DE102010041084A1 - Electrolysis cell for the production of aluminum - Google Patents
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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
Unter dem Bezugszeichen
Über die Länge der Zelle hinweg ist in die Kathode
Mit den Bezugszeichen
Wie in der Seitenansicht der
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
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:
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
Im Zentrum des Beckens
In der Abdeckung
Bei Durchführung der Schmelzflusselektrolyse nach dem bekannten Hall-Héroult-Verfahren entsteht an der Kathode
Als Folge dieser Konstruktion wird der Pegel des Aluminiums
Mit nunmehrigem Bezug auf
Die Draufsicht der
Wie ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet, kann das Becken
Außerhalb der Seitenwand
Mit Bezug auf
Die Grundflächen
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
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 solidifiedmelt 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]
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