DE1093097B - Flux bath for the operation of electrolytic reduction cells for the production of aluminum - Google Patents
Flux bath for the operation of electrolytic reduction cells for the production of aluminumInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Es sind bereits verschiedene elektrolytische Reduktionszellen vorgeschlagen worden, bei denen als Kathoden, Elektroden oder Stromzuführungsleitungen, die mit wenigstens einem Teil ihrer Oberfläche mit dem geschmolzenen Aluminium in Berührung stehen, Stromführungselemente verwendet werden, die in der Hauptsache, d. h. zu mindestens 90%, aus wenigstens einem Material der Gruppe der Carbide oder Boride von Titan und Zirkonium bestehen. Diese Stromführungselemente sind nur wenig in geschmolzenem Aluminium löslich und besitzen große Vorteile gegenüber dem bekannten Graphit, z. B. eine bessere elektrische Leitfähigkeit.Various electrolytic reduction cells have been proposed in which as Cathodes, electrodes or power supply lines with at least part of their surface with are in contact with the molten aluminum, current-carrying elements are used in the The main thing, d. H. at least 90% of at least one material from the group of carbides or borides consist of titanium and zirconium. These current-carrying elements are only slightly in molten aluminum soluble and have great advantages over the known graphite, e.g. B. a better electric Conductivity.
Reduktionszellen mit Stromführungselementen aus solchem Material werden gewöhnlich mit einem Kryolith-Calciumfluorid-Flußmittel und bei einer Temperatur von 950 bis 970° C betrieben.Reduction cells with current-carrying elements made of such material are usually with a Cryolite calcium fluoride flux and operated at a temperature of 950 to 970 ° C.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Reduktionszellen mit den üblichen Anoden und Kathoden aus Kohlenstoff und Graphit und mit einem Flußmittelbad zu betreiben, das Natriumchlorid als Bestandteil enthält. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer geringeren Arbeitstemperatur (z. B. von 920° C) gegenüber einer Zelle mit herkömmlichem Flußmittel. Andererseits ist aber die Löslichkeit von Tonerde in dem Natriumchlorid enthaltenden Flußmittel geringer, was jedoch teilweise ausgeglichen wird durch eine Verringerung des Tonerdegehaltes, bei dem der »Anodeneffekt« auftritt, auf ungefähr 0,4 Gewichtsprozent Tonerde verglichen mit 1,5 bis 2°/o in dem normalen Flußmittelbad. Die geringere Löslichkeit von Tonerde führt jedoch zu der Schwierigkeit einer zu starken Anreicherung der Zelle mit Tonerde. Der Überschuß setzt sich auf der Kathode in Form von Schlamm ab und beeinträchtigt die günstigste Wirkungsweise der Zelle.It has also already been proposed to use reduction cells with the usual anodes and cathodes made of carbon and graphite and to operate with a flux bath, the sodium chloride as a component contains. This has the advantage of a lower working temperature (e.g. 920 ° C) versus a cell with conventional flux. On the other hand, however, the solubility of alumina in the sodium chloride containing flux less, but this is partially offset by a Reduction of the alumina content, at which the "anode effect" occurs, to approximately 0.4 percent by weight Alumina compared to 1.5-2% in the normal flux bath. The lower solubility however, alumina leads to the difficulty of over-enriching the cell with alumina. Of the Excess settles on the cathode in the form of sludge and impairs the most favorable mode of operation the cell.
Mit der Erfindung wird vorgeschlagen ein Flußmittelbad üblicher Zusammensetzung zum Betrieb einer elektrolytischen Reduktionszelle für die Herstellung von Aluminium, bei der Stromführungselemente angeordnet sind, die mindestens in der Berührungszone mit dem geschmolzenen Aluminium in der Hauptsache aus einem oder mehreren der Stoffe aus der Gruppe der Boride und Carbide des Titans und Zirkoniums bestehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es zusätzlich Natriumchlorid enthält. Mit dem Ausdruck »in der Hauptsache bestehend aus« soll hier und in den Ansprüchen ein Material verstanden werden, das zu mindestens 9Ofl/o aus den erwähnten Stoffen besteht und im übrigen die üblichen technischen Verunreinigungen aufweisen kann.The invention proposes a flux bath of conventional composition for operating an electrolytic reduction cell for the production of aluminum, in which current-carrying elements are arranged, which at least in the contact zone with the molten aluminum mainly consist of one or more of the substances from the group of borides and There are carbides of titanium and zirconium, which is characterized in that it also contains sodium chloride. By the term "mainly consisting of" is to be understood a material and in the claims, which consists of at least 9O fl / o of the mentioned substances and may comprise, moreover, the usual technical impurities here.
Durch diesen Vorschlag werden die Nachteile der bisher bekannten Vorschläge überwunden, ihre Vorteile aber sichergestellt.This proposal overcomes the disadvantages of the previously known proposals, their advantages but ensured.
von elektrolytischen Reduktionszellenof electrolytic reduction cells
für die Herstellung von Aluminiumfor the production of aluminum
Anmelder:Applicant:
The British Aluminium Company Limited, LondonThe British Aluminum Company Limited, London
Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11Representative: Dr. K.-R. Eikenberg, patent attorney,
Hanover, Am Klagesmarkt 10/11
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. März 1955Claimed priority:
Great Britain 10 March 1955
Charles Eric Ransley, Craiglee, BuckinghamshireCharles Eric Ransley, Craiglee, Buckinghamshire
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor
Weil die Unlöslichkeit der Stromführungselemente in dem in der Zelle hergestellten Aluminium eine Funktion der Temperatur ist, ist es durch die Verwendung eines Natriumchlorid enthaltenden Flußmittels möglich, die Haltbarkeit der Stromführungselemente auf Grund der niedrigeren Temperatur, bei der die Zelle betrieben werden kann, zu verlängern. Die Verringerung der Arbeitstemperatur um ungefähr 40° C, die zu erreichen möglich ist, bringt eine beträchtliche Verlängerung der Lebensdauer der Stromführungselemente mit sich.Because the insolubility of the current-carrying elements in the aluminum produced in the cell is a It is a function of temperature, it is through the use of a sodium chloride containing flux possible, the durability of the current-carrying elements due to the lower temperature at which the cell can be operated to extend. The decrease in working temperature by approximately 40 ° C, which can be reached, brings a considerable increase in the service life of the current-carrying elements with himself.
Der Nachteil, daß sich die Tonerde auf Grund ihrer verringerten Löslichkeit in dem Natriumchlorid enthaltenden Flußmittel anreichert, wird durch die Verwendung von Stromführungselementen aus z. B. Titancarbid überwunden, da diese so angeordnet werden können, daß sie in das gechmolzene Metall oberhalb des Schlammspiegels hineinragen. Sie können sich durch eine Seitenwand der Zelle oder durch den die Kathode bildenden Boden derselben erstrecken, so daß zu jeder Zeit eine gute elektrische Verbindung mit dem Metall vorhanden ist.The disadvantage that the clay is contained due to its reduced solubility in the sodium chloride Flux enriches, is through the use of current carrying elements from z. B. titanium carbide overcome as these can be arranged so that they get into the molten metal above of the mud level protrude. You can go through a side wall of the cell or through the Cathode-forming bottom of the same extend so that at all times a good electrical connection with the metal is present.
Das Salzbad kann beispielsweise Kryolith (Na3 ALF6) und Natriumchlorid enthalten, wobei das letztere vorteilhafterweise ungefähr in Anteilen zwischen 10 und 30 Gewichtsprozent vorhanden ist.The salt bath can contain, for example, cryolite (Na 3 ALF 6 ) and sodium chloride, the latter advantageously being present in proportions between 10 and 30 percent by weight.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele vonFurther details of the invention are based on the drawings, the exemplary embodiments of
009 648/355009 648/355
Reduktionszellen darstellen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden, näher erläutert. Represent reduction cells which are operated according to the method according to the invention, explained in more detail.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch eine Reduktionszelle ;Fig. 1 shows a vertical cross section through a reduction cell;
Fig. 2 ist eine Teilansicht einer anderen Reduktionszelle, in der die Stromführungselemente angeordnet sind;FIG. 2 is a partial view of another reduction cell in which the current-carrying elements are arranged are;
Fig. 3 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch ein Ende einer Reduktionszelle, in der die Stromführungselemente in wieder anderer Anordnung gezeigt sind.Fig. 3 shows a vertical longitudinal section through one end of a reduction cell in which the current-carrying elements are shown in yet another arrangement.
Die in Fig. 1 gezeigte Zelle besitzt eine Grundplatte 1 aus Ziegel oder Beton, auf der eine flache Wanne 2 angeordnet ist, die aus Kohlenstoff besteht und von einer Umgebungswand 3 aus Flußstahl gehalten und gestützt wird.The cell shown in Fig. 1 has a base plate 1 made of brick or concrete, on which a flat Tub 2 is arranged, which consists of carbon and held by a surrounding wall 3 made of mild steel and is supported.
Entlang den Längskanten der oberen Bodenfläche der Wanne 2 sind zwei flache Kanäle 4 gebildet, in die im Abstand voneinander stabförmige Stromführungsteile 5 aus gesintertem Titancarbid hineinragen. Bei dieser Anordnung erstreckt sich jedes Stromführungselement 5 horizontal durch die Seitenwand der Wanne 2 hindurch in den jeweils benachbarten Kanal 4 hinein. Die äußeren Enden der Stromführungselemente sind mit Stangen 6 aus Reinaluminium verbunden, die an dem negativen Pol einer Elektrolysenstromquelle angeschlossen sind. Die Enden der Stangen 6 können an die Stromführungselemente 5 angegossen sein:Along the longitudinal edges of the upper bottom surface of the tub 2, two flat channels 4 are formed into which At a distance from one another, rod-shaped current-carrying parts 5 made of sintered titanium carbide protrude. at this arrangement, each current-carrying element 5 extends horizontally through the side wall of the Tub 2 through into the respective adjacent channel 4. The outer ends of the current-carrying elements are connected to rods 6 made of pure aluminum, which are connected to the negative pole of an electrolysis power source are connected. The ends of the rods 6 can be attached to the current-carrying elements 5 to be cast on:
Die Anode 7 besteht aus Kohlenstoff und ist durch geeignete (nicht gezeigte) Mittel mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Stangen 6 sind, wie bei 6a in der linken Hälfte der Fig. 1 gezeigt, mit einer Sammelschiene 8 verbunden, die längs der Seiten der Zelle laufen.The anode 7 is made of carbon and is connected to the positive pole of the power source by suitable means (not shown). The bars 6 are, as shown at 6a in the left half of Fig. 1, connected to a busbar 8 which runs along the sides of the cell.
Die Zelle kann durch eines der bekannten Verfahren in Betrieb gesetzt werden. Zum Beispiel können die Anode 7 und die Wanne 2 auf Betriebstemperatur gebracht werden, indem die Anode 7 auf geeignete Kohlewiderstandsblöcke gesenkt wird, die auf dem Boden der Wanne liegen und durch die dann Strom durchgeleitet wird. Nachdem die Blöcke entfernt sind, kann die Elektrolyse durch Einlaufenlassen von geschmolzenem Aluminium eingeleitet werden, das einen die Stromleiterteile 5 bedeckenden Sumpf 9 bildet, worauf dann geschmolzenes Flußmittel 10 zugegeben wird, das gelöste Tonerde und Natriumchlorid, letzteres in einer Menge von 10 bis 30 Gewichtsprozent, z. B. 20 Gewichtsprozent, enthält, und sofort der volle Elektrolysenstrom durch die Zeile geleitet wird. Der Sumpf aus geschmolzenem Metall bildet die Kathode für die Zelle. Wenn die Zelle in. vollem Betrieb ist, wird der Hauptteil des Flußmittels 10 in flüssigen Zustand gehalten und durch eine Kruste 11 aus festem oder erstarrtem Flußmittel überdeckt.The cell can be started up by any of the known methods. For example, the Anode 7 and the tub 2 can be brought to operating temperature by setting the anode 7 to suitable Coal resistor blocks are lowered, which lie on the bottom of the tub and through which electricity then flows is passed through. After the blocks are removed, electrolysis can be started by running in molten Aluminum are introduced, which forms a sump 9 covering the conductor parts 5, whereupon molten flux 10 is added, the dissolved alumina and sodium chloride, the latter in an amount of 10 to 30 percent by weight, e.g. B. 20 percent by weight, and immediately the full Electrolysis current is passed through the row. The sump of molten metal forms the cathode for the cell. When the cell is in full operation, the main part of the flux 10 is kept in the liquid state and by a crust 11 of solid or solidified flux.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Strömführungselemente 5 vertikal angeordnet und durch die Bodenfläche der Wanne 2 hindurchgeführt. Die oberen Enden der Stromführungselemente 5 reichen mit einem kurzen Stück über die innere Bodenfläche der Wanne 2 hinaus und bilden elektrische Verbindungen zwischen dem Sumpf 9 des geschmolzenen Metalls, das sich auf dieser Bodenfläche ansammelt, und den Stangen 6, die elektrisch mit der Sammelschiene 8, die unter der Zelle entlangläuft, verbunden sind.In another embodiment, which is shown in Fig. 2, the flow guide elements 5 are vertical arranged and passed through the bottom surface of the tub 2. The upper ends of the current-carrying elements 5 extend with a short piece beyond the inner bottom surface of the tub 2 and form electrical connections between the sump 9 of the molten metal that is on this floor surface accumulates, and the rods 6, which are electrically connected to the busbar 8, which runs along under the cell, are connected.
Fig. 3 zeigt eine übliche Reduktionszelle, die durch die Verwendung von Stomführungselementen aus Titancarbid verbessert ist und ein geschmolzenes Salzbad der erwähnten Zusammensetzung verwendet. Wie üblich, besteht der Boden der Wanne 2 aus Graphitblöcken, in welche Stahlstäbe 6 eingebettet sind, die dazu dienen, die Blöcke elektrisch mit einer an den negativen Pol angeschlossenen Schiene (nicht gezeigt), die außerhalb der Zelle liegt, zu verbinden. SolcheFig. 3 shows a conventional reduction cell made by the use of current guiding elements Titanium carbide is improved and a molten salt bath of the composition mentioned is used. As Usually, the bottom of the tub 2 consists of graphite blocks in which steel rods 6 are embedded serve to electrically connect the blocks to a rail (not shown) connected to the negative pole, which is outside the cell to connect. Such
ίο Zellen haben den Nachteil, daß ein hoher elektrischer Berührungswiderstand zwischen dem Sumpf 9 aus geschmolzenem Aluminium und der Wanne 2 auftritt, und zwar deshalb, weil das Metall den Kohlenstoff nicht benetzt und sich ein schlecht leitender Schlamm während des Betriebes der Zelle auf dem Boden der Wanne absetzt.ίο cells have the disadvantage that a high electrical Contact resistance occurs between the sump 9 of molten aluminum and the tub 2, This is because the metal does not wet the carbon and becomes a poorly conductive sludge settles on the bottom of the tub during operation of the cell.
Um diesen Nachteil zu beheben, werden Stromführungselemente 5 in Form von Stangen von zylindrischer oder anderer Form in Ausnehmungen in den Blöcken des Wamienbodens eingeführt. Diese Stangen sind etwas langer als die Tiefe der Ausnehmungen, so daß ihre oberen Enden in das geschmolzene Metall hineinreichen und Wege für den Elektrolysenstrom bilden, die einen geringen Widerstand haben und die Schlammschicht überbrücken, da die Stromführungselemente von dem flüssigen Metall benetzt werden. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt über den Stahlstangen 6 angebracht, enden aber kurz über diesen, so daß ein zwischenliegender fester Teil des Kohlenstoffblockes verbleibt, der ein Leckwerden der Zelle verhindert. Die Stromführungselemente 5 sind in den Ausnehmungen vorzugsweise mittels einer dünnen Pechschicht befestigt, die bei der Betriebstemperatur der Zelle in eine feste, kohlenstoffartige Verbindung verwandelt wird.In order to remedy this disadvantage, current-carrying elements 5 are in the form of rods of cylindrical shape or introduced another form in recesses in the blocks of the warmer base. These poles are slightly longer than the depth of the recesses so that their upper ends are in the molten metal reach in and form paths for the electrolysis current that have a low resistance and that Bridge the sludge layer, as the current-carrying elements are wetted by the liquid metal. The recesses are preferably attached evenly distributed over the steel rods 6, ends but just above this, so that an intermediate solid part of the carbon block remains, which is a The cell is prevented from leaking. The current-carrying elements 5 are preferably in the recesses attached by means of a thin layer of pitch which, at the operating temperature of the cell, turns into a solid, carbon-like Connection is transformed.
Die oben beschriebenen Stromführungselemente 5 bestehen mindestens in der Hauptsache aus wenigstens einem der Materialien aus der Gruppe der Carbide und Boride des Titans und des Zirkoniums.The current-carrying elements 5 described above consist at least in the main of at least one of the materials from the group of carbides and borides of titanium and zirconium.
Claims (3)
Deutsche Patentschrift Nr. 622 522;
Referat der Veröffentlichung von W. A. P1 otn i kow, Je. I. Kiritschenko und N. S. Fortunatow im »Chemischen Zentralblatt«, 1941, 2. Teil, S. 399.Considered publications:
German Patent No. 622 522;
Presentation of the publication by WA P1 otn i kow, Je. I. Kiritschenko and NS Fortunatow in the "Chemischen Zentralblatt", 1941, Part 2, p. 399.
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
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1956
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- 1956-03-09 DE DEB39447A patent/DE1093097B/en active Pending
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