PL79100B1 - - Google Patents

Description

Sposób przeprowadzania termoelektrolizy tlenków i urzadzenia do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób przeprowa¬ dzania termoelektrolizy tlenków i urzadzenie do stosowania tego sposobu.Obecnie termoelektrolize na przyklad tlenku gli¬ nowego prowadzi sie elektrodami weglowymi. Wy¬ twarzane podczas elektrolizy jony tlenu reaguja w temperaturach 900—1000°C z weglem anody i tworza dwutlenek wegla, który równoczesnie re¬ dukuje czesciowo aluminium na tlenek wegla. Na skutek utlenienia anody przez zwalniany tlen na¬ stepuje zuzycie anody i to w przypadku, gdyby tworzyl sie tylko sam dwutlenek wegla.Stwierdzono obecnie, ze jest mozliwe prowadze¬ nie termoelektrolizy tlenków równiez bez anod we¬ glowych. Wedlug wynalazku wklada sie do stopio¬ nej masy poddawanej elektrolizie anode przewo¬ dzaca elektrony, powleczona warstwa materialu przewodzacego w temperaturze elektrolizy jony tle¬ nu i odpornego na mase w stanie stopionym, przy czym jony tlenu elektrolitu przenikaja podczas elektrolizy przez te warstwe przewodzaca i uwal¬ niajac elektrony wydzielaja tlen gazowy na anodzie.Okazalo sie, ze materialem, który w temperaturze elektrolizy przewodzi jony tlenu moze byc na przy¬ klad znany stabilizowany tlenek cyrkonu. Ten tle¬ nek cyrkonu dziala jako elektrolit staly i zawiera w tym celu okreslone ilosci skladników, na przy¬ klad CaO, MgO, Y2Os i inne. Dodatki te sluza z jednej strony do stabilizacji fazy przestrzennej tlenku cyrkonu (siatka fluorytowa) w bardzo sze- 10 15 20 25 rokim zakresie temperatur, z drugiej strony wy¬ woluja zadana przewodnosc jonów tlenu krysztalu.Przez odpowiedni wybór srodka stabilizujacego ma¬ terial ten posiada na przyklad w temperaturze 1000°C opór rzedu 10Q cm. Gdy jeszcze bedzie wy¬ brana niewielka grubosc scianki powloki przewo¬ dzacej jony tlenu wtedy spadek napiecia na ano¬ dzie bedzie bardzo maly, co korzystnie wplywa na zuzycie energii przy elektrolizie. Takze i w innych ukladach jak tlenki ziem rzadkich — tlenek uranu lub tlenek toru — tlenek uranu, wystepuja czescio¬ wo bardzo obszerne fazy fluorytowe z tymi wlas¬ nosciami, co w Ce02 stabilizowanym za pomoca CaO, MgO i innych, które to materialy równiez sa brane pod uwage.W dalszym ciagu beda wyjasnione przebiegi na przykladzie wytwarzania aluminium za pomoca elektrolizy tlenku glinu, dla której sposób wedlug wynalazku jest przede wszystkim stosowany. W za¬ sadzie elektrolizie wedlug sposobu zgodnego z wy¬ nalazkiem moga podlegac równiez i inne tlenki, jak na przyklad MgO, Na20, CaO, Fe203 i inne.Jony tlenu, które tworza sie przy elektrolizie tlenku glinowego wedlug wzoru 2Al203=4Al+ + ++60— przenikaja warstwa przewodzaca jony tlenu i od¬ daja ladunek na anodzie zgodnie z wzorem 60--=302+12e 7910079100 3 4 to znaczy, ze jony tlenu lacza sie w tlen gazowy i przy tym uwalniaja sie elektrony. Elektrony te przejmuje anoda. Sklada sie ona przede wszystkim z tworzyw przewodzacych elektrony, nie reagujace z tlenem wzglednie tez nie tworza zadnych zwiaz¬ ków wplywajacych ujemnie na przewodzenie elek¬ tronów. Takimi tworzywami sa na przyklad stopy zaroodporne, platyna, inne metale szlachetne, tlenki przewodzace elektrony, jak na przyklad wustyt, pewne tworzywa z wlasnosciami pólprzewodniko¬ wymi, metale pasywowane powierzchniowo wzgled¬ nie inne.Warstwa przewodzaca jony tlenowe moze byc wytwarzana przez prasowanie lub odlewanie z na¬ stepnym suszeniem lub spiekaniem, wzglednie przez natryskiwanie plazma lub tez jako samodzielne cialo, wzglednie tez nakladane bezposrednio na anode.Aby tlen gaaowy w'przypadku, gdy Warstwa przewodzaca jony tle¬ nowe styka sie bezposrednio z anoda, musi miec zdolnosc pczepuszcz&nia gazów, to znaczy na przy¬ klad byc porowata, perforowana lub siatkowa wzglednie tez znajdowac sie w stanie plynnym, co umozliwia przemieszczanie sie pecherzyków gazo¬ wych. Anoda moze skladac sie na przyklad z war¬ stwy czerni platynowej nalozonej na korpus prze¬ wodzacy jony tlenowe i zasilanej ze zródla pradu stalego. Czern platynowa nadaje sie szczególnie do rozladowywania jonów tlenowych i dla wytwarza¬ nia i odprowadzania tlenu w postaci gazowej.Do tego celu nadaje sie równiez anoda ze srebra, które w temperaturze elektrolizy jest plynne. Jako urzadzenie moze byc wtedy stosowany plaski zbior¬ nik lub tygiel z materialu przewodzacego jony tle¬ nowe, zanurzony w masie stopionej przeznaczonej do elektrolizy z zawartym w nim cieklym srebrem w charakterze anody. Przechodzace przez tygiel jo¬ ny tlenowe oddaja ladunek na anodzie srebrowej.Prawdopodobnie nastepuje przy tym utlenianie sie srebra; tlenek srebra rozpada sie jednak w wyso¬ kich temperaturach natychmiast, a tlen ucieka w postaci pecherzyków gazowych. Moga one byc wy¬ lapywane przez zanurzony w srebrze dzwon, wy¬ konany na przyklad ze stopu niklowo-chromowe- go, sluzacy równoczesnie jako doprowadzenie pradu do anody.Unika sie stosowania anody przepuszczajacej ga¬ zy, jezeli wedlug dalszego udoskonalenia wynalaz¬ ku, pomiedzy warstwa posrednia przewodzaca jony tlenowe i anode przewodzaca elektrony bedzie umieszczony zdysocjowany elektrolit pomocniczy, plynny w temperaturze elektrolizy, którego jeden rodzaj jonów sklada sie z jonów tlenowych.Na kazda tone aluminium wytwarza sie okolo 600 m8 czystego tlenu gazowego. Jego wartosc siega mniej wiecej okolo 3% ceny aluminium surowego.Tlen, który moze byc otrzymany podczas wykony¬ wania sposobu wedlug wynalazku, moze byc wy¬ korzystywany dla róznych procesów utleniajacych, jak na przyklad do produkcji stali (metoda swie¬ zeniem tlenem), dla gazyfikacji paliw (przy wytwa¬ rzaniu gazu syntezowego), dla wytwarzania gazu redukujacego do redukcji zelaza i tym podobnych.Urzadzenie wedlug wynalazku do termoelektroli- zy tlenków pomiedzy dwoma elektrodami jest zna¬ mienne tym, ze czesc anody przeznaczona do za¬ nurzania w stopionej masie, która ma byc podda¬ wana elektrolizie, jest oddzielona od cieklego me- 5 talu warstwa posrednia wykonana z materialu prze¬ wodzacego w temperaturze elektrolizy jony tlenowe oraz odpornego na dzialanie kapieli roztopionego metalu.Na rysunku przedstawiono przyklady wykonania urzadzenia wedlug wynalazku. Na poszczególnych rysunkach pokazano przekroje elektrolizera. Przez 1 oznaczono na figurach stopiona mieszanine tlenku glinu i kriolitu, przez 2 plynne, wytworzone ele¬ ktrolitycznie aluminium, które zbiera sie na dnie elektrolizera i równoczesnie w urzadzeniach wedlug fig. 1, 2 i 3 dziala jako katoda. Plynny metal jest przykryty warstwa 3, skladajaca sie z zastygnietego metalu i tlenku glinu. Przez 4 oznaczono wanne wykonana z grafitu, z której przez szyne 5 odpro¬ wadzany jest prad.Na fig. 1 i 2 anode stanowi cialo przepuszczajace gaz i przewodzace elektrony, które przynajmniej na czesci powierzchni zanurzonej do stopionej ma¬ sy jest pokryte materialem przewodzacym jony tle¬ nowe. Na rysunku fig. 1 material-przewodzacy jony tlenowe jest uzyty w postaci tygla 8. Wewnetrzna sciana tygla jest wylozona warstwa 9 z czerni pla¬ tynowej, stanowiaca anode. Warstwa 9 jest pola¬ czona elektrycznie z doprowadzeniem pradu 7, do¬ laczonym poprzez przewód 6 do zródla pradu sta¬ lego. Jony tlenowe elektrolitu przemieszczaja sie podczas elektrolizy przez warstwe 8 przewodzaca jony tlenowe, oddaja ladunek na powierzchni styku warstwy 8 przewodzacej jony tlenowe i warstwy czerni platynowej 9 oraz lacza sie w warstwie czerni platynowej na tlen w postaci gazowej, który zbiera sie w objetosci 10 i wydostaje sie przez szyj¬ ke 11. W tym celu doplyw pradu 7 zamyka obje¬ tosc 10 i jest zaopatrzony w otwór odprowadzajacy gaz. Wyswobodzone elektrony odplywaja przez 9, 7 i 6., Powstajacy tlen w postaci gazowej moze ulatniac sie pod cisnieniem atmosferycznym, moze byc wysysany pod obnizonym cisnieniem lub tez zbierany pod nadcisnieniem.Na fig. 2 plyta 12 wykonana jest z materialu przewodzacego jony tlenu. Plyta styka sie z anoda porowata 9a. Anoda porowata jest polaczona prze¬ wodem pradowym 6 ze zródlem pradu stalego.Na fig. 3 przedstawiono warstwe przewodzaca jony tlenowe w postaci zbiornika 13, na przyklad w postaci tygla, zanurzonego w stopionej masie 1 przeznaczonej do elektrolizy. Zawiera on zdysocjo¬ wany elektrolit pomocniczy 14, plynny w tempera¬ turze elektrolizy, którego jeden rodzaj jonów sta¬ nowia jeny tlenowe, przy czym posiada równiez w temperaturze elektrolizy mozliwie niskie cisnie¬ nie pary i nie reaguje chemicznie z materialem przewodzacym jony tlenowe ani z materialem ano¬ dy. Mozna stosowac na przyklad PbO. Do elektro¬ litu pomocniczego 14 jest zanurzana anoda 15 po¬ laczona z doplywem pradu 6. Anoda jest wykona¬ na z materialu przewodzacego elektrony, odpornego na dzialanie tlenu, na przyklad z platyny lub tlen¬ ku przewodzacego takiego jak wustyt.W tym urzadzeniu jony tlenowe ze stopionej ma- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6070100 5 6 sy kriolitu i tlenku glinu przemieszczaja sie w warstwie 13 pod wplywem dzialania przylozonego napiecia stalego. Jony tlenowe oddaja ladunek na anodzie 15. Elektrony sa doprowadzane do zródla pradu stalego poprzez przewód doprowadzajacy prad. Rozladowane jony tlenowe tworza gazowy tlen, ulatniajacy sie z plynnego elektrolitu pomoc¬ niczego wzglednie tez moga byc wychwytane. Na warstwie granicznej pomiedzy warstwa przewo¬ dzaca jony tlenowe i elektrolitem pomocniczym, przez jony tlenowe, które przemiescily sie przez warstwe 13 przewodzaca jony tlenowe, nastepuje zastapienie dokladnie tej samej liczby jonów tle¬ nowych w elektrolicie pomocniczym, które rozlado¬ waly sie na anodzie i w ten sposób elektrolit po¬ mocniczy pozostaje utrzymany i nie ulega zmianie.W odróznieniu od urzadzen wedlug fig. 1 i 2 anoda nie styka sie bezposrednio z warstwa 13 przewodzaca jony tlenowe i dlatego nie musi byc porowata. Na skutek tego upraszcza sie w powaz¬ ny sposób wytwarzanie kombinacji anody z ma¬ terialem przewodzacym jony tlenowe, gdyz nie jest juz potrzebne stwarzanie bezposredniego elektrycz¬ nego styku na duzej powierzchni pomiedzy warstwa przewodzaca jony tlenowe a porowata anoda prze¬ wodzaca elektrony. Natomiast istnieja bardzo ko¬ rzystne w sensie elektrycznym warunki stykowe zarówno na warstwie granicznej, która jest war¬ stwa przewodzaca jony tlenowe — elektrolit po¬ mocniczy jak i na warstwie granicznej, która jest elektrolit pomocniczy — anoda kiedy w obu tych przypadkach stykaja sie przewodnik w stanie ciek¬ lym z przewodnikiem w stanie stalym. Odstep po¬ miedzy anoda 15 a warstwa 13 przewodzaca jony tlenowe moze byc bardzo maly, aby elektryczny spadek napiecia w elektrolicie pomocniczym byl utrzymany na niskim poziomie.Otrzymuje sie szczególnie korzystne urzadzenie, gdy przeniesie sie niniejszy wynalazek na tak zwa¬ ne piece wielowannowe lub wanny z dwubieguno¬ wymi elektrodami opisanymi na przyklad w nie¬ mieckich patentach 1146260 i 1148755. Obecnie sto¬ sowane elektrolizery do elektrolizy tlenku glino¬ wego posiadaja tylko dwie elektrody: jedna anode, która moze skladac sie z wiekszej liczby oddziel¬ nych bloków anodowych i jedna katode utworzona przez warstwe wytraconego plynnego aluminium, która tworzy sie na dnie wanny. Gestosc pradu na anodzie nie rózni sie przy tym wiele od gestosci pradu na katodzie, jest jednak ogólnie biorac nie¬ co wieksza.Stosowane wartosci dla gestosci pradu na ano¬ dzie znajduja sie w granicach JA=0,6 do 1,4 (A/cm*) Poniewaz ze wzgledów ekonomicznych nie mozna wykonywac powierzchni anody dowolnie wielkiej, a ze wzgledu na bezzaklóceniowe prowadzenie ele- ktrolizera równiez i gestosc pradu na anodzie nie moze byc dowolnie podnoszona, obecnie stosowane natezenie pradu pieca nie jest wyzsze od J=150kA.Wydajnosc pradu znajduje sie zwykle w zakre¬ sie 85°/o do 95°/o. Oznaczajac przez n liczbe par elektrod, przy czym anoda i katoda tworza jedna pare, mozna produkcje pieca w dowolnym przecia¬ gu czasu przedstawic jako P=c • n • J • r\ (kg) przy czym c — stala J = natezenie pradu pieca (A) n = liczba par elektrod T] = wydajnosc pradu (%) W stalej c sa ujete czas w godzinach oraz rów¬ nowaznik elektrochemiczny w kg Al/Ah. Zaklada¬ jac dla nastepujacych rozwazan, ze wydajnosc pra¬ du jest stala, to wtedy wielkosc produkcji pieca w okreslonym przeciagu czasu jest zalezna tylko od iloczynu n • J, a wiec P=ci • J • n (kg) Rozwazania te prowadza do maksymalnych moz¬ liwych obecnie produkcji pieców w ciagu 24 go¬ dzin rzedu Pmax=1100 do 1200 (kg) przy czym ze wzgledu na n=l natezenie pradu w piecu musi juz byc podniesione do okolo 150 kA.Przy przeplywie wielkich pradów do pieca i od pieca wystepuja duze straty elektryczne wzglednie musza byc budowane szyny o duzym przekroju, co równiez jest drogie. Przy n=l, to znaczy przy jed¬ nej parze elektrod na piec, stosunek spadku napie¬ cia poza odstepem miedzybiegunowym do spadku napiecia wewnatrz odstepu miedzy biegunami jest bardzo niekorzystny.Znane piece wielowannowe (n 1) pozwalaja na unikniecie wymienionych wad, a przynajmniej na ich zmniejszenie. Wykazuja jednak inna duza wa¬ de, która stala dotychczas na przeszkodzie prak¬ tycznego ich wykorzystania. Posiadaja one bowiem jedna zuzywajaca sie anode.Wade te usuwa sie obecnie, jezeli w rozszerzeniu niniejszego wynalazku w piecu wielowannowym anoda bedzie pokryta na stronie szerokiej warstwa posrednia z materialu przewodzacego jony tlenowe, a na przeciwleglej stronie warstwa oddzialywujaca jako katoda przez wytworzenie elektrody dwubie¬ gunowej, podczas gdy pozostale strony beda wy¬ laczone od styku ze stopiona masa przez material elektrycznie izolujacy. Tego rodzaju dwubiegunowa elektroda moze byc zabudowana w piecach wielo- wannowych tak, jak to pokazano na fig. 4.W tym wielowannowym piecu do elektrolizy tlenku glinowego umieszczono szereg dwubieguno¬ wych bloków elektrodowych 16, skladajacych sie z warstwy 17 przewodzacej jony tlenowe, anody porowatej 18, której porowatosc zostala zaznaczona przez rure 19 oraz z katody 20. Katoda wykonana jest na przyklad z grafitu lub wegla bezpostacio¬ wego w postaci kalcynowanych bloków lub z in¬ nego przewodzacego elektrony materialu odpornego na stopiona mase, jak wegliki tytanu, cyrkonu, tan¬ talu lub niobu. Aluminium wydziela sie na kato¬ dzie i spada do kanalów zbiorczych 21.Katoda na wyjsciu pradowym ma wbudowany zbieracz pradu 5, a na przeciwleglej stronie sa wbudowane w anode doprowadzenia pradu 6. Wszy¬ stkie nieczynne elektrycznie czesci bloków elektro- 15 20 25 30 38 40 45 50 55 607*100 7 8 dowych, jak strony waskie i czolowe sa chronione izolacja 22, na przyklad z azotku boru.Oczywiscie w blokach elektrodowych 16 moze byc równiez zastosowany uklad warstwa przewo¬ dzaca jony tlenowe—elektrolit pomocniczy—anoda nieporowata.W odróznieniu od znanych pieców wielowanno- wych ten piec wielowannowy pracuje z absolutnie stala odlegloscia miedzybiegunowa. Mozna ja obli¬ czyc w ten sposób, ze w plynnym elektrolicie wlas¬ nie tyle ciepla jest wytwarzane, ile go potrzeba do pokrycia zapotrzebowania na cieplo robocze do elektrolizy tlenku glinowego oraz na pokrycie strat ciepla pieca.Poniewaz w tej konstrukcji gazy anodowe nie moga zetknac sie wiecej z plynnym elektrolitem, niz ogólnie biorac we wszystkich urzadzeniach we¬ dlug wynalazku, wydajnosc pradu wynosi pra¬ wie 100%. Odleglosc pomiedzy biegunami moze byc na skutek tego optymalizowana tylko ze wzgledu na punkt widzenia techniczno-ekonomiczny. Z tego samego wzgledu w piecach wielowannowych na¬ chylenie bloków elektrodowych w stosunku do pio¬ nu nie jest juz krytyczne. Katoda i warstwa prze¬ wodzaca jony tlenowe moga byc ustawione równiez prostopadle.Dalsze mozliwosci znanych pieców wielowanno¬ wych, jak na przyklad cyrkulacja elektrolitów przez wanny, nie sa ograniczone przez zmiane czesci anodowej wedlug niniejszego wynalazku, na¬ tomiast dopiero teraz moga byc rozsadnie zastoso¬ wane.Zgodnie z wzorem P=ci • J • n produkcja jednej wanny przy jednej parze elektrod (n=l) moze byc powiekszona, przy czym podwyz¬ sza sie natezenie pradu J. Jednak przy tym po¬ wierzchnie katod i anod musza byc powiekszone w tym samym stosunku co prad pieca, aby zostala zachowana optymalna gestosc pradu. Dla pieców do elektrolizy rodzimej produkcji przeprowadza sie to w ten sposób, ze zanurzana w stopionej masie anoda tak na czesci spodniej jak i na plaszczyznach bocznych znajduje sie na przeciwko stalej katody, która znajduje sie mozliwie wszedzie w tej samej odleglosci od wymienionych plaszczyzn, odpowia¬ dajacej optymalnej odleglosci miedzy biegunami.Tego rodzaju piece sa na przyklad opisane w nie¬ mieckich patentach 1092215 i 1115467.Równiez i dla takiego rodzaju pieca do elektro¬ lizy mozna z korzyscia zastosowac niniejszy wyna¬ lazek, przy czym jak to pokazano na fig. 5, two¬ rzaca katode wanna pieca jest tak uksztaltowana, ze powierzchnie jej strony dolnej jak i scian bocz¬ nych, pokryte warstwa przewodzaca jony tlenowe czesci, zanurzone w stopionej masie znajduja sie naprzeciwko anody. Anoda przepuszczajaca gaz jest utworzona przewaznie z wiekszej liczby rów¬ nolegle polaczonych czesci 23 pokrytych warstwa 17 przewodzaca jony tlenowe. Powierzchnie 28 wanny pieca, tworzace katode sa zaopatrzone w wypuklosci 24 tak, ze nie tylko jak dotychczas strona dolna a takze boczne sciany anody sa umieszczone naprzeciwko plaszczyzny katody. Wy¬ tracone aluminium jest zbierane w kanalach zbior¬ czych 21, wylozonych warstwa izolacyjna 25, na przyklad z azotku boru. Tego samego rodzaju war¬ stwa 25 sluzy równiez do zakrywania pieca.Zalety tego rodzaju budowy polegaja na tym, ze mozna dysponowac wieksza aktywna powierzchnia anody wzglednie katody na jednostke objetosci.Wzgledny stosunek energii traconej do uzytecznej jest przez to mniejszy. Obecnie stosowany sposób budowy nie wykazuje tej zalety w takiej samej mierze, poniewaz powiekszenie powierzchni czyn¬ nych moze byc osiagniete jedynie na skutek zwiek¬ szenia powierzchni podstawy pieca, a to ze wzgle¬ du na stan skupienia aluminium, które dziala ja¬ ko katoda i nie moze byc wyciagniete do góry w taki sposób, jak katoda stala.Zamiast opisanego sposobu budowy katody, przy którym wykladzina wanny pieca dziala równoczes¬ nie katodowo, mozna wedlug fig. 5 rozdzielic elek¬ trycznie katode od wykladziny wanny pieca. Ano¬ da przepuszczajaca gaz jest wykonana przewaznie z wiekszej liczby równolegle polaczonych czesci 23, które sa pokryte warstwa 17 przewodzaca jony tle¬ nowe. Te czesci anody sa mozliwie ze wszystkich stron otoczone katoda, która posiada wszedzie sta¬ ly odstep od tych czesci anody, odpowiadajacy optymalnej odleglosci miedzy biegunami. Katoda ta moze byc zbudowana z dowolnych elementów prze¬ wodzacych 26, które sa elektrycznie oddzielone od wykladziny wanny 27 i wprowadzane sa z zewnatrz oddzielnie do topniska. Elementy katody moga byc wykonane z dowolnych materialów przewodzacych elektrony i odpornych na dzialanie kriolitu.Zaleta tego ukladu polega na tym, ze wykla¬ dzina pieca nie spelnia wiecej zadania odprowa¬ dzania pradu. Wykladzina pieca nie musi wobec tego przewodzic elektrycznosci a jedynie musi byc odporna na dzialanie kriolitu. Wskutek tego moz¬ na wydatnie wzmocnic izolacje cieplna wanny pie¬ ca, co prowadzi do znacznego obnizenia wlasciwe¬ go zuzycia energii.Przedstawione na fig. 5 i 6 urzadzenia moga oczywiscie byc równiez stosowane, w przypadkach gdy anoda nie styka sie bezposrednio z warstwa przewodzaca jony tlenowe, a pomiedzy anoda i warstwa przewodzaca jony tlenowe wlaczony jest elektrolit pomocniczy.Jezeli zostana powiekszone powierzchnie anodo¬ we wzglednie katodowe bez zwiekszenia liczby par elektrod lub nastezenia pradu J, tp nastapi obnizenie gestosci pradu anodowego i katodowego prowadzace do obnizenia wlasciwego zuzycia ener¬ gii. Równiez i te konstruktywne zmiany budowy wanien z wynikajacymi z tego ekonomicznymi ko¬ rzysciami sa tylko wtedy technicznie sluszne, gdy stosuje sie anode nie zuzywajaca sie na skutek za¬ stosowania materialów przewodzacych jony tle¬ nowe.Wynalazek moze byc zastosowany dla wszystkich topionych mas; które sa brane pod uwage dla ter¬ micznej elektrolizy. Do stopionej masy moga byc dokladane substancje obnizajace rozpuszczalnosc cial przewodzacych jony tlenowe. W stosunku do obecnego stanu techniki na przyklad, przy elektro¬ lizie tlenku glinu, bez brania pod uwage korzysci 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60Ttioa 9 * 10 pieców wielowannowych wynalazek daje miedzy innymi nastepujace korzysci: Zadne lub minimalne zuzycie materialu anodo¬ wego na skutek czego odpada koniecznosc wytwa¬ rzania anod, co jest konieczne przy dzisiejszym stanie techniki.Na skutek wyeliminowania katod weglowych wykluczone jest tworzenie sie piany weglowej, pro¬ wadzacego normalnie do obnizenia sie wskazni¬ ków produkcyjnych; Polepszenie jakosci metalu, gdyz przez material anodowy nie wprowadza sie zadnych zanieczysz¬ czen jak Fe, Si, V; Zmniejszony naklad pracy na skutek wyelimi¬ nowania koniecznosci wymiany anod w wyniku zuzywania sie wegla; Zmniejszenie zuzycia topnika polaczone z po¬ lepszeniem sie atmosfery hali produkcyjnej, gdyz piec mozna lepiej zaniknac; " Mozliwosc wytwarzania i wykorzystywania tlenu; Brak utleniania powtórnego plynnego aluminium przez CO2 i na skutek tego wzrost produkcji i zmniejszenie sie wlasciwego zuzycia energii.W sposobie wedlug wynalazku moga byc rów¬ niez zastosowane wszystkie inne znane techniczne udogodnienia jak na przyklad dodawanie tlenku glinu do stopionej masy w sposób ciagly, automa¬ tyzacja obslugi pieca, utrzymywanie stalej odleg¬ losci miedzy biegunami oraz stalego napiecia w piecu i tym podobne, co pozwala na realizacje na¬ stepnego kroku dla polepszenia termoelektrolizy tlenku glinu. PL PL

Claims (17)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób przeprowadzania termoelektrolizy tlen¬ ków, zwlaszcza tlenku glinu, znamienny tym, ze anode przewodzaca elektrony doprowadza sie do styku ze stopiona masa podlegajaca elektrolizie poprzez warstwe z materialu przewodzacego w tem¬ peraturze elektrolizy jony tlenowe i odporna na dzialanie stopionej masy, przy czym jony tlenowe elektrolitu podczas elektrolizy przechodza przez te warstwe a nastepnie rozladowuja sie na anodzie oddajac elektrony i tworzac tlen gazowy.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w stopionej masie przeznaczonej do elektrolizy za¬ nurza sie cialo z materialu przewodzacego jony tlenowe, stykajace sie bezposrednio z anoda prze¬ wodzaca elektrony i przepuszczajaca gaz.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w masie stopionej przeznaczonej do elektrolizy za¬ nurza sie zbiornik wykonany z materialu przewo¬ dzacego jony tlenowe, zawierajacy zdysocjowany elektrolit pomocniczy, plynny w temperaturze elektrolizy, którego jeden rodzaj jonów stanowia jony tlenowe, w którym to zbiorniku zanurza sie przewodzaca elektrony anode, na której jony tle¬ nowe rozladowuja sie tworzac tlen gazowy.

4. Urzadzenie do termoelektrolizy tlenków, zwlaszcza tlenku glinu pomiedzy dwoma elektro¬ dami, znamienne tym, ze czesc anody przewodza¬ cej elektrony i odpornej na tlen zanurzana w sto¬ pionej masie przeznaczonej do elektrolizy jest po¬ kryta warstwa posrednia (8, 13, 17) z materialu przewodzacego jony tlenowe w temperaturze elek¬ trolizy i odpornej na dzialanie stopionej masy.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze anoda sklada sie z przepuszczajacego gaz i prze¬ wodzacego elektrony ciala (9, 18, 23), które jest powleczone przynajmniej na plaszczyznie zanurza¬ nej w stopionej masie materialem (8, 13, 17) od¬ pornym na dzialanie stopionej masy i przewodza¬ cym jony tlenowe w temperaturze elektrolizy.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—5, znamienne tym, ze przewodzacy jony tlenowe material zanurzany w stopionej masie tworzy naczynie (8), wylozone na stronie wewnetrznej przepuszczajacym gaz ma¬ terialem anodowym (9), który zbiera w sobie wy¬ swobodzony podczas elektrolizy tlen gazowy.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—6, znamienne tym, ze przewodzaca elektrony anoda sklada sie z jednej warstwy czerni platynowej.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—5, znamienne tym, ze anoda jest utworzona z metalu plynnego w temperaturze elektrolizy, znajdujacego sie w zbiorniku wykonanym z materialu przewodzacego jony tlenowe.

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze przewodzaca jony tlenowe warstwa posrednia jest uksztaltowana w postaci zbiornika (13) zawie¬ rajacego zdysocjowany elektrolit pomocniczy (14) plynny w temperaturze elektrolizy, którego jeden rodzaj jonów stanowia jony tlenowe i do którego jest zanurzana anoda przewodzaca elektrony.

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 9, znamienne tym, ze elektrolit pomocniczy sklada sie z tlenku olo¬ wiu.

11. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze anoda pokryta jest na scianie szerokiej war¬ stwa posrednia (17) z materialu przewodzacego jo¬ ny tlenowe, a na przeciwleglej stronie warstwa dzialajaca jako katoda (20) przy zastosowaniu elek¬ trody dwubiegunowej, podczas gdy pozostale scia¬ ny sa wylaczone od styku ze stopiona masa za po¬ moca elektrycznie izolujacego materialu (22), przy czym w jednej wannie elektrolizera znajduja sie dwie lub wiecej dwubiegunowe elektrody.

12. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze wanna pieca (28) tworzaca katode jest tak uksztaltowana, ze jej powierzchnia tak dolna jak scian bocznych jest umieszczona naprzeciwko zanu¬ rzanej w stopionej masie czesci anody pokrytej warstwa (17) przewodzaca jony tlenowe.

13. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze czesc anody, zanurzana w stopionej masie, po¬ kryta przewodzaca jony tlenowe warstwa (17) jest otoczona z boków elementami katody (26), które sa niezalezne elektrycznie od wanny pieca.

14. Urzadzenie wedlug zastrz. 12 i 13, znamienne tym, ze anoda sklada sie z dwóch lub wiecej po¬ laczonych równolegle czesci (23).

15. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—14, znamienne tym, ze material przewodzacy jony tlenowe sklada sie z tlenku cyrkonu, który w wyniku dodatków przewodzi jony tlenowe. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6079100 11

16. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—14, znamienne tym, ze material przewodzacy jony tlenowe sklada sie z tlenku toru, który w wyniku dodatków przewodzi jony tlenowe. 12

17. Urzadzenie wedlug zastrz: 4—14, znamienne tym, ze material przewodzacy jony tlenowe sklada sie z tlenku ceru, który w wyniku dodatków prze¬ wodzi jony tlenowe. ?/////////// ZS\ Fig. 1 Fig. 2KI. 40c, 3/12 79100 MKP C22d 3/12ki. 40c, 3/12 79100 MKP C22d 3/12 Fig. 5 W.D.Kart. C/997/75, 115 + 15, A4 Cena 10 zl PL PL