NO821803L - Elektrolytisk celle. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en celle for elektrolytisk fremstilling av et metall ved elektrolyse av metallet vannfrie halogenid i et bad av smeltet salt, og nærmere bestemt for elektrolytisk fremstilling av aluminium fra det korresponderende vannfrie klorid.

Eksperter har i lengre tid tatt utgangspunkt i elektrolyse av aluminiumoksyd i en smeltet blanding av natrium- og aluminiumfluorider som utgangspunkt for fremstilling

av systemer for smelteelektrolyse av vannfritt aluminiumklorid i et bad av smeltede salter.

Det største antall dokumenter som er publisert i spesiallitteraturen på dette området er opprinnelig konse-kvensen av visse observasjoner over de fortrinn en slik pro-sess ville ha over Hall-Heroult-prosessen, dvs. at elektrolysen ville kunne finne sted ved lavere temperatur og der ville være en reduksjon i forbruket av elektroder ved oksy-dasjon av den grafitt de består av som skyldes oksygen som frigjøres under elektrolysen av aluminiumoksyd.

Men men visse vesentlige ulemper kom raskt til syne og hindret prosessen i å bli industrielt utnyttet.

Som uttrykt i fransk patent nr. 2.158.238 møtte ekspertene i virkeligheten meget problematiske fenomener siden de mest alvorlige ulemper skyldes nærvær av oppløste eller ikke-oppløste metalloksyder såsom aluminiumoksyd, sili-siumoksyd, titanoksyd og jernoksyd i elektrolysebadet.

De ikke-oppløste metalloksyder fører for det første til en gradvis akkumulering av et vikøst lag på grafitt katodene. Det viskøse lag består av meget finfordelte, faste stoffer, flytende bestanddeler av badet og dråper av.smeltet aluminium. Disse hindrer tilgang til katodene i det elektrolytiske bad og forårsaker problemer i den normale katodemeka-nisme, dvs. at de kan føre til reduksjon av kationer som inneholder metallet som skal fremstilles ved forskjellige oksydasjonstrinn. Således blir det aluminiumklorid som er tilstede i viskøse lag da forbrukt av elektrolyse vanskeligere og vanskeligere å fornye og følgelig kan de andre klorid-er i det smeltede saltbad bli elektrolysert, noe som fører til tap av effektivitet i elektrisitetsforbruket og forurens-ning av metallet.

Siden kloridene som dannes i badet av smeltede salter, såsom alkaliklorider (natrium- og/eller kalium- og/eller -litium) og jordalkaliklorider (f.eks. magnesium- og/eller kalsium- og/eller barium-) for det andre delvis elektrolyseres får man ufullstendig fornyelse av aluminiumklorid nær katoden, noe som gir de korresponderende metaller som bringes inn av katodepotensialet i grafitten i elektrodene, noe som forårsaker at de brytes ned. Denne for tidlige nedbrytning av katodene fører til at karbonpartikler går inn i badet og disse partiklene bidrar til at det dannes slam ved katodene og videre til en reduksjon i utbyttet.

Endelig er det en vesentlig ulempe at oksygen fri-gjøres ved anoden og forbruker karbon av denne på grunn av nærvær av oppløste metalloksyder i badet, såsom aluminiumoksyd. Dette forbruket forstyrrer den elektrolytiske drift, siden det forandrer de geometriske egenskaper i anoden og spesielt avstanden mellom anoden og katoden.

Siden de ovennevnte ulemper forårsakes av de til-gjengelige fremgangsmåter, henledet ekspertene sin forskning på apparater for smelteelektrolyse av vannfritt aluminiumklorid i et bad av smeltede salter.

I tillegg til de ovennevnte ulemper.måtte man stu-dere og finne ut hvorledes man skulle få et høyt utbytte av elektrisk energi f.eks. ved hjelp av lav spenning og høyt strømutbytte samtidig som man begrenset en eventuell invers-reaksjon av klor-aluminiumtypen.

Ekspertene foreslo således at det skulle fremstilles og brukes celler med bipolare elektroder for i hvert fall å oppnå noen av de ønskede forbedringer nevnt ovenfor. Celler av denne typen er blitt fremstilt, og dette gjør det mulig å bruke elektroder enten i horisontal stilling eller i en skråstilling slik at metallet som dannes ved hver katodeoverflate legger seg på bunnen av cellen på grunn av tyngdekraften og slik at klorgass som fremstilles ved hver anodeoverflate for-skyves i motsatt retning av metallet, og dvs. at den beveger seg fritt til toppen av cellen uten å komme i kontakt med det flytende metall.

En celle av den ovennevnte typen med bipolare elektroder er beskrevet i fransk patent 2.152.814. Den omfatter horisontalt stablet og i avtagende rekkefølge, en anode, minst én mellomliggende, bipolar elektrode og en katode som er overlagt og jevnt fordelt ved hjelp av isolerende, ildfaste støttebjelker. Man skaper derved stort sett horisontale rom mellom elektrodene for det formål å elektrolysere aluminiumkloridet i et bad av smeltede metaller i hvert interpolart rom, noe som fører til frigjøring av klorgass fra hver anodeoverflate og deponering av sluminium på hver katodeoverflate.

For å få badet til å sirkulere godt inn i hvert interpolart rom og sørge for at metallet som dannes føres ut av rommene, virker klorgassen som dannes som en matepumpe som fører den letteste del av badet til overflaten og sørger for at aluminium som er utvunnet bringes til bunnen av cellen, begge gjennom passende åpninger. For dette formål er hver bipolar elektrode utstyrt med en absolutt flat katodeoverflate og en anodeoverflate som går gjennom kanaler hult ut i den.

Hver anodeoverflate består således av en rekke slike kanaler som strekker seg på tvers til sidekanten av hver elektrode og den siden hvor det finnes en passasje for å føre badet tilbake og få gassen til å stige opp. Formålet med kanal-ene er å holde klorgassen, som er frigjort fra det interpolare rom, borte fra den aluminium som fremstilles på katodeoverflaten for å begrense klorinering av det metallet som fremstilles.

En annen celle av den ovennevnte type med bipolare elektroder er beskrevet i fransk patent 2.301.44 3 og dette er en forbedring i forhold til den som ble beskrevet i fransk patent 2.152.814. Cellen består i nedstigende rekkefølge og plassert horisontalt først av en øvre anode; deretter av mellomliggende, bipolare elektroder som hver er plassert ovenpå hverandre med rom imellom dem og holdt i lik avstand fra hverandre av isolerende, ildfaste støttebjelker slik at der skapes regulære, stort sett horisontale, interelektrode-rom, hvor hvert rom er definert på toppen av bunnoverflaten av en elektrode som virker som en anodeoverflate og ved bunnen av toppoverflaten av en elektrode som virker som katodeoverflate, og endelig av en bunnkatode.

Som i det forannevnte patent, kan anodeoverflåtene inneholde tversgående kanaler for å sørge for at klorgassen strømmer ut av interelektroderommet til en sone for gass-oppstigning som er dannet i den sentrale del av cellen mellom stablene av elektroder og hvor sonen vider seg ut fra bunnen mot toppen av cellen. Således skal tilstedeværelsen av kanaler på anodeoverflaten som fører til en sone for gassoppstig-ning dannet i den sentrale del av cellen mellom elektrode-stablene raskt føre til at klorgass som frigjøres fra det interpolare rom fjernes,men fremfor alt fjerne aluminium som dannes på katodeoverflaten for å begrense klorinering av dette metallet.

Selv om en slik teknologi kan gi vesentlige, og bemerkelsesverdige, forbedringer i elektrolyse av aluminiumklorid, må det vedgås at de arrangementer som er foreslått fremdeles har så alvorlige ulemper at deres optimale, industrielle utnyttelse hindres.

Bortsett fra det forhold at kanaler som fører

bort frigjorte gasser må fremstilles på anodeoverflaten for å hindre at gassene samler seg opp i det interpolare rom,

noe som gjør den industrielle fremstilling av denne type elektroder spesielt kostbar, er slike elektrolytiske celler for det første utsatt for forstyrrelser på grunn av tilstedeværelsen av parasitiske strømmer som skyldes elektroder som ikke er plassert i rekkefølge som er for nær hverandre. For det annet lider slike elektrolytiske celler av termisk uba-lanse på grunn av misforhold mellom den energi som frigjøres i cellenes sentrum og den ytre, utstrålende overflate. Endelig lider slike celler under kontinuerlig nærvær av dråper av aluminium fremstilt bare en kort avstand fra anoden, noe som fører til en betraktelig fare for at en del av aluminiumen

som fremstilles blir reoksydert, og en slik reoksydering skaper problemer med varmebalansen på grunn av dens eksoterme karakter.

Med forståelse for denne interesse eksperter ville ha for en ny celle som er vel tilpasset elektrolyse av metallhalogenider og spesielt av aluminiumklorid i et bad av smeltede salter, men også bevisstheten om de ulemper som er knyttet til de fremgangsmåter som tidligere er beskrevet, har patentsøkerne fortsatt sine undersøkelser og konstruert og perfeksjonert en forbedret celle for elektrolyse av disse halogenider som stort sett er fri for de ulemper som er nevnt ovenfor.

Ifølge oppfinnelsen består cellen for elektrolytisk fremstilling av et metall ved elektrolyse av metallets vannfrie halogenid i et bad av smeltede salter av en ytre kappe med stort sett parallellepipedisk form, utstyrt med kjøleinnretninger, åpninger for tilførsel og avløp av væske og gasser og innretninger for å tilføre elektrisitet, hvor der inne i kappen er en mottakersone ved bunnen for å samle opp det metall som fremstilles; minst én serie stablede elektroder i den sentrale del hvor hver stabel omfatter, i vertikal retning og i nedstigende rekkefølge, en elektrode for strømtilførsel, mellomliggende, multipolare deler og en elektrode for strømavløp som definerer regulære, interpolare rom dem imellom og en gassoppsamlingssone i toppdelen. Cellen erkarakterisert vedat de multipolare deler er samlet sammen i en vertikal stabel og ved at de interpolare rom stort sett er vertikale.

De mellomliggende, multipolare deler er stablede, prismatiske deler med tverrsnitt som stort sett har en form som ligner bokstaven Y.

Hver prismatisk, multipolar del har en øvre, renneformet del som virker som katodeoverflate og definert av de to øvre grener av Y-en, hvor veggene har konstant tykkelse,

og en lavere del som virker som anodeoverflate,- hvor den vertikale eller skråttstilte midtdelen som er definert av den nedre del av Y-en, hvor tykkelsen er minst lik tykkelsen i

veggene i rennen, men fortrinnsvis to ganger tykkelsen av hver av de øvre grener. På denne måte kan strømlinjene for-deles så homogent som mulig innenfor det interpolare rommet. Enden av hver øvre gren av det renneformede tverrsnitt, dvs. den Y-formede del, kan avvike fra denne symmetriaksen av de to øvre grener for å unngå forstyrrelser som kan finne sted i sonen mellom de multipolare deler.

Tykkelsen av renneveggene i hver multipolar del er vanligvis fra 10 - 120 mm og fortrinnsvis fra 25 - 50 mm.

Bunnen av rennen, som dannes av de øvre grener

av den Y-formede del, kan være utstyrt med en langsgående kanal dannet av en renne som hjelper til med å samle opp og tømme metallet fremstilt ved elektrolysen.

Den multipolare del fremstilles vanligvis ved å ekstrudere karbonmasse, fulgt av kalsinering og endelig gra-fitisering ved kjente fremgangsmåter.

Katodedelen av de multipolare deler kan videre

være belagt med et lag basert på zirkoniumdiborid eller titandiborid.

Høyden av hver multipolar del er vanligvis 200 mm

og fortrinnsvis fra 300 - 500 mm. Denne høyden er hverken begrensende eller kritisk når det gjelder elektrolysen. Den er vanligvis definert av brukeren i hvert spesielt tilfelle og har ingen strukturelle begrensninger.

På tilsvarende måte defineres lengden av hver multipolar del av de geometriske egenskaper i selve cellen.

For å danne elektrodearrangementet i cellen ifølge oppfinnelsen stables de prismatiske, multipolare deler på hverandre og kiles sammen av isolerende, ildfaste komponenter som er motstandsdyktige overfor korrisjon fra mediet. Toppdelen som tilfører strøm, er en prismatisk komponent fortrinnsvis uten renne hvor tverrsnittet kan være korsformet, T-formet eller l-formet eller som er dannet av den nedre del av Y-delen. Bunndelen for å føre bort strømmen, er en prismatisk komponent med et tverrsnitt som tilsvarer bokstaven X, bokstaven M eller bokstaven N.

De forskjellige<p>rismatiske deler kan stables hori sontalt eller i svak skråstilling ifølge helning på den del som hviler på bunnen av cellen. I det siste tilfelle hjelpes det flytende metall å strømme.

I en spesielt interessant, alternativ utførelse er det mulig for de multipolare delene i hver stabel å være forskjøvet i lengderetningen i forhold til hverandre slik at strømmer av flytende metall som kommer frem fra rennene i de delene som er plassert ovenpå hverandre ikke kommer i kontakt med hverandre. Dette hindrer kortslutning mellom de forskjellige deler i den samme stabel.

I en annen, alternativ utførelse som kan kombineres med den forannevnte, er den lavere ende av sentraldelen av den multipolare del utstyrt med en innretning for å styre strømmen av flytende metall f.eks. av "tut"-typen, slik at strømmen kanaliseres effektivt.

Stablingen av de multipolare deler med kilekompo-nentene gir en jevn avstand mellom delene og skaper homogene, interpolare soner, noe som sikrer at det elektrolytiske bad resirkuleres tilfredsstillende.

Bunndelen går ned i minst én strøm flytende metall

i kontakt med innretningen for å føre strømmen bort.

På tilsvarende måte er toppdelen forbundet med en elektrisk ledning på i og for seg kjent måte f.eks. ved gra-fittkomponenter eller stenger av kopper eller stål.

I tilfeller hvor linjen som tilfører elektrisk strøm til anoden består av hule, sylindriske komponenter av grafitt, kan disse virke som utløp for å føre bort gasser fremstilt under elektrolysen.

Siden de multipolare deler er stablet jevnt, plas-seres en rekke stabler parallelt med hverandre og forbindes til de ovennevnte elektriske kilder. Flytende metall i opp-takssonen på bunnen av cellen kan derfor virke som kontakt med likt potensial for alle stabler plassert i parallell.

Nabostablene som skapes på denne måte er plassert regulært både i forhold til hverandre og i forhold til veggene i cellen ved hjelp av støpte kiler og andre støpte former av isolerende, ildfaste materialer og ved hjelp av horison tale eller hellende spalter fremstilt i bunnplaten i cellen.

Elektrolysebadet som på forhånd er anriket med metallklorid som er renset tilføres cellen gjennom åpninger i' bunnen mens badet som er uttømt under den elektrolytiske operasjon føres bort ved at det strømmer over toppen av cellen eller ved at det suges opp.

Badet resirkuleres i de interpolare rom ved mekan-isk medføring som skyldes frigjøring av gassformet klor hovedsakelig langs sideveggene.

Oppfinnelsen vil lettere bli forstått av de ved-heftede tegninger. Fig. 1 er et tverrsnitt av en elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen og cellen sett ovenfra. Fig. 2 er et tverrsnitt av en elektrolytisk celle som viser plasseringen av stablene av elektroder. Fig. 3 er et snitt gjennom stabelen av elektroder. Fig. 4 er et større tverrsnitt gjennom en mellomliggende del. Fig. 5 er en perspektivskisse delvis gjennomskåret som viser innsiden av cellen ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 består cellen for elektrolyse av vannfritt metallklorid i bad av smeltede salter av en kappe (1) fremstilt av ildfast stål som er utstyrt med kjølefinner ( 2) og med en indre foring (3) som er motstandsdyktig mot påvirkning av klorgass og badet av smeltede salter, f.eks. silisiumnitrid, silisiumoksynitrid, silisiumkarbonitrid eller bornitrid. Et lokk (4), som er utstyrt med en kant (5) som lukker cellen ved toppen ved hjelp av en forsegling (6), inneholder åpninger som gir tilførsel av strømførende kabler (7), ledninger som tilfører badet anriket metallklorid (8), ledninger for å tømme bad med redusert kloridinnhold (9) og føre bort smeltet metall (10) og andre åpninger (11) for å føre bort gasser.

Den indre overflate av lokket (4) som direkte ut-settes for de korroderende damper fra badet av smeltede salter og gasser fra elektrolysen, ble fremstilt av passende, motstandsdyktig materiale såsom legeringer som inneholder nikkel, krom, jern, kopper eller molybden, og som muligens er belagt med beskyttende keramisk materiale og/eller utstyrt med kjøleinnretninger.

Det indre av elektrolysecellen består av en bunn-sbne (12) for å samle opp det fremstilte, flytende metall,

en elektrolysesone (13) som er fylt med badet av smeltede salter anriket med metallklorid og en toppsone (14) hvor gassene samles opp slik at de kan føres bort ved (11).

De forskjellige åpninger som er nevnt ovenfor,

som er nødvendige for tilfredsstillende drift av cellen og som er plassert i lokket (4) av denne, har hver sin spesi-elle funksjon. En første åpning (10) som strekker seg gjennom lokket inn i den øvre (14) sentrale (13) og lavere sone (12) tillater innføring av et rør for å fjerne flytende metall. En annen åpning (8) sørger for at det kan tilføres bad som er anriket med metallklorid, mens åpningen (9) tillater at bad med redusert kloridinnhold føres bort mens åpningen (11) gir utløp for avgasser.

I elektrolysekammeret i cellen ifølge oppfinnelsen er der plassert vertikale stabler (15) av elektroder i parallell og i lik avstand fra hverandre. Hver stabel (15) består av en strømtilførselselektrode (16) utstyrt med en tilførsels-stang (17) som er satt ned i elektroden og forbundet med strømtilførselen (7) som går gjennom lokket (4); flerpolare mellomliggende deler (18) og en strømutløpselektrode (19)

som passer inn i spalter (20) i bunnen (21) i kammeret som kan ha strømutløpsstenger (22) innfelt i seg.

De mellomliggende, multipolare deler (18) kan danne jevne, stort sett vertikale, interpolare rom (23) seg imellom.

Fig. 2 er et tverrsnitt gjennom cellen ifølge oppfinnelsen og cellen består av en kappe (1) fremstilt av ildfast stål som er utstyrt med kjølefinner (2) og utstyrt med en indre foring (3) som er motstandsdyktig mot påvirkning fra de smeltede salter og klorgassen og som videre består av åpninger (7) for strømkabler,(8) for å tilføre bad anriket med metallklorid,(9) for å fjerne badet med redusert klor-innhold på grunn av elektrolysen, (10) for å fjerne flytende metall og (11) for å føre bort avgasser.

Cellen har også ti vertikale stabler 15 av de ovennevnte multipolare elektroder.

I fig. 3 og 4 som er tverrsnitt gjennom elektrode-stabler, består stabelen av en tilførselselektrode for strøm 16, en mellomliggende, multipolar del 18 og en elektrode for å føre bort strøm 19.

Elektroden for strømtilførsel 16 som er en prismatisk komponent fremstilt av grafitt, hvor tverrsnittet dannes av den nedre delen av bokstaven Y, er også utstyrt med en strømtilførende stang 17 som er innleiret i materialet og forbundet med strømtilførselen 7 (ikke vist).

De mellomliggende, multipolare deler 18 som igjen består av prismatiske komponenter fremstilt av grafitt, har tverrsnitt som ligner på bokstaven Y i det vertikale symme-triplan.

Hver mellomliggende, multipolar del 18 har en øvre, renneformet del 24 som defineres av de to øvre grener 25 og 26 av Y-en, og en lavere del 27 som benevnes det ventrale fiskeben, dette defineres av den nedre del av Y-en som er minst like tykk som veggene 25 og 26. Bunnen av rennen 24

er utstyrt med en langsgående kanal 28 som er dannet av en rille som hjelper til med å samle opp og føre bort metallet som er fremstilt ved elektrolysen.

Elektroden for å føre bort strømmen 19 er også en prismatisk komponent; tverrsnittet ligner på bokstaven H,

og de lavere grener 29 og 39 i H-en passer inn i spalter 20

i bunnplaten 21 hvori stangen for å føre bort strømmen 22

er innbakt.

De forskjellige prismatiske deler som utgjør stabelen 15 er således jevnt fordelt ved mellomliggende kilekompo-nenter fremstilt av isolerende, ildfast materiale 31 og det dannes interpolare soner 2 3 som også benevnes interpolare rom. Disse gir en tilfredsstillende resirkulering av det elektrolytiske bad, god gjenvinning av smeltet metall og utmerket bortføring av avgasser mellom veggene 25, 26 i rennen og 27

i ventralbenet.

Med denne nye teknologi samles de multipolare deler i en vertikal stabel med vertikale, interpolare rom. Dette hindrer at det smeltede metall som strømmer til bunnen av kammeret møter avgassen som strømmer mot toppen av cellen.

I fig. 5 som er en perspektivskisse, delvis gjennomskåret, som viser innsiden av cellen ifølge oppfinnelsen, er stablene 15 av elektroder plassert i parallell og jevnt fordelt, som allerede forklart. Hver stabel består av en elektrode for strømtilførsel 16 fulgt av mellomliggende, multipolare deler 18 og en elektrode 19 for å føre bort strømmen.

Elektroden for strømtilførsel 16 som er en prismatisk komponent fremstilt fra grafitt, er utstyrt med en stang for strømtilførsel 17 forbundet med strømtilførselen (ikke vist) .

Hver mellomliggende, multipolar del 18 fremstilt

av en prismatisk, grafittisk komponent, består av en øvre, renneformet del 24 definert av veggene 25 og 26, og en lavere del 27, det ventrale ben. Bunnen av rennen 24 er utstyrt med en langsgående kanal 28 fremstilt av en rille som hjelper å samle opp og føre bort metall fremstilt av elektrolysen av metallkloridet.

Elektroden for å føre bort strøm 19 som er en prismatisk komponent fremstilt av grafitt, har to lavere vegger 29 og 30 som passer inn i skråttstilte spalter 20 i bunnplaten

21 av cellen.

Elektroden 19 er forbundet med endeelektroden 34 ved det flytende metall som er i oppsamleren 35 på bunnen av kammeret. Bunnen av røret 10 for å føre bort smeltet metall, og bunnen av endeelektroden 34 går ned i denne oppsamleren og er beskyttet ved respektive hylstre 36 og 37 fremstilt av isolerende, ildfast materiale.

De forskjellige prismatiske deler som stabelen består av holdes i jevn avstand fra hverandre ved å føre inn kiledeler 31 fremstilt av isolerende, ildfast materiale, slik at det dannes interpolare rom 23.

De forskjellige prismatiske deler 16,-18 og 19

har en svak skråstilling som sørger for at metallet strømmer langs de langsgående kanaler 28.

Komponentene i stabelen 16, 18 og 19 er videre for-skjøvet i lengderetningen i forhold til hverandre, som man kan se f.eks. av de mellomliggende deler 38, 39 og 40. På denne måte er ikke strømmene av flytende metall som kommer ut fra rennen 24 i hver av de prismatiske deler gjennom den langsgående kanal 28 i kontakt med hverandre og dette hindrer kortslutning mellom de forskjellige prismatiske komponter i samme stabel.

Det ventrale ben 27 er på lignende måte utstyrt med en innretning 33 for å styre strømmen av flytende metall. Denne ligner en helletut og kanaliserer metallet effektivt.

Badet av smeltede salter er ikke vist i fig. 5,

slik at man kan se den indre struktur av cellen ifølge oppfinnelsen så klart som mulig.

Nivået for det elektrolytiske badet i cellen kan variere under operasjonen, men alle interpolare rom må være nedsenket.

Under elektrolyse av metallklorid i badet av smeltede salter er en foretrukket passasje for fjerning av avgasser plassert i de interpolare rom 23, definert av de øvre vegger 25 og 26 av en mellomliggende prismatisk del og ventralbenet 27 og en annen slik del er passet inn i den første. Passasjen som på den måten er reservert for oppstigning av avgasser på begge sider av hver mellomliggende del i stabelen, gjør det mulig for badet av smeltet salt å sirkulere i de interpolare rom. Badet bringes til å strømme ved oppstigningen av avgass frembragt av elektrolysen i de interpolare rom 23.

Når således avgassene forlater hvert interpolart

rom 23, kommer de frem og samles opp i rommet mellom stablene 4 2 og strømmer i den ønskede retning, dvs. fra bunnen oppover mot toppen av cellen og forlater cellen gjennom åpningen 11 som strekker seg gjennom lokket 4.

Gjennom denne elektrolysen av metallklorid i det smeltede saltbad, strømmer smeltet metall på katodeoverflåt-ene i rennen 24 i hvert interpolart rom 23 gjennom de langsgående kanaler 28, drypper 'inn i den smeltede metallsone 12, og samles opp i oppsamleren for smeltet metall 35 hvorfra metallet trekkes bort 10.

Strømmen kan likeledes trekkes bort ved hjelp av avslutningsterminalen 34 som går ned i det smeltede metall 1 oppsamleren 35.

Som et resultat av de stort sett vertikale, interpolare rom 23 som styrer oppstigningen av avgass; som et resultat av de langsgående kanaler 28 for å føre bort metall fra bunnen av rennene 24; og som et resultat av den svake helning på de mellomliggende, multipolare deler 18 og for-skyvningen av hver multipolar del som illustrert ved 38. 39

og 40. som fører det smeltede metall fra hver mellomliggende, multipolar del til bunnen av cellen samtidig som avgassen holdes borte fra det flytende metall, kan der følgelig ikke være noen rekloridering av elektrolysert metall av avgassene og ingen kortslutning mellom mellomliggende, multipolare elementer.

Endelig holdes badet av smeltede salter i cellen stort sett på et konstant nivå, bad som er uttømt for elektrolysert metallklorid føres ut gjennom åpningen 9 mens bad anriket med metallklorid som skal elektrolyseres tilføres gjennom innretningen 8 (ikke synlig).

Eksempel 1 ( fig. 1 og 5)

En celle for elektrolyse av vannfritt aluminiumklorid ble fremstilt ifølge oppfinnelsen og består av en kappe 1 fremstilt av ildfast stål, utstyrt med kjølefinner 2 og med en indre foring 3 som er motstandsdyktig overfor påvirkning av klorgass og bad av smeltede salter basert på alkalikloraluminat. Foringen består av stabler av stein fremstilt av silisiumkarbonitrider med fuger holdt sammen av en sement basert på silisiumnitrid.

Inne i cellen var to vertikale stabler 15 som ga

fem interpolare rom. Disse ble fremstilt med mellomliggen-

de deler med et tverrsnitt stort sett i Y-form, med en høyde på 35 cm, en lengde på 50 cm og med største bredde på 14 cm.

De multipolare deler ble fremstilt av grafitt og

de øvre grener 25 og 26 var 3 cm tykke mens den lavere gren

27 som er beskrevet som ventralbenet, har en tykkelse på

6 cm.

En meget svak helning (5% i forhold til horison-talen) ble opprettholdt mellom hver mellomliggende, multipolar del 18 i hver stabel 15 for å akselerere bortføring-

en av avgass fra det interpolare rom 23.

De mellomliggende, multipolare deler var fraskilt fra hverandre av kiler fremstilt av silisiumnitrid, et materiale som er motstandsdyktig overfor korrosjon fra mediet,

noe som ga en avstand på 1 cm mellom hvert element i den stort sett vertikale del.

Bunnen av rennen 24, noe lenger borte fra ventralbenet 27, definert av veggene 25 og 26 var utstyrt med en langsgående kanal 28, 2cm bred og 3 cm høy.

Elektroden for strømtilførsel 16 var selv forbundet til strømtilførselsledningen ved en strømførende bjelke 17.

Elektroden 19 for å føre bort strøm var i kontakt med det flytende metallet. Strømmen ble ført bort gjennom en stålbjelke som var bakt inn i bunnflaten av karbon.

Badet for å elektrolysere aluminiumklorid og som gikk inn i kammeret, bestod av 18,8% LiCl, 28,2 NaCl og 53% A1C1,(vekt-%).

Badet ble holdt på en temperatur på 720 C - 10 C. AlCl-j ble tilført gjennom mateåpningen 8 mens lut med lav konsentrasjon ble ført bort ved overstrømming under anvendelse av åpningen 9. Tilførselshastigheten på lut med høy konsentrasjon var 62 kg/time. Denne mengden ble kontrollert ved å måle ledningsevnen i luten, under anvendelse av en ledende celle og en nivådetektor (ikke vist).

Driftsbetingelsene for cellen var følgende:

Aluminium so ble fremstilt ble trukket ut ved sugning fra innsiden ved sugeinnretninger 10 i et isolert, ildfast rør.

Klorgass ble ført bort med andre avgasser gjennom røret 11.

Patentsøkeren har således påvist at man kan få en regulær produksjon av klor og aluminium uten at man så tidligere kjente fenomener med rekloridering av metallet eller kortslutning mellom de mellomliggende, multipolare deler.

Eksempel 2

En celle for elektrolyse av aluminiumklorid ifølge oppfinnelsen ble konstruert med de samme mellomliggende, multipolare deler som i eksempel, men hvor katodedelen (indre vegg av rennen) var belagt med en blanding av 6 0 vekt-% zirkoniumdiborid og 4 0 vekt-% høytemperatur-kulltjære kalsi-nert ved 1200°C.

Inne i cellen var fem par stabler med fem interpolare rom plassert i en avstand av 5 cm hvor den strømtil-førende elektrode i hver stabel var forbundet med en grafitt-leder med likt potensiale. Stablene var symmetriske i forhold til oppsamlingskanalen.

Badet for elektrolyse av aluminiumklorid hadde følgende sammensetning (vekt-% ved innløpet til cellen):

og badet ble holdt på en temperatur på 720°C - 10°C.

Lut med høy konsentrasjon ble tilført i en mengde på 248 kg/time. Tilførselen ble kontrollert etter målinger med en ledende celle og en nivådetektor (ikke vist).

Driftsbetingelsene var følgende:

I dette eksempelet ble strømmen ført bort gjennom en stålstang bakt inn i bunnplaten.

Man legger merke til at man fikk en gevinst på 1100 millivolt ved utløpet av cellen sammenlignet med eksempel 1. Denne forbedring skrev seg fra (a) en vesentlig reduksjon i strømtettheten, et fenomen som er velkjent og (b) fra utbyttet på grunn av reduksjon i rediffusjon av aluminium fremstilt til anode på grunn av belegget av zir-koniumborid.

Eksempel 3

En celle for elektrolyse av aluminiumklorid ifølge oppfinnelsen ble satt opp med anvendelse av samme type stabler som i eksempel 2, men hvor de mellomliggende kataode-deler og elektrodene for å føre bort strøm var belagt med titandiborid.

Badet for å elektrolysere aluminiumklorid hadde samme sammensetning som før og ble holdt på en temperatur på 720°C - 10°C. Tilført mengde bad med høy konsentrasjon var 249 kg/time og dette ble kontrollert ved å måle ledningsevnen i badet og med en nivådetektor.

Driftsbetingelsene for cellen var følgende:

Man kunne registrere en reduksjon i katodefallet sammenlignet med eksempel 1 og dette skyldtes nærvær av titandiboridbelegg.

Det forhold at bjelkene for bortføring av strøm som er nedsenket i bunnplaten og som kommer frem fra bunnen av cellen ble erstattet med en grafittterminal 34 belagt med titandiborid ga en svak økning i spenningsfallet ved termi-nalene i cellen, men dette gjorde cellen mer motstandsdyktig og reduserte risikoen for infiltrasjon.

Claims (19)

1. Celle for elektrolytisk fremstilling av metall ved elektrolyse av metallets halogenid i et bad av smeltede salter som består av en ytre kappe med stort sett parallellepipedisk form utstyrt med kjøleinnretninger, åpninger for tilførsel og fjerning av væsker og gasser og for innretninger for tilførsel av elektrisitet, hvor det inne i kappen er en sone ved bunnen for å samle opp det fremstilte metall; minst én serie stablede elektroder i den sentrale del hvor hver stabel i vertikal retning og i nedstigende rekkefølge består av en elektrode for strømtilførsel, mellomliggende, multipolare deler og en elektrode for å føre bort strøm som definerer regulære, interpolare rom og en sone for å samle opp gass i den øverste delen,karakterisert vedat de multipolare deler er samlet i vertikale stabler og ved at de interpolare rom stort sett er vertikale.

2. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at de mellomliggende,multipolare deler er fremstilt av prismatiske karbondeler.

3. Celle ifølge krav 1 og 2,karakterisertved at de mellomliggende, multipolare deler har en øvre del formet som en renne og en lavere del formet som et ven-tralben, hvor tverrsnittet gjennom delene har en form som ligner på bokstaven Y.

4. Celle ifølge krav 3,karakterisertved at den øvre, renneformede del defineres av de to øvre grener av Y-en og har en konstant veggtykkelse mens den , nedre del som danner ventralbenet har en veggtykkelse som minst tilsvarer tykkelsen i rennen, men fortrinnsvis er dobbelt så stor.

5. Celle ifølge krav 3,karakterisertved at de øvre ender av de to grener av den Y-formede del avviker fra aksen av de to grener i utvidende retning.

6. Celle ifølge krav 4,karakterisertved at tykkelsen i veggene i rennen er fra 10 - 100 mm, og fortrinnsvis fra 25 - 50 mm.

7. Celle ifølge krav 3,karakterisertved at høyden av hver multipolar del er minst 200 mm og fortrinnsvis fra 300 - 500 mm.

8. Celle ifølge krav 3,karakterisertved at bunnen av rennen dannes av de øvre grener av den Y-formede del og er utstyrt med en langsgående rille som hjelper til med å samle opp metallet.

9. Celle ifølge krav 3,karakterisertved at enden av ventralbenet i den multipolare, mellomliggende del er utstyrt med en innretning for å styre metall- strømmen.

10. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at den vertikale stabel av mellomliggende, multipolare deler har en øvre del for å tilføre strøm som er fremstilt av en prismatisk karbonkomponent med et korsformet, T-formet eller I-formet tverrsnitt.

11. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at den vertikale stabel av mellomliggende, multipolare deler har en bunndel for å føre bort strøm som er fremstilt av en prismatisk karbonkomponent med et tverrsnitt som har H-, M- eller N-form.

12. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at de mellomliggende, multipolare deler er stablet jevnt ved å plassere kiler av isolerende, ildfast materiale mellom hver av delene.

13. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at de stablede, mellomliggende, multipolare deler er horisontale.

14. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at de stablede, mellomliggende, multipolare deler er skråstilt i forhold til horisontalplanet.

15. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at de stablede, mellomliggende, multipolare deler er forskjøvet i lengderetningen fra hverandre for å hindre at det dannes kortslutning mellom de forskjellige deler i den samme stabel som forårsakes av strømning av metall.

16. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at katodeoverflaten av hver multipolar del fremstilt av grafitt er belagt med zirkoniumdiborid.

17. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at katodeoverflaten av hver multipolar del fremstilt av grafitt er belagt med titandiborid.

18. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at den generelle bortføring av strøm tilveiebringes av en stang fremstilt av stål, kopper eller grafitt som er innbakt i den ledende bunnplate i cellen.

19. Celle ifølge krav 1,karakterisertved at den generelle bortføring av strøm tilveiebringes ved hjelp av en vertikal terminal isolert fra det elektrolytiske bad som går ned i laget av flytende metall.