NO841630L

NO841630L - PROCEDURE AND CELLS FOR ELECTROLYSE.

Info

Publication number: NO841630L
Application number: NO841630A
Authority: NO
Inventors: Noel Jarrett; Robert Leonard Kozarek; Thomas Richard Hornack; Melvin Henry Brown; William Carl Patterson
Original assignee: Aluminum Co Of America
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1984-04-25
Publication date: 1984-10-29
Also published as: EP0126555A1; AU2713684A; BR8401937A

Description

Denne oppfinnelse angår celle og fremgangsmåte for elektrolyse av en forbindelse og fremstilling av et metall såsom aluminium ved elektrolyse av en forbindelse av metallet såsom aluminiumoksyd i en smeltet elektrolytt såsom kryolitt. This invention relates to a cell and method for the electrolysis of a compound and the production of a metal such as aluminum by electrolysis of a compound of the metal such as aluminum oxide in a molten electrolyte such as cryolite.

Elektrolyse innebærer en elektrokjemisk oksydasjon-reduksjon forbundet med spaltning av en forbindelse. Det går en elektrisk strøm mellom to elektroder og gjennom en elektrolytt, som kan være forbindelsen alene, for eksempel natriumklorid, eller forbindelsen oppløst i et flytende løsningsmiddel, for eksempel aluminiumoksyd oppløst i kryolitt, slik at en metallisk bestanddel av forbindelsen reduseres sammen med en tilsvarende oksydasjonsreaksjon. Strømmen går mellom elektrodene fra en anode til en katode under tilveiebringelse av elektroner ved en nødvendig elektro-motorisk kraft til reduksjon av den metalliske bestanddel som vanligvis er det ønskede elektrolyse-produkt, såsom ved elektrolyttisk smelting av metaller. Den elektriske energi som brukes for frembringelse av den ønskede reaksjon, avhenger av forbindelsens beskaffenhet og sammensetningen av elektrolytten. Ved praktisk anvendelse kan imidlertid celle-energi-utbyttet for en bestemt elektrolyse-celle-utformning resultere i bortkastet energi avhengig av faktorer såsom blant annet celle-spenning og strømeffektivitet. Electrolysis involves an electrochemical oxidation-reduction associated with the splitting of a compound. An electric current flows between two electrodes and through an electrolyte, which can be the compound alone, for example sodium chloride, or the compound dissolved in a liquid solvent, for example aluminum oxide dissolved in cryolite, so that a metallic component of the compound is reduced together with a corresponding oxidation reaction. The current passes between the electrodes from an anode to a cathode providing electrons by a necessary electromotive force to reduce the metallic constituent which is usually the desired electrolysis product, such as in electrolytic melting of metals. The electrical energy used to produce the desired reaction depends on the nature of the compound and the composition of the electrolyte. In practical application, however, the cell energy yield for a particular electrolysis cell design may result in wasted energy depending on factors such as cell voltage and current efficiency, among others.

Mye av spenningsfallet gjennom en elektrolyse-celle oppstår i elektrolytten og kan tilskrives elektrisk motstand hos elektrolytten eller elektrolyse-badet over anode-katode-avstanden. Den elektriske motstand eller spenningsfall i badet i konvensjonelle Hall-Heroult-celler for elektrolyttisk reduksjon av aluminium fra aluminiumoksyd oppløst i et smeltet kryolitt-bad innbefatter et spaltningspotensial, dvs. energi i aluminiumprodukt, og en ytterligere spenning som kan tilskrives varme-energi dannet i elektrode-mellomrommet ved motstanden i badet, hvilken varme-energi i alminnelighet ikke nyttiggjøres. Denne ikke-nyttiggjorte varme-energi ut-gjør typisk 35-45 % av det totale spenningstap over cellen, Much of the voltage drop through an electrolysis cell occurs in the electrolyte and can be attributed to electrical resistance of the electrolyte or electrolysis bath across the anode-cathode distance. The electrical resistance or voltage drop in the bath in conventional Hall-Heroult cells for the electrolytic reduction of aluminum from alumina dissolved in a molten cryolite bath includes a cleavage potential, i.e. energy in aluminum product, and an additional voltage attributable to heat energy generated in the electrode gap at the resistance in the bath, which heat energy is generally not utilised. This unutilized heat energy typically accounts for 35-45% of the total voltage loss across the cell,

og til sammenligning så mye som opp til to ganger spenningsfallet som kan tilskrives spaltningspotensial. Reduksjon av den avstanden som skiller anoden og katoden er en måte til minskning av dette energi-tap. and in comparison as much as up to twice the voltage drop attributable to breakdown potential. Reducing the distance between the anode and the cathode is one way to reduce this energy loss.

Hver gang anode-katode-avstanden reduseres må imidletid kortslutning av anoden og katoden forhindres. I en konvensjonell Hall-Heroult-celle hvor det anvendes karbonanoder som holdes nær opp til, men adskilt fra, et metall-lag, forår-sakes denne kortslutning av en bevirket fortrengning av metallet i laget. En slik fortrengning kan for en stor del være forårsaket av de betraktelige magnetiske krefter som er forbundet med de elektriske strømstyrker som anvendes ved elektrolysen. For eksempel kan det være til stede magnetiske feltstyrker på 150 gauss i moderne Ha.ll-Heroult-celler. Denne metall-fortrengning kan ha form av (1) en vertikal, statisk fortrengning i laget, som resulterer i en ujevn lag-overflate slik at laget får større dybde i sentrum av cellen med så mye som 5 cm; (2) en bølgelignende forandring i metall-dybden, som vandrer rundt cellen med en frekvens i størrelses-ordenen 1 cyklus pr. 3 0 sekunder; og (3) en metallstrømning med strømningshastigheter :på 10-20 cm pr. sekund er vanlig. For forhindring av kortslutning må således anode-katode-adskillelsen alltid være litt større enn høyden av topp-punktet på det fortrengte smeltede produkt i cellen. Når det gjelder aluminium-fremstilling ut fra aluminiumoksyd oppløst i kryolitt i en konvensjonell Hall-Heroult-celle, holdes en slik anode-katode-adskillelse på en minimal avstand, for eksempel 4,0-4,5 cm. Every time the anode-cathode distance is reduced, short-circuiting of the anode and cathode must be prevented. In a conventional Hall-Heroult cell where carbon anodes are used which are kept close to, but separated from, a metal layer, this short circuit is caused by an effected displacement of the metal in the layer. Such a displacement can to a large extent be caused by the considerable magnetic forces associated with the electric currents used in the electrolysis. For example, magnetic field strengths of 150 gauss may be present in modern Ha.ll-Heroult cells. This metal displacement can take the form of (1) a vertical, static displacement in the layer, which results in an uneven layer surface so that the layer has greater depth in the center of the cell by as much as 5 cm; (2) a wave-like change in the metal depth, which travels around the cell with a frequency of the order of 1 cycle per 30 seconds; and (3) a metal flow with flow rates: of 10-20 cm per second is common. Thus, to prevent short-circuiting, the anode-cathode separation must always be slightly greater than the height of the peak of the displaced molten product in the cell. In the case of aluminum production from aluminum oxide dissolved in cryolite in a conventional Hall-Heroult cell, such an anode-cathode separation is kept at a minimal distance, for example 4.0-4.5 cm.

Et annet ugunstig resultat ved reduksjon av anode-katode-avstanden er en bestydelig reduksjon i strøm-effektiviteten i cellen når det metall som er fremstilt ved elektrolysen ved katoden oksyderes ved kontakt med anode-produktet. Ved for eksempel elektrolyse av aluminium fra aluminiumoksyd oppløst i kryolitt kan aluminium-metall fremstilt ved katoden lett oksyderes tilbake til aluminiumoksyd eller aluminiumsalt ved at det kommer i umiddelbar nærheit av det anodisk fremstilte karbonoksyd. En reduksjon i avstanden som adskiller anoden og katoden tilveiebringer mer kontakt mellom anode-produktet og katode-produktet og fremskynder i betydelig grad gjen-oksydasjonen av redusert metall, hvorved strøm-effektiviteten minskes. Another unfavorable result of reducing the anode-cathode distance is a considerable reduction in the current efficiency in the cell when the metal produced by the electrolysis at the cathode is oxidized by contact with the anode product. By, for example, electrolysis of aluminum from aluminum oxide dissolved in cryolite, aluminum metal produced at the cathode can easily be oxidized back to aluminum oxide or aluminum salt by coming into close proximity to the anodically produced carbon oxide. A reduction in the distance separating the anode and cathode provides more contact between the anode product and the cathode product and significantly accelerates the re-oxidation of reduced metal, thereby reducing current efficiency.

En anode som forbrukes, såsom den karbonanode som konvensjonelt anvendes ved fremstilling av aluminium i en konvensjonell Hall-Heroult-celle, representerer en vesentlig hindring for oppnåelse av en presis regulering av elektrode-mellomrommet. I den konvensjonelle Hall-Heroult-celle bindes oksygen-gass fremstilt ved anoden med karbonet i selve anoden under dannelse av karbonoksyd, såsom karbon-monoksyd- og karbondioksyd-gass. Oksydasjon av anodene ifølge den totale reaksjon A consumable anode, such as the carbon anode conventionally used in the production of aluminum in a conventional Hall-Heroult cell, represents a significant obstacle to achieving a precise regulation of the electrode gap. In the conventional Hall-Heroult cell, oxygen gas produced at the anode binds with the carbon in the anode itself to form carbon oxide, such as carbon monoxide and carbon dioxide gas. Oxidation of the anodes according to the total reaction

sammen med luftforbrenning av anodene forbruker ca. 0,45 gram karbon for hvert gram aluminium som fremstilles. Dette karbon-tap i vel-utformede celler oppveies i stor grad ved metall-opphopning i metall-lag-katoden i Hall-Heroult-cellen, som teoretisk opprettholder elektrode-mellomrommet. I en celle med multipler karbon-anoder har imidlertid hver av dem ene-stående elektriske egenskaper og vil ha forskjellig forbruks-stadium. Av flere slike praktiske hensyn må anode-høyden styres og justeres ofte i konvensjonell Hall-Heroult-celle-praksis. En måte som anvendes for å overvinne problemet med anode-forbruk er beskrevet i Haupins, US-patent 3 755 099 og be-slektede patenter såsom US-patenter 3 822 195, 4 110 178, 4 140 594, 4 179 345 og 4 308 113, som innebærer fremstilling av et metall såsom aluminium eller magnesium elektrolyttisk ut fra metall-kloridet oppløst i et smeltet halogenid med høyere spaltningspotensial. Siden det ikke er til stede noe oksygen unngåes problemet med at oksygengass forbindes med karbon-anoder. I fravær av oksygen kan karbon-elektroder stables oppover hverandre med mellomrom som er dannet ved varmefaste pilarer som er anbrakt mellom dem, som vist på figur 1 i US-patent 3 755 099. Pilarene har en slik størrelse at elektrodene anbringes med liten avstand mellom hverandre som for eksempel med mindre enn 1,91 cm. De elektroder som er avbildet på figurene i de ovenfor omtalte patenter, er vist å være stivt understøttet horisontalt av celleveggen. together with air combustion of the anodes consume approx. 0.45 grams of carbon for every gram of aluminum produced. This carbon loss in well-designed cells is largely offset by metal accumulation in the metal-layer cathode of the Hall-Heroult cell, which theoretically maintains the electrode gap. In a cell with multiple carbon anodes, however, each of them has unique electrical properties and will have a different consumption stage. For several such practical considerations, the anode height must be controlled and adjusted frequently in conventional Hall-Heroult cell practice. A method used to overcome the problem of anode consumption is described in Haupins, US Patent 3,755,099 and related patents such as US Patents 3,822,195, 4,110,178, 4,140,594, 4,179,345 and 4,308 113, which involves the production of a metal such as aluminum or magnesium electrolytically from the metal chloride dissolved in a molten halide with a higher cleavage potential. Since no oxygen is present, the problem of oxygen gas connecting to carbon anodes is avoided. In the absence of oxygen, carbon electrodes can be stacked on top of each other with spaces formed by heat-resistant pillars placed between them, as shown in figure 1 in US patent 3,755,099. The pillars are of such a size that the electrodes are placed with a small distance between each other such as by less than 1.91 cm. The electrodes depicted in the figures in the above mentioned patents are shown to be rigidly supported horizontally by the cell wall.

En annen måte er angitt i DeVardas, US-patent 3 554 8 93, som viser en elektrolyseovn med karbonelektroder som ikke er i kontakt med gulvet eller veggen i ovnen. Mellomstykker for eksempel av elektrisk isolerende varmefast materiale adskiller elektrodene overfor et oppover-virkende trykk som utøves på dem av badet (idet bad-densiteten er høyere enn karbonet). Mellomstykkene er ikke festet til noen elektrode men er snarere holdt på plass av det oppover-virkende trykk av badet som virker på grafitten, som har bedre oppdrift. Another method is disclosed in DeVardas, US Patent 3,554,893, which shows an electrolytic furnace with carbon electrodes that are not in contact with the floor or wall of the furnace. Spacers, for example of electrically insulating heat-resistant material, separate the electrodes against an upward-acting pressure exerted on them by the bath (as the bath density is higher than the carbon). The spacers are not attached to any electrode but rather are held in place by the upward pressure of the bath acting on the graphite, which has better buoyancy.

I DeVarda anvendes karbonelektrodene ved elektrolyttisk spaltning av aluminiumoksyd oppløst i et bad av kryolitt og forbrukes derved ved de anodiske deler. In DeVarda, the carbon electrodes are used by electrolytic splitting of aluminum oxide dissolved in a bath of cryolite and are thereby consumed at the anodic parts.

DeVarda anvender en elektrode-mellomromssone i likhet med en konvensjonell Hall-Heroult-celle, dvs. en stor anode-katode-adskillelse mellom metall-laget på bunnen av cellen og den siste eller nedre karbonelektrode. DeVarda anvender katoder som består av et metall-lag, som representerer en ytterligere likhet med Hall-Heroult-fremgangsmåten. Ved et annet aspekt vil det vise seg at de elektroder som er vist i DeVarda, vil synke på ett eller annet punkt når det er forbrukt nok karbon og tilstrekkelig metall opphopes i det konkave katode-reservoar til at det overstiger en redusert oppdrift hos den forbrukte elektrode. DeVarda uses an electrode gap zone similar to a conventional Hall-Heroult cell, ie a large anode-cathode separation between the metal layer at the bottom of the cell and the last or lower carbon electrode. DeVarda uses cathodes consisting of a metal layer, which represents a further similarity to the Hall-Heroult process. In another aspect, it will be found that the electrodes shown in DeVarda will sink at one point or another when enough carbon has been consumed and sufficient metal has accumulated in the concave cathode reservoir to exceed a reduced buoyancy of the consumed electrode.

Jacobs, US-patent 3 78 5 941 angår, likesom Haupin og andre som er omtalt ovenfor, klorid-elektrolyse. Dette patent an-gir at den aluminiumklorid-holdige elektrolytt har tendens til å reagere med konvensjonelle varmefaste materialer. Det anvendes nitrid-basert varmefast materiale, for eksempel som materiale får et mellomstykke mellom anoden og katoden, for å overvinne dette problem. Jacobs viser katoden understøttet av celle-gulvet. Jacobs, US Patent 3,785,941, like Haupin and others discussed above, relates to chloride electrolysis. This patent states that the aluminum chloride-containing electrolyte tends to react with conventional heat-resistant materials. Nitride-based heat-resistant material is used, for example as a material that gets an intermediate piece between the anode and the cathode, to overcome this problem. Jacobs shows the cathode supported by the cell floor.

Alders, US-patent 3 930 967, viser fremstilling av aluminium ut fra aluminiumoksyd hvor elektrisk kraft ledes gjennom en multi-celleovn med minst en bipolar elektrode som ikke forbrukes, innbefattende en anode av et keramisk oksyd. Avstanden mellom polene holdes konstant ved hjelp av elektroder som er stivt festet til cellens gulv eller vegg. Alders, US Patent 3,930,967, discloses the production of aluminum from alumina in which electrical power is passed through a multi-cell furnace with at least one non-consumable bipolar electrode including a ceramic oxide anode. The distance between the poles is kept constant by means of electrodes which are rigidly attached to the floor or wall of the cell.

Fosters, US-patent 4 297 180, viser anvendelse av et katode-gitter eller et hult legeme for at katode-overflaten skal rage fram mot anoden og over det flytende lag som er dannet på cellebunnen. Det vil kunne sees at katode-elementene er understøttet av cellens gulv. Foster's, US Patent 4,297,180, shows the use of a cathode grid or hollow body for the cathode surface to project towards the anode and above the liquid layer formed on the cell bottom. It will be seen that the cathode elements are supported by the floor of the cell.

Cowens, US-patent 4 288 309, beskriver anvendelse av elektroder som forbrukes og mellomrom mellom to på hverandre følgende elektroder, hvilket mellomrom ikke desto mindre for-blir konstant uten hensyn til graden av borttæring av de elektroder som forbrukes. Mellomstykke-elementer med den samme tykkelse og formet som baller er tredd på vertikale metalltråder festet til horisontale staver forbundet med toppdelen av tanken. Cowens patent nevner elektrolyse av væskeformige oppløsninger såsom sjøvann. Det ser ikke ut til at Cowen anvender et flytende lag av elektrolyttisk produkt adskilt fra elektrolytten. Cowens, US Patent 4,288,309, describes the use of consumable electrodes and spacing between two consecutive electrodes, which spacing nevertheless remains constant regardless of the degree of wear of the consumable electrodes. Intermediate elements of the same thickness and shaped like balls are threaded on vertical metal wires attached to horizontal rods connected to the top part of the tank. Cowen's patent mentions the electrolysis of liquid solutions such as seawater. Cowen does not appear to employ a liquid layer of electrolytic product separate from the electrolyte.

Vertikale elektroder er velkjent ved elektrolyse-prosesser og ble vist så tidlig som i Halls US-patent 400 664. Den Hall-prosess som er beskrevet i dette, inngikk kontakt mellom elektrodene og det flytende aluminiumprodukt når elektroden ikke gikk i ett med den indre celle-overflate. Alders US-patent 3 93 0 967 viser et eksempel på vertikale bipolare elektroder, som som omtalt i det foregående er stivt festet til cellens gulv eller vegg. Vertical electrodes are well known in electrolysis processes and were shown as early as in Hall's US patent 400 664. The Hall process described herein made contact between the electrodes and the liquid aluminum product when the electrode did not fuse with the inner cell -surface. Alder's US patent 3 93 0 967 shows an example of vertical bipolar electrodes, which, as discussed above, are rigidly attached to the floor or wall of the cell.

Ransleys, US-patent 3 215 615, viser et eksempel på skrånende monopolare elektroder for fremstilling av aluminium ved skrånende katoder som er stivt festet i cellens indre gulvoverflate. Den skrånende anode er en anode som forbrukes og er vist å ha en konisk profil. Ransley's, US Patent 3,215,615, shows an example of inclined monopolar electrodes for the production of aluminum by inclined cathodes which are rigidly attached to the inner floor surface of the cell. The inclined anode is a consumable anode and is shown to have a conical profile.

DeVardas, US-patent 3 730 859, illustrerer en bipolar elektrode-montasje med skrånende overflater. DeVardas US-patent 3 730 859 beskriver ikke den måte elektrodene under-støttes på i cellen. Videre beskriver DeVardas US-patent 3 730 859 elektrisk forbindelse av katoden med en kraft-forsyning ikke gjennom det flytende metall-lag men snarere gjennom strømtilførsel-forbindelses-staver utenfor cellen. DeVardas, US Patent 3,730,859, illustrates a bipolar electrode assembly with sloped surfaces. DeVarda's US patent 3,730,859 does not describe the way in which the electrodes are supported in the cell. Furthermore, DeVarda's US Patent 3,730,859 describes electrical connection of the cathode to a power supply not through the liquid metal layer but rather through power supply connecting rods outside the cell.

Et betydelig problem oppstår og er eksemplifisert i fluorid-elektrolyse, når elektroden er understøttet av gulvet eller veggen i elektrolyse-cellen, idet problemet stammer fra en ... vridning av indre overflater i cellen, for eksempel gulvet eller veggen, som oppstår i løpet av driften av cellen under normalt strenge driftsbetingelser. En slik vridning vil ødelegge en spesifisert eller bestemt elektrode-plassering eller -montering når elektrodene er festet til eller under-støttet av gulvet eller veggen i cellen. A significant problem arises and is exemplified in fluoride electrolysis, when the electrode is supported by the floor or wall of the electrolysis cell, the problem arising from a ... twisting of internal surfaces of the cell, such as the floor or wall, which occurs during of the operation of the cell under normally strict operating conditions. Such twisting will destroy a specified or determined electrode placement or assembly when the electrodes are attached to or supported by the floor or wall of the cell.

Den foreliggende oppfinnelse som patentsøkt har det for mål å tilveiebringe et botemiddel for de problemer og ulemper som er forbundet med konvensjonelle elektrolyse-celler og -prosesser, såsom problemer omtalt i det foregående avsnitt og innbefatter videre blant annet problemer i forbindelse med fluorid-elektrolyse, innbefåttene problemer forbundet med drift med en katode av et flytende metall-lag eller problemer forbundet med elektrodens stive forbindelse med gulvet eller veggen i elektrolyse-cellen. Denne sistnevnte bestemte ulempe blir et avgjørende problem ved ethvert forsøk på å inkorporere en spesifisert og idet vesentlige permanent anode-katode-avstand. Problemet kommer som et resultat av vridning eller bølgebevegelse i løpet av et tidsrom av overflaten på det indre gulv eller vegg i cellen, hvilken vridning eller bølgebevegelse i cellens indre overflater ødelegger enhver permanent anode-katode-avstand i konvensjonelle celler som svar på de høye temperaturer og korrosive stoffer som finnes i cellen. The present invention, as applied for a patent, aims to provide a remedy for the problems and disadvantages associated with conventional electrolysis cells and processes, such as problems discussed in the previous section and further includes, among other things, problems in connection with fluoride electrolysis, included problems associated with operation with a cathode of a liquid metal layer or problems associated with the rigid connection of the electrode to the floor or wall of the electrolysis cell. This latter particular disadvantage becomes a crucial problem in any attempt to incorporate a specified and essentially permanent anode-cathode distance. The problem comes as a result of warping or undulation over time of the surface of the inner floor or wall of the cell, which warping or undulation of the cell's inner surfaces destroys any permanent anode-cathode spacing in conventional cells in response to the high temperatures and corrosive substances present in the cell.

Den foreliggende oppfinnelse har det formål å løse problemet i forbindelse med hvordan man oppnår og driver en elektrolyse-celle med en spesifisert anode-katode-avstand som kan opprettholdes meget liten i løpet av et lengre tidsrom enn tidligere mulig. Dessuten har den foreliggende oppfinnelse ved et aspekt det formål å oppnå og drive en slik elektrolyse-celle idet den tilpasses elektrolyse av aluminiumoksyd i kryolitt under dannelse av aluminium, som tidligere var begrenset av problemer såsom blant annet de aspekter som er forbundet med driften av en elektrolyse-celle ved tilpasning av forbindelsen mellom oksygen og karbonet i anoden. The present invention has the purpose of solving the problem in connection with how to obtain and operate an electrolysis cell with a specified anode-cathode distance which can be maintained very small during a longer period of time than previously possible. In addition, the present invention in one aspect has the purpose of obtaining and operating such an electrolysis cell as it is adapted to the electrolysis of aluminum oxide in cryolite with the formation of aluminum, which was previously limited by problems such as, among other things, the aspects associated with the operation of a electrolysis cell by adapting the connection between oxygen and carbon in the anode.

Et hovedformål ved den foreliggende oppfinnelse innbefatter en evne til å etablere en elektrode-mellomromssone med en spesifisert dimensjon som er idet vesentlige permanent i en elektrolyse-celle og som kan opprettholdes under tilveiebringelse av en liten og ensartet anode-katode-avstand på en slik måte at spenningsfallet over elektrolyse-badet reduseres og cellens krafteffektivitet økes. A primary object of the present invention includes an ability to establish an electrode gap zone of a specified dimension which is substantially permanent in an electrolytic cell and which can be maintained while providing a small and uniform anode-cathode distance in such a manner that the voltage drop across the electrolysis bath is reduced and the cell's power efficiency is increased.

Enda et ytterligere formål er evnen til å drive vedYet another purpose is the ability to fuel

en slik redusert og idet vesentlige permanent anode-katode-avstand i løpet av et tidsrom som er lengre enn tidligere mulig. such a reduced and essentially permanent anode-cathode distance during a period of time which is longer than previously possible.

Et annet formål ved den foreliggende oppfinnelse inn befatter ved et aspekt en evne til å etablere en annen katode-overflate enn det flytende lag av elektrolyse-produkt og å drive en elektrolyse-celle og prosess med en slik katode-overflate uten skadelig virkning ved bevegelse fra cellens indre gulv eller vegg, for eksempel slik som det vil oppstå ved fluorid-elektrolyse, idet man opprettholder kontakt mellom en elektrode og et adskilt flytende lag med høyere ledningsevne enn elektrolytten. Another object of the present invention includes, in one aspect, an ability to establish a cathode surface other than the liquid layer of electrolysis product and to operate an electrolysis cell and process with such a cathode surface without detrimental effect upon movement from the inner floor or wall of the cell, for example as would occur in fluoride electrolysis, maintaining contact between an electrode and a separate liquid layer of higher conductivity than the electrolyte.

Et ytterligere formål ved den foreliggende oppfinnelse innbefatter ved et aspekt en evne til å fremstille aluminium ut fra aluminiumoksyd oppløst i et kryolitt-holdig bad i en elektrolyse-celle og en prosess hvor det anvendes en redusert og idet vesentlige permanent anode-katode-avstand som kan opprettholdes i et lengre tidsrom enn det som tidligere var mulig. A further object of the present invention includes, in one aspect, an ability to produce aluminum from aluminum oxide dissolved in a cryolite-containing bath in an electrolysis cell and a process where a reduced and substantially permanent anode-cathode distance is used which can be maintained for a longer period of time than was previously possible.

Ifølge denne oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for elektrolyse som omfatter følgende: According to this invention, there is provided a method for electrolysis which comprises the following:

en første elektrode og en andre elektrode anbringes ia first electrode and a second electrode are placed in

en elektrolytt i en celle med et adskilt flytende lag med høyere ledningsevne enn nevnte elektrolytt, idet cellen har en indre overflate for å inneholde nevnte elektrolytt og nevnte lag,karakterisert vedat den første elektrode holdes i det vesentlige fri for understøttelse av nevnte indre overflate i cellen, an electrolyte in a cell with a separate liquid layer of higher conductivity than said electrolyte, the cell having an inner surface to contain said electrolyte and said layer, characterized in that the first electrode is kept substantially free of support from said inner surface in the cell ,

mellom den nevnte første og andre elektrode etableres og opprettholdes en elektrode mellomromssone med i det vesentlige ordnet, spesifisert dimensjon, idet nevnte dimensjon fortrinnsvis opprettholdes på under 2,4 cm eller under 1,7 cm eller fra 0,3 til 1,0 cm, between the said first and second electrodes, an electrode gap zone with an essentially ordered, specified dimension is established and maintained, said dimension preferably being maintained at less than 2.4 cm or less than 1.7 cm or from 0.3 to 1.0 cm,

én elektrode forbindes elektrisk med nevnte lag,one electrode is electrically connected to said layer,

og fortrinnsvis holdes også nevnte andre elektrode i det vésentlige fri for understøttelse av den indre overflate i cellen. and preferably said second electrode is also kept essentially free of support by the inner surface of the cell.

Ifølge denne oppfinnelse er det også tilveiebrakt en elektrolyse-celle (1) som omfatter According to this invention, an electrolysis cell (1) is also provided which comprises

innretning (4,6,7) med en indre overflate (8,12) som inneholder en elektrolytt (9) og et adskilt flytende lag (11) med høyere ledningsevne enn nevnte elektrolytt (9) og device (4,6,7) with an inner surface (8,12) containing an electrolyte (9) and a separate liquid layer (11) with higher conductivity than said electrolyte (9) and

første (21,24) og andre (18,19) elektroder inne i nevnte first (21,24) and second (18,19) electrodes inside said

beholder-innretning (4,6,7),karakterisert vedcontainer device (4,6,7), characterized by

innretning til å holde nevnte første elektrode (21,24) på plass i forhold til nevnte andre elektrode (18,19) under dannelse av en elektrode-mellomromssone (109) med spesifisert dimensjon, fortrinnsvis på under 2,4 cm eller under 1,7 cm eller fra 0,3 til 1,0 cm, for å inneholde nevnte elektrolytt (9), hvor den første elektrode (21,24) holdes i det vesentlige fri for understøttelse av nevnte indre overflate (8,12) av beholder-innretningen (4,6,7) og means for holding said first electrode (21,24) in place relative to said second electrode (18,19) while forming an electrode gap zone (109) of specified dimension, preferably less than 2.4 cm or less than 1, 7 cm or from 0.3 to 1.0 cm, to contain said electrolyte (9), where the first electrode (21,24) is kept substantially free of support from said inner surface (8,12) of container- the device (4,6,7) and

ledende innretninger (28) for elektrisk forbindelse av en elektrode, fortrinnsvis den første elektrode (21,24) med nevnte lag (11) og fortrinnsvis hvor den andre elektrode (18, 19) også holdes idet vesentlige fri for understøttelse av den indre overflate (8,12) i beholder-innretningen (4,6,7). conductive devices (28) for electrical connection of an electrode, preferably the first electrode (21,24) with said layer (11) and preferably where the second electrode (18, 19) is also kept substantially free of support from the inner surface ( 8,12) in the container device (4,6,7).

På de medfølgende tegninger er figur 1 et vertikalsnitt av en elektrolyse-celle ifølge den foreliggende oppfinnelse med multiple elektrode-montasjer. Figur 2 er en vertikal projeksjon, delvis i snitt, av en elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse, som inkorporerer et skulderbolt-støtteelement. Figur 3 er en vertikal-projeksjon, delvis i snitt, av en elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse, som inkorporerer et U-formet støtteknekt-element. Figur 4 er en vertikal-projeksjon, delvis i snitt, av en elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse, som inkorporerer et støtte-element omfattende en opphenger med to armer. Figur 5 illustrerer et sideriss og en vertikal-projeksjon av det støtteelement som er vist på figur 4. Figur 6, figur 7, figur 8 og figur 9 er vertikal-projeks joner , delvis i snitt, hver av en elektrolyse-celle og elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse, som inkorporerer flytelegeme-understøttelsesinnretning. Figur 10 er en vertikal-projeksjon av en elektrolyse-celle ifølge den foreliggende oppfinnelse, som inkorporerer skrånende eller ikke-horisontale monopolare elektrode-overflater. Figur 11 er en vertikal-projeksjon av en skrånende elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse. Figur 12 illustrerer en profil-projeksjon av elektrode-montas jen vist på figur 11. Figur 13 er en vertikal-projeksjon av en skrånende elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse. Figur 14 illustrerer et enderiss av anode-katode-strukturen i elektrode-montasjen vist på figur 13, etter snitt-linjene In the accompanying drawings, Figure 1 is a vertical section of an electrolysis cell according to the present invention with multiple electrode assemblies. Figure 2 is a vertical projection, partially in section, of an electrode assembly according to the present invention incorporating a shoulder bolt support member. Figure 3 is a vertical projection, partially in section, of an electrode assembly according to the present invention, which incorporates a U-shaped support jack element. Figure 4 is a vertical projection, partially in section, of an electrode assembly according to the present invention, which incorporates a support element comprising a hanger with two arms. Figure 5 illustrates a side view and a vertical projection of the support element shown in Figure 4. Figure 6, Figure 7, Figure 8 and Figure 9 are vertical projections, partially in section, each of an electrolysis cell and electrode assembly according to the present invention, which incorporates floating body support means. Figure 10 is a vertical projection of an electrolysis cell according to the present invention incorporating inclined or non-horizontal monopolar electrode surfaces. Figure 11 is a vertical projection of an inclined electrode assembly according to the present invention. Figure 12 illustrates a profile projection of the electrode assembly shown in Figure 11. Figure 13 is a vertical projection of an inclined electrode assembly according to the present invention. Figure 14 illustrates an end view of the anode-cathode structure in the electrode assembly shown in Figure 13, following the section lines

XIII.XIII.

Figur 15 er en vertikal-projeksjon av en elektrolyse-celle ifølge den foreliggende oppfinnelse og inkorporerer en fleksibel elektrisk forbindelse til en anode holdt i det vesentlige fri for understøttelse av en indre vegg- eller gulv-overflate i cellen. Figure 15 is a vertical projection of an electrolysis cell according to the present invention incorporating a flexible electrical connection to an anode held substantially free of support by an internal wall or floor surface of the cell.

Det refereres til figur 1, hvor det er illustrert en elektrolyse-celle ifølge den foreliggende oppfinnelse i en Hall-Heroult-celle-sammenheng. Elektrolyse-celle 1 har en ytre side 2 og en bunn 3 som danner et ytre stålskall 4. Stålskallet 4 er foret med et isolerende materiale 6, og innenfor dette et elektrisk ledende materiale 7, for eksempel av karbon, innbefattende det indre celle-gulv 8. Gulvet 8 danner en del av en indre overflate i en beholder-innretning i cellen som kan inneholde smeltet elektrolytt 9 og et adskilt flytende metall-lag 11 hvor metallproduktet fra elektrolysen oppsamles. Metall-laget 11 har en elektrisk ledningsevne som er høyere enn elektrolytten. Ved denne utførelses-form dannes en annen del av den indre beholder-overflate av en sidevegg 12 av frosset elektrolytt. I motsetning til sidevegg 12 kan gulvet 8 lede strøm til elektrolysen. Kollektor-staver 13 for elektrisk strøm av et materiale såsom stål er tilpasset for å få god elektrisk kontakt med karbonholdig celleforing 7. Reference is made to Figure 1, where an electrolysis cell according to the present invention is illustrated in a Hall-Heroult cell context. Electrolysis cell 1 has an outer side 2 and a bottom 3 which forms an outer steel shell 4. The steel shell 4 is lined with an insulating material 6, and within this an electrically conductive material 7, for example of carbon, including the inner cell floor 8. The floor 8 forms part of an inner surface in a container device in the cell which can contain molten electrolyte 9 and a separated liquid metal layer 11 where the metal product from the electrolysis is collected. The metal layer 11 has an electrical conductivity that is higher than the electrolyte. In this embodiment, another part of the inner container surface is formed by a side wall 12 of frozen electrolyte. In contrast to the side wall 12, the floor 8 can conduct current to the electrolysis. Collector rods 13 for electric current of a material such as steel are adapted to make good electrical contact with carbonaceous cell lining 7.

Multiple elektrode-montasjer er illustrert på figur 1 innbefattende en gruppe 14 av monopolare anode-katode-montasjer og en gruppe 16 av bipolare anode-katode-montasjer. Anode-staver 17 av et høyst ledende materiale såsom kobber eller aluminium er elektrisk forbundet med monopolar anode 18 eller ende-anode 19. Anodene er fortrinnsvis sammensatt av et materiale som er inert overfor det korrosive miljø i cellen og er, når det gjelder aluminiumfremstilling ut fra aluminiumoksyd oppløst i et smeltet saltbad av for eksempel kryolitt, spesielt inert overfor anode-produkter såsom oksygen-gass. Likevel er den foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til anvendelse av inerte anode-materialer. Anode-stavene 17 er understøttet fra en posisjon (ikke vist) som er utenfor de indre celle-overflater, for eksempel den indre overflate dannet av celle-gulv 8. Multiple electrode assemblies are illustrated in Figure 1 including a group 14 of monopolar anode-cathode assemblies and a group 16 of bipolar anode-cathode assemblies. Anode rods 17 of a highly conductive material such as copper or aluminum are electrically connected to monopolar anode 18 or end anode 19. The anodes are preferably composed of a material which is inert to the corrosive environment in the cell and, in the case of aluminum production, is from aluminum oxide dissolved in a molten salt bath of, for example, cryolite, particularly inert to anode products such as oxygen gas. Nevertheless, the present invention is not limited to the use of inert anode materials. The anode rods 17 are supported from a position (not shown) which is outside the inner cell surfaces, for example the inner surface formed by the cell floor 8.

Monopolar katode 21 holdes i stilling i forhold til monopolar anode 18 ved holdeinnretning som omfatter støtte-innretning 22 og innstillingsinnretning såsom mellomstykke 2 3 slik at det dannes en elektrode-mellomromssone (mer spesielt identifisert på etterfølgende figurer) for å inneholde elektrolytt og slik at katoden er i det vesentlige fri for understøttelse av gulvoverflate 8 eller vegg 12. Holdeinnretningen, som ved en utførelsesform omfatter nevnte støtteinnretning 22 og nevnte mellomstykke 23, er illustrert mer fullstendig på etterfølgende figurer for denne og andre utførelsesformer. Monopolar cathode 21 is held in position relative to monopolar anode 18 by holding device comprising support device 22 and setting device such as intermediate piece 2 3 so that an electrode space zone (more particularly identified in subsequent figures) is formed to contain electrolyte and so that the cathode is essentially free of support by floor surface 8 or wall 12. The holding device, which in one embodiment comprises said support device 22 and said intermediate piece 23, is illustrated more fully in subsequent figures for this and other embodiments.

Endekatode 24 og bipolar elektrode 2 6 er på lignende måte tilpasset slik at de er anbrakt i forhold til hverandre og til endeanode 19 i den bipolare elektrode-montasje ved hjelp av holdeinnretning som omfatter støtteinnretning 27 og mellomstykke 23. Holdeinnretning for bipolare elektrode-montasjer er beskrevet mer fullstendig i det følgende og illustrert på etterfølgende figurer. End cathode 24 and bipolar electrode 2 6 are adapted in a similar way so that they are placed in relation to each other and to end anode 19 in the bipolar electrode assembly by means of a holding device comprising support device 27 and intermediate piece 23. Holding device for bipolar electrode assemblies is described more fully in the following and illustrated in subsequent figures.

Mellomstykker 23, av et ikke-ledende materiale, er istand til å motstå det korrosive miljø som er forbundet med kontakt med elektrolytten og det katodiske produkt. Slike mellomstykker er anbrakt mellom nabo-anoder og -katoder for etablering av en elektrode-mellomromssone med spesifisert dimensjon. Uttrykket "spesifisert" dimensjon er ment å angi en for-bestemt eller foretrukket avstand eller område av avstander som kommer når den er etablert, fungerer virknings-fullt under fremstilling av elektrolyttisk produkt effektivt i elektrode-mellomromssonen. Når det for eksempel gjelder aluminiumfremstilling i en elektrolyse-celle og fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse, vil en slik spesifisert dimensjon være under ca. 4,0 cm og fortrinnsvis under ca. 1,7 cm og vil bli beregnet og for-bestemt for å oppnå en effektiv fremstilling av metall med minimal anode-katode-avstand. Spacers 23, of a non-conductive material, are capable of withstanding the corrosive environment associated with contact with the electrolyte and the cathodic product. Such spacers are placed between neighboring anodes and cathodes to create an electrode gap zone with specified dimensions. The term "specified" dimension is intended to indicate a predetermined or preferred distance or range of distances which, once established, functions effectively during the production of electrolytic product effectively in the electrode gap zone. When, for example, it concerns aluminum production in an electrolysis cell and method according to the present invention, such a specified dimension will be below approx. 4.0 cm and preferably below approx. 1.7 cm and will be calculated and predetermined to achieve an efficient production of metal with minimal anode-cathode distance.

Material-masse 29 av en forbindelse påtenkt for elektrolyse, innføres i toppen av cellen 1 og kommer inn i elektrolytten 9. Elektrolytt finnes i elektrode-mellomromssonen dannet mellom en hvilken som helst anode og katode, for eksempel mellom monopolar anode 18 og monopolar katode 21, mellom endeanode 19 og den katodiske toppoverflate på bipolar elektrode 26 og mellom den anodiske bunnoverflate på bipolar elektrode 26 og endekatode 24. Flytende elektrolyttisk produkt dannet i en hvilken som helst elektrode-mellomromssone oppsamles i et adskilt og diskret væske-lag 11 på gulvet 8. Når det gjelder elektrolyse av en metallforbindelse under dannelse av et metall ved katoden, har det metall som er dannet på denne måte som væskeformig elektrolyttisk produkt, typisk en høyere elektrisk ledningsevne enn elektrolyse-badet, som ved aluminium-fremstilling ut fra aluminiumoksyd oppløst i et elektrolyse-bad av kryolitt. Når dette metall oppsamles i det adskilte og diskrete væske-lag 11, kan det resulterende flytende metall-lag beholde en elektrisk ledningsevne som er høyere enn elektrolyttens. Material mass 29 of a compound intended for electrolysis is introduced into the top of the cell 1 and enters the electrolyte 9. Electrolyte is found in the electrode gap zone formed between any anode and cathode, for example between monopolar anode 18 and monopolar cathode 21 , between end anode 19 and the top cathodic surface of bipolar electrode 26 and between the bottom anodic surface of bipolar electrode 26 and end cathode 24. Liquid electrolytic product formed in any electrode gap zone is collected in a separate and discrete liquid layer 11 on the floor 8 In the case of electrolysis of a metal compound while forming a metal at the cathode, the metal formed in this way as a liquid electrolytic product typically has a higher electrical conductivity than the electrolysis bath, as in the case of aluminum production from aluminum oxide dissolved in an electrolysis bath of cryolite. When this metal is collected in the separate and discrete liquid layer 11, the resulting liquid metal layer can retain an electrical conductivity higher than that of the electrolyte.

Katodene 21 og 2 4 er elektrisk forbundet med væske-laget 11, idet forbindelsesinnretningen er vist på figur 1 i form av en forlengelse 28 av selve katodene. Ved den utførelses-form som er illustrert, har forlengelsen form av en haledel på katoden. The cathodes 21 and 24 are electrically connected to the liquid layer 11, the connection device being shown in Figure 1 in the form of an extension 28 of the cathodes themselves. In the embodiment illustrated, the extension has the form of a tail part of the cathode.

Det ledes strøm fra monopolar anode 18 til monopolar katode 21, eller i parallell retning i forhold til dette, fra endeanode 19 til toppen av bipolar elektrode 26 og fra bipolar elektrode 26 til endekatode 24. Den likestrøm som går fra anoden til katoden gjennom elektrode-mellomromssonen med spesifisert dimensjon, danner en elektrokjemisk reaksjon i den elektrolytt som finnes i elektrode-mellomromssonen under reduksjon av en metallisk bestanddel ved katoden og dannelse av en oksydasjonsreaksjon ved anoden. Den metalliske bestanddel som er dannet ved katode-overflåtene i celle 1, oppsamles i væske-lag 11, som under regulering kan tømmes fra cellen 1 gjennom en tømmeåpning (ikke vist). Current is led from monopolar anode 18 to monopolar cathode 21, or in a parallel direction in relation to this, from end anode 19 to the top of bipolar electrode 26 and from bipolar electrode 26 to end cathode 24. The direct current that goes from the anode to the cathode through electrode- the gap zone of specified dimension, forms an electrochemical reaction in the electrolyte contained in the electrode gap zone during reduction of a metallic component at the cathode and formation of an oxidation reaction at the anode. The metallic component that is formed at the cathode surfaces in cell 1 is collected in liquid layer 11, which can be drained from cell 1 through an emptying opening (not shown) under regulation.

Forhøyningene over metall-lag 11 i elektrodegruppene 14 eller 16 og dybden av metall-laget reguleres ved at gruppene heves og senkes og ved at metall uttappes fra laget. På denne The elevations above the metal layer 11 in the electrode groups 14 or 16 and the depth of the metal layer are regulated by raising and lowering the groups and by draining metal from the layer. On this

måte er katode-overflate 21 i en monopolar elektrode-way is cathode surface 21 in a monopolar electrode

montasje og endekatode 24 i en bipolar elektrode-montasje begge forsynt med en primær katodisk overflate som opprettholdes over overflaten av væske-laget 11. Betegnelsen "primær" som anvendt i det foreliggende når det gjelder en primær elektrode-overflate, for eksempel en primær katode-overflate, er ment å angi elektrode-overflater som er nærmest tilstøtende motsatt ladede elektrode-overflater, idet slike primære elektrode-overflater finnes der hvor elektrolyttisk aktivitet hovedsakelig finner sted. assembly and terminal cathode 24 in a bipolar electrode assembly both provided with a primary cathodic surface which is maintained above the surface of the liquid layer 11. The term "primary" as used herein refers to a primary electrode surface, for example a primary cathode -surface, is intended to denote electrode surfaces which are most closely adjacent to oppositely charged electrode surfaces, such primary electrode surfaces being found where electrolytic activity mainly takes place.

Under referanse til figur 2 er en bipolar elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse illustrert generelt som 16a. Anode-stav 17a er elektrisk forbundet med et strømoverføringsmateriale 101 såsom nikkel. Strøm-overføringsmateriale 101 er festet eller sveiset til ende-anode 19 for å lette overføringen av likestrøm ved høy strøm-styrke og lav spenning fra stav 17a til endeanode 19. Hylsen 103 beskytter dette overgangsområde mot avdekking, for eksempel mot oksygenangrep eller korrosiv påvirkning på grenseflaten mellom elektrolytt og luft. Referring to Figure 2, a bipolar electrode assembly according to the present invention is illustrated generally as 16a. Anode rod 17a is electrically connected to a current transfer material 101 such as nickel. Current transfer material 101 is attached or welded to end anode 19 to facilitate the transfer of direct current at high current strength and low voltage from rod 17a to end anode 19. Sleeve 103 protects this transition area from uncovering, for example from oxygen attack or corrosive action on the interface between electrolyte and air.

Bipolar elektrode 2 6 har en sammensatt, laminert opp-bygning slik at katode-delen, for eksempel topp-delen som illustrert her når det gjelder en i det vesentlige horisontal bipolar elektrode-montasje, er oppbygget av et materiale som er spesielt tilpasset til å fungere som en primær katode-overf late 104, for eksempel et borid. Anode-delen, for eksempel bunn-delen av den i det vesentlige horisontale bipolare elektrode, er oppbygget av et materiale som er spesielt egnet som materiale for primær anode-overflate, for eksempel et keramisk metalloksyd som omtalt nedenfor. Bipolar electrode 2 6 has a composite, laminated structure so that the cathode part, for example the top part as illustrated here in the case of an essentially horizontal bipolar electrode assembly, is made of a material that is specially adapted to act as a primary cathode surface 104, for example a boride. The anode part, for example the bottom part of the essentially horizontal bipolar electrode, is made up of a material which is particularly suitable as a material for the primary anode surface, for example a ceramic metal oxide as discussed below.

Enhver elektrode som tjener som anode i elektrolyse-cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan ansees å ha en "primær" elektrode-overflate såsom primær anodisk overflate 102 eller 106, siden størstedelen av anoden vil tjene til å lede strøm, men en primær anode-overflate nærmest den tilstøtende katode vil tilveiebringe strøm til en vei som består av den minste avstand mellom elektroder og vil tjene til å tilveiebringe strøm til den vei som har minst motstand gjennom elektrolytten. Likeledes kan den bipolare elektrode 26 som tjener som katode, betraktes for å ha en primær katode-overflate 104 som rager frem mot anoden. Any electrode serving as an anode in the electrolysis cell of the present invention may be considered to have a "primary" electrode surface such as primary anodic surface 102 or 106, since the majority of the anode will serve to conduct current, but a primary anode- surface closest to the adjacent cathode will provide current to a path consisting of the smallest distance between electrodes and will serve to provide current to the path of least resistance through the electrolyte. Likewise, the bipolar electrode 26 which serves as the cathode can be considered to have a primary cathode surface 104 which projects toward the anode.

Anode 19 er i en utførelsesform fortrinnsvis sammensatt av et materiale som er inert overfor elektrolytten og det korrosive miljø i en elektrolyse-celle, innbefattende ved de forhøyede driftstemperaturer som fordres når det gjelder fremstilling av et metall, for eksempel metaller såsom aluminium eller magnesium. Når det gjelder elektrolyttisk fremstilling av aluminium ut fra aluminiumoksyd oppløst i kryolitt, kan materialet for anode 19 være et inert anode-materiale såsom et keramisk metalloksyd. Se i denne forbindelse artiklene av Billehaug og Oye, "Inert Anodes for Aluminum Electrolysis in Hall-Heroult Cells", Aluminum 57 Anode 19 is in one embodiment preferably composed of a material which is inert to the electrolyte and the corrosive environment in an electrolysis cell, including at the elevated operating temperatures required when it comes to the production of a metal, for example metals such as aluminum or magnesium. When it comes to the electrolytic production of aluminum from aluminum oxide dissolved in cryolite, the material for anode 19 can be an inert anode material such as a ceramic metal oxide. See in this connection the articles by Billehaug and Oye, "Inert Anodes for Aluminum Electrolysis in Hall-Heroult Cells", Aluminum 57

(1981) 2, sider 146-150, 228-231. (1981) 2, pp. 146-150, 228-231.

Bipolar elektrode 26, med primær katode-overflate 104Bipolar electrode 26, with primary cathode surface 104

og primær anode-overflate 106, og endekatode 24 er anbrakt i forhold til hverandre og til endeanode 19 ved holdeinnretning innbefattende støtteinnretning som illustrert i en utførelses-form her i form av skulderbolt 107. Skulderbolt 107 omfatter et støtteelement tilpasset slik at elektrode 26 og katode 24 henger ned fra anode 19. Skulderbolt-støtteinnretningen tilveiebringer en understøttelse for elektrode-montasjen slik at elektrodene ved denne utførelsesform holdes i det vesentlige fri for understøttelse av indre overflater (ikke vist) i elektrolyse-cellen. and primary anode surface 106, and end cathode 24 are placed in relation to each other and to end anode 19 by holding device including support device as illustrated in an embodiment here in the form of shoulder bolt 107. Shoulder bolt 107 comprises a support element adapted so that electrode 26 and cathode 24 hangs down from anode 19. The shoulder bolt support device provides a support for the electrode assembly so that the electrodes in this embodiment are kept essentially free of support from internal surfaces (not shown) in the electrolysis cell.

Skulderbolt 107 er festet til endeanode 19 ved hjelp av festeinnretning 108. Festeinnretning 108 tilveiebringer også en innretning for justering av tilstøtende elektroders stilling. En slik justeringsinnretning kan ha form av en mekanisk festeinnretning såsom en mutter som ved hjelp av gjenger er tilpasset til å justere skulderbolt 107 mot endekatoden 24 og den bipolare elektrode 26. På denne måte kan elektrodenes stilling justeres slik at de er tilpasset en relativ stilling mot mellomstykkene 23 og danner elektrode-mellomromssone 109 med en spesifisert og i det vesentlige permanent dimensjon. I noen tilfeller vil feste-mutter 108 være skrudd tilbake fra en tett tilstand slik at det tillates et tilfredsstillende elektrode-bevegelsesområde som svar på potensielt ødeleggende krefter, for eksempel termiske og kjemiske krefter inne i cellen, hvorved slike krefter tilpasses uten at elektrodens helhet ødelegges. Shoulder bolt 107 is attached to end anode 19 by means of attachment device 108. Attachment device 108 also provides a device for adjusting the position of adjacent electrodes. Such an adjustment device can take the form of a mechanical fastening device such as a nut which, by means of threads, is adapted to align shoulder bolt 107 against the end cathode 24 and the bipolar electrode 26. In this way, the position of the electrodes can be adjusted so that they are adapted to a relative position against the spacers 23 and form the electrode gap zone 109 with a specified and essentially permanent dimension. In some cases, the retaining nut 108 will be turned back from a tight condition to allow a satisfactory range of electrode movement in response to potentially destructive forces, such as thermal and chemical forces within the cell, thereby accommodating such forces without destroying the integrity of the electrode. .

Innstillingsinnretninger som illustrert her i form av mellomstykker 23 av elektrisk isolerende materiale som kan motstå det korrosive miljø i elektrolyse-cellen, er som eksempel ordnet mellom anode 19 og bipolar elektrode 26 Setting devices as illustrated here in the form of intermediate pieces 23 of electrically insulating material that can withstand the corrosive environment in the electrolysis cell are, for example, arranged between anode 19 and bipolar electrode 26

under dannelse av en elektrode-mellomromssone 10 9 med spesifisert dimensjon. Mellomstykker 23 kan også være anbrakt mellom bipolar elektrode 26 og endekatode 24. Alternativt kan skulderbolt 107, som inkorporert i en utførelsesform vist her for innstilling av katode 24 i forhold til anode-overf late 106, tilpasses slik at den har en skulder 114 som fungerer slik at endekatode 24 og bipolar elektrode 26 er innstilt slik at de danner en elektrode-mellomromssone 109 while forming an electrode-gap zone 10 9 of specified dimension. Spacers 23 may also be provided between bipolar electrode 26 and terminal cathode 24. Alternatively, shoulder bolt 107, as incorporated in an embodiment shown here for positioning cathode 24 relative to anode surface 106, may be adapted to have a shoulder 114 which functions so that end cathode 24 and bipolar electrode 26 are positioned to form an electrode gap zone 109

med spesifisert dimensjon.with specified dimension.

Anode-overflate 102 på anode 19 og anode-overflate 106Anode surface 102 on anode 19 and anode surface 106

på bipolar elektrode 26 har skrånende kanaler 111 for uttak av gass dannet ved elektrolysen. Gass uttas og ledes i kanaler i en retning vekk fra elektrode-mellomromssonen 109. Gass-bevegelsen i kanalene 111 tilveiebringer en drivkraft for sirkulering av elektrolytt gjennom elektrode-mellomromssone 109. on bipolar electrode 26 has inclined channels 111 for the extraction of gas formed during the electrolysis. Gas is withdrawn and directed in channels in a direction away from the electrode gap zone 109. The gas movement in the channels 111 provides a driving force for circulation of electrolyte through the electrode gap zone 109.

Endekatode 24 har spalter eller perforeringer 112 for å lette utstrømning av elektrolyse-produkt dannet på sin primære katode-overflate 113. Spalter 112 i endekatode 24 tilveiebringer også adkomst for frisk elektrolytt inn i elektrode-mellomromssonen 109. Det kan anvendes furer i toppdelen av bipolar elektrode 26, for eksempel i katodedelen 104 (skjønt ikke vist) for å lette utstrømningen av elektrolyse-produkt dannet på primær katode-overflate 104. Slike katode-furer er fortrinnsvis justert slik at metallutstrømningen for en retning som er hovedsakelig parallell med sirkulerende elektrolytt gjennom elektrode-mellomromssonen 109. Furer i bipolar elektrode 26 har fortrinnsvis ikke en slik utstrekning at det blir huller helt gjennom elektroden, dvs. de går ikke vertikalt fullstendig gjennom en horisontal bipolar elektrode, av den grunn at slike huller ville tilveiebringe en side-passasje for strømmen, som ville forhindre metallfremstilling ved den primære katode-overflate på den bipolare elektrode. End cathode 24 has slits or perforations 112 to facilitate outflow of electrolysis product formed on its primary cathode surface 113. Slits 112 in end cathode 24 also provide access for fresh electrolyte into the electrode gap zone 109. Furrows may be used in the top portion of bipolar electrode 26, for example in the cathode portion 104 (although not shown) to facilitate the outflow of electrolysis product formed on primary cathode surface 104. Such cathode grooves are preferably aligned so that the metal outflow for a direction substantially parallel to circulating electrolyte through the electrode gap zone 109. Furrows in bipolar electrode 26 preferably do not have such an extent that there are holes completely through the electrode, i.e. they do not go vertically completely through a horizontal bipolar electrode, for the reason that such holes would provide a side passage for current, which would prevent metal formation at the primary cathode surface of the bipolar electrode.

Figur 3 illustrerer en monopolar anode-katode-montasje innbefattende anode 18 med en innskjæring 2 01 hvor det kan innsettes et støtteelement innbefattende som eksempel en opphenger-støtteknekt 22, som her har en øvre arm 2 02 som danner en ende av en hovedsakelig U-formet knekt med en nedre arm 203. Støtteknekter 22 omfatter støtteinnretning for understøttelse av en elektrode i det vesentlige fri for understøttelse av det indre celle-gulv (ikke vist). Støtte-knekt 2 2 er tilpasset slik at katode 21 henger ned fra anode 18. Støtteknekter 22 og mellomstykker 23 omfatter holdeinnretning for understøttelse av katode 21, for å holde katode 21 i stilling i forhold til anode 18 og for å opprettholde en elektrode-mellomromssone 109 med spesifisert dimensjon. Ende-hjørne 204 på anode 18 kan forstørres (ikke vist), og støtteknekt 2 2 kan være laget med en form som er egnet til at den hviler på et slikt forstørret hjørne, hvorved behovet for maskin-operasjon for å danne innskjæring 201 oppheves. Figure 3 illustrates a monopolar anode-cathode assembly including anode 18 with a cut-out 2 01 where a support element can be inserted including, for example, a hanger-support jack 22, which here has an upper arm 2 02 which forms one end of a mainly U- shaped jack with a lower arm 203. Support jack 22 comprises a support device for supporting an electrode essentially free from support of the inner cell floor (not shown). Support jack 2 2 is adapted so that cathode 21 hangs down from anode 18. Support jack 22 and intermediate pieces 23 comprise a holding device for supporting cathode 21, to keep cathode 21 in position in relation to anode 18 and to maintain an electrode gap zone 109 with specified dimension. End corner 204 of anode 18 can be enlarged (not shown), and support jack 22 can be made with a shape suitable for it to rest on such an enlarged corner, thereby eliminating the need for machine operation to form notch 201.

Ved en annen utførelsesform kan øvre arm 2 02 på støtte-knekt 22 hvile på det øvre hjørne 205 av anode 18. På denne måte kan innskjæring 2 01 unngåes mens man opprettholder egnet støtteinnretning. Støtteknekt 2 2 bør ha en smal utformning med minimal dimensjon for minimalisering av enhver begrensning av elektrolytt-strømning til elektrode-mellomromssone 109. Figur 4 illustrerer en annen form for støtteinnretning, dvs. opphenger 301, for understøttelse av katode 21 fra anode 18. Opphenger 301 har to armer, idet en arm 302 er en forlengelse av et hovedlegeme 3 03 og arm 3 02 er anbrakt i en hovedsakelig vinkel i forhold til den annen arm 304 på legemet, for eksempel i en vinkel som er hovedsakelig ca. 90° som illustrert i en utførelsesform på figur 4, for det formål å etablere opphenger 301 i anode-innskjæring 306. Mekaniske festeinnretninger eller lignende innretninger for festning (ikke vist) kan anvendes for å knytte støtteknekten eller opphengeren til anoden eller katoden. Som omtalt i det foregående anvendes mellomstykke 23 for opprettholdelse av en spesifisert dimensjon av elektrode-mellomromssonen. In another embodiment, the upper arm 202 of the support jack 22 can rest on the upper corner 205 of the anode 18. In this way, cutting 201 can be avoided while maintaining a suitable support device. Support jack 2 2 should have a narrow design with minimal dimension to minimize any restriction of electrolyte flow to electrode gap zone 109. Figure 4 illustrates another form of support device, i.e. hanger 301, for supporting cathode 21 from anode 18. Hanger 301 has two arms, one arm 302 being an extension of a main body 3 03 and arm 3 02 being placed at a mainly angle in relation to the other arm 304 on the body, for example at an angle which is mainly approx. 90° as illustrated in an embodiment of Figure 4, for the purpose of establishing hanger 301 in anode recess 306. Mechanical fastening devices or similar fastening devices (not shown) can be used to connect the support jack or hanger to the anode or cathode. As discussed above, intermediate piece 23 is used to maintain a specified dimension of the electrode space zone.

Figur 5 tilveiebringer vertikal-projeksjon og siderissFigure 5 provides a vertical projection and side view

av opphenger 3 01 for en mer fullstendig illustrasjon av opphenger 3 01. of hanger 3 01 for a more complete illustration of hanger 3 01.

Under referanse til figur 6 er det illustrert en bipolar elektrode-montasje hvori det er inkorporert en støtteinnretning innbefattende et understøttende flytelegeme. Anode 19 er anbrakt over bipolar elektrode 2 6 og endekatode 24 med tilheng 401 for kontakt med flytelegeme ("float") 402. Til- With reference to Figure 6, a bipolar electrode assembly is illustrated in which a support device including a supporting floating body is incorporated. Anode 19 is placed above bipolar electrode 26 and end cathode 24 with attachment 401 for contact with floating body ("float") 402.

heng 401 er nedsenket i flytelegeme 402, som vist. Et alterna-tiv er å ha tilheng som overlapper flytelegeme 402, som illustrert på figur 7. hanger 401 is immersed in floating body 402, as shown. An alternative is to have appendages that overlap floating body 402, as illustrated in Figure 7.

Når det gjelder aluminiumfremstilling ut fra aluminiumoksyd oppløst i en elektrolytt av kryolitt, kan flytelegeme 402 bestå av grafitt, som er en god elektrisk leder slik at strøm kan ledes gjennom det understøttende flytelegeme til væske-laget, for eksempel gjennom flytelegeme 4 02 til væske-metall-lag 11 som ved den utførelsesform som er illustrert på figur 6. Flytelegeme 402 ved en slik utførelsesform omfatter ledende innretninger for sammenknytning av katode 24 og lag 11. Grafitten i flytelegeme 402 er videre et materiale med en densitet som er mindre enn for elektrolyse-bad 9 av kryolitt, slik at flytelegeme 402 holder endekatode 24 og bipolar elektrode 26 flytende opp mot skulderbolt-mellomstykker 403. Katode 24 og bipolar elektrode 2 6 er derved fri for under-støttelse av énhver indre overflate, for eksempel gulv 8 i elektrolyse-cellen. In the case of aluminum production from aluminum oxide dissolved in an electrolyte of cryolite, floating body 402 can consist of graphite, which is a good electrical conductor so that current can be conducted through the supporting floating body to the liquid layer, for example through floating body 402 to the liquid metal layer 11 as in the embodiment illustrated in figure 6. Floating body 402 in such an embodiment comprises conductive devices for connecting cathode 24 and layer 11. The graphite in floating body 402 is furthermore a material with a density that is less than for electrolysis - bath 9 of cryolite, so that floating body 402 keeps end cathode 24 and bipolar electrode 26 floating against shoulder bolt spacers 403. Cathode 24 and bipolar electrode 2 6 are thereby free from support by any internal surface, for example floor 8 in electrolysis -the cell.

Skulderbolt-mellomstykker 403 med skuldere 404 opprettholder innstillingen av en elektrode-mellomromssone 109 med spesifisert dimensjon mellom endeanode 19, bipolar elektrode 26 og endekatode 24. Skulderbolt-mellomstykke 403 har en del 405 som går gjennom anode 19 og som er festet ved hjelp av festeinnretning 406 ved enden av anode 19 like overfor elektrode-mellomromssonen. Skulderbolt-mellomstykker 4 03 tilveiebringer innstillingsinnretninger i en anode-katode-montasje med elektroder som er anbrakt i en for-bestemt stilling under dannelse av elektrode-mellomromssonen med spesifisert dimensjon. Mellomstykker 23 kan anvendes i stedet for en del av skulder-mellomstykker 403, for eksempel bunn-delen som er illustrert her mellom katode 24 og bipolar elektrode 26. Elektrodene er fortrinnsvis utstyrt med furer eller holdere 505 etablert med riktig innstilling i til-støtende elektroder for tvingning av bevegelsen hos mellom-stykket og tilstøtende elektroder. Føreinnretninger 4 07 kan anbringes i cellegulv 8 slik at flytelegemet og katoden ikke vil bevege seg fra en stilling som er hovedsakelig under endeanode 19. Føreinnretninger 407 kan alternativt ha form av forlengelser (ikke vist) av en elektrode, for eksempel hovedsakelig vertikale forlengelser av en horisontal anode for opprettholdelse av en tilstøtende horisontal katode-overflate hovedsakelig under den horisontale anode. Slike forlengelser bør bestå av et elektrisk isolerende materiale. Shoulder bolt spacers 403 with shoulders 404 maintain the setting of an electrode gap zone 109 of specified dimension between end anode 19, bipolar electrode 26 and end cathode 24. Shoulder bolt spacer 403 has a portion 405 which passes through anode 19 and is secured by means of fastening means 406 at the end of anode 19 just opposite the electrode gap zone. Shoulder bolt spacers 4 03 provide setting means in an anode-cathode assembly with electrodes placed in a predetermined position forming the electrode gap zone of specified dimension. Spacers 23 may be used instead of a portion of shoulder spacers 403, for example the bottom portion illustrated here between cathode 24 and bipolar electrode 26. The electrodes are preferably provided with grooves or holders 505 established with proper alignment in adjacent electrodes for forcing the movement of the intermediate piece and adjacent electrodes. Guide devices 407 can be placed in cell floor 8 so that the floating body and cathode will not move from a position which is mainly below end anode 19. Guide devices 407 can alternatively take the form of extensions (not shown) of an electrode, for example mainly vertical extensions of a horizontal anode for maintaining an adjacent horizontal cathode surface substantially below the horizontal anode. Such extensions should consist of an electrically insulating material.

Endekatode 24 har forsterkende ribber 408 for å styrke katodeplaten. Spalter eller perforeringer 112 er anbrakt i katode 24 under dannelse av et katode-gitter for å lette utstrømningen av elektrolyse-produkt dannet ved katode-overflaten. Oppslemning 402 kan være i kontakt med og understøtte katode 24 umiddelbart under katode 24, for eksempel slik at den støter opp til (ikke vist) forsterknings-ribber 4 08. End cathode 24 has reinforcing ribs 408 to strengthen the cathode plate. Slots or perforations 112 are provided in cathode 24 forming a cathode grid to facilitate the outflow of electrolysis product formed at the cathode surface. Slurry 402 may be in contact with and support cathode 24 immediately below cathode 24, for example so that it abuts (not shown) reinforcement ribs 408.

Bipolar elektrode 2 6 har en sammensatt, laminert konstruksjon slik at katode-del 411 er konstruert av et materiale som er spesielt tilpasset for å fungere som katode, for eksempel et borid, og anode-delen 412, for eksempel som illustrert her ved en utførelsesform som under siden av en hovedsakelig horisontal bipolar elektrode 26, er konstruert av et materiale som er spesielt egnet som anode-materiale, som omtalt i det foregående. Bipolar electrode 2 6 has a composite, laminated construction such that the cathode part 411 is constructed of a material specially adapted to function as a cathode, for example a boride, and the anode part 412, for example as illustrated here by one embodiment which under the side of a substantially horizontal bipolar electrode 26, is constructed of a material which is particularly suitable as an anode material, as discussed above.

Under referanse til figur 7, består flytelegeme 501 av et elektrisk isolerende materiale, såsom porøs keramikk. Referring to Figure 7, floating body 501 consists of an electrically insulating material, such as porous ceramic.

Ved en slik utførelsesform kan flytelegeme 501 ha en del 502 som går gjennom katode 24 for etablering av katode 24 og den tilstøtende bipolare elektrode i en stilling i forhold til hverandre slik at det dannes en elektrode mellomromssone med spesifisert dimensjon. I det tilfelle hvor katode 24 har en densitet som er lavere enn elektrolyttens, kan ring-mellomstykke 503 være tilpasset konsentrisk med forlengelse 502 slik at katodens 24 stilling på forlengelse 502 opprettholdes. Flytelegeme 501 består av et materiale med rotasjons-og lednings-egenskaper som er hovedsakelig upåvirket ved kontakt med elektrolytten eller ved nedsenkning i det smeltede elektrolyse-produkt. Ved en slik utførelsesform hvor flyte-legeme 5 01 består av et elektrisk isolerende materiale, kan katode 24 ha tilheng 504 som går inn i metall-lag 11 og som tilveiebringer ledningsinnretning for elektrisk forbindelse mellom katode 24 og lag 11. In such an embodiment, floating body 501 may have a part 502 which passes through cathode 24 to establish cathode 24 and the adjacent bipolar electrode in a position relative to each other so that an electrode gap zone of specified dimension is formed. In the case where the cathode 24 has a density that is lower than that of the electrolyte, the ring spacer 503 can be fitted concentrically with the extension 502 so that the position of the cathode 24 on the extension 502 is maintained. Floating body 501 consists of a material with rotational and conductive properties which is essentially unaffected by contact with the electrolyte or by immersion in the molten electrolysis product. In such an embodiment where the floating body 5 01 consists of an electrically insulating material, the cathode 24 can have an attachment 504 which enters the metal layer 11 and which provides a wiring device for electrical connection between the cathode 24 and the layer 11.

Når det gjelder fremstilling av aluminium ut fra aluminiumoksyd oppløst i kryolitt består flytelegemet fortrinnsvis av et elektrisk ledende materiale, som illustrert ved flytelegeme 402 på figur 6 og består fortrinnsvis av et materiale omfattende karbon, for eksempel grafitt. Når elektrolyse-bad 9 omfatter kryolitt, er flytelegeme 402, som består av grafitt, fortrinnsvis i kontakt med metall-lag 11 i cellen og blir derved katodisk. På denne måte unngåes forbruk av grafitten ved at den forbindes med oksygen-gass dannet ved anoden. Grafitt-flytelegemet bør imidlertid beskyttes mot direkte kontakt med kryolitt-badet, for eksempel ved et be-skyttende belegningslag. When it comes to the production of aluminum from aluminum oxide dissolved in cryolite, the floating body preferably consists of an electrically conductive material, as illustrated by floating body 402 in Figure 6 and preferably consists of a material comprising carbon, for example graphite. When electrolysis bath 9 comprises cryolite, floating body 402, which consists of graphite, is preferably in contact with metal layer 11 in the cell and thereby becomes cathodic. In this way, consumption of the graphite is avoided by connecting it with oxygen gas formed at the anode. However, the graphite floating body should be protected against direct contact with the cryolite bath, for example by a protective coating layer.

Under referanse til figur 8 er det illustrert en elektrode-montasje som inkorporerer et understøttende flytelegeme omfattende et underlag 511 av et materiale med god oppdrift, With reference to Figure 8, an electrode assembly is illustrated which incorporates a supporting floating body comprising a substrate 511 of a material with good buoyancy,

med et belegg 512 av et elektrisk ledende materiale. Underlag 511 kan være enten elektrisk isolerende eller ledende. with a coating 512 of an electrically conductive material. Substrate 511 can be either electrically insulating or conductive.

Når det gjelder et underlag 511 av elektrisk isolerende materiale må belegg 512 av elektrisk ledende materiale ha en slik utstrekning at det kommer i kontakt med metall-lag 11 og danner en elektrisk kobling. Når det gjelder et elektrisk isolerende underlag bør videre belegg 512 være av tilstrekkelig tykkelse til at det leder den elektrolyttiske strøm uten stort spenningsfall. Beleggtykkelsen vil variere avhengig av det materiale som anvendes til belegget. Belegg 512 omfatter et materiale valgt på grunn av egenskaper som tilveiebringer for-bedrede katode-egenskaper. Når det for eksempel gjelder aluminium-fremstilling ut fra aluminiumoksyd oppløst i et kryolitt-elektrolysebad, er et foretrukket beleggmateriale et varmefast hardt metall som fortrinnsvis omfatter et borid såsom titan-diborid. Når det gjelder dette vil et belegg av titan-diborid over et elektrisk isolerende materiale valgt som underlag 511, for eksempel et porøst keramisk materiale, måtte ha en tykkelse i området fra ca. 0,25 til ca. 2,5 mm. In the case of a substrate 511 of electrically insulating material, coating 512 of electrically conductive material must have such an extent that it comes into contact with metal layer 11 and forms an electrical connection. In the case of an electrically insulating substrate, further coating 512 should be of sufficient thickness so that it conducts the electrolytic current without a large voltage drop. The coating thickness will vary depending on the material used for the coating. Coating 512 comprises a material selected for properties that provide improved cathode properties. When, for example, it concerns aluminum production from aluminum oxide dissolved in a cryolite electrolysis bath, a preferred coating material is a heat-resistant hard metal which preferably comprises a boride such as titanium diboride. When it comes to this, a coating of titanium diboride over an electrically insulating material chosen as substrate 511, for example a porous ceramic material, will have to have a thickness in the range from approx. 0.25 to approx. 2.5 mm.

Likevel innbefatter en foretrukket utførelsesform avNevertheless, a preferred embodiment includes

en understøttende flytelegeme-innretning med belegg 512 anvendelse av et elektrisk ledende materiale som underlag 511. a supporting floating body device with coating 512 using an electrically conductive material as substrate 511.

Ved for eksempel fremstilling av aluminium ved elektrolyseFor example, in the production of aluminum by electrolysis

av aluminiumoksyd oppløst i et kryolitt-bad, kan underlag 511 være grafitt. Ved en slik utførelsesform kan belegg 512 ha en betydelig redusert tykkelse, for eksempel i området fra ca. 0,13 til ca. 0,25 mm, siden grafitten vil lede den elektriske strøm som trenges ved elektrolysen over et større tverrsnittsområde med et lavere spenningsfall. Videre må belegg 512 påføres bare på den primære katode-overflate og behøver ikke gå inn i metall-lag 11 når det anvendes et elektrisk isolerende underlag som underlag 511 i kontakt med laget. Imidlertid belegges et understøttende flytelegeme omfattende grafitt med en belegg såsom av et borid, fortrinnsvis over hele den del av grafitten som kommer i kontakt med et fluorid-elektrolyse-bad, for eksempel kryolitt, for forhindring av nedbrytning av grafitten. of aluminum oxide dissolved in a cryolite bath, substrate 511 may be graphite. In such an embodiment, coating 512 can have a significantly reduced thickness, for example in the range from approx. 0.13 to approx. 0.25 mm, since the graphite will conduct the electric current needed for electrolysis over a larger cross-sectional area with a lower voltage drop. Furthermore, coating 512 must be applied only to the primary cathode surface and need not enter metal layer 11 when an electrically insulating substrate is used as substrate 511 in contact with the layer. However, a supporting float comprising graphite is coated with a coating such as a boride, preferably over the entire portion of the graphite in contact with a fluoride electrolysis bath, for example cryolite, to prevent degradation of the graphite.

Belegg 512 er valgt på grunn av egenskaper som tilveiebringer høy elektrisk ledningsevne, høy fuktbarhet overfor det smeltede metallprodukt dannet ved elektrolysen og høy motstandsdyktighet overfor det smeltede metallprodukt såvel som høy motstandsdyktighet overfor korrosivt angrep av elektrolyse-badet, ikke bare slik at dets egen fullstendighet bevares men også slik at det underliggende underlag beskyttes. Når det gjelder aluminium-fremstilling ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i et elektrolyse-bad av kryolitt, kan belegget være et varmefast, hardt metall såsom et borid, for eksempel titan-diborid, for å oppfylle disse kriterier og også av praktiske hensyn når det gjelder forholdet mellom lave omkostninger og utbytte. Coating 512 is selected for properties that provide high electrical conductivity, high wettability to the molten metal product formed by the electrolysis, and high resistance to the molten metal product as well as high resistance to corrosive attack by the electrolysis bath, not only so that its own integrity is preserved but also so that the underlying substrate is protected. In the case of aluminum production by electrolysis of aluminum oxide dissolved in a cryolite electrolysis bath, the coating may be a heat-resistant, hard metal such as a boride, for example titanium diboride, in order to meet these criteria and also for practical reasons in terms of the relationship between low costs and profit.

Belegg 512 kan avsettes på underlag 511 ved hjelp av kjente belegnings-fremgangsmåter såsom kjemisk dampavsetning, reaktiv fysisk dampavsetning eller ved plasma-sprøyting. Coating 512 can be deposited on substrate 511 using known coating methods such as chemical vapor deposition, reactive physical vapor deposition or by plasma spraying.

I den videre betydning av den foreliggende oppfinnelse kan anoden, eller ikke, bestå av et materiale som er inert overfor det påtenkte elektrolyttiske miljø. I det tilfelle hvor anoden ikke er inert, for eksempel i en anode som forbrukes såsom en karbonanode i kryolitt, er det understøttende flyte-legeme den foretrukkede utførelsesform av innretningen for understøttelse av en elektrode såsom for eksempel ehkatode, i det vesentlige fri for understøttelse av en indre overflate av beholder-innretningen, for eksempel det indre gulv, i cellen. Ved en slik foretrukket utførelsesform vil flytelegemet holde katoden flytende mot et mellomstykke som er anbrakt slik at det danner elektrode-mellomromssonen med en spesifisert dimensjon til tross for at anoden forbrukes i løpet av driften av cellen. In the further meaning of the present invention, the anode may or may not consist of a material which is inert to the intended electrolytic environment. In the case where the anode is not inert, for example in a consumable anode such as a carbon anode in cryolite, the supporting floating body is the preferred embodiment of the device for supporting an electrode such as, for example, an cathode, substantially free from the support of an inner surface of the container device, for example the inner floor, of the cell. In such a preferred embodiment, the floating body will keep the cathode floating against an intermediate piece positioned so as to form the electrode gap zone of a specified dimension despite the anode being consumed during the operation of the cell.

Figur 9 illustrerer en utførelsesform av cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse med en første og annen elektrode og en flytelegeme-innretning for understøttelse av den første elektrode i det vesentlige fri for understøttelse av en indre celle-overflate, for eksempel gulvet eller veggen, hvori den annen elektrode er forbundet med et adskilt væskelag med høyere ledningsevne enn elektrolytten. Anode 18a er under-støttet fri fra gulv 8 eller sidevegger 12 ved flytelegeme 6 01. Ved den utførelsesform som er illustrert her, består flytelegeme 601 av et elektrisk isolerende materiale, såsom et porøst keramisk materiale. Det trenges et elektrisk isolerende materiale siden flytelegeme 601 kommer i kontakt med anode 18a og ytterligere kommer i kontakt med metall (ikke vist) som flyter over og kommer i kontakt med katode 21a. Mellomstykke-innretninger 602 anvendes for innstilling av anode 18a i forhold til katode 21a. Mellomstykke-innretning 602 omfatter et bolt-hovedlegeme 602 som går gjennom katode 21a og ender ved kant-skulder 603. Den andre ende av mellomstykke-innretning 602 går gjennom anode 18a og ender med en gjenget forbindelse til en festeinnretning såsom en mutter 604. Men når det gjelder flytelegeme 601 er anode 18a fri til å Figure 9 illustrates an embodiment of the cell according to the present invention with a first and second electrode and a floating body device for supporting the first electrode substantially free of support from an internal cell surface, for example the floor or wall, in which the second electrode is connected to a separate liquid layer with a higher conductivity than the electrolyte. Anode 18a is supported free from floor 8 or side walls 12 by floating body 601. In the embodiment illustrated here, floating body 601 consists of an electrically insulating material, such as a porous ceramic material. An electrically insulating material is needed since floating body 601 contacts anode 18a and further contacts metal (not shown) which floats over and contacts cathode 21a. Intermediate devices 602 are used for setting anode 18a in relation to cathode 21a. Intermediate device 602 comprises a bolt main body 602 which passes through cathode 21a and ends at edge shoulder 603. The other end of intermediate device 602 passes through anode 18a and ends with a threaded connection to a fastening device such as a nut 604. But in the case of floating body 601, anode 18a is free to

gå opp eller ned på mellomstykke-innretning 602. Katode 21a er understøttet av gulv 8, som i løpet av et tidsrom vil bli vridd og beveges i elektrolyse-celler med kraftige driftsbetingelser, såsom ved elektrolyse av aluminiumoksyd for fremstilling av aluminium under anvendelse av en fluorid-elektrolytt. Ikke desto mindre vil flytelegeme-innretning 601 som drives i forbindelse med mellomstykke-innretning 602, opprettholde en i det vesentlige permanent anode-katode-avstand i elektrode-mellomromssone 109 til tross for bevegelse i gulv 8. go up or down on intermediate piece device 602. Cathode 21a is supported by floor 8, which over a period of time will be twisted and moved in electrolysis cells with severe operating conditions, such as in the electrolysis of alumina for the production of aluminum using a fluoride electrolyte. Nevertheless, float device 601 operated in conjunction with spacer device 602 will maintain a substantially permanent anode-cathode distance in electrode-gap zone 109 despite movement in floor 8.

Føreinnretninger 4 07 er anbrakt i gulv 8 for opprettholdelse av flytelegeme 601 innstilt under anode 18a. Fleksibel forbindelse 606 tilveiebringer elektrisk kontakt mellom anode 18a og elektrisk kabel 607 som står i forbindelse med Guiding devices 4 07 are placed in floor 8 for maintaining floating body 601 set under anode 18a. Flexible connection 606 provides electrical contact between anode 18a and electrical cable 607 which communicates with

en elektrisk kraft-forsyning.an electrical power supply.

Justéringsinnretninger, vist her ved en utførelsesformAdjustment devices, shown here by one embodiment

i form av en mutter 604 som ved hjelp av gjenger er tilpasset til mellomstykke 602, kan variere anode-katode-avstanden som er etablert ved hjelp av mellomstykke 602, hvorved det tilveiebringes en justerbar eller variabel mellomstykke-innretning. Alternativt kan det inkorporeres et festet mellomstykke i form av et mellomstykke 23 (som vist på tidligere figurer) eller en konsentrisk hylse for mellomstykke 602 in the form of a nut 604 which by means of threads is adapted to intermediate piece 602, the anode-cathode distance established by means of intermediate piece 602 can vary, whereby an adjustable or variable intermediate piece device is provided. Alternatively, a fixed intermediate piece can be incorporated in the form of an intermediate piece 23 (as shown in previous figures) or a concentric sleeve for intermediate piece 602

(som vist på etterfølgende figurer), for eksempel innstillingsinnretninger 704 som vist på figur 9). For etablering av en permanent anode-katode-avstand, for eksempel ved en minimal anode-katode-avstand etablert mellom anode 18a og katode 21a ved at anode 18a trekkes ned til et slikt festet mellomstykke eller hylse (ikke vist). (as shown in subsequent figures), for example setting devices 704 as shown in figure 9). For the establishment of a permanent anode-cathode distance, for example by a minimal anode-cathode distance established between anode 18a and cathode 21a by drawing anode 18a down to such a fixed intermediate piece or sleeve (not shown).

Under referanse til figur 10 er det illustrert en elektrolyse-celle ifølge den foreliggende oppfinnelse med elektrode-mellomromssone 10 9 dannet ved en gjensidig anode-katode-innstilling av skrånende eller ikke-horisontale monopolare anoder 701 og på lignende måte ordnede monopolare katoder 702. Anodene 701 er elektrisk forbundet med nikkel-samleskinner 101, og katodene 702 er hver i elektrisk kontakt med væskelag 11, hvori det oppsamles væskeformig produkt fra elektrolysen i elektrode-mellomromssoner 109. En hellende, for eksempel skrånende eller tilspisset elektrode-overflate med i det vesentlige parallelle anode-katode-forhold er foretrukket i forhold til vertikal innbyrdes innstilling på grunn av reduksjon av potensialet for re-oksydering av nedover-strømmende metall. De tilspissede elektroder har den funksjon å lede utviklet gass i kanaler langs anoden og bortfra katoden. Et hellende eller skrånende forhold letter også justering av anode-katode-avstanden ved at anoden eller katoden beveges opp eller ned. With reference to Figure 10, there is illustrated an electrolysis cell according to the present invention with electrode space zone 109 formed by a mutual anode-cathode arrangement of inclined or non-horizontal monopolar anodes 701 and similarly arranged monopolar cathodes 702. The anodes 701 is electrically connected to nickel busbars 101, and the cathodes 702 are each in electrical contact with liquid layer 11, in which liquid product from the electrolysis is collected in electrode gap zones 109. An inclined, for example sloping or pointed electrode surface with substantially parallel anode-cathode relationships are preferred over vertical alignment due to reduction of the potential for reoxidation of downflowing metal. The pointed electrodes have the function of directing evolved gas in channels along the anode and away from the cathode. A sloping or sloping relationship also facilitates adjustment of the anode-cathode distance by moving the anode or cathode up or down.

Innretninger for understøttelse og for innstilling av elektrodene under dannelse av elektrode-mellomromssone 109 med spesifisert dimensjon er illustrert her hver ved en ut-førelsesform som henholdsvis bolt-understøttelsesinnretriing 703 og hylse-innstillingsinnretning 704, hver med material-egenskaper som er lik egenskapene hos mellomstykke 23, som illustrert på tidligere figurer og som beskrevet i det foregående. Bolter 703 går gjennom anodene og katodene og enda i festeinnretninger 706 såsom muttere som ved hjelp av gjenger er tilpasset bolter 703 slik at anoder 701 og katoder 7 02 kan bli tettet mot mellomstykke-hylser 7 04 Devices for supporting and for setting the electrodes while forming the electrode-space zone 109 of specified dimension are illustrated here each by an embodiment as respectively bolt support device 703 and sleeve setting device 704, each with material properties similar to the properties of spacer 23, as illustrated in previous figures and as described above. Bolts 703 go through the anodes and cathodes and even in fastening devices 706 such as nuts which are adapted to bolts 703 by means of threads so that anodes 701 and cathodes 7 02 can be sealed against intermediate piece sleeves 7 04

under dannelse av elektrode-mellomromssone 109 med spesifisert dimensjon. while forming electrode gap zone 109 of specified dimension.

I montasjen av skrånende monopolare elektroder vist på figur 10, med unntak av endeelektrodene, opererer hver anode og hver katode i forbindelse med to tilstøtende, motsatt ladede monopolare elektrodeoverflater. Skrånende elektrode-overf later kan også anvendes i et bipolart arrangement, for eksempel to endeanoder anbrakt ved hver ende av en montasje av skrånende, bipolare elektroder, sammen med en endekatode i midten med elektrisk forbindelse med væske-laget. I en slik bipolar celle (ikke vist) strømmer strømmen fra en ytre anode innover gjennom en eller flere bipolare elektroder og endelig til den midtre endekatode. Alternativt kan de ytre elektroder være i kontakt med metall-laget, og det kan be-virkes at strømmen strømmer fra en midtre endeanode gjennom en eller flere bipolare elektroder til de ytre elektroder, som hver tjener som endekatode. In the assembly of inclined monopolar electrodes shown in Figure 10, with the exception of the end electrodes, each anode and each cathode operate in conjunction with two adjacent, oppositely charged monopolar electrode surfaces. Inclined electrode surfaces can also be used in a bipolar arrangement, for example two end anodes placed at each end of an assembly of inclined bipolar electrodes, together with an end cathode in the middle with electrical connection to the liquid layer. In such a bipolar cell (not shown), the current flows from an outer anode inwards through one or more bipolar electrodes and finally to the middle end cathode. Alternatively, the outer electrodes can be in contact with the metal layer, and it can be caused that the current flows from a middle end anode through one or more bipolar electrodes to the outer electrodes, each of which serves as an end cathode.

Figur 11 illustrerer en utførelsesform av elektrolyse-cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse med skrånende elektrode-montasje 801. Katode 802 er tilpasset slik at den henger på bolt 803 med en spesifisert dimensjon under anode 804. Mellomstykke 23 er anbrakt mellom katode 802 og anode 804 slik at når bolt 803 og justeringsinnretninger 805, Figure 11 illustrates an embodiment of the electrolysis cell according to the present invention with inclined electrode assembly 801. Cathode 802 is adapted so that it hangs on bolt 803 with a specified dimension below anode 804. Intermediate piece 23 is placed between cathode 802 and anode 804 as follows that when bolt 803 and adjusters 805,

for eksempel som vist her i form av en mutter som ved hjelp av gjenger er tilpasset til bolt 803, justerer elektrodene opp til mellomstykke 23, inntar elektrode-mellomromssone 109 en i det vesentlige permanent anode-katode-avstand. Samleskinner 806, forbundet med en elektrisk kraftforsyning, leder strøm til strømoverføringsmateriale 101 såsom nikkel. Spalter eller perforeringer er tilveiebrakt i katode 8 02, som mer fullstendig illustrert på figur 12. for example as shown here in the form of a nut which by means of threads is adapted to bolt 803 aligns the electrodes up to intermediate piece 23, electrode gap zone 109 occupies an essentially permanent anode-cathode distance. Busbars 806, connected to an electrical power supply, conduct current to current transfer material 101 such as nickel. Slots or perforations are provided in cathode 8 02, as more fully illustrated in Figure 12.

Figur 12 viser et sideriss av elektrode-montasje 801. Spalter eller perforeringer 811 i katode 802 er illustrert. Den nedre forlengelse av katode 8 02 viser seg som en halé-del, med utskjæring 812, til å dyppes ned i det adskilte væskelag (ikke vist) med høyere ledningsevne enn nevnte elektrolytt, for eksempel laget av metallprodukt. Spalter eller perforeringer 811 og utskjæring 812 er tilveiebrakt Figure 12 shows a side view of electrode assembly 801. Slots or perforations 811 in cathode 802 are illustrated. The lower extension of cathode 8 02 appears as a hallé part, with cut-out 812, to be dipped into the separated liquid layer (not shown) of higher conductivity than said electrolyte, for example made of metal product. Slots or perforations 811 and cutout 812 are provided

for å lette avløpet for elektrolyse-produkt-væske fra katode 802 og videre for å lette tilførselen av frisk elektrolytt til elektrode-mellomromssonen, dvs. til det elektrolyse-område som befinner seg mellom elektrodene. to facilitate the drainage of electrolysis product liquid from cathode 802 and further to facilitate the supply of fresh electrolyte to the electrode gap zone, i.e. to the electrolysis area located between the electrodes.

Under referanse til figur 13 er det vist en elektrode-montasje 901 med skrånende anode 902, som omslutter delvis blottlagt skrånende katode 903 anbrakt innenfor, og omgitt på tre sider av, anode 902 som illustrert mer fullstendig på figur 14. Bolt 904, av elektrisk isolerende materiale inert overfor det elektrokjemiske miljø, går gjennom hele dybden av elektrode-montasjen slik at den understøtter katode-staver 903 fra anode 902, som mer fullstendig avbildet på figur 14. Referring to Figure 13, there is shown an electrode assembly 901 with sloped anode 902, enclosing a partially exposed sloped cathode 903 disposed within, and surrounded on three sides by, anode 902 as illustrated more fully in Figure 14. Bolt 904, of electrical insulating material inert to the electrochemical environment, runs through the entire depth of the electrode assembly so that it supports cathode rods 903 from anode 902, as more fully depicted in Figure 14.

Figur 14 illustrerer et enderiss av anode-katode-strukturen av den skrånende elektrode-montasje vist på figur 13, langs enderiss XIII. Elektrisk isolerende mellomstykke-innretninger 906, for eksempel som illustrert her ved en ut-førelsesform i form av en hylse konsentrisk overfor bolt Figure 14 illustrates an end view of the anode-cathode structure of the inclined electrode assembly shown in Figure 13, along end view XIII. Electrically insulating spacer devices 906, for example as illustrated here by an embodiment in the form of a sleeve concentric with bolt

904, fungerer slik at katode 903 innstilles i forhold til anode 902. Justeringsinnretning 907 i form av en mutter som ved hjelp av gjenger er tilpasset bolt 904, anvendes for å lette montasjen av anode-katode-strukturen. 904, functions so that cathode 903 is set in relation to anode 902. Adjustment device 907 in the form of a nut which is adapted to bolt 904 by means of threads, is used to facilitate the assembly of the anode-cathode structure.

Den der referanse til _figur 15 er det illustrert en elektrolyse-celle, hvori det er inkorporert en første elektrode holdt i det vesentlige fri for understøttelse av en indre celle-overflate og en andre elektrode elektrisk forbundet med et væskelag med høyere ledningsevne enn elektrolytten. Fleksibel innretning 606 utgjør en elektrisk forbindelse mellom anode 18b og en elektrisk kraft-kilde (ikke vist) gjennom kabel 607. Anode 18b holdes i det vesentlige fri With reference to figure 15, an electrolysis cell is illustrated, in which is incorporated a first electrode kept substantially free of support by an internal cell surface and a second electrode electrically connected to a liquid layer with a higher conductivity than the electrolyte. Flexible device 606 constitutes an electrical connection between anode 18b and an electrical power source (not shown) through cable 607. Anode 18b is kept substantially free

for understøttelse av en indre celle-overflate såsom gulv 8. Ved den utførelsesform som er vist har katode 21b et hale-stykke 28b som er understøttet av gulv 8, og anode 18b er understøttet av katode 21b. Mellomstykker 23 og justeringsinnretning 108 samarbeider for innstilling av anode 18b og katode 21b og dannelse av elektrode-mellomromssone 109 med for supporting an internal cell surface such as floor 8. In the embodiment shown, cathode 21b has a tail piece 28b which is supported by floor 8, and anode 18b is supported by cathode 21b. Spacers 23 and adjustment device 108 cooperate for setting anode 18b and cathode 21b and forming electrode-space zone 109 with

spesifisert dimensjon. Elektrode-mellomromssone 109 vil ikke variere i noen vesentlig grad til tross for bevegelse av gulv 8 og derav følgende bevegelse av katode 21b. specified dimension. Electrode gap zone 109 will not vary to any significant extent despite movement of floor 8 and consequent movement of cathode 21b.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ved etThe present invention provides by a

aspekt innretninger til å holde katoden i stilling i forhold til anoden mens én elektrode understøttes slik at den er i det vesentlige fri for understøttelse av de indre overflater i cellen og videre mens det på samme tid er inkorporert innretninger for elektrisk kontakt mellom katoden og væske- aspect devices for holding the cathode in position in relation to the anode while one electrode is supported so that it is essentially free of support from the internal surfaces of the cell and further while at the same time devices are incorporated for electrical contact between the cathode and liquid

laget av elektrolyttisk produkt. Selv når katoden omfatter elektroden holdt i det vesentlige fri for understøttelse av indre celle-overflater, kan ikke desto mindre katoden være i kontakt med den indre overflate i cellen så lenge en slik kontakt ikke er nødvendig for en stiv understøttelse av katoden eller så lenge en slik kontakt ikke vil forringe elektrode-innstillingen og forandre det spesifiserte elektrode-mellomrom som i det tilfelle hvor anoden består av den ene elektrode holdt i det vesentlige fri for understøttelse av en indre celle-overflate. Fortrinnsvis kommer imidlertid ikke katoden i kontakt med de indre overflater i cellen. I hvert tilfelle er det vesentlige punkt at én elektrode tvinges i tredimensjonalt rom bare med hensyn til den annen elektrode og ikke med hensyn til en indre celle-overflate for å begrense elektrolytt eller elektrolyse-produkt. made of electrolytic product. Even when the cathode includes the electrode kept substantially free of supporting internal cell surfaces, the cathode may nevertheless be in contact with the internal surface of the cell as long as such contact is not necessary for a rigid support of the cathode or as long as a such contact will not impair the electrode setting and change the specified electrode spacing as in the case where the anode consists of one electrode kept substantially free of support by an internal cell surface. Preferably, however, the cathode does not come into contact with the internal surfaces of the cell. In each case, the essential point is that one electrode is forced in three-dimensional space only with respect to the other electrode and not with respect to an internal cell surface to confine electrolyte or electrolysis product.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ledende innretninger for elektrisk forbindelse mellom en første elektrode og væske-laget med høyere ledningsevne enn elektrolytten. Elektroden som har en slik forbindelse, kan være en elektrode som tvinges i tredimensjonalt rom bare i forbindelse med en annen elektrode, for eksempel, med andre ord, som holdes i det vesentlige fri for understøttelse av en indre celle-overflate, eller den elektrode som har en slik forbindelse, kan være den annen elektrode. I sistnevnte tilfelle, dvs. der hvor den elektrode som er forbundet med væske-laget, ikke nødvendigvis holdes i det vesentlige fri for understøttelse av en indre cellevegg, kan den elektrode som holdes fri,,værefleksibelt elektrisk forbundet med en kilde for elektrisk kraft. På denne måte vil en slik kilde for elektrisk kraft ikke være slik at den i tredimensjonalt rom tvinger den elektrode som holdes i det vesentlige fri for understøttelse The present invention provides conductive devices for electrical connection between a first electrode and the liquid layer with a higher conductivity than the electrolyte. The electrode having such a connection may be an electrode which is forced in three-dimensional space only in connection with another electrode, for example, in other words, which is kept substantially free of support by an internal cell surface, or the electrode which has such a connection, may be the second electrode. In the latter case, i.e. where the electrode which is connected to the liquid layer is not necessarily kept substantially free of support by an inner cell wall, the electrode which is kept free can be flexibly electrically connected to a source of electric power. In this way, such a source of electric power will not be such that in three-dimensional space it forces the electrode which is kept substantially free of support

av den indre celle-overflate.of the inner cell surface.

I noen elektrolyse-celler kan en elektrode være under-støttet ved den indre sidevegg i cellen, for eksempel såsom den som er vist i Jacobs US-patent 3 745 107. En slik strukturell begrensning kan tilpasses ved cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse. Når denne type av elektrode-understøttelse ved den indre sidevegg er tilpasset ifølge den foreliggende oppfinnelse, vil den annen elektrode typisk være den elektrode som holdes i det vesentlige fri for understøttelse av en indre celle-overflate og vil videre være den elektrode som er elektrisk forbundet med væske-laget med ledningsevne som er høyere enn elektrolytten. In some electrolysis cells, an electrode may be supported by the inner side wall of the cell, for example as shown in Jacobs US Patent 3,745,107. Such a structural limitation may be accommodated by the cell and method of the present invention. When this type of electrode support at the inner side wall is adapted according to the present invention, the second electrode will typically be the electrode that is kept substantially free of support by an inner cell surface and will further be the electrode that is electrically connected with the liquid layer having a higher conductivity than the electrolyte.

Den foreliggende oppfinnelse innbefatter innretning tilThe present invention includes a device for

å holde en av elektrodene i stilling i forhold til den annen under dannelse av en elektrode-mellomromssone til å inneholde elektrolytt. En slik holdeinnretning kan omfatte innretning til å understøtte en elektrode fra en annen og kan videre omfatte innretning av elektrisk isolerende materiale for innstilling av elektrodene. holding one of the electrodes in position relative to the other forming an electrode gap zone to contain electrolyte. Such a holding device may include a device to support one electrode from another and may further include a device of electrically insulating material for setting the electrodes.

En spesiell fordel ved elektrolyse-cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse er evnen til å etablere og opprettholde en elektrode-mellomromssone med spesifisert dimensjon. Når i det vesentlige inerte elektroder er inkorporert i en slik celle kan elektrode-mellomromssonen med spesifisert dimensjon videre være fremstilt slik at man får et i det vesentlige permanent forhold med mellomrom mellom elektrodene under oppnåelse av en elektrode-mellomromssone med i det vesentlige permanent anode-katode-avstand. En slik permanent anode-katode-avstand var tidligere uoppnåelig med konvensjonelle elektrode-montasjer, ikke bare på grunn av problemer som kunne tilskrives elektroder som ble forbrukt, men også fordi konvensjonelle elektroder ble understøttet av celle-gulvet eller -veggene. En permanent anode-katode-avstand i en slik elektrode-montasje understøttes av det indre celle-gulv eller -vegger ville ha blitt ødelagt av problemer i forbindelse med celleforings-forringelser som skyldes inntreng.ri.iing av elektrolytt og flytende elektrolyse-produkt såvel som inn-skytning av andre metall-typer som er til stede i elektrolytten, såsom natrium i kryolitt, som forårsaker hevelse, vridning og deformasjon av de indre celle-overflater, for eksempel det indre karbon-gulv og -vegger i den aluminium-produserende elektrolyse-celle. A particular advantage of the electrolysis cell according to the present invention is the ability to establish and maintain an electrode-space zone with specified dimensions. When substantially inert electrodes are incorporated in such a cell, the electrode-space zone with specified dimensions can further be produced so that an essentially permanent ratio of space between the electrodes is obtained while achieving an electrode-space zone with essentially permanent anode- cathode distance. Such a permanent anode-cathode distance was previously unattainable with conventional electrode assemblies, not only because of problems attributable to electrodes being consumed, but also because conventional electrodes were supported by the cell floor or walls. A permanent anode-cathode distance in such an electrode assembly supported by the inner cell floor or walls would have been destroyed by problems in connection with cell lining deterioration due to ingress of electrolyte and liquid electrolysis product as well such as injection of other metal types present in the electrolyte, such as sodium in cryolite, which causes swelling, twisting and deformation of the internal cell surfaces, for example the internal carbon floor and walls in the aluminium-producing electrolysis cell.

Innstillingsinnretningene, for eksempel som illustrert ved en utførelsesform med betegnelsen mellomstykke 23 på The setting devices, for example as illustrated by an embodiment with the designation intermediate piece 23 on it

noen av figurene, må være av et materiale som er elektrisk isolerende; må være hovedsakelig inert overfor badet ved driftstemperaturer, hvilke temperaturer, når det gjelder kommersiell elektrolyttisk aluminium-fremstilling ut fra aluminiumoksyd oppløst i kryolitt, er typisk i området fra ca. 920 til ca. 1000°C; må være stabile i nærvær av oppløst metall eller suspendert eller agglomerert, smeltet metall fremstilt ved elektrolysen; og må ikke reagere hovedsakelig med anode-produkter fra elektrolysen, for eksempel, ved fremstilling av aluminium ut fra aluminiumoksyd oppløst i kryolitt, oksygen-gass ved anvendelse av inerte anoder, eller CO- og C02~gass ved anvendelse av karbonanoder. Materialer såsom nitrider og oksynitrider, innbefattende bor-nitrid, silisium-nitrid, silisium-oksynitrid, aluminium-oksynitrid eller et oksyd/blandet oksyd såsom et keramisk oksyd eller et karbid eller nitrid/karbid-kompositt med lav elektrisk ledningsevne er egnede materialer for innstillingsinnretningene ifølge den foreliggende oppfinnelse. Egnede keramiske oksyder som er motstandsdyktige overfor oksygen-angrep innbefatter, men er ikke begrenset til, materialer såsom tinn(IV)-oksyd, koboltoksyd, jernoksyd eller en blanding av nikkeloksyd og jernoksyd. some of the figures must be of a material that is electrically insulating; must be essentially inert towards the bath at operating temperatures, which temperatures, in the case of commercial electrolytic aluminum production from aluminum oxide dissolved in cryolite, are typically in the range from approx. 920 to approx. 1000°C; must be stable in the presence of dissolved metal or suspended or agglomerated, molten metal produced by the electrolysis; and must not react mainly with anode products from the electrolysis, for example, when producing aluminum from aluminum oxide dissolved in cryolite, oxygen gas when using inert anodes, or CO and C02 gas when using carbon anodes. Materials such as nitrides and oxynitrides, including boron nitride, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxynitride or an oxide/mixed oxide such as a ceramic oxide or a carbide or nitride/carbide composite with low electrical conductivity are suitable materials for the setting devices according to the present invention. Suitable ceramic oxides resistant to oxygen attack include, but are not limited to, materials such as tin(IV) oxide, cobalt oxide, iron oxide or a mixture of nickel oxide and iron oxide.

En mellomstykke-opphenger i ett stykke, dvs. et elementAn intermediate piece hanger in one piece, i.e. one element

1 et stykke, for eksempel en støtteknekt som tjener som holdeinnretning innbefattende at den fungerer som en innretning til understøtting av elektrodene i det vesentlige fri for under-støttelse av en indre overflate i cellen og dessuten fungerer som innretning til å anbringe elektrodene i stilling under dannelse av en elektrode-mellomromssone med spesifisert dimensjon, kan gi den fordel at den ikke skader eller redu-serer overflatearealet av anode-katode-mellomromssonen, siden det ikke behøves noe mellomstykke, som vist ved mellomstykke 2 3 på figurene. Imidlertid gir et mellomstykke, som påtenkt ved én utførelsesform av innstillingsinnretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, for eksempel et element som skal innsettes mellom elektrodene for å holde elektrodene i stilling i forhold til hverandre, omfattende et element adskilt fra understøttelsesinnretningen, den fordel at det er lettere å konstruere og produsere i form av egnede formstykker og gir videre den fordel at det fordrer bare tilstrekkelig trykkfasthet snarere enn strekkfasthet, hvilken trykkfasthet kan tilveiebringes lettere ved ellers egnede materialer. Når det gjelder dette trenges det ingen understøttelsesknekt eller -opphenger når det anvendes et flytelegeme som innretning for understøttelse av en katode i det vesentlige fri for understøttelse av den indre overflate i cellen, og enhver fordring om tilstrekkelig virkelig strekkfast unngåes derved. 1 a piece, for example a support jack which serves as a holding device including that it functions as a device for supporting the electrodes substantially free from supporting an internal surface in the cell and also functions as a device for placing the electrodes in position during formation of an electrode-gap zone of specified dimension, can give the advantage that it does not damage or reduce the surface area of the anode-cathode-gap zone, since no intermediate piece is needed, as shown by intermediate piece 2 3 in the figures. However, an intermediate piece, as contemplated by one embodiment of the setting device according to the present invention, for example an element to be inserted between the electrodes to keep the electrodes in position relative to each other, comprising an element separate from the support device, offers the advantage that it is easier to construct and produce in the form of suitable molded pieces and further provides the advantage that it only requires sufficient compressive strength rather than tensile strength, which compressive strength can be provided more easily by otherwise suitable materials. As far as this is concerned, no support jack or hanger is needed when a floating body is used as a device for supporting a cathode essentially free of support for the inner surface of the cell, and any requirement for sufficient actual tensile strength is thereby avoided.

Den flytelegeme-understøttelsesinnretning som det tas sikte på, kan være elektrisk ledende i det tilfelle når den er anbrakt under begge elektrodene, såsom når den under-støtter bunnelektroden i en horisontal stabel i det vesentlige fri for understøttelse av en indre celleoverflate og det ikke i alminnelighet finnes noe spenningsfall som gjør at den tar del i elektrolysen. Når flytelegemet har god elektrisk ledningsevne kan det videre også tilpasses slik at det omfatter innretningen til å bringe den tilstøtende elektrode i elektrisk kontakt med væske-laget som har en ledningsevne som er høyere enn elektrolyttens, såsom når det gjelder å bringe katoden i kontakt med det smeltede metall-lag av elektrolyse-produkt . The floating body support device contemplated may be electrically conductive in the case where it is disposed below both electrodes, such as when it supports the bottom electrode in a horizontal stack substantially free of support by an inner cell surface and not in there is usually some voltage drop that causes it to take part in the electrolysis. When the floating body has good electrical conductivity, it can further also be adapted so that it includes the device for bringing the adjacent electrode into electrical contact with the liquid layer which has a conductivity that is higher than that of the electrolyte, such as when it comes to bringing the cathode into contact with the molten metal layers of electrolysis product.

Cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter etablering av en katode som består av en annen katode-overflate enn overflaten på væskelaget av elektrolyse-produkt og også innbefatter innretning for å lette avløp for elektrolyse-produkt, såsom smeltet metall, dannet på en slik katode-overf late. Cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter videre innretning til å lede gass i kanal fra anode-overflaten, såsom å lede i kanal oksygen-gass som produkt fra elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i kryolitt fra den inert anode-overflate. The cell according to the present invention comprises the establishment of a cathode which consists of a different cathode surface than the surface of the liquid layer of electrolysis product and also includes means to facilitate the drainage of electrolysis product, such as molten metal, formed on such a cathode surface pretend. The cell according to the present invention further includes means to lead gas into the channel from the anode surface, such as to lead into the channel oxygen gas as a product of electrolysis of aluminum oxide dissolved in cryolite from the inert anode surface.

Innretning til å lede gass i kanal bortfra den primære anode-overflate vil redusere problemer med dårlig strømut-bytte og vil følgelig forbedre energi-utbyttet. En slik kanaliseringsinnretning kan ha form av skrånende, dvs. ikke-horisontale kanaler som løper gjennom anoden i en retning slik at gass ledes bort fra den primære anode-overflate. Device for directing gas in a channel away from the primary anode surface will reduce problems with poor current yield and will consequently improve the energy yield. Such a channeling device can take the form of sloping, i.e. non-horizontal channels that run through the anode in a direction so that gas is led away from the primary anode surface.

Videre tilveiebringer en slik skrånende innretning til åFurthermore, such an inclined device provides to

lede gass i kanal også innretning til sirkulering av elektrolyse-saltbad gjennom elektrode-mellomromssonen, idet gassen tilveiebringer drivkraften til etablering av "frisk" elektrolytt med tilfredsstillende sammensetning innenfor elektrode-mellomromssonen. Strømmen av elektrolyse-bad gjennom elektrode-mellomromssonen soper metall fra katoden hvorved dannelse av store metalldråper forhindres, hvilke kunne kortslutte elektrode-mellomromssonen. Skrånende eller hellende kanaler fungerer slik at hastighetenøkes og dybden av gassen reduseres ettersom den beveges gjennom kanalene. Hovedsakelig horisontale kanaler kan anvendes hvis kanalene er laget store nok til at de er tilpasset en ellers dypere gass-strøm som følger med lavere hastighet. lead gas in channel also device for circulating electrolytic salt bath through the electrode space zone, the gas providing the driving force for establishing "fresh" electrolyte with a satisfactory composition within the electrode space zone. The flow of electrolytic bath through the electrode gap zone sweeps metal from the cathode, thereby preventing the formation of large metal droplets which could short-circuit the electrode gap zone. Inclined or inclined channels work so that the velocity increases and the depth of the gas decreases as it moves through the channels. Mainly horizontal channels can be used if the channels are made large enough so that they are adapted to an otherwise deeper gas flow that follows at a lower speed.

Innretning til å lette avløp av smeltet metall dannet på katoden, vil redusere problemer som kan tilskrives en opp-hopning eller agglomerering av metall på katoden ved den primære katode-overflate og kan tilveiebringes ved at man anvender forsiden av et katode-gitter eller perforert plate som endekatode og ved at det anvendes furer i den primære katode-overf late som danner topp-delen av en bipolar elektrode. En slik katode består, når det gjelder aluminium-fremstilling, fortrinnsvis av et materiale som omfatter et varmefast, hardt metall såsom et borid, og fortrinnsvis diboridet av titan på grunn av omkostningshensyn i forhold til utbytte. Titan-diborid tilveiebringer en katode-overflate som fuktes med en tynn film av aluminium-elektrolyse-produkt. Aluminium-produktet som dannes ved den fuktede katode, hopes ikke opp ved agglomerering av ikke-fuktende dråper på katoden, men strømmer snarere over den bipolare elektrode eller drypper gjennom gitteret eller den perforerte plate på endekatoden til et væske-lag av smeltet metall som begrenses under av de indre overflater i cellen. TiB2-overflaten kan være tilveiebrakt som et belegg over et mindre kostbart metallunderlag, for eksempel som et TiB2-belegg påført ved plasmasprøyting på et nikkelunderlag. Means of facilitating runoff of molten metal formed on the cathode will reduce problems attributable to a build-up or agglomeration of metal on the cathode at the primary cathode surface and may be provided by the use of the face of a cathode grid or perforated plate as end cathode and by using furrows in the primary cathode surface which forms the top part of a bipolar electrode. Such a cathode, when it comes to aluminum production, preferably consists of a material comprising a heat-resistant, hard metal such as a boride, and preferably the diboride of titanium due to cost considerations in relation to yield. Titanium diboride provides a cathode surface which is wetted with a thin film of aluminum electrolysis product. The aluminum product formed at the wetted cathode is not accumulated by agglomeration of non-wetting droplets on the cathode, but rather flows over the bipolar electrode or drips through the grid or perforated plate of the terminal cathode into a liquid layer of molten metal that is confined beneath the inner surfaces of the cell. The TiB2 surface can be provided as a coating over a less expensive metal substrate, for example as a TiB2 coating applied by plasma spraying on a nickel substrate.

Ledende innretninger for elektrisk tilkobling av én elektrode til laget er tilveiebrakt ved en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse for en slik primær katode-overflate som holdes over væske-laget ved hjelp av ledende inn retninger som kan ha form av en haledel på katoden. De ledende innretninger for elektrisk kobling mellom en elektrode og laget kan tilveiebringes ved hjelp av andre innretninger enn en haledel som er dyppet ned i væske-laget, for eksempel en blokk-formet forlengelse av katoden som er dyppet ned i laget. En haledel på en elektrode er den foretrukkede ut-førelsesform av de ledende elementer siden en slik utformning fordrer mindre materiale og forøker utstrømningen av elektrolyse-produkt såsom redusert metall fra en primær katodeoverflate ved at det tilveiebringes mer volum for utstrømning, hvilken forøket utstrømning kan være viktig ved opprettholdelse av en spesifisert og i betydelig grad redusert anode-katode-avstand. Conductive devices for electrical connection of one electrode to the layer are provided by an embodiment of the present invention for such a primary cathode surface which is held above the liquid layer by means of conductive devices which can take the form of a tail part of the cathode. The conductive devices for electrical connection between an electrode and the layer can be provided by means of devices other than a tail part which is dipped into the liquid layer, for example a block-shaped extension of the cathode which is dipped into the layer. A tail portion of an electrode is the preferred embodiment of the conductive elements since such a design requires less material and increases the outflow of electrolysis product such as reduced metal from a primary cathode surface by providing more volume for outflow, which increased outflow may be important in maintaining a specified and significantly reduced anode-cathode distance.

Kombinasjonen av den foretrukkede gitter-utformningThe combination of the preferred lattice design

for den primære katode-overflate og de ledende innretninger for elektrisk kobling mellom en slik overflate og væske-laget gav elektrolyse-produkt sammen med de passende materialer for katode-overflaten, danner en viktig kombinasjon med de andre elementer i elektrolyse-cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse ved dette ene aspekt slik at man overvinner problemer og hindringer som har vært lenge, som forhindrer en redusert anode-katode-avstand, innbefattende den bevirkede fortrengning av smeltet produkt som forårsaker kortslutning ved konvensjonelle elektrolyse-smeltningsprosesser for fremstilling av metall og spesielt ved Hall-Heroult-celle-smelting for fremstilling av aluminium. Enhver slik bevirket fortrengning av metall blir kraftigere ettersom strømstyrken økes, og cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse gir, for the primary cathode surface and the conductive devices for electrical coupling between such a surface and the liquid layer yielded electrolysis product together with the appropriate materials for the cathode surface form an important combination with the other elements of the electrolysis cell according to the present invention invention in this one aspect so as to overcome long-standing problems and obstacles which prevent a reduced anode-cathode distance, including the induced displacement of molten product which causes short-circuiting in conventional electrolytic smelting processes for the manufacture of metal and especially in Hall -Heroult cell smelting for the production of aluminium. Any displacement of metal thus effected becomes more severe as the amperage is increased, and the cell and method of the present invention provide,

ved at problemer som kan tilskrives slik fortrengning, over-vinnes, følgelig anledning til elektrolyttisk smelting av et metall såsom aluminium ved høyere strømstyrker. in that problems attributable to such displacement are overcome, consequently giving rise to electrolytic melting of a metal such as aluminum at higher amperages.

En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter regulerbar tømning av materiale fra væske-laget i cellen for opprettholdelse av en primær katode-overflate over laget. En slik tømning blir viktig ved passende tidspunkter for forhindring av over-svømming av katode-gitteret eller den perforerte plate, hvorved produkt-utstrømning fra katode-overflaten forhindres. A preferred embodiment of the method according to the present invention includes controllable emptying of material from the liquid layer in the cell to maintain a primary cathode surface above the layer. Such emptying becomes important at appropriate times to prevent flooding of the cathode grid or perforated plate, thereby preventing product outflow from the cathode surface.

Cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet ved fremstilling av et metall såsom aluminium, ut fra en elektrolytt av smeltet saltbad som inneholder en forbindelse som er påtenkt til elektrolyse, såsom aluminat eller aluminiumoksyd oppløst i kryolitt. Cellen kan tilveiebringe en spesifisert anode-katode-avstand ved elektrolyttisk fremstilling av aluminium, på under ca. 2,4 cm, fortrinnsvis under ca. The cell according to the present invention is particularly suitable for the production of a metal such as aluminium, from an electrolyte of molten salt bath containing a compound intended for electrolysis, such as aluminate or aluminum oxide dissolved in cryolite. The cell can provide a specified anode-cathode distance in the electrolytic production of aluminium, of less than approx. 2.4 cm, preferably under approx.

1,7 cm og mer foretrukket i området fra ca. 0,3 til ca. 1,0 cm, og kan videre opprettholde en slik liten anode-katode-avstand i lange tidsrom. En liten anode-katode-avstand er foretrukket for oppnåelse av redusert spenningsfall gjennom elektrolytten som finnes deri. Selv med cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse må det imidlertid holdes en nedre grense for forhindring av elektrisk kortslutning og for at det skal dannes tilstrekkelig motstandsvarme til at cellen kan drives kontinuerlig. 1.7 cm and more preferably in the range from approx. 0.3 to approx. 1.0 cm, and can further maintain such a small anode-cathode distance for long periods of time. A small anode-cathode distance is preferred to achieve a reduced voltage drop through the electrolyte contained therein. Even with the cell and the method according to the present invention, however, a lower limit must be kept to prevent electrical short-circuiting and for sufficient resistance heat to be generated so that the cell can be operated continuously.

Den spesifiserte anode-katode-avstand som cellen ifølgeThe specified anode-cathode distance that the cell according to

den foreliggende oppfinnelse er istand til å tilveiebringe, innbefattende de foretrukkede områder for slike spesifiserte anode-katode-avstander, og andre driftsparametere for cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er sammenlignet med konvensjonell Hall-Heroult-prosess med data gitt i tabell I. Illustrative monopolar- og bipolar-ut-formninger for cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, utstyrt-på nytt ("retrofitted") i .en Hall-Heroult-celle er sammenlignet med den konvensjonelle Hall-Heroult-prosess i en slik celle. the present invention is capable of providing, including the preferred ranges for such specified anode-cathode distances, and other operating parameters of the cell and the method of the present invention is compared with the conventional Hall-Heroult process with data given in Table I. Illustrative monopolar and bipolar designs for the cell and method of the present invention retrofitted into a Hall-Heroult cell are compared to the conventional Hall-Heroult process in such a cell.

Som illustrert i tabell I, drives en konvensjonell Hall-Heroult-prosess-celle vanligvis ved en celle-strømmengde på As illustrated in Table I, a conventional Hall-Heroult process cell is typically operated at a cell current of

ca. 172 000 ampere med et varmetap på ca. 380 000 W. Cellespenningen er ca. 4,4 9 volt tilsvarende ca. 2,9 6 kWh/kg. Strøm-utbyttet i en slik Hall-Heroult-prosess er ca. 93 % med et energi-utbytte på ca. 4 7 %. about. 172,000 amperes with a heat loss of approx. 380,000 W. The cell voltage is approx. 4.4 9 volts corresponding to approx. 2.9 6 kWh/kg. The power yield in such a Hall-Heroult process is approx. 93% with an energy yield of approx. 4 7%.

På den annen side kan cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse fungere ved 172 000 ampere med et varmetap på ca. 165 000 W eller mindre med en anode-katode (A-K)-avstand på mindre enn ca. 2,4 cm med betydelig forbedret energi-utbytte . On the other hand, the cell and method of the present invention can operate at 172,000 amps with a heat loss of approx. 165,000 W or less with an anode-cathode (A-K) distance of less than approx. 2.4 cm with significantly improved energy yield.

Ved en monopolar utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse kan cellespenningen reduseres fra spenningen i Hall-Heroult-prosessen på 4,4 9 til ca. 4,12 for den foreliggende opp finnelse likeledes forbedres kraftmengden pr. kg i kWh/kg fra ca. 2,9 6 til ca. 2,72. Ved økning av strømmengden til 200 og til 240 kA ved anode-katode-avstander på henholdsvis ca. 1,7 cm og ca. 0,6 cm, økes kg/elektrolyse-celle pr. dag med 16 % og 40 % med minskninger i kWh/kg. In a monopolar embodiment of the present invention, the cell voltage can be reduced from the voltage in the Hall-Heroult process of 4.4 9 to approx. 4.12 for the present invention, the amount of power per kg in kWh/kg from approx. 2.9 6 to approx. 2.72. By increasing the amount of current to 200 and to 240 kA at anode-cathode distances of approx. 1.7 cm and approx. 0.6 cm, kg/electrolysis cell is increased per day by 16% and 40% with reductions in kWh/kg.

Overraskende økninger i effektivitet og fremstilling skjer ved drift med en bipolar elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse. For eksempel vil det med den samme celle, utstyrt på nytt med bipolare elektroder under dannelse av tre elektrode-mellomromssoner, bli en økning i produksjonen på fra mindre enn 1360 kg til over 4 400 kg aluminium pr. elektrolyse-celle pr. dag ved redusert kWh/kg. Fremstillingen økes videre dramatisk ved at antallet bipolare kamre økes under dannelse av flere elektrode-mellomromssoner. Surprising increases in efficiency and manufacturing occur when operating with a bipolar electrode assembly according to the present invention. For example, with the same cell, re-equipped with bipolar electrodes forming three electrode-gap zones, there will be an increase in production from less than 1,360 kg to over 4,400 kg of aluminum per electrolysis cell per day at reduced kWh/kg. The production is further increased dramatically by increasing the number of bipolar chambers while forming more electrode-gap zones.

I betraktning av det foregående innbefatter en foretrukket utførelsesform av elektrolyse-cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse inkorporering av minst én bipolar elektrode som er anbrakt i et stablet forhold mellom en ende-anode og en ende-katode. In view of the foregoing, a preferred embodiment of the electrolysis cell of the present invention includes the incorporation of at least one bipolar electrode disposed in a stacked relationship between an end anode and an end cathode.

I en slik bipolar celle er et skulderbolt-støtteelement foretrukket som den understøttende innretning eller innretning til å henge én elektrode med avstand fra den annen. Skulder-bolten kan tjene som mellomstykke i form av en mellomstykke-opphenger i ett stykke og er videre spesielt lett å tilpasse til understøttelse av elektrode-montasjene i celler hvor det anvendes én eller flere bipolare elektroder. In such a bipolar cell, a shoulder bolt support member is preferred as the supporting device or device for suspending one electrode spaced from the other. The shoulder bolt can serve as an intermediate piece in the form of an intermediate piece hanger in one piece and is furthermore particularly easy to adapt to support the electrode assemblies in cells where one or more bipolar electrodes are used.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet som nytt utstyr i nåværende Hall-Heroult-celler for fremstilling av aluminium, men den foreliggende oppfinnelse vil gi hovedsakelig mindre varme enn drift av en konvensjonell celle. The present invention is particularly suitable as new equipment in current Hall-Heroult cells for the production of aluminium, but the present invention will produce mainly less heat than operation of a conventional cell.

Av denne grunn omfatter en utførelsesform for å utstyre påFor this reason, an embodiment includes to equip on

nytt en eksisterende Hall-Heroult-celle inkorporering av ekstra isolasjon i en konvensjonell Hall-Heroult-celle utstyrt på nytt med en elektrode-montasje ifølge den foreliggende oppfinnelse, idet isolasjonen begrenses og reguleres slik at det opprettholdes en frosset elektrolytt-sidevegg for beskyttelse av celle-sidevegg-foringen. retrofit an existing Hall-Heroult cell incorporating additional insulation into a conventional Hall-Heroult cell retrofitted with an electrode assembly according to the present invention, limiting and regulating the insulation to maintain a frozen electrolyte sidewall for protection of the cell sidewall lining.

Ikke desto mindre, dvs. bortsett fra at Hall-Heroult-celler for fremstilling av aluminium kan utstyres på nytt, kan cellen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse tilpasses en hvilken som helst elektrolyse av forbindelser for reduksjon av en metallisk bestanddel av forbindelsen hvori et lag med høyere ledningsevne grenser opp til elektrolytten. Metalloksyder oppløst i en smeltet saltbad-elektrolytt med høyere spaltningspotensial kan underkastes elektrolyse ifølge den foreliggende oppfinnelse, og væskelaget med høyere ledningsevne enn elektrolytten vil omfatte et lag av elektrolyttisk redusert metallprodukt. Ikke alle metalloksyder som anvendes i et elektrolyse-system ifølge den foreliggende oppfinnelse vil danne det flytende metall-lag på celle-gulvet som når det gjelder aluminium-metall-laget dannet ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i et kryolitt-elektrolysebad eller når det gjelder elektrolyse av et elektrolyse-bad av sinkklorid eller blyklorid. For eksempel vil en elektrolysecelle og fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse hvori det er inkorporert magnesiumoksyd oppløst i et elektrolysebad omfattende et smeltet salt med høyere spaltningspotensial, Nevertheless, i.e., except that Hall-Heroult cells for the production of aluminum can be retrofitted, the cell and method of the present invention can be adapted to any electrolysis of compounds for the reduction of a metallic component of the compound in which a layer with higher conductivity adjoins the electrolyte. Metal oxides dissolved in a molten salt bath electrolyte with a higher splitting potential can be subjected to electrolysis according to the present invention, and the liquid layer with a higher conductivity than the electrolyte will comprise a layer of electrolytically reduced metal product. Not all metal oxides used in an electrolysis system according to the present invention will form the liquid metal layer on the cell floor as in the case of the aluminum metal layer formed by electrolysis of aluminum oxide dissolved in a cryolite electrolysis bath or in the case of electrolysis of an electrolytic bath of zinc chloride or lead chloride. For example, an electrolysis cell and method according to the present invention in which magnesium oxide is incorporated dissolved in an electrolysis bath comprising a molten salt with a higher cleavage potential,

for eksempel et alkalimetall-fluorid, fremskaffe et flytende metall-lag av magnesium dannet ved toppen av cellen, siden det dannede magnesium vil ha lavere densitet enn elektrolyse-badet. I et slikt system hvor det dannes magnesium ved celletoppen, må det anvendes barriere-innretninger såsom adskilte kanaler og barrierer for å holde magnesium-metallet adskilt fra anode-produktet, for eksempel oksygen- eller klor-gass, for eksempel når det gjelder elektrolyse av henholdsvis magnesiumoksyd eller magnesiumklorid. Ikke desto mindre kan den foreliggende oppfinnelse anvendes for fremstilling av magnesium i et metall-lag ved cellens gulv eller bunn ved at det inkorporeres et elektrolyse-bad med densitet lavere enn for magnesium. For eksempel vil det ved elektrolyse av magnesiumklorid i et bad omfattende tilstrekkelige mengder litiumklorid dannes et slikt flytende metall-lag på celle-gulvet. for example an alkali metal fluoride, provide a liquid metal layer of magnesium formed at the top of the cell, since the formed magnesium will have a lower density than the electrolytic bath. In such a system where magnesium is formed at the top of the cell, barrier devices such as separate channels and barriers must be used to keep the magnesium metal separated from the anode product, for example oxygen or chlorine gas, for example in the case of electrolysis of respectively magnesium oxide or magnesium chloride. Nevertheless, the present invention can be used for the production of magnesium in a metal layer at the floor or bottom of the cell by incorporating an electrolysis bath with a density lower than that of magnesium. For example, upon electrolysis of magnesium chloride in a bath containing sufficient amounts of lithium chloride, such a liquid metal layer will form on the cell floor.

Den foreliggende oppfinnelse kan også tilpasses andre systemer med væske-lag med de nødvendige ledningsegenskaper hvori væske-laget er tilveiebrakt ved et annet flytende materiale enn metall-produktet fra elektrolysen, for eksempel et vandig elektrolyse-system med kvikksølv-katode. Et slikt elektrolyse-system finnes i celler for fremstilling av klor og natriumhydroksyd ut fra natriumklorid, idet natriumet dannes elektrolyttisk som redusert metall og oppløses i kvikksølv-katoden som deretter behandles, for eksempel vaskes, under dannelse av natriumhydroksydet. The present invention can also be adapted to other systems with a liquid layer with the necessary conduction properties in which the liquid layer is provided by a liquid material other than the metal product from the electrolysis, for example an aqueous electrolysis system with a mercury cathode. Such an electrolysis system is found in cells for the production of chlorine and sodium hydroxide from sodium chloride, the sodium being formed electrolytically as a reduced metal and dissolved in the mercury cathode which is then treated, for example washed, to form the sodium hydroxide.

En starting av cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse vil i de fleste tilfeller innbefatte etablering av et start-væske-lag av materiale som representerer laget med høyere ledningsevne enn elektrolyttens, såsom for eksempel, som representerer det påtenkte elektrolyseprodukt-metall, for etablering av elektrisk kontakt for eksempel mellom katoden og de strømførende samleskinner eller foringene i cellen. Elektrisk start-kontakt skjer gjennom elementet av ledende innretninger for elektrisk kontakt mellom katoden og start-væskelaget, hvilket lag er i elektrisk kontakt med ledninger for elektrisk strøm til cellen eller med for eksempel en karbonholdig foring som dekker celle-kollektor-stavene. A starting of the cell according to the present invention will in most cases include the establishment of a start-liquid layer of material representing the layer with a higher conductivity than the electrolyte, such as for example, representing the intended electrolysis product metal, for the establishment of electrical contact for example between the cathode and the current-carrying busbars or the liners in the cell. Electrical starting contact takes place through the element of conductive devices for electrical contact between the cathode and the starting liquid layer, which layer is in electrical contact with lines for electric current to the cell or with, for example, a carbonaceous lining covering the cell-collector rods.

Elektrolyse-celler som er utformet for at elektrolyse-bad skal sirkulere gjennom cellen, er spesielt egnet for anvendelse i cellen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Electrolysis cells which are designed so that the electrolysis bath will circulate through the cell are particularly suitable for use in the cell according to the present invention.

Claims

1. Process for electrolysis comprising: a first and a second electrode are placed in an electrolyte in a cell with a separate liquid layer with a higher conductivity than the electrolyte's, the cell having an inner surface that limits the electrolyte and the liquid layer, characterized in that the first electrode is kept essentially free of support of the inner surface of the cell, between the first and second electrodes, an electrode-space zone of substantially ordered, specified dimension is established and maintained, said dimension preferably being maintained at less than 2.4 cm or less than 1.7 cm or from 0.3 to 1, 0 cm, one electrode is electrically connected to the liquid layer, and the second electrode is also preferably kept substantially free of support by the inner surface of the cell.

2. Electrolysis cell (1) comprehensive device (4,6,7) with an inner surface (8,12) to confine an electrolyte (9) and a separate liquid layer (11) with higher conductivity than the electrolyte (9), and first (21,24) and second (18,19) electrodes inside the container device (4,6,7), characterized by means for holding said first electrode (21,24) in position relative to said second electrode (18,19) forming an electrode gap zone (109) of specified dimension, preferably less than 2.4 cm or less than 1.7 cm or from 0.3 to 1.0 cm, to limit said electrolyte (9), wherein the first electrode (21,24) is kept substantially free of support by the inner surface (8,12) in the container device (4,6,7), and conductive device (28) for electrical connection between an electrode, preferably the first electrode (21, 24) and the liquid layer (11), and where the second electrode (18, 19) is preferably also kept substantially free of support by the inner surface (8,12) in the container device (4,6,7).

3. Electrolysis cell according to claim 2, characterized by said holding device comprising device (22) for supporting the electrode (21) and further comprising device (23) for setting said electrodes (18,21) while forming said electrode gap zone (109) with specified dimension.

4. Electrolysis cell according to claim 2, characterized in that said holding device comprises a device for supporting the first electrode (21,24) from the second electrode (18,19), the device for supporting the first electrode preferably comprising an inert support element of electrically insulating material which is a shoulder bolt (107), a support jack (22) or a two-arm hanger (301), said support element, where necessary, includes means for attaching the support element to an electrode.

5. Electrolysis cell according to claim 4, characterized in that the holding device further comprises an inert intermediate piece device (23) of electrically insulating material for setting the first electrode (21,24) in relation to the second electrode (18,19) while forming said electrode gap zone (109) of specified dimension.

6. Electrolysis cell according to claim 4, characterized in that said fastening device comprises a device, such as a nut (108), for adjusting the position of the first electrode (21,24) and the second electrode (18,19) while forming an electrode interstitial zone (109) having a substantially permanent, specified dimension.

7. Electrolysis cell according to claim 3 or 5, characterized in that said setting device comprises an intermediate piece consisting of a material comprising a nitride or oxynitride compound, preferably boron nitride, silicon nitride or silicon oxynitride.

8. Electrolysis cell according to claim 2 or 3, characterized in that said holding device comprises floating body device (402,501,601) adapted to support the first electrode (24) essentially free of support from the inner surface (8,12) of the container device (4,6,7), and in which the first electrode ( 24) preferably has appendages that extend downwards (4 01,504) for contact with said floating body device and/or in which the inner surface of the container device (4,6,7) preferably comprises an inner cell floor (8) and said cell further comprises vertical guide means (407) placed in the floor (8) to hold the first electrode (24) substantially below the second electrode.

9. Electrolysis cell according to claim 8, characterized in that the floating body device (501) comprises an element in one piece of electrically insulating material (502) which passes through an electrode (24) and said electrode (24) has an attachment (504) which is in contact with the metal layer (11), or The floating body device (402) comprises an electrically conductive material and the floating body device (402) is in contact with the liquid layer (11).

10. Electrolysis cell according to claim 2 or 3, characterized in that the electrodes are first (702,802,903) and second (7 01,804,902) sloping electrodes, and wherein the electrodes preferably mainly comprise vertical plates with side profiles shaped like a truncated cone.

11. Electrolysis cell according to claim 2, characterized in that said electrodes comprise: a second end electrode (19) having an anode surface (102); a first end electrode (24) having a cathode surface (113); at least one bipolar electrode (26) disposed between said first (24) and second (19) end electrodes and having an anode surface (106) and a cathode surface (104); means (23) of electrically insulating material for setting an anode surface with a specified anode-cathode distance from a cathode surface; and device (107) for supporting said electrodes essentially free from supporting the inner surface (8,12) in the container device (4,6,7).

12. Electrolysis cell according to any one of the preceding claims, characterized in that the first electrode (21, 24) is a cathode, the second electrode (18,19) is an anode and the cell comprises one or both of the following: (a) the cathode (24) comprises a substantially inert, non-carbonaceous material comprising a heat-resistant, hard metal such as a boride compound and preferably comprises means (112) for facilitating outflow of electrolysis product liquid from the cathode, such as slits or perforations (112); (b) the anode (18,19) has a substantially inert, non-carbonaceous primary anode surface (102) such as a ceramic oxide, and preferably comprises means (111) for conducting gas in channels from the anode, such as inclined channels (111 ) •