DE1093996B

DE1093996B - Current-carrying elements and their use in electrolytic cells for the extraction or refining of aluminum

Info

Publication number: DE1093996B
Application number: DEB39448A
Authority: DE
Inventors: Charles Eric Ransley
Original assignee: British Aluminum Co Ltd
Current assignee: British Aluminum Co Ltd
Priority date: 1955-03-10
Filing date: 1956-03-09
Publication date: 1960-12-01
Also published as: CH343651A; GB826635A; FR1149468A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung geht aus von Stromführungselementen, die in elektrolytischen Zellen für die Herstellung von Aluminium als Kathode oder als Stromzuführung zur Kathode einer Reduktionszelle für die Herstellung von Aluminium oder als Stromzuführung zur Anoden- oder Kathodenschicht einer Aluminiumraffinationszelle verwendet werden. Diese Stromführungselemente stehen alle zumindest mit einem Teil ihrer Oberflächen mit geschmolzenem Aluminium in Berührung.The invention is based on current-carrying elements which are used in electrolytic cells for production of aluminum as a cathode or as a power supply to the cathode of a reduction cell for the Manufacture of aluminum or as a power supply to the anode or cathode layer of an aluminum refining cell be used. These current-carrying elements are all at least a part of their surfaces with molten aluminum in touch.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, solche Stromführungselemente statt wie bisher aus Kohlenstoff mindestens aus einem der Stoffe Titancarbid und Zirkoniumcarbid herzustellen und dadurch große Vorteile, z. B. ein gutes Benetzen der Teile durch geschmolzenes Aluminium, zu erreichen. Nach einem weiteren \^orschlag wurde die noch vorteilhaftere Verwendung der Boride des Titans und Zirkoniums zu diesem Zweck angegeben und insbesondere auf die ausgezeichneten Eigenschaften von Titanborid (TiB₂) hingewiesen. Dieser Stoff hat einen noch viel niedrigeren elektrischen Widerstand als Titancarbid, ist beständiger gegen Oxydation bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 800° C und besitzt eine geringere Löslichkeit im geschmolzenen Aluminium bei Temperaturen zwischen 950 und 1000° C, die in solchen Elektrolysezellen verwendet werden. Die letztere Eigenschaft ist außerordentlich bedeutsam vom wirtschaftlichen Standpunkt aus, da die Lebensdauer der Stromführungselemente von dem Ausmaß bestimmt wird, in welchem sich das Material in dem geschmolzenen Aluminium der elektrolytischen Zelle löst.It has already been proposed to produce such current-carrying elements instead of carbon as before from at least one of the substances titanium carbide and zirconium carbide and thereby great advantages, for. B. to achieve good wetting of the parts by molten aluminum. After a further suggestion, the even more advantageous use of the borides of titanium and zirconium for this purpose was indicated and in particular the excellent properties of titanium boride (TiB ₂ ) were pointed out. This substance has a much lower electrical resistance than titanium carbide, is more resistant to oxidation at temperatures in the range from 300 to 800 ° C and has a lower solubility in molten aluminum at temperatures between 950 and 1000 ° C, which are used in such electrolysis cells. The latter property is extremely important from an economic point of view, since the life of the current-carrying elements is determined by the extent to which the material dissolves in the molten aluminum of the electrolytic cell.

Es wurde nun gefunden, daß durch die Verwendung einer Mischung von Titancarbid und Titanborid besondere Vorteile erzielt werden können, die nicht aus der Kenntnis ihrer einzeln bestimmbaren Eigenschaften zu entnehmen sind.It has now been found that by using a mixture of titanium carbide and titanium boride special advantages can be achieved that cannot be obtained from the knowledge of their individually determinable properties can be found.

Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung Stromführungselemente vor zur Verwendung als Kathode und/oder als Stromzuführung zur Anode oder Kathode in elektrolytischen Zellen für die Herstellung oder Raffination von Aluminium, bei denen wenigstens die Teile der Stromführungselemente, die mit geschmolzenem Aluminium in Berührung kommen, zum größten Teil oder vollständig aus einer Mischung von Titancarbid und Titanborid bestehen.Accordingly, the present invention provides current-carrying elements for use as a cathode and / or as a power supply to the anode or cathode in electrolytic cells for manufacture or refining of aluminum, in which at least the parts of the current-carrying elements that are with molten Aluminum come into contact, for the most part or entirely from a mixture of Titanium carbide and titanium boride exist.

Die Mischung kann 5 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent, insbesondere ungefähr 10 Gewichtsprozent Titanborid enthalten. Es ist auch möglich, die Teile der Stromführungselemente außerhalb der Schmelze aus einer Mischung herzustellen, deren Titanboridanteil fortschreitend in Richtung auf die Schmelze zunimmt.The mixture can be 5 to 25 percent by weight, preferably 10 to 20 percent by weight, in particular contain approximately 10 weight percent titanium boride. It is also possible to use the parts of the current-carrying elements outside of the melt from a mixture, the titanium boride content of which progressively in The direction of the melt increases.

StromführungselementeCurrent carrying elements

und deren Verwendungand their use

in elektrolytisdien Zellen zur Gewinnung oder Raffination von Aluminiumin electrolytic cells for production or refining 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, Chesham Bois, BuckinghamshireCharles Eric Ransley, Chesham Bois, Buckinghamshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor

Der überraschende Effekt, der bei der Vermischung von Titanborid mit Titancarbid bei der Herstellung der Stromführungselemente erzielt wird, ist die Änderung der Löslichkeit von Titancarbid in Aluminium bei hohen Temperaturen (z.B. bei 970° C). Ganz geringe prozentuale Zusätze von Borid drücken dabei bereits merklich die Löslichkeit des Carbids herab.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The surprising effect that is achieved when titanium boride is mixed with titanium carbide in the production of the current-carrying elements is the change in the solubility of titanium carbide in aluminum at high temperatures (for example at 970 ° C.). Very small percentage additions of boride already markedly reduce the solubility of the carbide.
Further advantages and details of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Löslichkeit von Titan in Aluminium bei 970° C für Materialien angibt, deren Zusammensetzung sich von 100% Ti C bis 100VoTiB₂ ändert;1 is a graph indicating the solubility of titanium in aluminum at 970 ° C. for materials whose composition changes from 100% Ti C to 100 VoTiB ₂ ;

Fig. 2 zeigt einen senkrechten Querschnitt durch eine Reduktionszelle;Fig. 2 shows a vertical cross section through a reduction cell;

Fig. 3 ist eine Teilansicht einer anderen Reduktionszelle, in der die Stromführungselemente anders angeordnet sind;Fig. 3 is a partial view of another reduction cell, in which the current-carrying elements are arranged differently;

Fig. 4 zeigt einen vertikalen Längsschnitt von einem Ende einer Reduktionszelle, in der die Stromführungselemente wieder anders angeordnet sind;Fig. 4 shows a vertical longitudinal section of one End of a reduction cell in which the current-carrying elements are again arranged differently;

009 650/400009 650/400

Fig. 5 stellt einen vertikalen Schnitt durch eine Dreischichtenraffinationszelle dar;Fig. 5 is a vertical section through a three layer refining cell;

Fig. 6 zeigt eine Reduktionszelle mit Kathoden, die aus erfindungsgemäßen Stromführungselementen hergestellt sind, und zwar im Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 7;6 shows a reduction cell with cathodes made from current-carrying elements according to the invention are, in section along the line VI-VI of Fig. 7;

Fig. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6.FIG. 7 shows a section along the line VII-VII in FIG. 6.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird die Löslichkeit von Titancarbid durch den Zusatz von nur 10% Titanborid auf ungefähr ein Drittel herabgesetzt und bleibt dann im wesentlichen konstant bis zu einem Zusatz von wenigstens 70% Borid.As can be seen from Fig. 1, the solubility of titanium carbide is increased by the addition of only 10% titanium boride is reduced to about one third and then remains essentially constant until one addition of at least 70% boride.

Da Titanborid im Vergleich zu Titancarbid teuer ist, ist es von großem Wert, daß eine beträchtliche ¹S Verminderung der Löslichkeit erreicht werden kann, wenn verhältnismäßig kleine Anteile des Borids dem billigeren und leichter erhältlichen Carbid zugesetzt werden. Es ist schwierig, den günstigsten Prozentsatz von Borid anzugeben, der zu verwenden ist, obgleich bezüglich der Löslichkeit selbst Zusätze in der Größenordnung von 10 bis 25% angebracht sind. Zusätze von weniger als 10% ergeben vorteilhafte Resultate. Dabei müssen die erhöhten Kosten von Titanborid enthaltendem Material und die längere Lebensdauer der Stromführungselemente gegeneinander abgewogen werden, es wird aber vorgezogen, nicht weniger als 5% TiB₂ zuzusetzen.Because titanium boride is expensive compared to titanium carbide, it is of great value, that a considerable reduction in the solubility S ¹ can be achieved if relatively small amounts of the boride are added to the cheaper and more readily available carbide. It is difficult to state the most favorable percentage of boride to use, although additions of the order of 10 to 25% are appropriate for solubility itself. Additions of less than 10% give favorable results. The increased costs of material containing titanium boride and the longer service life of the current-carrying elements must be weighed against one another, but it is preferred not to add _{less than 5% TiB 2.}

Die Verwendung von solchen Mischungen für die Herstellung von Stromführungselementen ist von außerordentlicher Bedeutung, insbesondere für Reduktionszellen zur Aluminiumherstellung. Bei Dreischichtenzellen zur Raffination von Aluminium ergeben sich ebenfalls Vorteile, da aber die Löslichkeit von TiC unter den Bedingungen in einer solchen Zelle allein normalerweise ausreichend niedrig ist, rechtfertigen sich meistens die höheren Kosten von Ti C-Ti B₂-Mischungen nicht.The use of such mixtures for the production of current-carrying elements is extremely important, in particular for reduction cells for the production of aluminum. In three-layer cells for refining aluminum there are also advantages, but since the solubility of TiC is normally sufficiently low under the conditions in such a cell alone, the higher costs of Ti C-Ti B ₂ mixtures are usually not justified.

Was andere Eigenschaften betrifft, so liegen die Ti C-Ti B₂-Mischungen anscheinend in der Mitte zwischen dem Carbid und dem Borid. Die Beständigkeit der Mischung gegen Oxydation in Luft bei hoher Temperatur ist besser als bei Titancarbid allein. Der elektrische Widerstand steht in etwa einer linearen Beziehung zu der Zusammensetzung und nimmt von einem Wert zwischen 60 und 70 Mikroohm/cm für Titancarbid bis 10 Mikroohm/cm für Titanborid ab. Damit ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil durch die Verwendung der Mischungen, da die höheren Kosten des Borids ausgeglichen werden können, indem ein Stromführungselement von geringerem Querschnitt für die Zuführung eines bestimmten Stromes verwendet wird.As for other properties, the Ti C-Ti B ₂ mixtures appear to be intermediate between the carbide and the boride. The resistance of the mixture to oxidation in air at high temperature is better than that of titanium carbide alone. The electrical resistance is roughly linearly related to the composition and decreases from a value between 60 and 70 microohm / cm for titanium carbide to 10 microohm / cm for titanium boride. This results in an additional advantage through the use of the mixtures, since the higher costs of the boride can be offset by using a current-carrying element with a smaller cross-section for supplying a specific current.

Die Stromführungselemente aus Carbid-Borid-Mischungen können auf verschiedene W^reise hergestellt werden. Das einfachste Verfahren besteht darin, Titancarbid- und Titanboridpulver von geeigneter Reinheit und Teilchengröße zu mischen und dann die Mischung unter geeigneten Temperatur- und Druckbedingungen zu pressen, was in einer Schutzatmo-Sphäre, z. B. aus Wasserstoff, erfolgt. Die für das Pressen von Titancarbid geeigneten Bedingungen (Druck etwa 155 kg/cm²; Temperatur: 2000 bis 2100° C) sind auch für Carbid-Borid-Mischungen geeignet. Es kann aber auch pulverförmiges Ti C mit TiB₂ gemischt, dann kalt gepreßt und anschließend entweder im Vakuum oder in einer neutralen Atmosphäre gesintert werden.The current carrying elements from carbide boride mixtures ^r in different W be prepared else. The simplest method is to mix titanium carbide and titanium boride powders of suitable purity and particle size and then press the mixture under suitable temperature and pressure conditions, which is carried out in a protective atmosphere, e.g. B. from hydrogen. The conditions suitable for pressing titanium carbide (pressure about 155 kg / cm ² ; temperature: 2000 to 2100 ° C.) are also suitable for carbide-boride mixtures. However, powdered Ti C can also be _{mixed with TiB 2} , then cold-pressed and then sintered either in a vacuum or in a neutral atmosphere.

Andererseits ist es möglich, eine Mischung aus Titancarbid und Titanborid durch geeignete Abwandlungen des Verfahrens für die Herstellung von Carbiden zu erhalten. Zu dem Zwecke wird die normale Reaktion für die Herstellung von Ti C mittels Reduktion von Titandioxyd durch KohlenstoffOn the other hand, it is possible to use a mixture of titanium carbide and titanium boride by suitable modifications of the process for the production of carbides. For this purpose, the normal Reaction for the production of Ti C by reducing titanium dioxide with carbon

TiO₂+3C=TiC+2COTiO ₂ + 3C = TiC + 2CO

abgeändert, indem der Kohlenstoff teilweise durch Bor ersetzt wird. Hierbei bildet sich Titanborid nach der Gleichung:modified by partially replacing the carbon with boron. Titanium boride is reproduced here the equation:

TiO₂+2C+2B=TiB₂+2COTiO ₂ + 2C + 2B = TiB ₂ + 2CO

Man erhält auf diese Weise leicht durch geeignete Einstellung des bei der Reduktion zu verwendenden Kohlenstoff-Bor-Verhältnisses eine beliebige TiC-TiB₂-Mischung, aus der kompakte Teile hergestellt werden können, indem die Mischung warm gepreßt oder kalt gepreßt und gesintert wird.In this way, by suitable adjustment of the carbon-boron ratio to be used in the reduction, any desired TiC-TiB ₂ mixture can easily be obtained from which compact parts can be produced by hot-pressing the mixture or cold-pressing and sintering.

Es ist außerdem möglich, durch Warmpressen oder andererseits durch Kaltpressen und Sintern ein Stromführungselement für Reduktionszellen oder Dreischichtenraffinationszellen herzustellen, das eine sich verändernde Zusammensetzung hat. Es ist z. B. möglich, ein Stromführungselement herzustellen, das 20% Titanborid und 80% Titancarbid über nur einen Teil seiner Länge enthält, während der Rest im wesentlichen aus Titancarbid besteht. Zwischen den beiden Teilen verschiedener Zusammensetzung kann sich das Verhältnis der Bestandteile fortlaufend ändern, so daß ein allmählicher Übergang erhalten wird. Nach diesem Verfahren ist die Gefahr auf ein Minimum verringert, daß sich an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Teilen verschiedener Zusammensetzung Risse bilden.It is also possible by hot pressing or alternatively by cold pressing and sintering Produce current-carrying element for reduction cells or three-layer refining cells, the one has changing composition. It is Z. B. possible to produce a current-carrying element that Contains 20% titanium boride and 80% titanium carbide over only part of its length, while the remainder is im consists essentially of titanium carbide. Between the two parts of different composition can the proportions of the constituents change continuously so that a gradual transition is obtained. According to this method, the risk of getting at the joint is reduced to a minimum Form cracks between the two parts of different composition.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, Stromführungselemente herzustellen, die dort, wo sie in den geschmolzenen Kathodensumpf der Zelle hineinragen, aus einer Mischung von Carbid und Borid, und dort, wo sie von der Wand oder dem Boden der Zelle umgeben sind, nur aus Carbid bestehen.With this method it is possible to create current-carrying elements to produce which, where they protrude into the molten cathode sump of the cell, from a mixture of carbide and boride, and where they are surrounded by the wall or floor of the cell are made only of carbide.

In Fig. 2 wird eine Reduktionszelle gezeigt. Sie umfaßt eine Grundplatte 1 aus Mauerwerk oder Beton, auf der eine flache Wanne 2 gelagert ist, die aus Kohlenstoff besteht und von einer Umgebungswand 3 aus Flußstahl gestützt und gehalten wird.In Fig. 2 a reduction cell is shown. It comprises a base plate 1 made of masonry or concrete, on which a flat trough 2 is mounted, which consists of carbon and is surrounded by a surrounding wall 3 made of mild steel is supported and held.

Entlang der Längskanten der oberen Bodenfläche der Wanne 2 sind zwei Kanäle 4 gebildet, in welche im Abstand voneinander stabförmige Stromführungselemente 5 hineinragen, die in der oben beschriebenen Weise hergestellt sind, so daß wenigstens der Teil des Stromführungselementes 5, der in das geschmolzene Aluminium eintaucht, aus einer Mischung von Titanborid und Titancarbid besteht. Das Borid in diesem Teil macht dabei vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent aus. Der Rest des Stromführungselementes 5 kann aus der gleichen Mischung bestehen, oder es kann andererseits der Teil, der jeweils in dem Bereich 5 c liegt, aus einer Mischung von Titanborid und Titancarbid gebildet sein, in welcher der Anteil des Titanborids nach und nach verringert wird, so daß sich ein allmählicher Übergang ergibt von dem in geschmolzenes Aluminium eingetauchten Teil des Stromführungselementes zu dem restlichen Teil, der dann nur aus Titancarbid besteht. In dieser Anordnung erstreckt sich jedes Stromführungselement 5 horizontal durch die Wand der Wanne 2 und ragt in den zugehörigen Kanal 4 hinein. Das äußere Ende jedes Stromführungselementes ist dabei mit einem Aluminiumstab 6 verbunden, der an den negativen Pol einer Stromquelle für die Elektrolyse angeschlossen ist. DasAlong the longitudinal edges of the upper bottom surface of the tub 2, two channels 4 are formed into which protrude at a distance from each other rod-shaped current-carrying elements 5, which are described in the above Way are made so that at least the part of the current-carrying element 5, which is in the molten Immersed aluminum, consists of a mixture of titanium boride and titanium carbide. The boride in this one Part makes up preferably 10 to 20 percent by weight. The rest of the current-carrying element 5 may consist of the same mixture, or it may alternatively be the part that is each in the area 5 c is formed from a mixture of titanium boride and titanium carbide, in which the proportion of Titanium boride is gradually decreased so that there is a gradual transition from that in molten Aluminum immersed part of the current-carrying element to the remaining part, which is then consists only of titanium carbide. In this arrangement, each current-carrying element 5 extends horizontally through the wall of the tub 2 and protrudes into the associated channel 4. The outer end of each current-carrying element is connected to an aluminum rod 6 which is connected to the negative pole of a power source for the electrolysis. That

Ende des Aluminiumstabes 6 kann an das Ende des Stromführungselementes 5 angegossen sein.The end of the aluminum rod 6 can be cast onto the end of the current-carrying element 5.

Die Anode 7 ist aus Kohlenstoff und ist durch geeignete Mittel (nicht gezeigt) mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Aluminiumstäbe 6 sind, wie bei 6a in der linken Seite der Fig. 1 gezeigt, mit einer Stromschiene 8 verbunden, die sich seitlich entlang der Zelle erstreckt.The anode 7 is made of carbon and is connected to the positive pole of the power source by suitable means (not shown). As shown at 6a in the left-hand side of FIG. 1, the aluminum bars 6 are connected to a busbar 8 which extends laterally along the cell.

Die Zelle kann durch eines der in der Industrie bekannten Verfahren in Betrieb gesetzt werden. Zum Beispiel können die Anode 7 und die Wanne 2 auf Betriebstemperatur geheizt werden, indem die Anode auf geeignete Kohlenwiderstandsblöcke gesetzt wird, die auf der Bodenfläche der Wanne liegen und durch die dann elektrischer Strom durchgeleitet wird. Nachdem die Blöcke entfernt worden sind, kann die Elektrolyse durch Einlaufenlassen von geschmolzenem Aluminium eingeleitet werden, das einen die Stromführungselemente 5 bedeckenden Sumpf 9 bildet, worauf dann geschmolzener Elektrolyt 10 zugeführt und sofort der volle Elektrolysenstrom durch die Zelle geschickt wird. Der Sumpf aus geschmolzenem Metall bildet die Kathode für die Zelle. Wenn die Zelle in vollem Betrieb ist, befindet sich der Hauptteil der Schmelze 10 in flüssigem Zustand und wird durch eine Kruste 11 aus fester oder erstarrter Schmelze abgedeckt.The cell can be started by any of the methods known in the industry. To the Example, the anode 7 and the tub 2 can be heated to operating temperature by the anode is placed on suitable carbon resistance blocks, which lie on the bottom surface of the tub and through which electric current is then passed through. After the blocks have been removed, electrolysis can take place be introduced by running in molten aluminum, one of the current-carrying elements 5 covering sump 9 forms, whereupon molten electrolyte 10 is supplied and immediately the full electrolysis current through the cell is sent. The sump of molten metal forms the cathode for the cell. If the cell is in is full operation, the main part of the melt 10 is in the liquid state and is through a crust 11 covered from solid or solidified melt.

Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Stromführungselemente 5 vertikal angeordnet und durch die Bodenplatte der Wanne 2 hindurchgeführt. Die oberen Enden der Stromführungselemente 5 ragen um ein kurzes .Stück über die obere Bodenfläche der Wanne heraus und bilden eine elektrische Verbindung zwischen dem Sumpf 9 aus geschmolzenem Metall, das sich auf der Bodenfläche ansammelt, und dem Aluminiumstab 6, der in elektrischer Verbindung mit der Sammelschiene 8 steht, die unter der Zelle entlangläuft.In another embodiment, which is shown in FIG. 3, the current-carrying elements 5 are vertical arranged and passed through the base plate of the tub 2. The upper ends of the current-carrying elements 5 protrude a short .Piece over the upper bottom surface of the tub and form an electrical connection between the sump 9 of molten metal that is on the bottom surface accumulates, and the aluminum rod 6, which is in electrical connection with the busbar 8 that runs under the cell.

Fig. 4 zeigt, wie die Wirtschaftlichkeit einer üblichen Reduktionszelle durch Verwendung von erfindungsgemäßen Stromführungselementen verbessert werden kann. Der Boden der Wanne 2 ist wie üblich aus Graphitblöcken gebildet, in die Stahlstäbe 6 eingebettet sind, die die Blöcke elektrisch mit der außerhalb der Zelle liegenden Schiene (nicht gezeigt) verbinden, welche ihrerseits zum negativen Pol führt. Solche Zellen haben den Nachteil, daß ein hoher elektrischer Widerstand zwischen dem geschmolzenen Aluminiumsumpf 9 und der Wanne 2 auftritt, da das Metall den Kohlenstoff nicht benetzt und sich ein schlecht leitender Schlamm während des Betriebes der Zelle auf dem Boden der Wanne ansammelt.Fig. 4 shows how the economy of a conventional reduction cell by using inventive Current carrying elements can be improved. The bottom of the tub 2 is as usual formed from graphite blocks in which steel rods 6 are embedded, which electrically connect the blocks to the outside the cell lying rail (not shown) connect, which in turn leads to the negative pole. Such cells have the disadvantage that a high electrical resistance between the melted Aluminum sump 9 and the tub 2 occurs because the metal does not wet the carbon and is a poorly conductive sludge accumulates on the bottom of the tank during operation of the cell.

Um diese Nachteile zu beheben, werden Stromführungselemente 5 in Form von Stangen von zylindrischer oder anderer Form in Ausnehmungen eingesetzt, die in den Blöcken des Zellenbodens gebildet sind. Diese Stangen sind etwas langer als die Tiefe der Ausnehmungen, so daß ihre oberen Enden in den Sumpf 9 aus geschmolzenem Metall hineinreichen und für den Elektrolysenstrom ein Weg von geringerem Widerstand ergeben, durch den die Schlammschicht überbrückt wird. Die Ausnehmungen werden vorzugsweise gleichmäßig verteilt über den Stahlstäben 6 angeordnet, enden aber kurz über diesen, so daß eine Zwischenschicht aus festem Kohlenstoff verbleibt, die ein Leckwerden der Zelle verhindert. Die Stromführungselemente 5 werden vorzugsweise in ihren Stellungen mittels einer dünnen Pechschicht befestigt, die sich bei der Betriebstemperatur der Zelle in eine feste kohlenstoffartige Verbindung verwandelt.In order to remedy these disadvantages, current-carrying elements 5 are in the form of rods of cylindrical shape or other shape used in recesses formed in the blocks of the cell bottom are. These rods are slightly longer than the depth of the recesses, so that their upper ends are in the Sump 9 of molten metal reach into it and a path of less for the electrolysis current Result in resistance by which the sludge layer is bridged. The recesses are preferred arranged evenly distributed over the steel rods 6, but end just above this, so that a An intermediate layer of solid carbon remains, which prevents the cell from leaking. The current-carrying elements 5 are preferably fixed in their positions by means of a thin layer of pitch, which turns into a solid carbon-like compound at the operating temperature of the cell.

Die Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Dreischichtenzelle für die Raffination von Aluminium. Ein Stromführungselement 5 a, das aus dem erfindungsgemäßen Material besteht, erstreckt sich horizontal durch die Isolier- (Magnesit-) Wandung 12 der Zelle und ragt mit seinem inneren Ende in eine Vertiefung 13 hinein, die in der Bodenplatte der Zelle gebildet ist, so daß das Stromführungselement im Betriebszustand in eine Schicht 14 aus geschmolzenerFig. 5 shows the application of the invention to a three-layer cell for refining aluminum. A current-carrying element 5 a, which consists of the material according to the invention, extends horizontally through the insulating (magnesite) wall 12 of the cell and protrudes with its inner end into a Indentation 13 into it, which is formed in the base plate of the cell, so that the current-carrying element is in the operating state into a layer 14 of molten

ίο Aluminiumlegierung eintaucht, die die Bodenschicht bildet. Das äußere Ende des Stromführungselementes 5 a- ist mit einem Aluminiumstab 15 (der daran angegossen sein kann) verbunden und führt zum positiven Pol der Elektrolysenstromquelle.ίο aluminum alloy dips which is the bottom layer forms. The outer end of the current-carrying element 5 a- is connected to an aluminum rod 15 (which is cast on it can be) and leads to the positive pole of the electrolysis power source.

Ähnliche Stromführungselemente 5 b sind vertikal angeordnet und tauchen mit ihren unteren Enden in eine Schicht 16 aus gereinigtem Aluminium ein, welches auf einer Schicht 17 aus geschmolzenem Flußmittel schwimmt. Sie sind mit ihren oberen Enden anSimilar current-carrying elements 5 b are arranged vertically and dip with their lower ends into a layer 16 of cleaned aluminum which floats on a layer 17 of molten flux. They are with their upper ends on

ao eine mit dem negativen Pol verbundene Stromschiene 18 angeschlossen. Diese Stromführungselemente können mit der Stromschiene (wie bei 19) verlötet oder daran angegossen werden. Die frei liegenden Teile der Stromführungselemente 5 b sind in geeigneter Weise gegen Oxydation und andere schädliche Einflüsse geschützt.ao connected to a busbar 18 connected to the negative pole. These current-carrying elements can be soldered to the busbar (as at 19) or cast onto it. The exposed parts of the current-carrying elements 5 b are protected in a suitable manner against oxidation and other harmful influences.

Die Verwendung von Stromführungselementen in Reduktionszellen, bei denen die Kathode zur Horizontalen geneigt angeordnet ist, wird in den Fig. 6 und 7 erläutert. Die dargestellte Reduktionszelle besitzt sowohl im Grundriß als auch im Querschnitt eine rechteckige Form und enthält eine Außenwand 21 aus widerstandsfähigem Isoliermaterial, z. B. Magnesit, und eine Auskleidung 22 aus Kohlenstoff. Vertikale Trennwände 23, ebenfalls aus Kohlenstoff, erstrecken sich von den Seitenwänden der Auskleidung nach innen und stehen mit den entsprechenden Außen- und Bodenflächen der Kohlenstoffauskleidung 22 in Berührung, sie enden aber kurz vor der Längsmittellinie der Zelle. Die Innenfläche jeder Trennwand 23 ist verhältnismäßig stark nach oben und außen, vom unteren Ende ausgehend, zur Horizontalen geneigt, und die oberen Flächen liegen etwas unter der Oberfläche des geschmolzenen Flußmittels 24, das die Zelle anfüllt, wenn sie in Betrieb ist (s. Fig. 6). Die Trennwände 23 sind voneinander getrennt über die Länge der Zelle verteilt und in einander gegenüberliegenden Paaren angeordnet. Jede Innenfläche der Trennwände trägt eine Kathode 25 eines Kathodenpaares, das mit einer Anode 26 zusammenwirkt, die zwischen den Kathoden liegt. Jede Kathode 25 besteht aus einer rechteckigen Platte eines gesinterten Preßlings, der in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist. Die Kathodenplatte ruht mit dem mittleren Teil ihrer äußeren Fläche auf der Innenfläche der entsprechenden Trennwand 23, und ihre untere Kante steht in Berührung mit der entsprechenden Seitenwand eines Kanals 27, der in Längsrichtung in der Bodenfläche der Kohlenstoffauskleidung 22 gebildet ist und in der Breite von einer Trennwand 23 bis zur gegenüberliegenden reicht. Bei dieser Anordnung sind im Abstand voneinander über die Länge der Zelle verteilt Paare von einander gegenüberliegenden Kathodenplatten 25 in V-Form angeordnet, deren untere Kanten um die Breite des Kanals 27 voneinander getrennt sind. Die oberen Kanten der Kathodenplatten ragen, wie in Fig. 6 gezeigt, etwas über die oberen Enden der Trennwände 23 hinaus und enden kurz unter der Oberfläche des geschmolzenen Flußmittels 24. Die Anode 26 besteht aus Kohlenstoff und ist im Quer-The use of current-carrying elements in reduction cells in which the cathode is horizontal is arranged inclined, is explained in Figs. The reduction cell shown has both a rectangular shape in plan and cross-section and contains an outer wall 21 resistant insulating material, e.g. B. magnesite, and a lining 22 made of carbon. vertical Partition walls 23, also made of carbon, extend from the side walls of the liner inside and are in contact with the corresponding outside and bottom surfaces of the carbon liner 22, but they end just before the longitudinal center line of the cell. The inner surface of each partition 23 is proportionate strongly upwards and outwards, starting from the lower end, inclined to the horizontal, and the upper surfaces are slightly below the surface of the molten flux 24 that fills the cell, when it is in operation (see Fig. 6). The partition walls 23 are separated from one another over the length of the cell distributed and arranged in opposing pairs. Each inner surface of the partitions carries a cathode 25 of a cathode pair, which cooperates with an anode 26 between the cathodes lies. Each cathode 25 consists of a rectangular plate of a sintered compact, which is in the above described way is produced. The cathode plate rests with the middle part of its outer Surface on the inner surface of the corresponding partition wall 23, and its lower edge is in contact with the corresponding side wall of a channel 27 running longitudinally in the bottom surface of the carbon liner 22 is formed and in width from a partition 23 to the opposite enough. In this arrangement, pairs of are spaced from one another over the length of the cell opposing cathode plates 25 arranged in a V-shape, the lower edges of which around the Width of the channel 27 are separated from each other. The top edges of the cathode plates protrude, as in Fig. 6 shown, slightly beyond the upper ends of the partition walls 23 and end just below the Surface of the molten flux 24. The anode 26 is made of carbon and is in the transverse

schnitt rechteckig. Ihr unterer Teil ist jedoch keilförmig, so daß die dadurch entstehenden geneigten rechteckigen Flächen 26 α im wesentlichen parallel zu den Innenflächen der entsprechenden Kathodenplatten 25 verlaufen. Die Anode 26 wird von einer Stromschiene 28 (Fig. 6) getragen, die aus Stahl besteht und die Anode mit dem positiven Pol der Elektrolysenstromquelle verbindet. Der obere Teil der Anode erstreckt sich durch die Oberfläche des geschmolzenen Flußmittels 24 und die darüberliegende Kruste 24 α ίο aus erstarrtem oder festem Flußmittel hindurch. Da die Anode während des Betriebes der Zelle verbraucht wird, wird sie fortlaufend in bekannter Weise herabgelassen. Die Stellung der geneigten Flächen der Anode ist dabei immer derart, daß der gewünschte konstante Abstand zwischen den Elektroden gewahrt bleibt.cut rectangular. Your lower part is wedge-shaped, so that the resulting inclined rectangular surfaces 26 α substantially parallel to the inner surfaces of the corresponding cathode plates 25 run. The anode 26 is carried by a bus bar 28 (Fig. 6) made of steel and connects the anode to the positive pole of the electrolytic power source. The top of the anode extends through the surface of the molten flux 24 and the overlying crust 24 α ίο from solidified or solid flux through. Because the anode consumes during the operation of the cell it is continuously lowered in a known manner. The position of the inclined surfaces of the The anode is always such that the desired constant distance between the electrodes is maintained remain.

An einer Seite einer jeden Trennwand 23 ist auf dem Boden der Kohlenstoffauskleidung 22 eine flache Vertiefung 29 angebracht, in die das innere Ende ao eines stabförmigen Stromführungselementes 30 hineinragt, das aus einem gleichen gesinterten Preßling wie die Kathodenplatten besteht. Dieses Stromführungselement erstreckt sich horizontal durch die vertikale Wand der Kohlenstoffauskleidung 22 nach außen und ist elektrisch mit einer Aluminiumstange 31 verbunden, deren inneres Ende in die äußere WandOn one side of each partition 23, on the bottom of the carbon liner 22 is a flat one Mounted recess 29 into which the inner end ao of a rod-shaped current-carrying element 30 protrudes, which consists of the same sintered compact as the cathode plates. This current-carrying element extends horizontally through the vertical wall of carbon liner 22 outside and is electrically connected to an aluminum rod 31, the inner end of which into the outer wall

21 eingebettet ist. Die Aluminiumstangen 31 sind mit dem negativen Pol der Elektrolysenstromquelle verbunden. Bei der Inbetriebnahme der Zelle kann die Elektrolyse in üblicher Weise eingeleitet werden.21 is embedded. The aluminum bars 31 are connected to the negative pole of the electrolytic power source. When the cell is started up, the electrolysis can be initiated in the usual way.

Wenn sich die Zelle in vollem Betrieb befindet, ist der Hauptteil der Flußmittelmischung im geschmolzenen Zustand, obgleich sich eine Kruste 24ο aus festem oder erstarrtem Flußmittel bildet, die den Zwischenraum zwischen der KohlenstoffauskleidungWhen the cell is in full operation, most of the flux mixture is in the molten state Condition, although a crust is emerging solid or solidified flux that forms the space between the carbon lining

22 der Zelle und den entsprechenden Anoden 26 überbrückt und sich auch an den Wänden der Auskleidung abwärts erstreckt, wie in Fig. 6 gezeigt. Auf den gesamten frei liegenden Oberflächen der Kathodenplatten 25 scheidet sich nun flüssiges Aluminium ab und fließt daran herab in den Sumpf 32, der sich über die Bodenfläche der Kohlenstoffauskleidung 22 erstreckt und auch den Kanal 27 ausfüllt. Der Sumpf bildet die elektrische Verbindung zwischen den Stromführungselementen 30 und den Kathodenplatten 25.22 of the cell and the corresponding anodes 26 are bridged and also attached to the walls of the liner extends downward as shown in FIG. On the entire exposed surfaces of the cathode plates 25 now separates liquid aluminum and flows down on it into the sump 32, which overflows extends the bottom surface of the carbon liner 22 and also fills the channel 27. The swamp forms the electrical connection between the current-carrying elements 30 and the cathode plates 25.

Der gesamte Elektrolysenstrom wird im wesentlichen von dem Aluminium des Sumpfes und nur wenig oder überhaupt nicht von der Kohlenstoffbasis geleitet. Das geschmolzene Aluminium kann von Zeit zu Zeit aus diesem Sumpf abgestochen werden.The entire electrolysis current is essentially from the aluminum of the sump and only a little or not guided by the carbon base at all. The molten aluminum can run out from time to time to be tapped into this swamp.

Bei den oben beschriebenen Stromführungselementen, z. B. bei den Stromführungselementen 5 (oder 5 a und 5 b) der Fig. 2 bis 5, den Kathodenplatten 25 und den Stromführungselementen 30 der Fig. 6 und 7, besteht wenigstens der Teil derselben, der in das geschmolzene Metall eintaucht, aus einer Mischung aus Titanborid und Titancarbid. Der Anteil des Titanborids ist dabei in der Größenordnung von bis 20 Gewichtsprozent und beträgt vorzugsweise ungefähr 10 Gewichtsprozent. Die Stromführungselemente in den Fig. 3 bis 7 können ebenfalls, wie bei Fig. 2 beschrieben, eine abgestufte Zusammensetzung besitzen.In the current-carrying elements described above, for. B. in the current-carrying elements 5 (or 5 a and 5 b) of FIGS. 2 to 5, the cathode plates 25 and the current-carrying elements 30 of FIGS Mixture of titanium boride and titanium carbide. The proportion of titanium boride is in the order of magnitude of up to 20 percent by weight and is preferably approximately 10 percent by weight. The current-carrying elements in FIGS. 3 to 7 can likewise, as described in connection with FIG. 2, have a graded composition.

Claims

Patent claims:

1. Current-carrying elements for use as a cathode or as a power supply to the cathode a reduction cell for the production of aluminum or as a power supply to the anodes or Cathode layer of an aluminum refining cell, characterized in that at least that part of the current-carrying element that contacts molten aluminum mainly consists of at least a mixture of titanium carbide and titanium boride.

2. Current-carrying elements according to claim 1, characterized in that the mixture 5 to 25 percent by weight, preferably 10 to 20 percent by weight, in particular about 10 percent by weight Contains titanium boride.

3. Current carrying elements for use as a current supply to the anode or cathode according to Claim 1 or 2, characterized in that the proportion of titanium boride in the outside of the molten aluminum lying part of the current-carrying element progressively in the direction the melt increases.

Considered publications:
German patent specification No. 622 522.

For this purpose i sheet of drawings