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DE102010041084A1 - Electrolysis cell for the production of aluminum - Google Patents

Electrolysis cell for the production of aluminum Download PDF

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DE102010041084A1
DE102010041084A1 DE201010041084 DE102010041084A DE102010041084A1 DE 102010041084 A1 DE102010041084 A1 DE 102010041084A1 DE 201010041084 DE201010041084 DE 201010041084 DE 102010041084 A DE102010041084 A DE 102010041084A DE 102010041084 A1 DE102010041084 A1 DE 102010041084A1
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DE
Germany
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aluminum
cathode
electrolysis cell
electrolysis
cell according
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Withdrawn
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DE201010041084
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German (de)
Inventor
Christian Bruch
Dr. Hiltmann Frank
Dr. Daimer Johann
Manfred Banek
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SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
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Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
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Priority to CN2011800452658A priority patent/CN103180486A/en
Priority to EP11757661.1A priority patent/EP2619350A1/en
Priority to CA2811357A priority patent/CA2811357A1/en
Priority to PCT/EP2011/066317 priority patent/WO2012038423A1/en
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    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid, aufweisend eine Kathode (1) und eine umlaufende Seitenwand (1a), wobei die Seitenwand (1a) mit einer Anzahl an Durchgangsöffnungen (1aa) versehen ist, welche nach außen hin in eine Überlaufwanne (10) münden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid durch Schmelzflusselektrolyse unter Einsatz einer derartigen Elektrolysezelle. Es wird eine kontinuierliche und gleichmäßige Abführung des entstehenden flüssigen Aluminiums gewährleistet.The invention relates to an electrolysis cell for extracting aluminum from its oxide, comprising a cathode (1) and a circumferential side wall (1a), the side wall (1a) being provided with a number of through openings (1aa) which open outwards into a Overflow pan (10) open. Furthermore, the invention relates to a method for obtaining aluminum from its oxide by melt flow electrolysis using such an electrolysis cell. A continuous and even discharge of the liquid aluminum is guaranteed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse.The invention relates to an electrolytic cell for the production of aluminum by fused-salt electrolysis. Furthermore, the invention relates to a process for the production of aluminum by fused-salt electrolysis.

Für die industrielle Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid wird gegenwärtig das so genannte ”Hall-Héroult-Verfahren” eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Elektrolyseverfahren, bei dem Aluminiumoxid (Al2O3) in geschmolzenem Kryolith (Na3[AlF6]) gelöst wird und das so erzeugte Gemisch als Flüssigelektrolyt in einer Elektrolysezelle dient. Der prinzipielle Aufbau einer solchen Elektrolysezelle zur Durchführung des Hall-Héroult-Verfahrens ist schematisch in den 1a bis 1c dargestellt, wobei 1a einen Querschnitt durch eine herkömmliche Zelle zeigt, während 1b eine Seitenansicht der Zelle von außen ist. 1c zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektrolysezelle.For the industrial extraction of aluminum from its oxide is currently the so-called "Hall-Héroult process" used. This is an electrolysis process in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is dissolved in molten cryolite (Na 3 [AlF 6 ]) and the mixture thus produced serves as a liquid electrolyte in an electrolysis cell. The basic structure of such an electrolytic cell for carrying out the Hall-Héroult process is schematically in the 1a to 1c shown, where 1a shows a cross section through a conventional cell while 1b is a side view of the cell from the outside. 1c shows a perspective view of an electrolytic cell.

Unter dem Bezugszeichen 1 ist eine Kathode dargestellt, welche beispielsweise aus Graphit, Anthrazit oder einer Mischung daraus aufgebaut sein kann. Alternativ dazu können auch graphitierte Kathoden auf Koksbasis eingesetzt werden. Die Kathode 1 ist im Allgemeinen in eine Einfassung 2 aus Stahl und/oder Feuerfestmaterial oder dergleichen eingebettet. Die Kathode kann sowohl einstückig als auch aus einzelnen Kathodenblöcken aufgebaut sein. Bezugszeichen 20 bezeichnet die Seitenwände der Elektrolysezelle, die zusammen mit der Kathode eine Wanne bilden. Diese Wanne kann auch als Innenauskleidung der Einfassung aufgefasst werden. Auch die Seitenwände können sowohl einstückig als auch aus einzelnen Blöcken aufgebaut sein.Under the reference 1 a cathode is shown, which may be constructed, for example, graphite, anthracite or a mixture thereof. Alternatively, graphitized coke-based cathodes can also be used. The cathode 1 is generally in a mount 2 embedded steel and / or refractory material or the like. The cathode can be constructed in one piece as well as from individual cathode blocks. reference numeral 20 denotes the side walls of the electrolytic cell, which together with the cathode form a trough. This tub can also be considered as an inner lining of the enclosure. The side walls can be constructed both in one piece and from individual blocks.

Über die Länge der Zelle hinweg ist in die Kathode 1 eine Anzahl an Stromzuführungsbarren 3 eingeführt, wobei in der Querschnittansicht der 1a nur ein einziger Stromzuführungsbarren 3 zu erkennen ist. In 1c ist zu sehen, dass je Kathodenblock beispielsweise zwei Stromzuführungsbarren vorgesehen sein können. Die Stromzuführungsbarren dienen dazu, der Zelle den für den Elektrolyseprozess benötigten Strom zuzuführen. Der Kathode 1 gegenüber befinden sich mehrere quaderförmige Anoden 4, wobei in 1a zwei Anoden 4 dargestellt sind. 1c zeigt eine detailliertere Anordnung der Anoden in einer Elektrolysezelle. Bei der Durchführung des Verfahrens wird durch Anlegen einer Spannung zwischen der Kathode 1 und den Anoden 4 das in Kryolith gelöste Aluminiumoxid zu Aluminium reduziert, wobei sich die Aluminium-Kationen zum geschmolzenen Aluminium – elektrochemisch gesehen der eigentlichen Kathode – bewegen, um dort Elektronen aufzunehmen. Wegen der höheren Dichte sammelt sich Aluminium 5 in flüssiger Phase unterhalb des geschmolzenen Gemisches 6 aus Aluminiumoxid und Kryolith an. Die Sauerstoffionen werden an der Anode zu Sauerstoff reduziert, der mit dem Kohlenstoff der Anoden reagiert.Across the length of the cell is into the cathode 1 a number of power supply bars 3 introduced, wherein in the cross-sectional view of 1a only a single power supply bar 3 can be seen. In 1c It can be seen that each cathode block, for example, two power supply bars can be provided. The power supply bars serve to supply the cell with the electricity needed for the electrolysis process. The cathode 1 opposite there are several cuboidal anodes 4 , where in 1a two anodes 4 are shown. 1c shows a more detailed arrangement of the anodes in an electrolytic cell. In carrying out the process is by applying a voltage between the cathode 1 and the anodes 4 reduces the dissolved in cryolite aluminum oxide to aluminum, wherein the aluminum cations to the molten aluminum - electrochemically seen the actual cathode - move to pick up electrons there. Because of the higher density aluminum accumulates 5 in the liquid phase below the molten mixture 6 made of aluminum oxide and cryolite. The oxygen ions are reduced at the anode to oxygen, which reacts with the carbon of the anodes.

Mit den Bezugszeichen 7 und 8 sind schematisch die negativen bzw. positiven Pole einer Spannungsquelle für die Bereitstellung der bei dem Elektrolyseprozess benötigten Spannung, deren Wert zwischen beispielsweise etwa 3,5 und 5 V liegt, gekennzeichnet.With the reference numerals 7 and 8th are schematically the negative and positive poles of a voltage source for providing the voltage required in the electrolysis process, the value between, for example, about 3.5 and 5 V, characterized.

Wie in der Seitenansicht der 1b zu erkennen ist, weist die Einfassung 2 und somit die gesamte Elektrolysezelle herkömmlich eine längliche Form auf, wobei zahlreiche Stromzuführungsbarren 3 senkrecht durch die Seitenwände der Einfassung 2 geführt sind. Typischerweise liegt die Längsausdehnung gegenwärtig im Einsatz befindlicher Zellen zwischen etwa 8 und 15 m, während die Breitenausdehnung etwa 3 bis 4 m beträgt. Eine Kathode, wie sie hier in 1a gezeigt ist, ist beispielsweise in der EP 1845174 offenbart.As in the side view of 1b can be seen, the enclosure points 2 and thus the entire electrolytic cell conventionally has an elongated shape, with numerous power supply bars 3 perpendicular through the side walls of the enclosure 2 are guided. Typically, the longitudinal extent of currently deployed cells is between about 8 and 15 meters, while the width dimension is about 3 to 4 meters. A cathode like this one in here 1a is shown, for example, in the EP 1845174 disclosed.

Die hohe Bindungsenergie zwischen Aluminium und Sauerstoff sowie Wärme- und Widerstandsverluste bedingen bei der Herstellung von Aluminium über die Schmelzflusselektrolyse einen hohen Energiebedarf. Die damit verbundenen Energiekosten stellen einen Großteil der Verfahrenskosten dar. Diese Kosten zu reduzieren, stellt eine der wesentlichen Aufgaben dar, welche im Bereich der Schmelzflusselektrolyse zu bewältigen sind. Einen wesentlichen Faktor in Bezug auf die Energieeffizienz einer Schmelzflusselektrolysezelle stellt der notwendige Abstand zwischen Anode und Kathode, genauer der Abstand zwischen Anode und schmelzflüssigem Aluminium, dar. Je größer dieser gewählt werden muss, umso höher ist der spezifische Energiebedarf der Elektrolysezelle.The high binding energy between aluminum and oxygen as well as heat and resistance losses require a high energy requirement in the production of aluminum via fused-salt electrolysis. The associated energy costs represent a large part of the process costs. Reducing these costs is one of the essential tasks to be accomplished in the field of fused-salt electrolysis. An essential factor in terms of energy efficiency of a fused-salt electrolysis cell is the necessary distance between anode and cathode, more precisely the distance between the anode and molten aluminum. The larger it must be chosen, the higher the specific energy requirement of the electrolysis cell.

Der notwendige Abstand zwischen Anode und Kathode wird vor allem durch das durch die extrem hohen Stromstärken von bis zu ca. 500 kA induzierte Magnetfeld, die elektromagnetischen Wechselwirkungen und die daraus resultierenden Wellenbewegungen und Aufwölbungen des flüssigen Aluminiums bestimmt. Tatsächlich ist wie bereits oben erläutert die aktive Kathode während der Elektrolyse das flüssige Aluminium. Hier wird jedoch mit Kathode stets der eine Bodenplatte bildende Festkörper bezeichnet.The necessary distance between anode and cathode is mainly determined by the magnetic field induced by the extremely high currents of up to approx. 500 kA, the electromagnetic interactions and the resulting wave movements and bulges of the liquid aluminum. In fact, as explained above, the active cathode during electrolysis is the liquid aluminum. Here, however, the cathode is always called a solid plate forming a bottom plate.

Üblicherweise wird das entstehende flüssige Aluminium diskontinuierlich abgesaugt, beispielsweise einmal pro Tag. Hierzu muss die sich während des Verfahrens auf der Oberseite des Elektrolyten, d. h. des Gemisches aus Kryolith und Aluminiumoxid, bildende Kruste aufgebrochen werden, um an das Aluminium zu gelangen. Zwischen zwei derartigen Abführungen von Aluminium steigt die Füllstandshöhe desselben im Kathodenbecken an. Generell werden bei einer Ausbringung von Aluminium jeweils etwa 10–20% des vorhandenen flüssigen Aluminiums abgeführt, während der Rest im Kathodenbecken verbleibt. Im Durchschnitt beträgt die Füllhöhe mit Aluminium etwa 15–50 cm. Bedingt durch die auf das Aluminium durch elektromagnetische Wechselwirkung ausgeübten Kräfte kommt es zu Aufwölbungen und Wellenbildung in dem geschmolzenen Aluminium. Dies bedingt, dass die Anoden zur Vermeidung eines Kurzschlusses weiter von der Oberfläche des flüssigen Aluminiums beabstandet sein müssen, als es ohne Wellenbildung der Fall wäre. Aus diesem Grunde wäre es wünschenswert, wenn die Aufwölbung und die Wellenbewegung der Aluminiumschmelze durchgängig so niedrig wie möglich gehalten werden könnten. Außerdem stellt das diskontinuierliche Absaugen des Aluminiums eine erhebliche Störung des elektrischen und thermischen Gleichgewichts der Elektrolysezelle dar.Usually, the resulting liquid aluminum is vacuumed off discontinuously, for example once a day. For this purpose, during the process on the top of the electrolyte, ie the mixture of cryolite and alumina, forming crust must be broken to get to the aluminum. Between two Such discharges of aluminum increases the level of the same in the cathode basin. Generally, with an application of aluminum, about 10-20% of the existing liquid aluminum is removed, while the remainder remains in the cathode basin. On average, the filling height with aluminum is about 15-50 cm. Due to the forces exerted on the aluminum by electromagnetic interaction, bulges and waves are formed in the molten aluminum. This implies that the anodes must be spaced further from the surface of the liquid aluminum to avoid shorting than would be the case without undulations. For this reason, it would be desirable if the bulge and wave motion of the molten aluminum melt could be kept as low as possible throughout. In addition, the discontinuous extraction of aluminum represents a significant disturbance of the electrical and thermal equilibrium of the electrolysis cell.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium anzugeben, mit welcher sich der Pegel der Aluminiumschmelze konstant halten und stabilisieren lässt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schmelzflusselektrolyseverfahren anzugeben, bei dem eine hohe Energieeffizienz erzielt werden kann.It is therefore an object of the invention to provide an electrolytic cell for recovering aluminum, with which the level of the aluminum melt can be kept constant and stabilized. Furthermore, it is an object of the invention to provide a fused-salt electrolysis process in which a high energy efficiency can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrolysezelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by an electrolytic cell having the features of claim 1 and by a method according to claim 11. Preferred embodiments are specified in the respective subclaims.

Eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist eine Kathode und eine umlaufende Seitenwand auf, wobei die Seitenwand mit einer Anzahl an Durchgangsöffnungen versehen ist, welche nach außen hin in eine Überlaufwanne münden.An electrolytic cell for recovering aluminum from its oxide in accordance with embodiments of the invention has a cathode and a circumferential sidewall, the sidewall being provided with a number of through-holes which open out into an overflow trough.

Im Sinne der Erfindung wird der Begriff „Kathode” ganz allgemein aufgefasst. Es kann sich dabei z. B. – aber nicht ausschließlich – um einen sogenannten Kathodenboden handeln, der aus einer Mehrzahl von Kathodenblöcken aufgebaut ist, so dass die erfindungsgemäßen Kernaspekte bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle mit einem Kathodenboden als Ganzes realisiert werden. Mit dem Begriff Kathode sollen aber auch die einen solchen Kathodenboden bildenden Teilstrukturen im Sinne von Kathodenblöcken angesprochen sein. Alle Merkmale, die in Verbindung mit einer „Kathode” zur Erfindung beitragen können, tun dieses in derselben Weise in Verbindung mit einem „Kathodenblock” oder „Kathodenblöcken”, ohne dass dies im Folgenden jeweils ausdrücklich erläutert werden müsste.For the purposes of the invention, the term "cathode" is understood in general terms. It may be z. B. - but not exclusively - to act a so-called cathode bottom, which is composed of a plurality of cathode blocks, so that the core aspects of the invention are realized in the electrolysis cell according to the invention with a cathode bottom as a whole. The term cathode, however, is also intended to refer to the substructures forming such a cathode bottom in the sense of cathode blocks. All the features which may contribute to the invention in connection with a "cathode" do so in the same way in connection with a "cathode block" or "cathode blocks", without this having to be explicitly explained below.

Beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse ist es möglich, das entstehende Aluminium kontinuierlich abzuführen, so dass der Aluminiumpegel in der eigentlichen Elektrolysezelle selbst immer auf konstantem Niveau gehalten werden kann. Durch die Durchgangsöffnungen wird die Reflexion des strömenden Aluminiums an den Seitenwänden der Elektrolysezelle vorteilhafterweise reduziert. Hierdurch lassen sich die erwähnten Wellenbildungen reduzieren, weswegen die Anode bzw. die Anoden der Elektrolysezelle nahe an die Aluminiumoberfläche herangeführt werden können, ohne dass die Gefahr eines Kurzschlusses besteht. Dies bedeutet jedoch auch, dass der Abstand zwischen Anode(n) und der Kathode reduziert werden und somit gegenüber dem Stand der Technik der spezifische Energiebedarf für das Schmelzflusselektrolyseverfahren reduziert werden kann. Durch das kontinuierliche Abführen des gebildeten Aluminiums wird das Betriebsverhalten der Zelle stabilisiert, da sich die Verhältnisse innerhalb der Zelle im zeitlichen Verlauf nicht oder kaum ändern.When using an electrolytic cell according to the invention for the production of aluminum by fused-salt electrolysis, it is possible to remove the resulting aluminum continuously, so that the aluminum level in the actual electrolysis cell itself can always be kept at a constant level. Through the passage openings, the reflection of the flowing aluminum on the side walls of the electrolytic cell is advantageously reduced. As a result, the aforementioned wave formations can be reduced, which is why the anode or the anodes of the electrolytic cell can be brought close to the aluminum surface without the risk of a short circuit. However, this also means that the distance between the anode (s) and the cathode can be reduced and thus the specific energy requirement for the fused-salt electrolysis process can be reduced compared to the prior art. The continuous discharge of the aluminum formed stabilizes the operating behavior of the cell, since the conditions within the cell do not change or hardly change over time.

Vorteilhaft ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle eine Auffangrinne am Außenumfang der Überlaufwanne so angebracht, dass über die Oberkante eines Außenrandes der Überlaufwanne tretende Flüssigkeit (also insbesondere flüssiges Aluminium) in die Auffangrinne fließt. Eine derartige Ausführungsform erleichtert ein kontinuierliches Abführen des bei der Schmelzflusselektrolyse entstehenden flüssigen Aluminiums.Advantageously, in one embodiment of the electrolytic cell according to the invention, a collecting channel is arranged on the outer circumference of the overflow trough such that liquid (ie in particular liquid aluminum) passing over the upper edge of an outer edge of the overflow trough flows into the collecting trough. Such an embodiment facilitates a continuous discharge of the liquid aluminum formed in the fused-salt electrolysis.

Das sich während des Verfahrens oberhalb der Kathode ansammelnde Aluminium tritt bei dieser Ausführungsform über die in der umlaufenden Seitenwand ausgebildeten Durchgangsöffnungen in die Überlaufwanne ein. Der sich so ausbildende Pegel flüssigen Aluminiums weist in der Überlaufwanne und im Becken der Elektrolysezelle dieselbe oder nahezu dieselbe Höhe auf. Bildet sich nun während der Durchführung der Schmelzflusselektrolyse in der Elektrolysezelle weiteres Aluminium, so steigt der Pegel im Kathodenbecken sowie in der Überlaufwanne an. Erreicht er dabei die Oberkante des Außenrandes der Überlaufwanne, so fließt bei einem weiteren Anstieg des Pegels Aluminium über den Rand hinaus in die Auffangrinne und kann von dort aus abgeführt werden. Auf diese Weise steigt der Aluminiumpegel innerhalb des Kathodenbeckens niemals über ein bestimmtes Niveau, das durch die Höhe der Oberkante des Außenrandes der Auffangwanne vorgegeben ist, an.The aluminum which accumulates above the cathode during the process enters the overflow trough in this embodiment via the passage openings formed in the circumferential side wall. The level of liquid aluminum which forms in this way has the same or almost the same height in the overflow trough and in the basin of the electrolysis cell. If further aluminum forms in the electrolysis cell during molten-salt electrolysis, the level rises in the cathode basin and in the overflow trough. If it reaches the upper edge of the outer edge of the overflow trough, so flows in a further increase in the level of aluminum over the edge out into the gutter and can be removed from there. In this way, the aluminum level within the cathode bowl never rises above a certain level dictated by the height of the top edge of the outer edge of the sump.

Zumindest einige der Durchgangsöffnungen in der umlaufenden Seitenwand der Elektrolysezelle, insbesondere alle Durchgangsöffnungen, können vorteilhaft auf derselben Höhe über der Kathode ausgebildet sein. Dies erleichtert einen gleichmäßigen Abfluss des flüssigen Aluminiums in die Auffangwanne.At least some of the passage openings in the circumferential side wall of the electrolysis cell, in particular all passage openings, may advantageously be formed at the same height above the cathode. This facilitates a uniform Outflow of liquid aluminum into the drip pan.

Es hat sich darüber hinaus als besonders günstig herausgestellt, wenn die Kathode horizontal verläuft. Auf diese Weise ist bei der Durchführung der erwähnten Schmelzflusselektrolyse das Füllstandsniveau des entstehenden Aluminiums an jeder Stelle innerhalb des Beckens zumindest nahezu gleich hoch, und somit können einheitliche Verfahrensbedingungen über der gesamten Fläche der Kathode aufrecht erhalten werden.It has also proven to be particularly favorable when the cathode is horizontal. In this way, in carrying out the above-mentioned fused-salt electrolysis, the level of the resulting aluminum at any point within the basin is at least nearly the same, and thus uniform process conditions can be maintained over the entire area of the cathode.

Die Überlaufwanne weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Außenwände auf, welche mit einer thermischen Isolierung versehen sind. Diese thermische Isolierung erfüllt die Funktion des Verhinderns eines zu raschen Abkühlens des geschmolzenen Aluminiums. Um den mit der Elektrolysezelle gemäß den Ausführungsformen der Erfindung erzielbaren Effekt des Konstanthaltens des Aluminiumpegels mittels einer Überlaufkonstruktion aufrechterhalten zu können, ist es nämlich notwendig, dass das Aluminium in seinem flüssigen Zustand verbleibt, bis es aus der Überlaufwanne, bzw. aus der Auffangrinne abgeführt worden ist. Dies bedingt jedoch eine ausreichend hohe Temperatur auch außerhalb des Kathodenbeckens. Die Isolierung der Überlaufwanne sowie gegebenenfalls auch der Auffangrinne trägt dazu bei, die unnötigen Wärmeverluste an jenen Bauteilen zu minimieren.The overflow trough according to an embodiment of the invention on outer walls, which are provided with a thermal insulation. This thermal insulation performs the function of preventing too rapid cooling of the molten aluminum. In order to maintain the effect of keeping the aluminum level constant by means of an overflow construction, which can be achieved with the electrolysis cell according to the embodiments of the invention, it is necessary for the aluminum to remain in its liquid state until it has been removed from the overflow trough or from the collecting trough is. However, this requires a sufficiently high temperature outside the cathode basin. The insulation of the overflow trough and optionally also of the gutter helps to minimize the unnecessary heat losses on those components.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Elektrolysezelle sind die Durchgangsöffnungen äquidistant zueinander in der umlaufenden Seitenwand ausgebildet. Auf diese Weise erfolgt der Abfluss des flüssigen Aluminiums, d. h. der Aluminiumschmelze, weitestgehend einheitlich und gleichmäßig, wobei die Bildung von Turbulenzen und Wellen innerhalb des Kathodenbeckens während des Abfließens weitgehend ausgeschlossen wird. Aus demselben Grund ist es günstig, die Zahl der Durchgangsöffnungen nicht zu gering zu halten. Insbesondere hat sich eine Anzahl von etwa 2 bis 5 Durchgangsöffnungen pro m Länge der Seitenwand als besonders geeignet erwiesen.In a further advantageous embodiment of the electrolytic cell, the passage openings are formed equidistant from each other in the circumferential side wall. In this way, the outflow of liquid aluminum, d. H. the aluminum melt, largely uniform and uniform, with the formation of turbulence and waves within the cathode basin during outflow is largely excluded. For the same reason, it is favorable not to keep the number of through holes too small. In particular, a number of about 2 to 5 through holes per m length of the side wall has been found to be particularly suitable.

Was die Größe sowie die Form der Durchgangsöffnungen betrifft, so können diese beispielsweise einen Durchmesser zwischen 3 und 15 cm aufweisen, falls ihr Querschnitt kreisförmig ist, was im Hinblick auf die Strömungsbedingungen von Vorteil ist. Wird eine andere Querschnittsform als eine kreisförmige gewählt, so kann entsprechend der gleichwertige Durchmesser im Hinblick auf die obigen Werte hin ausgelegt werden. Unter dem ”gleichwertigen Durchmesser” ist dabei jede Abmessung des Querschnitts gemeint, die zu einer Querschnittsfläche entsprechend einer Kreisfläche mit diesem Durchmesser führt. Es kann auch ein rechteckiger Querschnitt vorteilhaft sein, wobei eine Breite des Querschnitts größer als seine Höhe sein kann.As for the size and shape of the through holes, they may have, for example, a diameter between 3 and 15 cm, if their cross section is circular, which is advantageous in view of the flow conditions. If a cross-sectional shape other than a circular one is selected, the equivalent diameter can be appropriately designed in consideration of the above values. By "equivalent diameter" is meant any dimension of the cross-section that results in a cross-sectional area corresponding to a circular area of that diameter. It can also be a rectangular cross section advantageous, wherein a width of the cross section may be greater than its height.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die umlaufende Außenwand der Kathode rotationssymmetrisch um eine zentrale Säule angeordnet. Dabei kann die Außenwand in Draufsicht eine Kreisform oder eine regelmäßige Mehreckform aufweisen. Unter ”rotationssymmetrisch” ist in diesem Zusammenhang jede Form zu verstehen, die bei einer Rotation um das Zentrum mit einem Drehwinkel von weniger als 360° mit der Ursprungsform zur Deckung gebracht werden kann. Beispiele für solche Außenwandverläufe können auch regelmäßige Polygone sein. Die Rotationssymmetrie bedingt einen gleichmäßigen Abfluss der Aluminiumschmelze über den gesamten Bereich des Beckens der wannenförmigen Kathode hinweg.According to one embodiment of the invention, the circumferential outer wall of the cathode is arranged rotationally symmetrical about a central pillar. In this case, the outer wall in plan view may have a circular shape or a regular polygonal shape. In this context, "rotationally symmetrical" is understood to mean any shape that can be made to coincide with the original shape when rotated about the center with a rotation angle of less than 360 °. Examples of such outer wall profiles may also be regular polygons. The rotational symmetry causes a uniform outflow of the molten aluminum over the entire area of the basin of the trough-shaped cathode.

Die vorstehend erwähnte zentrale Säule kann radial nach außen hin nach unten abgeschrägt sein. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Befüllung des Kathodenbeckens von Vorteil, wie später noch detaillierter erörtert werden wird.The above-mentioned central column may be tapered downwardly radially outwardly. This is particularly advantageous with regard to the filling of the cathode basin, as will be discussed in more detail later.

Im Hinblick auf eine Vielseitigkeit der Einsatzmöglichkeit der Elektrolysezelle ist es vorteilhaft, wenn die seitliche Außenwand der Überlaufwanne bezüglich ihrer Höhe verstellbar ist. Da die Höhe der seitlichen Außenwand, mithin also die Höhe der Oberkante des Außenrandes über den Durchgangsöffnungen die Höhe des Aluminiumpegels innerhalb des Kathodenbeckens bestimmt, kann mit einer in der Höhe verstellbaren seitlichen Außenwand der Aluminiumpegelstand schnell und unkompliziert je nach Bedarf variiert werden. Für die Verstellung der Höhe der Seitenwand kann eine mechanische oder motorbetriebene Verstellvorrichtung vorgesehen sein.With regard to a versatility of the possible use of the electrolytic cell, it is advantageous if the lateral outer wall of the overflow pan is adjustable in height. Since the height of the lateral outer wall, that is the height of the upper edge of the outer edge over the passage openings determines the height of the aluminum level within the cathode basin, the aluminum level level can be varied quickly and easily as required with a height-adjustable lateral outer wall. For the adjustment of the height of the side wall may be provided a mechanical or motorized adjustment.

Ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid durch Schmelzflusselektrolyse, bei dem die erfindungsgemäße Elektrolysezelle eingesetzt werden kann, umfasst das Abführen des bei der Schmelzflusselektrolyse entstehenden Aluminiums aus einer Auffangrinne, welche aus einem Überlauf einer Überlaufwanne gespeist wird, die über Durchgangsöffnungen mit dem Inneren einer bei der Schmelzflusselektrolyse verwendeten Elektrolysezelle unterhalb des Niveaus des erzeugten Aluminiums im Kathodenbecken in Verbindung steht.A process for the continuous recovery of aluminum from its oxide by fused-salt electrolysis, in which the electrolysis cell according to the invention can be used, comprises discharging the aluminum resulting from the fused-salt electrolysis from a collecting trough, which is fed from an overflow of an overflow trough, which passes through through-holes with the interior an electrolytic cell used in fused-salt electrolysis is below the level of aluminum produced in the cathode basin.

Da das Aluminium somit von der Seite aus der Elektrolysezelle abfließt, kann es kontinuierlich und gleichmäßig in die Überlaufwanne einströmen, wodurch der Pegel des flüssigen Aluminiums im Kathodenbecken ständig konstant gehalten wird. Wie bereits erwähnt, können damit Bewegungen der Flüssigkeit bzw. Schmelze weitgehend vermieden werden, so dass die Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums im Becken der Kathode ruhig bleibt und auch aus diesem Grund die Anoden nahe an den Pegel des flüssigen Aluminiums geführt werden können, ohne dass ein Kurzschluss zwischen Anoden und Kathoden über das Aluminium zu befürchten ist. Somit kann die Energieeffizienz des Aluminium-Herstellungsprozesses deutlich erhöht werden. Darüber hinaus wird aufgrund der kontinuierlichen Abführung eine stabilere Betriebsweise gewährleistet.Since the aluminum thus flows from the side of the electrolysis cell, it can flow continuously and evenly into the overflow trough, whereby the level of liquid aluminum in the cathode tank is kept constant constantly. As already mentioned, thus movements of the liquid or melt can be largely avoided, so that the surface of the molten Aluminum remains calm in the basin of the cathode and for this reason, the anodes can be guided close to the level of the liquid aluminum, without a short circuit between anodes and cathodes on the aluminum is to be feared. Thus, the energy efficiency of the aluminum manufacturing process can be significantly increased. In addition, a more stable operation is ensured due to the continuous discharge.

Um eine möglichst reibungslose Abführung des flüssigen Aluminiums zu gewährleisten, ist es dabei vorteilhaft, wenn die Schmelzflusselektrolyse oberhalb einer Temperatur von ca. 750°C durchgeführt wird, insbesondere zwischen 930 und 1000°C. Durch eine untere Temperaturgrenze von 750°C wird sichergestellt, dass die Aluminiumschmelze auch außerhalb des Beckens der Elektrolysezelle noch ausreichend flüssig ist, um über den Rand der Überlaufwanne in die Auffangrinne zu fließen und von dort aus abgeführt werden zu können. Bei geeigneten Bedingungen, gemäß denen der Wärmeverlust in den äußeren Teilen Überlaufwanne und Auffangrinne gering gehalten wird, wird vermieden, die vorstehend genannte untere Temperaturgrenze zu unterschreiten. Da ein derartiges Verfahren jedoch schon aus technischen Gründen vorteilhaft weit oberhalb des Aluminiumschmelzpunktes durchgeführt wird ist eine ausreichende Fließfähigkeit des Aluminiums ohne zusätzliche Maßnahmen im Allgemeinen gewährleistet.In order to ensure the smoothest possible removal of the liquid aluminum, it is advantageous if the melt electrolysis is carried out above a temperature of about 750 ° C, in particular between 930 and 1000 ° C. A lower temperature limit of 750 ° C ensures that the aluminum melt is still sufficiently liquid outside the tank of the electrolysis cell to flow over the edge of the overflow trough into the gutter and can be discharged from there. Under suitable conditions, according to which the heat loss in the outer parts overflow trough and gutter is kept low, it is avoided to fall below the above-mentioned lower temperature limit. However, since such a method is already carried out for technical reasons, advantageously far above the aluminum melting point sufficient flowability of the aluminum is guaranteed without additional measures in general.

Die Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to a non-limiting embodiment. In the drawing show:

1a eine Elektrolysezelle für die Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid nach dem Stand der Technik im Querschnitt; 1a an electrolytic cell for the extraction of aluminum from alumina according to the prior art in cross section;

1b die Elektrolysezelle von 1a in einer Längsansicht von außen; 1b the electrolytic cell of 1a in a longitudinal view from the outside;

1c eine Elektrolysezelle für die Gewinnung von Aluminium aus Aluminumoxid nach dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht, teilgeschnitten; 1c an electrolytic cell for the extraction of aluminum from aluminum oxide according to the prior art in a perspective view, partially cut;

2a eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Elektrolysezelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 2a a cross-sectional view of a section of an electrolytic cell according to an embodiment of the invention;

2b eine Draufsicht auf die Elektrolysezelle von 2a; und 2 B a plan view of the electrolytic cell of 2a ; and

3 eine Anordnung von Anoden, welche der Kathodenform gemäß 2a und 2b angepasst sind. 3 an arrangement of anodes corresponding to the cathode form according to 2a and 2 B are adjusted.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen dazu eingesetzt, gleiche oder entsprechende Elemente in den verschiedenen. Darstellungen zu kennzeichnen.In the figures, like reference numerals are used to indicate the same or corresponding elements in the various. Mark representations.

Mit Bezug auf 2a ist eine Elektrolysezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Querschnitt gezeigt, welche für den Einsatz bei der Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid nach dem bereits beschriebenen Hall-Héroult-Verfahren geeignet ist. Die Elektrolysezelle umfasst eine Kathode 1 und eine umlaufende Seitenwand 1a, welche mit Durchgangsöffnungen 1aa versehen ist. Die Seitenwand 1a begrenzt zusammen mit der Kathode 1 das Becken 1c, welches der Elektrolysezelle die Wannenform verleiht. Am unteren Ende der Kathode 1 sind mehrere Anschlüsse 1d vorhanden, welche der Verbindung mit Stiften 3 dienen, die im vorliegenden Beispiel vertikal angeordnet und mit einer gemeinsamen Stromschiene 3a verbunden sind.Regarding 2a an electrolytic cell according to a first embodiment is shown in cross section, which is suitable for use in the production of aluminum from alumina according to the previously described Hall-Héroult method. The electrolysis cell comprises a cathode 1 and a circumferential sidewall 1a , which with passage openings 1aa is provided. The side wall 1a limited together with the cathode 1 the basin 1c , which gives the electrolysis cell the pan shape. At the bottom of the cathode 1 are several connections 1d existing, which the connection with pins 3 serve, which in the present example arranged vertically and with a common busbar 3a are connected.

Im Zentrum des Beckens 1c ist eine zentrale Säule 1e ausgeformt, welche, wie in 2a zu erkennen ist, eine Spitze aufweist, d. h. nach außen hin abwärts verläuft. Diese Form unterstützt das Einbringen des Gemisches 6 aus Aluminiumoxid und ggf. Kryolith und/oder Aluminiumfluorid, mithin also des Flüssigelektrolyten in das Becken 1c der Elektrolysezelle. Dabei wirkt die Abschrägung nach außen im Sinne einer gewünschten Reduzierung von Wellenbewegungen des flüssigen Aluminiums beim Befüllen der Elektrolysezelle im Rahmen der Schmelzflusselektrolyse. In der Figur sind verschiedene Pegel der im Verfahren beteiligten Substanzen eingezeichnet: die unterste Linie zeigt das Niveau des flüssigen Aluminiums 5 an, das sich im Bereich der Kathode 1 ansammelt. Das Gemisch 6 befindet sich oberhalb des Aluminiums 5 und wird nach oben hin durch eine Kruste 6a aus erstarrter Schmelze 6 begrenzt, die sich im Verlauf des Verfahrens ausbildet.In the center of the basin 1c is a central pillar 1e formed, which, as in 2a can be seen, having a tip, that runs downwards towards the outside. This shape supports the introduction of the mixture 6 of alumina and optionally cryolite and / or aluminum fluoride, thus the liquid electrolyte in the basin 1c the electrolysis cell. In this case, the chamfer acts outward in terms of a desired reduction of wave movements of the liquid aluminum during filling of the electrolytic cell in the context of fused-salt electrolysis. In the figure, different levels of substances involved in the process are shown: the bottom line shows the level of liquid aluminum 5 at the area of the cathode 1 accumulates. The mixture 6 is located above the aluminum 5 and gets up through a crust 6a from solidified melt 6 limited, which forms in the course of the procedure.

In der Abdeckung 9 sind die Anoden 4 aufgenommen, welche für das Schmelzflusselektrolyseverfahren als Gegenpol für die Kathode 1 dienen. Wie dies in der Figur zu erkennen ist, sind die Anoden 4 so weit in das Becken 1c der Elektrolysezelle abgesenkt, dass sie von der oberen Seite her nahe an den Pegel des Aluminiums 5 heranreichen. Dies ist möglich, da die Elektrolysezelle eine Elektrolysezelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, welche angrenzend an die umlaufende Seitenwand 1a eine Überlaufwanne 10 aufweist, deren seitliche Außenwand 10a nach oben hin durch die Oberkante eines Außenrandes 10b und nach unten hin durch eine untere Außenwand 10c begrenzt ist. An der seitlichen Außenwand 10a ist eine Auffangrinne 11 angebracht oder mit dieser einstückig ausgebildet.In the cover 9 are the anodes 4 recorded, which for the melt flow electrolysis process as the opposite pole for the cathode 1 serve. As can be seen in the figure, the anodes are 4 so far into the basin 1c The electrolysis cell lowered so that it is close to the level of aluminum from the upper side 5 come close. This is possible because the electrolysis cell is an electrolytic cell according to an embodiment of the invention adjacent to the circumferential sidewall 1a an overflow pan 10 has, the lateral outer wall 10a upwards through the upper edge of an outer edge 10b and down through a lower outer wall 10c is limited. At the lateral outer wall 10a is a gutter 11 attached or integrally formed with this.

Bei Durchführung der Schmelzflusselektrolyse nach dem bekannten Hall-Héroult-Verfahren entsteht an der Kathode 1 aus dem flüssigen Elektrolyten flüssiges Aluminium 5, das sich im Bereich der Kathode 1 absetzt. Da das Kathodenbecken 1c über die Durchgangsöffnungen 1aa in der Seitenwand 1a der Elektrolysezelle unterhalb eines gewünschten Sollpegels für das Aluminium 5 in Verbindung steht, steigt mit zunehmender Aluminiumbildung auch der Pegel in der Überlaufwanne 10. Ist der in der 2a gezeigte Füllstand erreicht, gemäß dem der Pegel des Aluminiums 5 auf der Höhe der Oberkante des Außenrandes 10b der Überlaufwanne 10 steht, fließt im weiteren Verfahren Aluminium 5 über den Außenrand 10b in die Auffangrinne 11, von wo aus es mit herkömmlichen Mitteln abgeführt werden kann.When carrying out the fused-salt electrolysis according to the known Hall-Héroult process arises at the cathode 1 from the liquid electrolyte liquid aluminum 5 located in the area of the cathode 1 settles. Because the cathode basin 1c over the passage openings 1aa in the sidewall 1a the electrolysis cell below a desired target level for the aluminum 5 In connection with increasing aluminum formation, the level in the overflow trough also increases 10 , Is that in the 2a level reached, according to the level of aluminum 5 at the height of the upper edge of the outer edge 10b the overflow tub 10 stands, in the further process aluminum flows 5 over the outer edge 10b into the gutter 11 from where it can be removed by conventional means.

Als Folge dieser Konstruktion wird der Pegel des Aluminiums 5 sowohl innerhalb der Überlaufwanne 10 als auch im Becken 1c der Kathode 1 auf ein gewünschtes Sollniveau, das durch die Höhe der Oberkante des Außenrandes 10b der Überlaufwanne definiert wird, begrenzt. Um das Sollniveau bequem variieren zu können, ist es günstig, die seitliche Außenwand 10a der Überlaufwanne 10 bezüglich ihrer Höhe über der unteren Außenwand 10c verstellbar auszuführen. Dies kann beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) versenkbare Wandkonstruktion erfolgen. Des Weiteren ist es hinsichtlich der Verfahrensführung günstig, Wärmeverluste des geschmolzenen Aluminiums 5 im Bereich der Überlaufwanne 10 sowie der Auffangrinne 11 möglichst gering zu halten, um zu verhindern, dass die Schmelze zu erstarren beginnt, bevor sie aus der Auffangrinne 11 abgezogen wurde. Dies kann beispielsweise durch eine (nicht in den Figuren dargestellte) thermische Isolierung der Außenwände 10a, 10c der Überlaufwanne sowie gegebenenfalls auch der Auffangrinne 11 verwirklicht werden. Im gleichen Sinne wirken auch konstruktive Maßnahmen, die darauf abzielen, die Oberfläche des Aluminiums 5 innerhalb der Überlaufwanne 10 möglichst klein zu haften. Es ist daher günstig, die Überlaufwanne 10 mit einer geringen Breite b, beispielsweise zwischen etwa 50 mm und 100 mm auszuführen.As a result of this construction, the level of aluminum 5 both within the overflow trough 10 as well as in the pelvis 1c the cathode 1 to a desired nominal level, determined by the height of the upper edge of the outer edge 10b the overflow trough is defined limited. In order to be able to vary the desired level comfortably, it is favorable, the lateral outer wall 10a the overflow tub 10 in terms of their height above the lower outer wall 10c adjustable to perform. This can be done, for example, by a retractable wall construction (not shown). Furthermore, it is favorable in terms of process management, heat losses of the molten aluminum 5 in the area of the overflow trough 10 and the gutter 11 To minimize this, to prevent the melt from starting to solidify before leaving the gutter 11 was deducted. This can be achieved, for example, by a thermal insulation of the outer walls (not shown in the figures) 10a . 10c the overflow trough and optionally also the gutter 11 be realized. In the same sense, constructive measures aiming at the surface of the aluminum also have an effect 5 inside the overflow pan 10 to stick as small as possible. It is therefore convenient to the overflow tray 10 with a small width b, for example between about 50 mm and 100 mm.

Mit nunmehrigem Bezug auf 2b wird eine Draufsicht auf die Elektrolysezelle von 2a gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Seitenwand 1a der Elektrolysezelle hier eine Rotationssymmetrie aufweist. Die Form der Grundfläche der Kathode 1 entspricht einem Stern mit abgeschnittenen Zacken. Es ist anzumerken, dass diese Form nicht zwingend ist und dass beispielsweise auch ein herkömmliches rechteckiges Becken 1c oder eine andere Beckenform für die erfindungsgemäße Elektrolysezelle möglich ist.With now reference to 2 B is a plan view of the electrolytic cell of 2a shown. It can be seen that the side wall 1a the electrolysis cell here has a rotational symmetry. The shape of the base of the cathode 1 corresponds to a star with truncated points. It should be noted that this form is not mandatory and that, for example, a conventional rectangular basin 1c or another basin shape for the electrolysis cell according to the invention is possible.

Die Draufsicht der 2b zeigt des Weiteren die zentrale Säule 1e, welche hier die Form eines regelmäßigen Sechsecks aufweist. Durch gestrichelte Linien sind die Anschlüsse 1d (hier sechs Stück) für die in 2a gezeigten als Stromzuführungsvorrichtungen ausgebildete Stifte 3 zu erkennen, welche senkrecht zur Bildebene in die Kathode 1 münden. Die Anschlüsse 1d stellen in der gezeigten Ausführungsform ein radiales Zentrum dar, um welches herum jeweilige Ausbuchtungen der Seitenwand 1a verlaufen.The top view of 2 B further shows the central pillar 1e , which has the shape of a regular hexagon here. Dashed lines are the connections 1d (here six pieces) for the in 2a shown as power supply devices formed pins 3 to recognize which perpendicular to the image plane in the cathode 1 lead. The connections 1d represent in the embodiment shown a radial center around which respective bulges of the side wall 1a run.

Wie ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet, kann das Becken 1c der Elektrolysezelle in einzelne Teilstücke 1f oder Sektoren aufgeteilt werden, welche als miteinander in Verbindung stehende Teilzellen einer Elektrolysezelle aufgefasst werden können. Da die gestrichelten Linien keine wahren Barrieren darstellen, sondern als nur virtuelle Grenzen der Verdeutlichung der Lage der Teilstücke 1f oder Sektoren dienen, wurde in der Figur nur ein einziges Teilstück 1f in seinen Grenzen durch diese Linien definiert.As also indicated by dashed lines, the basin can 1c the electrolysis cell into individual sections 1f or sectors, which can be considered as communicating sub-cells of an electrolytic cell. Since the dashed lines represent no true barriers, but only virtual limits of clarification of the position of the cuts 1f or sectors has been in the figure, only a single section 1f defined in its limits by these lines.

Außerhalb der Seitenwand 1a der Elektrolysezelle ist die seitliche Außenwand 10a der Überlaufwanne 10 zu sehen, welche im gezeigten Fall durchgängig ist und bezüglich ihrer Umrissform der Umrissform der Seitenwand 1a der Kathode 1 entspricht. Die Durchgangsöffnungen 1aa sowie die Auffangrinne 11 sind in der 2b nicht dargestellt.Outside the side wall 1a the electrolysis cell is the lateral outer wall 10a the overflow tub 10 to see which is continuous in the case shown and with respect to their outline shape of the outline of the side wall 1a the cathode 1 equivalent. The passage openings 1aa as well as the gutter 11 are in the 2 B not shown.

Mit Bezug auf 3 ist eine Anordnung von Anoden 4 in Draufsicht gezeigt, welche dafür ausgelegt sind, als Teil des in den 2a und 2b dargestellten Ausschnitts einer Elektrolysezelle als Gesamtelektrolysezelle zu wirken.Regarding 3 is an array of anodes 4 shown in plan view, which are designed as part of the in the 2a and 2 B shown section of an electrolytic cell to act as a total electrolytic cell.

Die Grundflächen 4a der Anoden 4 weisen in Draufsicht hier die Form länglicher, sich nach innen verjüngender Sechsecke (hier sechs Stück) auf, welche sternförmig um ein gemeinsames Zentrum Z herum angeordnet sind. Damit entspricht die Form bzw. die Anzahl der Anoden 4 der Form bzw. Anzahl der Teilstücke 1f oder Sektoren der Kathode 1 der 2a und 2b. Es ist jedoch zu beachten, dass die Größe der Teilstücke 1f nicht derjenigen der zugehörigen Anoden 4 entspricht. Vielmehr ist die Grundfläche der Anoden 4, welche in der Draufsicht der 3 sichtbar ist, kleiner als diejenige des zugehörigen Teilstücks 1f, so dass die Anoden 4 im Betrieb der Elektrolysezelle in das Becken 1c der Kathode 1 hinein abgesenkt werden können.The bases 4a the anodes 4 In plan view here are the shape of elongated, inwardly tapering hexagons (here six pieces), which are arranged in a star shape around a common center Z around. This corresponds to the shape or the number of anodes 4 the shape or number of cuts 1f or sectors of the cathode 1 of the 2a and 2 B , However, it should be noted that the size of the cuts 1f not that of the associated anodes 4 equivalent. Rather, the base of the anodes 4 which in the plan view of 3 is visible, smaller than that of the associated section 1f so that the anodes 4 during operation of the electrolysis cell in the basin 1c the cathode 1 can be lowered into it.

Mit der erfindungsgemäßen Kathodeneinheit sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Energieeffizienz einer Elektrolysezelle für Schmelzflusselektrolyse zur Gewinnung von Aluminium aufgrund der Tatsache verbessert werden, dass Anoden und Kathode enger zusammengeführt werden können, da aufgrund der kontinuierlichen Abführung des erzeugten Aluminiums eine geringe Füllstandshöhe desselben im Kathodenbecken und/oder eine weitgehend von Wellenbewegungen freie Oberfläche erreicht werden können. Die Höhe des Füllstandes kann innerhalb des Kathodenbeckens zumindest weitgehend auf einer Sollposition gehalten, so dass zusätzlich zu einer Nachführung der Anoden aufgrund ihres Verbrauchs im Verlauf des Verfahrens kein zusätzliches Nachführen benötigt wird. Insgesamt kann so eine hohe Qualität des erzeugten Aluminiums sowie eine optimierte Temperaturführung erzielt werden.With the cathode unit according to the invention and the method according to the invention, the energy efficiency of an electrolytic cell for fused-salt electrolysis for the production of aluminum can be improved due to the fact that anodes and cathodes can be brought together more closely, since due to the continuous removal of the aluminum produced, a low filling level thereof in the cathode basin and / or or a largely free from wave motion Surface can be achieved. The level of the filling level can be kept at least largely at a desired position within the cathode basin, so that no additional tracking is required in addition to a tracking of the anodes due to their consumption in the course of the process. Overall, such a high quality of the aluminum produced and an optimized temperature control can be achieved.

Was die Materialien für Kathode und Anode betrifft, so können alle dem Fachmann bekannten und geeigneten Materialien für die Elektrolyse von Aluminium aus seinem Oxid eingesetzt werden. Geeignete Materialien sind beispielsweise in der DE 10261745 angegeben, deren diesbezüglicher Inhalt hier durch Bezugnahme integriert sein soll.As far as the materials for cathode and anode are concerned, all materials known and suitable to the person skilled in the art for the electrolysis of aluminum from its oxide can be used. Suitable materials are for example in the DE 10261745 the content of which is hereby incorporated by reference.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kathodecathode
1a1a
SeitenwandSide wall
1aa1aa
DurchgangsöffnungThrough opening
1c1c
(Kathoden-)Becken(Cathode) pool
1d1d
Anschlüsseconnections
1e1e
zentrale Säulecentral pillar
1f1f
Teilstücksection
22
Einfassungmount
33
(stromzuführender) Stift(power supply) pin
3a3a
Stromschieneconductor rail
44
Anodeanode
4a4a
GrundflächeFloor space
55
Aluminiumaluminum
66
Gemisch (Aluminiumoxid, Kryolith)Mixture (alumina, cryolite)
6a6a
Kruste aus erstarrter Schmelze 6 Crust of solidified melt 6
77
negativer Pol Spannungsquellenegative pole voltage source
88th
positiver Pol Spannungsquellepositive pole voltage source
99
Abdeckungcover
1010
ÜberlaufwanneOverflow trough
10a10a
seitliche Außenwandlateral outer wall
10b10b
Außenrandouter edge
10c10c
untere Außenwandlower outer wall
1111
Auffangrinnecollecting channel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1845174 [0006] EP 1845174 [0006]
  • DE 10261745 [0048] DE 10261745 [0048]

Claims (15)

Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid, aufweisend eine Kathode (1) und eine umlaufende Seitenwand (1a), dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (1a) mit einer Anzahl an Durchgangsöffnungen (1aa) versehen ist, welche nach außen hin in eine Überlaufwanne (10) münden.Electrolysis cell for recovering aluminum from its oxide, comprising a cathode ( 1 ) and a circumferential side wall ( 1a ), characterized in that the side wall ( 1a ) with a number of through openings ( 1aa ), which outwardly into an overflow trough ( 10 ). Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auffangrinne (11) am Außenumfang der Überlaufwanne (10) so angebracht ist, dass über einen Außenrand (10b) der Überlaufwanne (10) tretendes flüssiges Aluminium in die Auffangrinne (11) fließt.Electrolysis cell according to claim 1, characterized in that a gutter ( 11 ) on the outer circumference of the overflow trough ( 10 ) is mounted so that over an outer edge ( 10b ) of the overflow trough ( 10 ) passing liquid aluminum into the gutter ( 11 ) flows. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Durchgangsöffnungen (1aa) in der umlaufenden Seitenwand (1a) auf derselben Höhe über der Kathode (1) ausgebildet sind.Electrolysis cell according to claim 1 or 2, characterized in that at least some of the passage openings ( 1aa ) in the circumferential side wall ( 1a ) at the same height above the cathode ( 1 ) are formed. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (1) horizontal verläuft.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cathode ( 1 ) runs horizontally. Elektrolysezelle einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufwanne (10) Außenwände (10a, 10c) aufweist, welche mit einer thermischen Isolierung versehen sind.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that the overflow trough ( 10 ) Outer walls ( 10a . 10c ), which are provided with a thermal insulation. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (1aa) äquidistant zueinander in der umlaufenden Seitenwand (1a) ausgebildet sind.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that the passage openings ( 1aa ) equidistant to each other in the circumferential side wall ( 1a ) are formed. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (1aa) jeweils einen Durchmesser zwischen 3 und 15 cm aufweisen.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that the passage openings ( 1aa ) each have a diameter between 3 and 15 cm. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Seitenwand (1a) rotationssymmetrisch um eine zentrale Säule (1e) angeordnet ist.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that the peripheral side wall ( 1a ) rotationally symmetrical about a central column ( 1e ) is arranged. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Säule (1e) radial nach außen hin nach unten abgeschrägt ist.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that the central column ( 1e ) is beveled radially outwardly downwards. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Außenwand (10a) der Überlaufwanne (10) bezüglich ihrer Höhe verstellbar ist.Electrolysis cell according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one outer wall ( 10a ) of the overflow trough ( 10 ) is adjustable in height. Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid durch Schmelzflusselektrolyse, dadurch gekennzeichnet, dass das entstehende Aluminium aus einer Auffangrinne (11) abgeführt wird, welche aus einem Überlauf einer Überlaufwanne (10) gespeist wird, die über Durchgangsöffnungen (1aa) mit dem Inneren einer bei der Schmelzflusselektrolyse verwendeten Elektrolysezelle unterhalb des Niveaus des erzeugten Aluminiums in der Elektrolysezelle in Verbindung steht.Process for the continuous recovery of aluminum from its oxide by fused-salt electrolysis, characterized in that the resulting aluminum from a gutter ( 11 ) is discharged, which from an overflow of an overflow trough ( 10 ) is fed through through holes ( 1aa ) is in communication with the interior of an electrolytic cell used in fused-salt electrolysis below the level of aluminum produced in the electrolytic cell. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzflusselektrolyse bei einer Temperatur oberhalb 750°C, insbesondere zwischen 930 und 1000°C durchgeführt wird.A method according to claim 11, characterized in that the fused-salt electrolysis is carried out at a temperature above 750 ° C, in particular between 930 and 1000 ° C. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Schmelzflusselektrolyse benötigte Elektrolyt und/oder Aluminiumoxid kontinuierlich von einem Zentrum der Elektrolysezelle aus zugeführt wird.A method according to claim 11 or 12, characterized in that the electrolyte required for the fused-salt electrolysis and / or alumina is supplied continuously from a center of the electrolysis cell. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum in der zentralen Säule (1e) angeordnet ist.Method according to one or more of claims 11 to 13, characterized in that the center in the central column ( 1e ) is arranged. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Elektrolysezelle gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.Method according to one or more of claims 11 to 14, characterized in that it is carried out with an electrolytic cell according to one or more of claims 1 to 10.
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