the elements provide minimized anode-cathode distances x, so that the electrolysis takes place mainly at these places where said distance is short. This means the least possible voltage loss for the electric electrolytic current through the electrolyte 12. It also means that magnetic turbulence in the metal layer 11 cannot prevent the achievement of minimized anode-cathode distances.

Det effektive område for elektrolytisk virkning er blitt flyttet fra området ved metallagets overflate 19 og til området ved endene 20 av en rekke elementer som rager ut fra metallaget. The effective area for electrolytic action has been moved from the area at the surface 19 of the metal layer and to the area at the ends 20 of a number of elements projecting from the metal layer.

Det er fordelaktig om elementene fuktes av metallet som fremstilles. Dette hindrer ansamling av store dråper av metall på endene 20 av de elementer- som er nærmest anoden, hvilket nedsetter faren for kortslutning, og det tilveiebringer et beskyttende be-legg av det fremstilte metall på elementene som kan være fordelaktig når det gjelder å øke elementenes levetid. Avstanden x kan gjøres så liten som mulig, men den må ikke gjøres så liten at den elektriske strøm begynner å kortsluttes fra anoden gjennom det smeltede metall på endene 20 og til elementene uten å strømme gjennom løsningsmidlet. Jo bedre elementene fuktes av metallet som fremstilles, desto mer kan avstanden x reduseres, fordi det da ikke erholdes store metalldråper på endene 20. Denne fordel med fuktningen gjelder eksempelvis endog den utførelsesform som er vist på fig. 5 og 6, fordi det smeltede metall i midten av rørene ikke buler oppover, hvilket ville være tilfelle hvis materialet i rørene ikke fuktes av det smeltede metall. En typisk minsteavstand x er blitt funnet å være 6,35 mm, dog er det - med god fuktning - fullt tenkelig at x godt kan reduseres til 3,2 mm eller endog til 1,6 mm. It is advantageous if the elements are moistened by the metal being produced. This prevents the accumulation of large drops of metal on the ends 20 of the elements closest to the anode, which reduces the danger of short-circuiting, and it provides a protective coating of the produced metal on the elements which can be beneficial in increasing the element's lifespan. The distance x can be made as small as possible, but it must not be made so small that the electric current begins to short-circuit from the anode through the molten metal at the ends 20 and to the elements without flowing through the solvent. The better the elements are moistened by the metal being produced, the more the distance x can be reduced, because large drops of metal are then not obtained on the ends 20. This advantage of the moistening applies, for example, even to the embodiment shown in fig. 5 and 6, because the molten metal in the center of the tubes does not bulge upwards, which would be the case if the material in the tubes was not wetted by the molten metal. A typical minimum distance x has been found to be 6.35 mm, however - with good wetting - it is entirely conceivable that x can well be reduced to 3.2 mm or even to 1.6 mm.

Det forhold at elementene anbringes i form av en rekke, er fordelaktig når det gjelder å sikre tilførsel av den oppløste forbindelse av det metall som fremstilles, på de steder hvor anode-katode-avstanden er minst,g hvor elektrolysen primært finner sted. Hvis det istedenfor en rekke av elementer ble anvendt bare en hovedsakelig plan katode, skjønt eventuelt skrånende for drenering, så ville det ikke foreligge kulper 21 av løsningsmiddel lett tilgjengelig for stadig tilførsel av oppløst forbindelse til alle elektrolytisk aktive områder. For det formål å sikre at kulpene 21 av løsningsmiddel er adekvate reservoarer for den forbindelse som elektrolyseres, er det fordelaktig at avstanden y som skiller metallaget fra anoden, er minst 3,8 cm. Avstanden y bør fortrinnsvis være minst 5,1 cm og helst 6,35 cm. The fact that the elements are placed in the form of a row is advantageous when it comes to ensuring the supply of the dissolved compound of the metal being produced, in the places where the anode-cathode distance is smallest,g where the electrolysis primarily takes place . If, instead of a series of elements, only a substantially planar cathode was used, although possibly inclined for drainage, then there would be no puddles 21 of solvent readily available for constant supply of dissolved compound to all electrolytically active areas. For the purpose of ensuring that the pools 21 of solvent are adequate reservoirs for the compound being electrolysed, it is advantageous that the distance y separating the metal layer from the anode is at least 3.8 cm. The distance y should preferably be at least 5.1 cm and preferably 6.35 cm.

Når det gjelder den utførelsesform som er illustrertIn the case of the embodiment illustrated

på fig. 1 og 2, regnet i videre betydning, er det ingen nødvendig-het at elementene i rekken anordnes på en spesiell måte. Eksempelvis kan elementene plasseres i cellebunnen på helt tilfeldige steder. Det vil imidlertid forstås at en mer effektiv utnyttelse av elektrolysesonen vil oppnås hvis rekken oppviser regularitet. På fig. 2 er elementene arrangert i hjørnene på et regulært "sjakk-brett"-mønster av innbyrdes kongruente kvadrater. En annen mulighet ville være å anordne elementene i hjørnene på et regulært on fig. 1 and 2, considered in a wider sense, there is no necessity for the elements in the row to be arranged in a special way. For example, the elements can be placed in the bottom of the cell in completely random places. However, it will be understood that a more efficient utilization of the electrolysis zone will be achieved if the series exhibits regularity. In fig. 2, the elements are arranged at the corners of a regular "checkerboard" pattern of mutually congruent squares. Another possibility would be to arrange the elements in the corners on a regular basis

mønster av innbyrdes kongruente likesidede trekanter. Den geo-metriske terminologi er her basert på Mathematical Models av H.M. Cundy et al., 2. utgave, Oxford University Press (1961), s. 59 pattern of mutually congruent equilateral triangles. The geo-metric terminology is here based on Mathematical Models by H.M. Cundy et al., 2nd ed., Oxford University Press (1961), p. 59

og 60.and 60.

Når det gjelder den videre ramme for oppfinnelsen, ér det heller ikke nødvendig at elementene har en sirkulær utformning 22 som vist på fig. 2. F.eks. kan det ved anvendelse av et mønster av kvadrater være fordelaktig å anordne elementene med en kvadratisk utformning, og ved et mønster av likesidede trekanter ville man hensiktsmessig velge elementer med regulært tri-angeltverrsnitt. Elementene kan endog eksempelvis ha et ring-formet tverrsnitt, som vist på fig. 6. As regards the further scope of the invention, it is also not necessary for the elements to have a circular design 22 as shown in fig. 2. E.g. when using a pattern of squares, it may be advantageous to arrange the elements with a square design, and in the case of a pattern of equilateral triangles, it would be appropriate to choose elements with a regular triangular cross-section. The elements can even, for example, have a ring-shaped cross-section, as shown in fig. 6.

Et rektangel-mønster utgjør en annen mulighet når det gjelder elementenes plassering, og selve elementene kan ha et rektangulært tverrsnitt. Se fig. 7. A rectangle pattern represents another possibility when it comes to the placement of the elements, and the elements themselves can have a rectangular cross-section. See fig. 7.

Det vises nå til fig. 3 og 4, hvor en annen utførelses-form av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen er illustrert. Fig. Reference is now made to fig. 3 and 4, where another embodiment of the method according to the invention is illustrated. Fig.

3 er et vertikalsnitt tatt etter linjen III-III på fig. 4. I denne utførelsesform er det av spesiell betydning at katodeover-flate er anordnet hvorved rekken av elementer har form av en rist eller et gitter 23 anbrakt i løsningsmidlet. Ikke vesentlig når det gjelder den bredere ramme for denne utførelsesform, er den spesielle måte på hvilken den katodiske strøm overføres mellom risten og strømkilden, som her skjer via en stender 24 som under-støtter risten på midten, og som er festet i bunnen av digelen 16. Det bemerkes her at det smeltede metall foran lederen 24 3 is a vertical section taken along the line III-III in fig. 4. In this embodiment, it is of particular importance that the cathode surface is arranged whereby the row of elements has the form of a grate or grid 23 placed in the solvent. Not essential as far as the wider framework of this embodiment is concerned, is the particular way in which the cathodic current is transferred between the grid and the current source, which here occurs via a stand 24 which supports the grid in the middle, and which is fixed in the bottom of the crucible 16. It is noted here that the molten metal in front of the conductor 24

på fig. 3 er fjernet i den hensikt å vise at stenderen 24 strekker seg ned til bunnen av digelsen. Ikke vesentlig når det gjelder oppfinnelsens bredere ramme er også den øvrige konstruksjon som allerede er beskrevet i forbindelse med fig. 1 og 2. I henhold til en foretrukken utførelsesform anvendes imidlertid en enkelt, sentral stender, fordi risten da fritt kan undergå termiske ut-videlser uten at forbindelsen mellom stenderen og bunnen av cellen påvirkes. Foretrukket er det også at risten har en flate 25 vendt mot anoden 13, som vist. on fig. 3 has been removed in order to show that the strut 24 extends down to the bottom of the pile. The other construction which has already been described in connection with fig. 1 and 2. According to a preferred embodiment, however, a single, central strut is used, because the grating can then freely undergo thermal expansion without the connection between the strut and the bottom of the cell being affected. It is also preferred that the grating has a surface 25 facing the anode 13, as shown.

Som i tilfelle av utførelsesformen på fig. 1 og 2, mulig-gjør denne utførelsesform hvor det anvendes en rist, en redusert anode-katode-avstand x, uten at man behøver å bekymre seg om magnetisk forårsaket turbulens i metallaget 11 nedenunder. As in the case of the embodiment of fig. 1 and 2, this embodiment, where a grid is used, enables a reduced anode-cathode distance x, without having to worry about magnetically caused turbulence in the metal layer 11 below.

Også i denne utførelsesform foreligger den fordel at stadig tilførsel av den forbindelse som elektrolyseres, til de steder hvor elektrolysen er særlig virksom, kan skje fra elektro-lyttkulpené i hullene 26 i risten og - via hullene - fra elektrolytten som ligger på den side av risten som vender bort fra anoden. For å fremme denne tilførsel av elektrolytt er det fordelaktig, når et metallag er til stede, at avstanden y er minst 3,8 cm pluss tykkelsen av risten,, og avstanden y er fortrinnsvis 5,1 cm og fortrinnsvis nærmere 6,4 cm. Ved driften av cellen bør man således ikke tillate metallaget å nå ristflaten 27 på den mot-satte side av den flate som vender mot anoden, fordi det da ikke blir noen kommunikasjon mellom løsningsmidlet i hullene og resten av løsningsmidlet. Also in this embodiment, there is the advantage that the compound that is electrolysed can be continuously supplied to the places where the electrolysis is particularly effective, from the electrolyte ball in the holes 26 in the grid and - via the holes - from the electrolyte that is on that side of the grid which faces away from the anode. To promote this supply of electrolyte, it is advantageous, when a metal layer is present, that the distance y is at least 3.8 cm plus the thickness of the grating, and the distance y is preferably 5.1 cm and preferably closer to 6.4 cm. During the operation of the cell, one should thus not allow the metal layer to reach the grating surface 27 on the opposite side of the surface facing the anode, because there will then be no communication between the solvent in the holes and the rest of the solvent.

Det metall som dannes ved elektrolysen, avsettes først og fremst på de overflater av risten som ligger nærmest anoden, dvs. på flaten 25 i den illustrerte utførelsesform. Dette aluminium bygger seg noe opp og renner deretter av, gjennom hullene 26 (fig. 4) og videre til laget 11 av smeltet metall.derunder (fig. 3). Denne avrenning lettes når materialet i risten fuktes av det smeltede metall. Man har funnet at - ved hvilket som helst gitt tilfelle av celledriftstemperatur, metall, løsnings-middel etc. - hullene.26 i risten fortrinnsvis bør være større enn en minimumsstørrelse for å lette avrenning av det smeltede metall som fremstilles, og tilførselen av nytt løsningsmiddel til de nevnte steder med liten anode-katode-avstand hvor elektro-lyseaktiviteten er størst. Ved den viste utførelsesform ble det eksempelvis funnet, når det gjelder aluminiummetall og aluminiumoksyd anvendes som nevnte forbindelse, at hull med en indre diameter på ca. 1,9 cm gir en tilfredsstillende drift, mens hull med en diameter på 1,27 cm viste en tendens til å tilstoppes under driften. The metal that is formed during the electrolysis is deposited primarily on the surfaces of the grid which are closest to the anode, i.e. on the surface 25 in the illustrated embodiment. This aluminum builds up somewhat and then flows off, through the holes 26 (fig. 4) and on to the layer 11 of molten metal below (fig. 3). This runoff is facilitated when the material in the grate is moistened by the molten metal. It has been found that - in any given case of cell operating temperature, metal, solvent, etc. - the holes 26 in the grid should preferably be larger than a minimum size to facilitate runoff of the molten metal being produced, and the supply of new solvent to the aforementioned places with a small anode-cathode distance where the electrolysis activity is greatest. In the embodiment shown, it was found, for example, when aluminum metal and aluminum oxide are used as said compound, that holes with an inner diameter of approx. 1.9 cm provides satisfactory operation, while holes with a diameter of 1.27 cm showed a tendency to clog during operation.

Risten som er omtalt i forbindelse med denne utførelses-form, kan tilveiebringes på flere måter. Eksempelvis kan den dannes fullstendig av et materiale, som i eksempel II nedenfor. Alternativt vil det være mulig å belegge en stålrist med høyt-smeltende hårdmetall, hvorved det samme formål kan realiseres. Dessuten kan risten være av den typen som kjennetegnes ved at hullene rekker like ut til kanten slik at de ikke har lukket omkrets. Hullenes omkrets behøver ikke være sirkulær, men kan f.eks. kvadratisk eller rektangulær. The grid which is discussed in connection with this embodiment can be provided in several ways. For example, it can be formed entirely of a material, as in example II below. Alternatively, it will be possible to coat a steel grate with high-melting carbide, whereby the same purpose can be realized. In addition, the grid can be of the type characterized by the holes extending right to the edge so that they do not have a closed perimeter. The circumference of the holes does not have to be circular, but can e.g. square or rectangular.

Hullene i risten kan være anordnet i hjørnene av et regulært mosaikkmønster. Se diskusjonen ovenfor i forbindelse med fig. 1 og 2. Det vil således forståes at selv om fire hull er vist på fig. 3 og 4, så ville man foretrekke å bruke en langt større rist med mange flere hull i en industriell celle. The holes in the grid can be arranged in the corners of a regular mosaic pattern. See the discussion above in connection with fig. 1 and 2. It will thus be understood that although four holes are shown in fig. 3 and 4, then one would prefer to use a much larger grid with many more holes in an industrial cell.

Det vises nå til fig. 5 og 6, som illustrerer en annen utførelsesform av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen. Av betydning når det gjelder den videre ramme for denne utførelsesform, er tilveiebringelsen av katodisk overflateareal hvor rekken av elementer har form av hule legemer som inneholder smeltet materiale. I den spesielle utførelsesform som er illustrert, er rør 28 festet Reference is now made to fig. 5 and 6, which illustrate another embodiment of the method according to the invention. Of importance as regards the further framework of this embodiment is the provision of cathodic surface area where the array of elements is in the form of hollow bodies containing molten material. In the particular embodiment illustrated, tube 28 is attached

i bunnen av digelen 16 og rager ut av det smeltede metallag 11.at the bottom of the crucible 16 and protrudes from the molten metal layer 11.

De ender i nærheten av anoden 29. Rørendene 30 nærmest anoden er åpne, og rørene er fyllt med smeltet metall 31. Da det smeltede metall er i kontakt med det elektrisk ledende materiale i digelen 16, blir resultatet slike steder med særlig kort anode-katode-avstand x som nevnt ovenfor, hvor det katodiske overflateareal tilveiebringes i det minste av det smeltede metall i rørene. Hvis selve rørene er ledende, vil deres kanter 32 ved endene nær anoden øke den samlede katodiske overflate. I prinsippet er det i henhold til oppfinnelsen ingen begrensninger med hensyn til formen av rørenes tverrsnitt; Den kan likesågodt være kvadratisk som sirkulær. I prinsippet er det i henhold til oppfinnelsen heller ikke noen begrensninger med hensyn til forholdet mellom lengden og diameteren på rørene; rørene kan likesågodt være vide, korte rør, hvor diameteren er større enn lengden, som høye tynne rør med større lengde.enn diameter. I det tilfelle hvor rørene er av et materiale som fuktes av det smeltede metall, vil den katodiske overflate i det vesentlige bestå av smeltet metall. Da det smeltede metall nær anoden har begrenset utstrekning, idet det jo befinner seg innenfor rørets vegger, vil store bølgebe-vegelser som ellers ville kunne forårsakes av magnetiske virk-ninger på det smeltede metall nær anoden, unngås, slik at vesentlig redusert anode-katode-avstander x kan anvendes også ved den her illustrerte utførelsesform. They end near the anode 29. The tube ends 30 closest to the anode are open, and the tubes are filled with molten metal 31. As the molten metal is in contact with the electrically conductive material in the crucible 16, the result is such places with a particularly short anode-cathode -distance x as mentioned above, where the cathodic surface area is provided at least by the molten metal in the tubes. If the tubes themselves are conductive, their edges 32 at the ends near the anode will increase the overall cathodic surface area. In principle, according to the invention, there are no restrictions with regard to the shape of the cross-section of the pipes; It can be either square or circular. In principle, according to the invention, there are also no limitations with regard to the relationship between the length and the diameter of the pipes; the pipes can just as well be wide, short pipes, where the diameter is greater than the length, such as tall thin pipes with a greater length than diameter. In the case where the tubes are of a material that is wetted by the molten metal, the cathodic surface will essentially consist of molten metal. As the molten metal near the anode has a limited extent, since it is located within the walls of the tube, large wave movements that could otherwise be caused by magnetic effects on the molten metal near the anode will be avoided, so that significantly reduced anode-cathode -distances x can also be used in the embodiment illustrated here.

Det bredere trekk ved denne utførelsesform av oppfinnelsen, dvs. bruken av hule legemer fyllt med smeltet materiale, The broader feature of this embodiment of the invention, i.e. the use of hollow bodies filled with molten material,

er meget fordelaktig, fordi foretrukne konstruksjonsmaterialeris very advantageous, because preferred construction materials

for hvilke som helst av de her beskrevne utførelsesformer, gjerne for any of the embodiments described here, please

er kostbare. Bruken av hule legemer inneholdende smeltet materiale muliggjør betydelige besparelser når det gjelder kostbare konstruksjonsmaterialer, mens man likevel oppnår de ønskede katodiske overflatearealer som trenges for en gitt celle. Ved den videste ramme for oppfinnelsen er det ikke engang nødvendig at de hule legemer er åpne ved den ende som ligger nærmest anoden; de kan ganske enkelt være skall hvis indre er fyllt med det smeltede metall eller med elektrolytt (løsningsmiddel). Når den ende som ligger nærmest anoden, ikke er åpen, må imidlertid det hule legeme være fremstilt av elektrisk ledende materiale. are expensive. The use of hollow bodies containing molten material enables significant savings in expensive construction materials, while still achieving the desired cathodic surface areas needed for a given cell. In the broadest scope of the invention, it is not even necessary that the hollow bodies be open at the end nearest the anode; they can simply be shells whose interior is filled with the molten metal or with electrolyte (solvent). However, when the end nearest the anode is not open, the hollow body must be made of electrically conductive material.

Når det hule legeme er åpent ved den ende som ligger nærmest anoden, så spiller det egentlig ingen rolle om det hule legeme er fremstilt av et elektrisk ledende materiale eller ikke. Eksempelvis er det mulig å fylle det ikke-ledende legeme med aluminiummetall ved starten av elektrolysen, idet aluminiummetallet utgjør den elektriske leder for den elektriske strøm som eksempelvis går fra det nedenforliggende karbonholdige materiale til de elektrolytisk aktive flater. When the hollow body is open at the end closest to the anode, it really does not matter whether the hollow body is made of an electrically conductive material or not. For example, it is possible to fill the non-conductive body with aluminum metal at the start of the electrolysis, as the aluminum metal constitutes the electrical conductor for the electrical current which, for example, goes from the underlying carbonaceous material to the electrolytically active surfaces.

I det tilfelle hvor det hule legeme med åpen ende fremstilles av elektrisk ledende materiale, har man valget mellom enten å fylle det hule legeme med smeltet metall ved begynnelsen av elektrolysen eller å la det hule legeme først fylles med elektrolytt og deretter ta sikte på at smeltet metall som dannes på den indre kant av det hule legeme, skal synke og fortrenge elektrolytten ut av det hule legeme, slik at dette etterhvert fylles med smeltet metall. Når det hule legeme er fremstilt av elektrisk ledende materiale, så har dette den fordel at det ikke spiller så stor rolle om uoppløst forbindelse av det metall som fremstilles, synker ned i dets indre og danner en elektrisk ikke-ledende barriere for den elektriske strøm fra eksempelvis underliggende karbonholdig materiale og opp gjennom det hule legemes indre. Det ledende materiale i selve det hule legeme kan lede den elektriske strøm fra det underliggende materiale, gjennom veggene av det hule legeme eller gjennom dets indre, rundt nevnte barriere og videre til de viktigste elektrolytisk aktive flater. In the case where the hollow body with an open end is made of electrically conductive material, one has the choice of either filling the hollow body with molten metal at the start of the electrolysis or having the hollow body first filled with electrolyte and then aiming for the molten metal which is formed on the inner edge of the hollow body, must sink and displace the electrolyte out of the hollow body, so that it is eventually filled with molten metal. When the hollow body is made of electrically conductive material, this has the advantage that it does not matter much if undissolved compounds of the metal being made sink into its interior and form an electrically non-conductive barrier to the electric current from for example underlying carbonaceous material and up through the interior of the hollow body. The conductive material in the hollow body itself can conduct the electric current from the underlying material, through the walls of the hollow body or through its interior, around said barrier and on to the most important electrolytically active surfaces.

Fig. 7 viser en utførelsesform av oppfinnelsen som ligner den på fig. 1 og 2, bortsett fra at det her anvendes staver 35 med rektangulært tverrsnitt, og de varmefaste celle-vegger 36 har den rektangulære form som er den vanlige ved industrielle celler. Fig. 7 shows an embodiment of the invention which is similar to that of fig. 1 and 2, except that rods 35 with a rectangular cross-section are used here, and the heat-resistant cell walls 36 have the rectangular shape that is usual for industrial cells.

Når det gjelder materialer for de spesielle katodiske overflater som anvendes ved fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, When it comes to materials for the special cathodic surfaces used in the method according to the invention,

er det i det vesentlige et spørsmål om avveining av material-kostnader mot de forskjellige materialers levetid i nærvær av det smeltede metall og det smeltede løsningsmiddel og den forbindelse som elektrolyseres. Temperaturene kan være høye. Ved fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd, som er en foretrukken anvendelse av den foreliggende oppfinnelse, utføres elektrolysen typisk ved temperaturer nær 900°C. it is essentially a matter of balancing material costs against the lifetime of the various materials in the presence of the molten metal and the molten solvent and the compound that is electrolysed. Temperatures can be high. In the production of aluminum by electrolysis of aluminum oxide, which is a preferred application of the present invention, the electrolysis is typically carried out at temperatures close to 900°C.

En ting er at materialet er motstandsdyktig mot om-givelsene slik at det ikke faller sund eller oppløses under drifts-betingelsene, men det er en ytterligere fordel at det fuktes av det metall som fremstilles. Enn videre, jo høyere materialets elektriske ledningsevne er, desto bedre er materialet egnet til bruk i henhold til oppfinnelsen. Et annet gunstig trekk ved materialet ville være at dets dimensjoner forblir konstante over lengre tid under bruken. One thing is that the material is resistant to the environment so that it does not fall apart or dissolve under the operating conditions, but it is a further advantage that it is moistened by the metal being produced. Furthermore, the higher the electrical conductivity of the material, the better the material is suitable for use according to the invention. Another favorable feature of the material would be that its dimensions remain constant over a longer period of time during use.

I alminnelighet har sintrede sammensatte materialer (kompositter) av høytsmeltende hårdmetaller gitt de beste resul-tater ved eksperimenter som ligger til grunn for oppfinnelsen. In general, sintered composite materials (composites) of high-melting carbides have given the best results in experiments that form the basis of the invention.

En grunnleggende bok som beskriver de høytsmeltende hårdmetaller, er Refractory Hard Metals av P. Schwarzkopf et al., The Mac-Millan Company, 1953. Høytsmeltende hårdmetaller defineres vanligvis som materialer innenfor gruppen karbider, borider, silicider og nitrider av overgangsmetallene i gruppene IVa, Va og Via i elementenes periodiske system. Denne gruppebetegnelse er basert på det periodiske system som angitt på fig. 2-18 i The Nature of the Chemical Bond av Linus Pauling, Third Edition, Cornell University Press (1960) . Disse karbider, borider, silicider og nitrider kan kombineres med forbindelser så som aluminiumborid, A basic book describing the high-melting hard metals is Refractory Hard Metals by P. Schwarzkopf et al., The Mac-Millan Company, 1953. High-melting hard metals are usually defined as materials within the group of carbides, borides, silicides and nitrides of the transition metals in groups IVa, Va and Via in the periodic table of the elements. This group designation is based on the periodic table as indicated in fig. 2-18 in The Nature of the Chemical Bond by Linus Pauling, Third Edition, Cornell University Press (1960). These carbides, borides, silicides and nitrides can be combined with compounds such as aluminum boride,

-nitrid og -karbid og forbindelser av sjeldne jordartsmetaller. Noen innbefatter siliciumkarbid i denne gruppering. Preferanse -nitride and -carbide and compounds of rare earth metals. Some include silicon carbide in this grouping. Preference

er blitt angitt for boridene, nitridene og karbidene av titan og zirkonium. have been indicated for the borides, nitrides and carbides of titanium and zirconium.

Erfaring har imidlertid vist at f.eks. ikke alle TiB2-kompositt som leveres av produsenter av slike kompositter står seg eller tåler de praktiske bruksbetingelser i celler for elektrolytisk fremstilling av aluminium. To kompositter kan synes å However, experience has shown that e.g. not all TiB2 composites supplied by manufacturers of such composites stand or withstand the practical conditions of use in cells for the electrolytic production of aluminium. Two composites can seem to

være like, og likevel kan den ene vise seg holdbar, den andre ikke. For å finne ut av dette laget man en liten forsøkscelle, be alike, and yet one may prove durable, the other not. To find out, a small experimental cell was made,

som er beskrevet i eksempel I nedenfor. I denne celle anvendes et foreslått materiale, levert av en produsent, for elektrolytisk fremstilling av aluminium over et tidsrom på 100 timer. På slutten av dette tidsrom ble cellen tømt, og det materiale som skulle utprøves, ble undersøkt med hensyn til tegn på desintegrering eller oppløsning. Hvis materialet er holdbart, så vurderes det i det minste som potensielt brukbart for praktisk anvendelse hvor en brukstid opp til 3 eller 4 år skulle kunne ventes. which is described in Example I below. In this cell, a proposed material, supplied by a manufacturer, is used for the electrolytic production of aluminum over a period of 100 hours. At the end of this time the cell was emptied and the material to be tested was examined for signs of disintegration or dissolution. If the material is durable, then it is at least considered potentially usable for practical use, where a useful life of up to 3 or 4 years could be expected.

Eksempler på materialer som ville være egnet ved praktisk utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er beskrevet i US-patent nr. 3 011 982 med tittelen "Refractory and Method of Making the Same" og US-patent nr. 3 011 983 med samme tittel. Examples of materials that would be suitable for practical implementation of the method according to the invention are described in US patent no. 3,011,982 with the title "Refractory and Method of Making the Same" and US patent no. 3,011,983 with the same title.

Et annet materiale som kan være egnet, er pyrolytisk grafitt, tilsynelatende avhengig av dens anisotrope krystallers orientering. Another material that may be suitable is pyrolytic graphite, apparently depending on the orientation of its anisotropic crystals.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen. The following examples will further illustrate the invention.

EKSEMPEL 1EXAMPLE 1

En celle som. vist på fig. 1 og 2 ble drevet ved 40 ampere, ca. 1 A/cm 2 anodestrømstetthet, med en anode-katode-avstand x på 1,27 cm, ved en temperatur på 890-900°C. Badets sammensetning var 0,8 BR-5% LiF-Al203 , hvor BR er vektforholdet NaF/AlF^. Seksten TiB2~katodestaver (diameter 1,27 cm, lengde 3,8 cm) levert av A cell which. shown in fig. 1 and 2 were operated at 40 amps, approx. 1 A/cm 2 anode current density, with an anode-cathode distance x of 1.27 cm, at a temperature of 890-900°C. The composition of the bath was 0.8 BR-5% LiF-Al2O3, where BR is the weight ratio NaF/AlF^. Sixteen TiB2~cathode rods (diameter 1.27 cm, length 3.8 cm) provided by

PPG Industries og anordnet i 4 rekker a 4 staver ble festet til cellebunnen ved dimensjonering av mottagerhullene i cellebunnen slik at det ved driftstemperaturen ville oppnås en presspasnirig på 25^um regnet på diameteren. Stavene raget ned i mottagerhullene til en dybde på ca. 1,3 cm, med en høyde over digelbunnen på ca. 2,5 cm. Stavene ble plassert innenfor et område definert ved de projiserte anodedimensjoner på 6,4 cm x 6,4 cm. Den katodiske grafittdigel, som hadde en ytre diameter på ca. 15,6 cm og en indre diameter på ca. 12,8 cm, var forsynt med en varmefast iso-latorforing av aluminiumoksyd med en ytre diameter på 12,7 cm og en indre diameter på ca. 11,6 cm, med det formål å hindre side-veis elektriske strømmer. Reduksjonscellen ble installert i en lukket Inconel-ovn (ikke vist). En inert nitrogenatmosfære ble opprettholdt i ovnen gjennom hele den 102 timer lange driftstid. PPG Industries and arranged in 4 rows of 4 rods were attached to the cell base by dimensioning the receiver holes in the cell base so that at the operating temperature a pressure passnirig of 25 µm calculated on the diameter would be achieved. The rods protruded into the receiver holes to a depth of approx. 1.3 cm, with a height above the bottom of the crucible of approx. 2.5 cm. The rods were placed within an area defined by the projected anode dimensions of 6.4 cm x 6.4 cm. The cathodic graphite crucible, which had an outer diameter of approx. 15.6 cm and an inner diameter of approx. 12.8 cm, was provided with a heat-resistant insulator lining of aluminum oxide with an outer diameter of 12.7 cm and an inner diameter of approx. 11.6 cm, with the purpose of preventing lateral electric currents. The reduction cell was installed in a closed Inconel furnace (not shown). An inert nitrogen atmosphere was maintained in the furnace throughout the 102-hour operating period.

Under driften raget TiB2~stavene minst 1,27 cm over metallaget. Metallagets dybde ble regulert ved periodisk fjerning av metall for opprettholdelse av den foreskrevne eksponerte stav-høyde. During operation, the TiB2~rods protruded at least 1.27 cm above the metal layer. The depth of the metal layer was regulated by periodic removal of metal to maintain the prescribed exposed rod height.

Under opprettholdelse av den normale strømgjennomgang ble det gjort et forsøk hvor aluminium-puddel-høyden ble målt ved at man senket anoden inntil absolutt kortslutning inntraff. Ved å måle forskyvningen fra dette punkt til en hvilestilling på TiB2~katodestavene fant man en aluminium-puddel-høyde på 6,35 mm. Til å begynne med ble denne målte puddelhøyde antatt å være likevekts-høyden ved en anode-katode-avstand x på 1,27 cm. Subtraheres puddelhøyden fra x, erholdes en verdi på 6,35 mm for den virkelige tykkelse eller dybde av badet i elektrolysesonen. Analyse av spenningsmålinger, som er diskutert nedenfor, antyder imidlertid at den fysikalske tilstand av systemet mellom elektrodene er noe annerledes enn det bilde som her fremkommer. While maintaining the normal current flow, an experiment was made where the aluminum puddle height was measured by lowering the anode until an absolute short circuit occurred. By measuring the displacement from this point to a resting position on the TiB2 cathode rods, an aluminum puddle height of 6.35 mm was found. Initially, this measured puddle height was assumed to be the equilibrium height at an anode-cathode distance x of 1.27 cm. If the puddle height is subtracted from x, a value of 6.35 mm is obtained for the real thickness or depth of the bath in the electrolysis zone. Analysis of voltage measurements, which are discussed below, however, suggests that the physical state of the system between the electrodes is somewhat different from the picture that appears here.

Elektrolyttens aluminiumoksydinnhold ble opprettholdt ved periodiske tilsetninger av ovnsaktivert hydrat (kalsinert aluminiumoksyd med totalt vanninnhold på f.eks. 12,5%) i en mengde basert på et antatt strømutbytte på 50%. Celler i liten målestokk er kjent å gi lavt strømutbytte, og hensikten var å unngå tæring på foring etc. (mucking). Drift ved et strømutbytte større enn den antatte verdi forårsaker utarming på aluminiumoksyd i elektrolytten, som kan tilfredsstilles ved oppløsning av den varmefaste foring av aluminiumoksyd. The alumina content of the electrolyte was maintained by periodic additions of furnace-activated hydrate (calcined alumina with a total water content of e.g. 12.5%) in an amount based on an assumed current yield of 50%. Cells on a small scale are known to give a low current yield, and the purpose was to avoid corrosion of lining etc. (mucking). Operation at a current yield greater than the assumed value causes depletion of aluminum oxide in the electrolyte, which can be satisfied by dissolving the heat-resistant lining of aluminum oxide.

Elektrolyttens sammensetning for øvrig ble likeledes holdt konstant ved periodiske tilsetninger av bestanddeler som går tapt f.eks. ved fordampning eller ved absorpsjon inn i celleveggene. The composition of the electrolyte was otherwise kept constant by periodic additions of components that are lost, e.g. by evaporation or by absorption into the cell walls.

Tabell 1 viser typiske verdier- som ble bestemt ved driften av cellen i dette eksempel. Table 1 shows typical values which were determined during the operation of the cell in this example.

a. VEXT ble bestemt ved ekstrapolering av volt-ampere-kurver til en strømstyrke på 0. VEXT-verdier innbefatter spenningsbidrag fra ED og Ep, hvor D-og P betegner henholdsvis spaltning og polarisering. b. VINT refererer seg til den konstante spenning som måleanordningene viste etter avbrytning av strømmen i cellen. Når overspenninger som skyldes gassfilmg elektron-dobbeltsjikt forsvinner, blir bare spaltningspotensialet (Eq) for aluminiumoksydet tilbake. Den be-regnede ED basert på de frie dannelsesenergier for produkter og reaktant ved A^O^-karbon-reaksjonen ved 900°C er faktisk 1,204 volt når det antas at elektrolytten er mettet med malm. c. Ep polariserings-overspenningen, erholdes ved subtraksjon av VINT fra VEXT. d. E|ytre)er ^en målte spenning som observeres nar anode og katode (TiB2~staver) er i kontakt ved 4 0 ampere. e. EB er spenningsfallet gjennom badet ved en anode-katode-avstand på 1,27 cm og 4 0 ampere. Denne størrelse ble beregnet ut fra følgende ligning: a. VEXT was determined by extrapolation of volt-ampere curves to a current of 0. VEXT values include voltage contributions from ED and Ep, where D and P denote breakdown and polarization, respectively. b. VINT refers to the constant voltage that the measuring devices showed after interruption of the current in the cell. When overvoltages due to gas filmg electron double layer disappear, only the decomposition potential (Eq) of the alumina remains. The calculated ED based on the free energies of formation for products and reactant in the A^O^-carbon reaction at 900°C is actually 1.204 volts when it is assumed that the electrolyte is saturated with ore. c. Ep the polarization overvoltage, obtained by subtracting VINT from VEXT. d. E|ytre) is ^a measured voltage observed when anode and cathode (TiB2~rods) are in contact at 40 amperes. e. EB is the voltage drop across the bath at an anode-cathode distance of 1.27 cm and 40 amperes. This size was calculated based on the following equation:

Under det 2,5 dager lange tidsrom i hvilket digelens varmefaste foring var i bruk, funksjonerte cellen fint, og strøm-utbyttet basert på uttappet metall var hele tiden rundt 65%, hvilket er et godt resultat for små celler. Oppløsning av foringen resulterte imidlertid til slutt i at de katodiske grafittdigel-vegger ble utsatt for elektrolyse. Finkornet karbon gjennomtrengte hurtig badet og reduserte etterhvert strømutbyttet. Likevel ble cellen holdt i drift resten av uken for utprøving av TiB2~varig-heten. During the 2.5-day period in which the crucible's heat-resistant liner was in use, the cell functioned well, and the power yield based on metal drained was constantly around 65%, which is a good result for small cells. However, dissolution of the liner eventually resulted in the cathodic graphite crucible walls being exposed to electrolysis. Fine-grained carbon quickly penetrated the bath and eventually reduced the current yield. Nevertheless, the cell was kept in operation for the rest of the week to test the TiB2 durability.

Ved ukens slutt-ble Til^-stavene fjernet fra digelens bunn og behandlet i varm 30%'s AlCl-^-løsning. Denne behandling var godt egnet til å fjerne rester av bad og metall fra stavene. Noen stykker var forandret, dog ikke mer enn 25^um i tverrsnitt, At the end of the week, the Til^ rods were removed from the bottom of the crucible and treated in hot 30% AlCl-^ solution. This treatment was well suited to remove residues of bath and metal from the rods. Some pieces were altered, but no more than 25 µm in cross-section,

og de fleste viste ingen forandring i det hele tatt.and most showed no change at all.

Avgjørende for drift av industrielle celler med meget liten anode-katode-avstand er evnen til å holde en adekvat mengde oksygenholdige stoffer i mellomrommet mellom anode og katode. Decisive for the operation of industrial cells with a very small anode-cathode distance is the ability to keep an adequate amount of oxygen-containing substances in the space between anode and cathode.

Et system av katodestaver f.eks. som i dette eksempel gir i sær-deles høy grad alle fordelene ved liten anode-katode-avstand og en rikelig konsentrasjon av badreaktanter overalt på anodeover-flaten, ganske enkelt ved at man regulerer metalldybden slik at tilstedeværelsen av kulper av friskt løsningsmiddel sikres. A system of cathode rods e.g. which in this example provides to a particularly high degree all the advantages of a small anode-cathode distance and an abundant concentration of bath reactants everywhere on the anode surface, simply by regulating the metal depth so that the presence of pools of fresh solvent is ensured.

Et katodesystem bestående av én ubrutt kontinuerlig overflate beliggende meget nær anoden er derimot hemmet ved de plassbehov som skyldes den utstrømmende anodegass-fase og metall-fase og innstrømmende badfase, dvs. løsningsmiddel. A cathode system consisting of one unbroken continuous surface located very close to the anode is, on the other hand, hampered by the space requirements caused by the flowing out anode gas phase and metal phase and the flowing in bath phase, i.e. solvent.

EKSEMPEL IIEXAMPLE II

En celle som vist på fig. 3 og 4 ble drevet i 100 timer. Katoden var fremstilt av et materiale bestående av 70% TiB2og 30% BN (Union Carbide HQL-materiale). Den viste katode var laget i A cell as shown in fig. 3 and 4 were operated for 100 hours. The cathode was made of a material consisting of 70% TiB2 and 30% BN (Union Carbide HQL material). The cathode shown was made in

to deler. Den øvre del, risten 23, var en plate av materialet tilvirket med 5 hull som vist på fig. 4. Den her viste gruppering av fire hull 26 gir platen karakteren av en rist, mens det sentrale hull tjente til å motta søylen eller stenderen 24. Likeledes var stenderen øverst forsynt med en krage 37 til understøttelse av risten. Risten var kvadratisk med sidekant ca. 5,1 cm, og var forsynt med fire hull med innvendig diameter på 1,9 cm. Hullet for stenderen hadde en innvendig diameter på 1,27 cm. De fire større hull var øverst ubetydelig avfaset (ikke vist) med det formål å sikre at ingen oppstående grader eller kanter var til stede som kunne hindre avrenning av det produserte smeltede metall. Ristens tykkelse var 0,95 cm. Stenderen var plassert i et 1,27 two parts. The upper part, the grate 23, was a plate of the material made with 5 holes as shown in fig. 4. The grouping of four holes 26 shown here gives the plate the character of a grid, while the central hole served to receive the column or upright 24. Likewise, the upright was provided at the top with a collar 37 to support the grid. The grate was square with a side edge approx. 5.1 cm, and was provided with four holes with an internal diameter of 1.9 cm. The hole for the post had an internal diameter of 1.27 cm. The four larger holes were slightly chamfered at the top (not shown) in order to ensure that no raised burrs or edges were present which could prevent the runoff of the produced molten metal. The grid thickness was 0.95 cm. The stand was placed in a 1.27

cm dypt hull i bunnen av grafittdigelen, hvilket hull var dimensjonert på basis av varmeutvidelseskoeffisienten for grafitten sammenlignet med stenderens, slik at det ved celledriftstemperatur erholdtes en tilfredsstillende tilpasning med sikte på god under-støttelse for stenderen og risten og en god strømforbindelse mellom grafittdigelen og stenderen. Badets sammensetning ved driftens cm deep hole in the bottom of the graphite crucible, which hole was dimensioned on the basis of the thermal expansion coefficient of the graphite compared to that of the stand, so that a satisfactory adaptation was obtained at the cell operating temperature with a view to good support for the stand and the grid and a good current connection between the graphite crucible and the stand . The composition of the bath during operation

begynnelse var 80,7% kryolitt, 12,4% overskudd (dvs. i tillegg til innholdet i kryolitten) av AlF 5% CaF2og 1,9% A1203. Et lag av metall ble tilført til å begynne med, slik at dette forelå ved oppstartingen. Anode-katode-avstanden x ble innstilt på 1,27 cm, strømstyrken på 30 ampere og avstanden fra digelbunnen til undersiden av risten på 2,92 cm. Den tilsiktede celletemperatur var 960°C, idet ekstra varme, i tillegg til den som ved motstands-oppvarmning ble frembrakt av strømstyrken på 30 ampere, ble tilført fra den i eksempel 1 beskrevne ovn (ikke vist). Gjennomsnitts-temperaturen var under den 100 timer lange periode i det vesentlige 960°C, og den gjennomsnittlige spenning over cellen var 2,53 volt. Gjennomsnittlig VINT.var 1,44 volt og gjennomsnittlig VEXT ved 1,57 volt. Det gjennomsnittlige strømutbytte målt på basis av den utviklede gass (Pearson-Waddington-ligningen, se eksempel 6) var 70%, mens strømutbyttet målt på basis av produsert metall var 67%. Den samlede mengde produsert metall minus det opprinnelig tilførte metallag var 658 g, hvilket ble produsert ut fra 932 g A^O^, idet resten av det Al-^O^ som er nødvendig for fremstilling av de 658 g metall, var tatt fra foringen 17 ved oppløsning. Hele badet som ble anvendt, utgjorde 6,13 kg. Risten ble ikke overtrukket med slam på noe tidspunkt under forsøket, og de nevnte 1,9 cm hull ble ikke tilstoppet. Sirkulasjonen av badet var god under hele forsøket, og alle metalltappinger var meget tilfredsstillende. Under driften ble metallagets dybde regulert til mellom ca. 1,3 cm og 1,9 cm. beginning was 80.7% cryolite, 12.4% excess (ie in addition to the content of the cryolite) of AlF 5% CaF 2 and 1.9% Al 2 O 3 . A layer of metal was added to begin with, so that this was present at start-up. The anode-cathode distance x was set at 1.27 cm, the amperage at 30 amperes and the distance from the bottom of the crucible to the underside of the grid at 2.92 cm. The intended cell temperature was 960°C, additional heat, in addition to that produced by resistance heating by the current of 30 amperes, being supplied from the furnace described in Example 1 (not shown). The average temperature over the 100 hour period was essentially 960°C and the average voltage across the cell was 2.53 volts. Average VINT. was 1.44 volts and average VEXT at 1.57 volts. The average power yield measured on the basis of the evolved gas (Pearson-Waddington equation, see Example 6) was 70%, while the power yield measured on the basis of produced metal was 67%. The total amount of metal produced minus the originally supplied metal layer was 658 g, which was produced from 932 g of A^O^, the rest of the Al-^O^ which is necessary for the production of the 658 g of metal being taken from the liner 17 upon resolution. The entire bath used amounted to 6.13 kg. The grate was not coated with sludge at any time during the experiment, and the aforementioned 1.9 cm holes were not plugged. The circulation of the bath was good throughout the experiment, and all metal tappings were very satisfactory. During operation, the depth of the metal layer was regulated to between approx. 1.3 cm and 1.9 cm.

EKSEMPEL IIIEXAMPLE III

I dette forsøk ble de to rør 28 som er vist på fig. 5, kaldpresset og sintret TiB2"99,4% av teoretisk densitet, In this experiment, the two tubes 28 which are shown in fig. 5, cold-pressed and sintered TiB2"99.4% of theoretical density,

erholdt fra PPG Industries, det ene betegnet prøve No. 2903-1,obtained from PPG Industries, the one designated sample No. 2903-1,

det andre betegnet prøve No. 2903-2. Begge rørene hadde enthe second designated sample No. 2903-2. Both tubes had one

lengde på 15,2 cm og en ytre diameter på ca. 4,3 cm. Vegg-tykkelsen var ca. 3,2 mm. Rørene ble festet i hull i grafittdigelen til en dybde på ca. 1,3 cm, idet hullene i digelen ble dimensjonert slik at rørene ville passe noenlunde nøy- length of 15.2 cm and an outer diameter of approx. 4.3 cm. The wall thickness was approx. 3.2 mm. The tubes were fixed in holes in the graphite crucible to a depth of approx. 1.3 cm, as the holes in the crucible were dimensioned so that the tubes would fit fairly precisely

aktig i hullene ved driftstemperatur. Anode-katode-avstånden var 1,27 cm og cellespenningen 40 ampere, og den tilsiktede celletemperatur var 960°C. Badets sammensetning var som i eksempel II. Ved oppstartingen var rørenes indre blitt fylt med aluminium, slik at en søyle av smeltet aluminium allerede like in the holes at operating temperature. The anode-cathode distance was 1.27 cm and the cell voltage 40 amperes, and the intended cell temperature was 960°C. The composition of the bath was as in example II. At start-up, the inside of the tubes had been filled with aluminium, so that a column of molten aluminum already formed

var tilveiebrakt i rørene-ved elektrolysens begynnelse. Videre var det tidligere nevnte lag av smeltet aluminium tilveiebrakt ved oppstartingen. Anoden over de to rørene hadde et ovalt tverrsnitt, hvor den horisontale dimensjon på fig. 5 var ca. 10,2 cm, og den på fig. 5 viste dybde var ca. 4,8 cm, slik at anodearealet . var ca. 38 cm . Typiske driftsbetingelser var en temperatur på 950°C, en cellespenning på 2,67 volt, en VINT på 1,38 volt, en VEXT på 1,66 volt og et strømutbytte på 73% beregnet på gass-mengden. Et av rørene ble ved et uhell brukket omtrent halvveis i forsøket. Det andre røret, No. 2903-1, som ikke var brukket, ble ved slutten av forsøket funnet å være rent innvendig fremdeles, uten slamavsetninger. Dybden av metallaget ble holdt mellom 8,9 cm og 10,2 cm under én driftsperiode, men det ble funnet at celledriften var mer jevn og tilfredsstillende når metallagets dybde ble holdt mellom 5,1 og 7,6 cm. was provided in the tubes-at the start of the electrolysis. Furthermore, the previously mentioned layer of molten aluminum was provided at start-up. The anode above the two tubes had an oval cross-section, where the horizontal dimension in fig. 5 was approx. 10.2 cm, and the one in fig. 5 depth shown was approx. 4.8 cm, so that the anode area . was approx. 38 cm. Typical operating conditions were a temperature of 950°C, a cell voltage of 2.67 volts, a VINT of 1.38 volts, a VEXT of 1.66 volts and a current yield of 73% calculated on the amount of gas. One of the tubes was accidentally broken about halfway through the experiment. The other tube, No. 2903-1, which was not broken, was found at the end of the experiment to still be clean inside, without sludge deposits. The depth of the metal layer was maintained between 8.9 cm and 10.2 cm during one operating period, but cell operation was found to be more uniform and satisfactory when the metal layer depth was maintained between 5.1 and 7.6 cm.

EKSEMPEL IVEXAMPLE IV

En celle ble drevet som i eksempel II i 100 timer for utprøvning av tre pyrolytiske grafittdigler levert av Union Carbide Corporation. Diglene hadde en høyde på ca. 6,4 cm og en ytre diameter øverst på ca. 3,2 cm, en ytre diameter ved bunnen på 2,54 cm og en vegg.tykkelse på 1,6 mm. De veide henholdsvis 9,5 g, 10,9 g og 14,5 g. De ble festet til cellebunnen plassert i hjørnene av et likesidet triangel. Før oppstartingen ble granu-lært aluminium påfylt hver digel. Den granulære form er fordelaktig, fordi ekspansjonen av aluminiumet under oppvarmningen og før smeltningen ikke sprenger digelen. Alternativt kan man be-nytte et stykke aluminium som er maskinert til en form som gir rom for ekspansjon uten at aluminiumlegemet kommer i berøring med digelveggene før det er smeltet. Etter at det 100 timer lange forsøk var fullført, ble det funnet at diglene ikke syntes å være så motstandsdyktige mot angrep fra smeltet aluminium og bad som TiB2_komposittmateriale kan være, men resultatet av forsøket var likevel ikke helt dårlig, og pyrolytisk grafittmateriale er således et alternativ til høytsmeltende hårdmetaller. Det syntes å bli dannet noe aluminiumkarbid, men diglene hadde i det vesentlige bibeholdt sin identitet da forsøket var over, bortsett fra noen tilfeldige brudd. Det bemerkes at digler av pyrolytisk grafitt tåler påkjenningen, mens staver av pyrolytisk grafitt ble funnet ikke å tåle påkjenningen ved det 100 timer lange forsøket. Det antas at grafittkrystallene er gunstigere orientert i diglene med hensyn til motstandsdyktighet mot desintegrering i cellen enn staver. Det ble ved slutten av forsøket funnet at diglene var fylt med aluminiummetall, slik at de, ettersom de var plassert stående i cellen, representerte katodiske overflatearealer som ved den minste anode-katode-avstand besto av en ytre ring av grafitt og en sirkulær flate av smeltet aluminium innenfor•ringen. A cell was operated as in Example II for 100 hours for testing three pyrolytic graphite crucibles supplied by Union Carbide Corporation. The crucibles had a height of approx. 6.4 cm and an outer diameter at the top of approx. 3.2 cm, an outer diameter at the bottom of 2.54 cm and a wall thickness of 1.6 mm. They weighed 9.5 g, 10.9 g and 14.5 g respectively. They were attached to the cell bottom placed in the corners of an equilateral triangle. Before start-up, granu-leather aluminum was filled in each crucible. The granular form is advantageous, because the expansion of the aluminum during heating and before melting does not burst the crucible. Alternatively, you can use a piece of aluminum that has been machined into a shape that allows room for expansion without the aluminum body coming into contact with the crucible walls before it has been melted. After the 100-hour trial was completed, it was found that the crucibles did not appear to be as resistant to attack from molten aluminum and bath as TiB2_composite material can be, but the result of the trial was still not entirely bad, and pyrolytic graphite material is thus an alternative for high-melting carbides. Some aluminum carbide appeared to be formed, but the crucibles had essentially retained their identity when the experiment was over, except for some random breaks. It is noted that pyrolytic graphite crucibles withstand the stress, while pyrolytic graphite rods were found not to withstand the stress in the 100-hour test. It is believed that the graphite crystals are more favorably oriented in the crucibles with respect to resistance to disintegration in the cell than rods. It was found at the end of the experiment that the crucibles were filled with aluminum metal, so that, being placed upright in the cell, they represented cathodic surface areas which, at the smallest anode-cathode distance, consisted of an outer ring of graphite and a circular surface of molten aluminum inside•the ring.

EKSEMPEL VEXAMPLE V

Det ble anvendt en celle for 4 000 ampere. Sett oven-fra, med deksel og smeltet innhold fjernet, var cellen som vist på fig. 7. Det innvendige rom i det plan som er vist på fig. 7, målte 55,9 cm x 167,6 cm. Det varmefaste materiale som skulle omgi de smeltede materialer, hadde en passende tykkelse, og.de vertikale vegger var foret med mursten laget av A^O^. Gulvet i cellen var av grafittblokker, som var forsynt med uttagninger for innsetning av de viste plater av høytsmeltende hårdmetall. Platesettet 38 på venstre side av fig. 7 ble anvendt i forbindelse med en monolitisk karbonanode (ikke vist) av den konvensjonelle forhåndsbrente type hovedsakelig for det formål å holde cellen ved den ønskede temperatur. Disse plater 38 til venstre 'hadde dimensjonene 10,2 cm x 10,2 cm x 14,3 mm og besto hovedsakelig av TiB2• De raget ned i bunnens grafittblokker til en dybde på 7,6 cm, slik at ca. 2,5 cm av platene raget opp i metallaget under celledriften. Katoden på høyre side av fig. 7 ble valgt å være den katode som har redusert anode-katode-avstand. De 18 platene 35 som er vist, ble levert av Union Carbide Corporation. De hadde dimensjonene 10,2 cm x 15,2 cm x 1,9 cm og raget 3,8 cm ned i grafittbunnen, slik at de raget 11,4 cm opp i cellens indre. Hver. plate veide ca. 1.kg. Platene er av Union Carbide betegnet materialetype HDL. Dette keramiske komposittmateriale består av 70% TiB2~30% BN varmpresset til en barre med diameter på 36,8 cm og lengde på 36,8 cm. Av barren lages plater og staver etc. HDL har lav elektrisk motstand (50-150 mikroohm-cm) og fuktes av smeltet aluminium. Det lar seg lett bearbeide maskinert, således kan hull bores og gjenges. Det er ikke hakk-følsomt, så som glass. Bøyningsfastheten som funksjon av temperaturen er: 703 k/c<m2>ved romtemperatur, 84 4 kp/cm2 ved 1 000°C og 1 05 5 kp/cm<2>ved 1 600°C. Materialet har en termisk utvidelseskoeffisient på 8,05 x 10 ^/°C og en densitet i varmpresset tilstand på 89% av den teoretiske. A cell for 4,000 amperes was used. Viewed from above, with the cover and molten contents removed, the cell was as shown in fig. 7. The interior space in the plan shown in fig. 7, measured 55.9 cm x 167.6 cm. The heat-resistant material which was to surround the molten materials was of a suitable thickness, and the vertical walls were lined with bricks made of A^O^. The floor of the cell was made of graphite blocks, which were provided with recesses for the insertion of the shown plates of high-melting carbide. The plate set 38 on the left side of fig. 7 was used in conjunction with a monolithic carbon anode (not shown) of the conventional pre-fired type mainly for the purpose of keeping the cell at the desired temperature. These plates 38 on the left 'had dimensions of 10.2 cm x 10.2 cm x 14.3 mm and consisted mainly of TiB2 • They protruded into the bottom graphite blocks to a depth of 7.6 cm, so that approx. 2.5 cm of the plates protruded into the metal layer during cell operation. The cathode on the right side of fig. 7 was chosen to be the cathode which has reduced anode-cathode distance. The 18 plates 35 shown were supplied by Union Carbide Corporation. They had dimensions of 10.2 cm x 15.2 cm x 1.9 cm and protruded 3.8 cm into the graphite base, so that they protruded 11.4 cm into the interior of the cell. Each. plate weighed approx. 1 kg. The plates are material type HDL designated by Union Carbide. This ceramic composite material consists of 70% TiB2~30% BN hot-pressed into an ingot with a diameter of 36.8 cm and a length of 36.8 cm. Plates and rods etc. are made from the ingot. HDL has a low electrical resistance (50-150 microohm-cm) and is moistened by molten aluminium. It can be machined easily, thus holes can be drilled and threaded. It is not scratch-sensitive, like glass. The bending strength as a function of temperature is: 703 k/c<m2>at room temperature, 84 4 kp/cm2 at 1,000°C and 1,05 5 kp/cm<2>at 1,600°C. The material has a thermal expansion coefficient of 8.05 x 10 ^/°C and a density in the hot-pressed state of 89% of the theoretical.

En annen anode (ikke vist) ble anvendt i kombinasjonAnother anode (not shown) was used in combination

med platene 35. Også denne var av den konvensjonelle, monolitiske, forhåndsbrente type. with plates 35. This too was of the conventional, monolithic, pre-fired type.

Tilstrekkelig aluminiummetall ble plassert på bunnen av cellen under oppvarmningen til at et smeltet aluminiumlag ville dannes under oppvarmningen, slik at grafitten beskyttes, og slik at det helt fra begynnelsen av elektrolysen forelå et smeltet aluminiumlag. Elektrolytten ble smeltet i en separat ovn og deretter overført til cellen. Forholdet NaF/AlF^i elektrolytten var 0,8, og elektrolytten inneholdt 5% LiF, resten NaF, AlF^ og A^O^. Her representerer LiF, NaF og AlF^ løsningsmidlet, mens A^O^ er den forbindelse som skal elektrolyseres. Under driften ble aluminiumoksyd, i omtrentlig den nødvendige mengde, tilført midten av cellen under anvendelse av en teknikk som eksempelvis Sufficient aluminum metal was placed on the bottom of the cell during the heating so that a molten aluminum layer would form during the heating, so that the graphite was protected, and so that from the very beginning of the electrolysis there was a molten aluminum layer. The electrolyte was melted in a separate furnace and then transferred to the cell. The ratio NaF/AlF^ in the electrolyte was 0.8, and the electrolyte contained 5% LiF, the rest NaF, AlF^ and A^O^. Here LiF, NaF and AlF^ represent the solvent, while A^O^ is the compound to be electrolysed. During operation, alumina, in approximately the required amount, was supplied to the center of the cell using a technique such as, for example

er beskrevet i US-patent nr. 3 681 229. Badet var mettet med aluminiumoksyd, idet celleforingen var av aluminiumoksyd. Cellen hadde et deksel forsynt med gjennomføringsanordninger for de to anodene anordnet over de respektive katodeanordninger. Anodenes tverrsnitt tilsvarte.omtrentlig den ytre omkrets av katodeplate-grupperingene som vist på fig. 7. Dekselet hadde også et sentralt plassert innløp for tilførsel av aluminiumoksyd og noen lukkbare observasjonsåpninger. En vannholdig atmosfære ble tilført cellen, idet nitrogen boblet gjennom vann ble anvendt til å beskytte mot anodestøvdanneise, i henhold til det.som er angitt herom i US-patent nr. 3 855 086. Tappingen av det produserte aluminiummetall ble regulert slik at aluminiumlaget alltid dekket TiB2-platene til-hørende katoden til venstre på fig. 7, og slik at platene til-hørende katoden på høyre side på fig. 7 alltid raget opp av aluminiummetall-laget. Vanligvis ble tappingen foretatt når metalldybden hadde nådd ca. 6,4 cm, og metalldybden ble da redusert til ca. 3,2 cm. is described in US patent no. 3,681,229. The bath was saturated with aluminum oxide, the cell lining being made of aluminum oxide. The cell had a cover provided with lead-through devices for the two anodes arranged above the respective cathode devices. The cross section of the anodes corresponded approximately to the outer circumference of the cathode plate groupings as shown in fig. 7. The cover also had a centrally located inlet for the supply of alumina and some closable observation openings. An aqueous atmosphere was supplied to the cell, nitrogen bubbled through water being used to protect against anode dust formation, as disclosed in US Patent No. 3,855,086. The tapping of the aluminum metal produced was regulated so that the aluminum layer always covered the TiB2 plates belonging to the cathode on the left in fig. 7, and so that the plates belonging to the cathode on the right side in fig. 7 always protruded from the aluminum metal layer. Usually, the tapping was carried out when the metal depth had reached approx. 6.4 cm, and the metal depth was then reduced to approx. 3.2 cm.

Under, den første ukens drift erholdes de følgende gjennomsnittlige data: (a) E(celie)= 3'5~°' 1 volt (v) ved 12'7 ™ anode-katode-avstand (AKA) ved katoden på høyre side og en anodestrømstetthet på ca. 1 ampere/cm 2. Under denne måling og ved målingen av de data som følger, var anoden og katoden på venstre side elektrisk utkoblet. (b) E ., . = 0,061 1 0 ,002 v. E,, , er her og i for- (bunn) (bunn) r bindelse med de data som følger: spenningsfallet målt mellom en sonde nedført i metallaget og koblingspunktet mellom' høyre katodes kollektorleder og katodesamle-skinnen, når anode-katode-opphetingsenheten var fra-koblet. Kollektorlederen under katodeenheten med 12,7 mm AKA var av bløtt stål og hadde en diameter på 7,6 cm. Den var lagt inn i en utboring i grafitten, hvilken utboring var tilpasset med en presspasning på 25^um regnet på diameteren ved driftstemperaturen. Utboringens overflate var ca. 12,7 cm fra den nærmeste nedre overflate av HDL-platene. Avstanden fra grafittblokk-kanten langs kollektorlederen til samleskinnen var 50,8 cm. (c) Strømutbyttet (SU) i følge gassanalyse (Pearson-Waddington-ligningen, se artikkelen av G.T. Pearson og J. Waddington, Discussions of the Faraday Society, bind 1, (1947), fra side 307) var 90-91%. Dette ble målt, her og i forbindelse med nedenstående data, med begge anode-katode-enhetene elektrisk tilkoblet. During the first week of operation, the following average data are obtained: (a) E(celie)= 3'5~°' 1 volt (v) at 12'7 ™ anode-cathode-distance (AKA) at the right-hand cathode and an anode current density of approx. 1 ampere/cm 2. During this measurement and when measuring the data that follows, the anode and cathode on the left side were electrically disconnected. (b) E ., . = 0.061 1 0 .002 v. E,, , is here and in for- (bottom) (bottom) r bond with the data that follows: the voltage drop measured between a probe lowered into the metal layer and the connection point between the right cathode collector conductor and the cathode collector rail, when the anode-cathode heating unit was disconnected. The collector conductor under the cathode assembly with 12.7 mm AKA was mild steel and had a diameter of 7.6 cm. It was placed in a bore in the graphite, which bore was fitted with a press fit of 25 µm calculated on the diameter at the operating temperature. The surface area of the borehole was approx. 12.7 cm from the nearest lower surface of the HDL plates. The distance from the graphite block edge along the collector conductor to the busbar was 50.8 cm. (c) The current yield (SU) according to gas analysis (Pearson-Waddington equation, see the article by G.T. Pearson and J. Waddington, Discussions of the Faraday Society, Vol. 1, (1947), from page 307) was 90-91%. This was measured, here and in connection with the data below, with both anode-cathode units electrically connected.

(d) Celletemperatur: 902 5°C.(d) Cell temperature: 902 5°C.

Gjennomsnittlige data over en tidsperiode på 2 3 dager fra oppstartingen, ved 1 A/cm 2, 12,7 mm AKA ved katoden til høyre var: SU, „ . = 89,2%, E., . = 0 ,065 v, Average data over a time period of 2 3 days from start-up, at 1 A/cm 2 , 12.7 mm AKA at the right cathode was: SU, „ . = 89.2%, E., . = 0.065 v,

(gass) . (bunn)(gas) . (bottom)

<E>(celle) = 3/77 v'kilowatt-timer pr. kg fremstilt aluminium (kWh/kg) = 12,60 (her og i forbindelse <E>(cell) = 3/77 v'kilowatt-hours per kg aluminum produced (kWh/kg) = 12.60 (here and in connection

gass gas

med nedenstående data bestemt ved anvendelse av gass-strøm-utbyttet og ligningen kWh/0 ,454 kg = E(celle)^ with the data below determined using the gas-current yield and the equation kWh/0 .454 kg = E(cell)^

(0,7395 SU)); celletemperaturen de første 8 dager var 900°C, for øvrig 930°C. (0.7395 SU)); the cell temperature for the first 8 days was 900°C, otherwise 930°C.

Gjennomsnittsdata for driften ved 1,24 A/cm 2, 12,7 mm AKA, 10 dager var: Average data for operation at 1.24 A/cm 2 , 12.7 mm AKA, 10 days were:

<SU>(gass)= 88'1%> E(bunn)= °'069v'<SU>(gas)= 88'1%> E(bottom)= °'069v'

<E>(celle) = 4'27 v'(kWh/k^gass= 14'43'celletemperatur (T) = 930°C. <E>(cell) = 4'27 v'(kWh/k^gas= 14'43'cell temperature (T) = 930°C.

Driften resulterte i en 24%'s produksjonsøkning med en 15%<1>søkning i kWh/kg og en ubetydelig, tilsynelatende reduksjon i strømutbyttet ved at man økte strømtettheten fra 1,01 til 1,24 A/cm . Den forhøyede strømtetthet ble funnet å være nødvendig for gjenopprettelse av likevekts-varmetapet i en representativ industriell celle når driften hypotetisk skjer ved en AKA på The operation resulted in a 24% production increase with a 15%<1>increase in kWh/kg and an insignificant, apparent reduction in current yield by increasing the current density from 1.01 to 1.24 A/cm. The increased current density was found to be necessary for the recovery of the equilibrium heat loss in a representative industrial cell when operation hypothetically occurs at an AKA of

1,27 cm. Strømutbyttet synes ikke å påvirkes på uheldig måte, hvilket er viktig. 1.27 cm. The power yield does not seem to be adversely affected, which is important.

Driften ved en strømtetthet på 1,2 4 A/cm 2og en anode-katode-avstand på 1,27 cm ble utført i ytterligere 10 dager. Gjennomsnittlig SU, \ gass)s i dette tidsrom pluss de foregående 10 dager var 89,7 - 2,2%; E, ,, x = 4,2 v; E,, > = 0,07 v, VEXT = The operation at a current density of 1.2 4 A/cm 2 and an anode-cathode distance of 1.27 cm was carried out for another 10 days. Average SU, \gas)s in this period plus the previous 10 days was 89.7 - 2.2%; E, ,, x = 4.2 v; E,, > = 0.07 v, VEXT =

^ (celle) ' (bunn) '^ (cell) ' (bottom) '

1,6-1,75 v;"viNT = 1,2-1,4 v; T = 930°C. 1.6-1.75 v;"viNT = 1.2-1.4 v; T = 930°C.

Anodestrømstettheten ble øket til 1,55 A/cm 2, mens AKAThe anode current density was increased to 1.55 A/cm 2, while AKA

fl etc

fortsatt var 1,27 cm i 7 dager. su(gass)~86,4 t 2,8%; E(celle) = 4,3-4,5 v, E(bunn)= 0,09 v; VEXT = 1,5-1,6 v; VINT = 1,2-1,3 v. was still 1.27 cm for 7 days. su(gas)~86.4 t 2.8%; E(cell) = 4.3-4.5 v, E(bottom)= 0.09 v; VEXT = 1.5-1.6 v; WINTER = 1.2-1.3 yrs.

Økningen i anodestrømstettheten (CD) fra 1,01 til 1,24 A/cm 2 påvirket ikke SU, \ gass) mens det ga 23% h~øyere produksjon. The increase in anode current density (CD) from 1.01 to 1.24 A/cm 2 did not affect SU, \ gas) while giving 23% higher production.

Økningen i CD fra 1,24 til 1,55 A/cm reduserte SU med 3,7% ifølge gassanalyse, mens produksjonen ble øket med nye 25%. Produksjonsøkningen ved at CD økes til 1,55 A/cm 2, mens den i industrien normalt er ca. 1 A/cm 2, er 53,9%, mens det tilsynelatende er en produksjonsnedsettelse på 3,7% p.g.a. SU-tap. The increase in CD from 1.24 to 1.55 A/cm reduced SU by 3.7% according to gas analysis, while production was increased by a further 25%. The increase in production by increasing CD to 1.55 A/cm 2 , while in industry it is normally approx. 1 A/cm 2, is 53.9%, while there is apparently a production reduction of 3.7% due to SU loss.

Anode-katode-avstanden bleøket til 3,2 cm ved 1,55 A/cm 2 i 2 dager uten noen virkning på SU, ^. CD ble redusert 2 \gass; The anode-cathode distance was increased to 3.2 cm at 1.55 A/cm 2 for 2 days without any effect on SU, ^. CD was reduced 2 \gas;

til 1,01 A/cm ved 3,2 cm AKA i 2 dager uten at su(gass)ble endret vesentlig. to 1.01 A/cm at 3.2 cm AKA for 2 days without su(gas) being changed significantly.

Celledriften ble stanset etter 65 dagers kontinuerlig drift. Autopsi viste at de 18 TiB2katodeplater (30% BN) med dimensjonene ca. 20 cm x ca. 15 cm x ca. 1,9 cm hadde klart seg meget godt. Platenes tilstand var god, og platene syntes ikke å ha undergått dimensjonsendringer p.g.a. slitasje, reaksjon eller erosjon. Cell operation was stopped after 65 days of continuous operation. Autopsy showed that the 18 TiB2 cathode plates (30% BN) with dimensions approx. 20 cm x approx. 15 cm x approx. 1.9 cm had done very well. The condition of the plates was good, and the plates did not appear to have undergone dimensional changes due to wear, reaction or erosion.

EKSEMPEL VIEXAMPLE VI

90 vektdeler pulver av titandiborid (TiB2) (erholdt fra Kawecki-Berylco Industries under betegnelsen "Chemical Grade Titanium Diboride") og 10 deler pulver av bornitrid (BN) (erholdt fra Union Carbide Corporation under betegnelsen "Boron Nitride Powder - HCP Grade") ble blandet i en dobbeltkjegle-blander i 90 parts by weight of powder of titanium diboride (TiB2) (obtained from Kawecki-Berylco Industries under the designation "Chemical Grade Titanium Diboride") and 10 parts of powder of boron nitride (BN) (obtained from Union Carbide Corporation under the designation "Boron Nitride Powder - HCP Grade") was mixed in a double cone mixer i

.30 minutter. Titandiborid-pulverets partikkelstørrelsesfordeling er vist i tabell 2. .30 minutes. The titanium diboride powder particle size distribution is shown in Table 2.

Det vil sees at medianpartikkel-størrelsen var 5^,um. Til^-pulveret hadde den i tabell 3 angitte analyse. It will be seen that the median particle size was 5 µm. The Til^ powder had the analysis given in Table 3.

Røntgendiffraksjonsanalyse viste at titanet og boret forelå helt og holdent som titandiborid. Bornitridpulveret besto av 94,5 vekt-% materiale mindre enn 325 mesh med en romvekt etter lett banking på 0,2 g/cm 3. Innholdet av bor pluss nitrogen var minst 99 vekt-%, med opp til 0,5% oksygen, opp til 0,4% karbon og opp til 0,1% av andre metallforurensninger. Det resulterende blandede pulver ble kaldpresset isostatisk til et rør med nomi-nell innvendig diameter på 3,18 cm, ytre diameter på 5,08 cm og en lengde på 6,10 cm, ved et trykk på kp/cm til en densitet på ca. 70% av den teoretiske. Pressingen ble utført ved "våt sekk"-teknikken under anvendelse av en gummiform erholdt fra Trexler Rubber Company, Ravenna, Ohio, idet trykket ble overført til formen via et vandig medium. Dette røret ble sintret ved X-ray diffraction analysis showed that the titanium and boron were present entirely as titanium diboride. The boron nitride powder consisted of 94.5% by weight material less than 325 mesh with a bulk density after light tapping of 0.2 g/cm 3. The content of boron plus nitrogen was at least 99% by weight, with up to 0.5% oxygen, up to 0.4% carbon and up to 0.1% of other metal impurities. The resulting mixed powder was cold-pressed isostatically into a tube of nominal inner diameter of 3.18 cm, outer diameter of 5.08 cm and a length of 6.10 cm, at a pressure of kp/cm to a density of about . 70% of the theoretical. The pressing was carried out by the "wet bag" technique using a rubber mold obtained from Trexler Rubber Company, Ravenna, Ohio, the pressure being transferred to the mold via an aqueous medium. This tube was sintered with

1975°C i 1 time i argon i den hensikt å forbedre rørets "integritet" og ledningsevne. Sintring resulterte i en svak økning i densiteten (angitt som krympning i tabell 4), med en betyde-lig forbedring i rørets "integritet". 1975°C for 1 hour in argon in order to improve the tube "integrity" and conductivity. Sintering resulted in a slight increase in density (indicated as shrinkage in Table 4), with a significant improvement in tube "integrity".

Røret ble anvendt i en laboratorie-smeltecelle. Celle-badets sammensetning i vekt-% var: 79% Na^AlFg, 12% AlF^ , 5% CaF2og 4% A1203, med et bad-forhold (NaF/AlF^) på ca. 1,10 på vektbasis. Det ble anvendt driftstemperaturer rundt 960°C, og anodestrømstettheten ble holdt ved 1,01 A/cm 2, dvs. at strømmen gjennom cellen var på 40 ampere. The tube was used in a laboratory melting cell. The composition of the cell bath in % by weight was: 79% Na^AlFg, 12% AlF^, 5% CaF2 and 4% A12O3, with a bath ratio (NaF/AlF^) of approx. 1.10 on a weight basis. Operating temperatures around 960°C were used, and the anode current density was kept at 1.01 A/cm 2 , i.e. the current through the cell was 40 amperes.

Røret overlevde 100 timers drift, og analysen av alu-miniumproduktet viste at det inneholdt meget lite titan, sann-synligvis ikke mer enn det som kan ventes tilført fra Al-jO^-ut-gangsmaterialet. The tube survived 100 hours of operation, and the analysis of the aluminum product showed that it contained very little titanium, probably no more than can be expected to be added from the Al-jO^ starting material.

I det foreliggende er angivelse av sammensetning angitt i vekt-% med mindre annet er sagt. In the present, the indication of composition is given in % by weight, unless otherwise stated.

Det vil forstås at den ovenstående beskrivelse av oppfinnelsen kan modifiseres, forandres og tillempes på forskjellige måter innenfor oppfinnelsens ramme. It will be understood that the above description of the invention can be modified, changed and applied in different ways within the scope of the invention.

Claims

1. Process for the electrolytic production of metal, where a compound of the metal dissolved in a molten solvent is electrolysed between anodic and cathodic surface areas, the electrolysis being carried out at such a temperature that the metal is formed in a molten state and accumulates in a molten metal layer, characterized in that cathodic surface area is provided in the form of a grouping of elements that protrude from the metal layer and into the solvent towards the anodic surface area for the establishment of a number of locations at which the anode-cathode distance is up to 3.2 cm.

2. Method according to claim 1, characterized in that the elements are hollow bodies containing molten material.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a number of locations are established with an anode-cathode distance of up to 25.4 mm.

4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a number of locations are established with an anode-cathode distance of up to 19 mm.

5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the metal layer and the anodic surface area is at least 38 mm.

6. Method according to one of claims 1-4, characterized in that the distance between the metal layer and the anodic surface area is at least 50.8 mm.

7. Method according to one of claims 1-4, characterized in that the distance between the metal layer and the anodic surface area is at least 63.5 mm.

8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal layer is more cathodic than the anodic surface area.

9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal is aluminium.

10. Method according to claim 9, characterized in that the compound is aluminum oxide.

11. Method according to claim 2, characterized in that each hollow body projects into the solvent towards the anodic surface area and is open at the end closest to the anodic surface area.

12. Method according to claim 2, characterized in that the molten material is the mentioned metal.

13. Method according to claim 2, characterized in that the hollow body is a tube.

14. Method according to one of claims 11-13, characterized in that the molten material is aluminium.

15. Method according to claim 1, characterized in that the grouping of elements is a grid.