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Großanode zur Durchführung der Schmelzflußelektrolyse in Bädern Zur
Durchführung der Schmelzflußelektrolyse in elektrischen Bädern benutzte man bisher
zweierlei Arten von Anoden, und zwar die im Brock- oder im Strangpreßverfahren hergestellten
gebrannten bzw. graphitierten Anoden und die sogenannten selbstbrennenden Anoden
(Säderberg-Anoden). Für dien Betrieb der Elektrolyse ist es von auschlaggebender
Bedeutung, daß man mit möglichst großen Einheiten arbeitet und daß der Spannungsabfall
auf dlem Wege von der Stromzuführung zur Anode und innerhalb der Anode möglichst
gering gehalten wird, insbesondere, weil die Schmelzflußelektrolyse nur mit sehr
niedrigen Spannungen von etwa ,5 bis 6 Volt betrieben wird. Bekanntlich sind bei
Verwendung beider erwähnten Anodenarten die Spannungsverluste noch .unbefriedigend
hach, wenn man nicht komplizierte und teure Maßnahmen für die Stromzuführung trifft.
Darüber hinaus liegen die Verhältnisse bei Anwendung der selbstbrennenden Anode
deshalb besonders ungünstig, weil der spezifische Widerstand der Anodenmasse von
der Brenntemperatur abhängig und deshalb durch dei Elektrolyttemperatur gegeben
ist. Hierdurch sind die Energieverluste innerhalb der Anode verhältnismäßig hoch,
weil bei den meisten Schmelzflußelektrolyseverfahren die Temperaturen nicht mehr
als rooo° betragen. Bei der gebrannten Blockanode liegen in dieser Hinsicht die
Verhältnisse zwar günstiger, weil das Anodenmaterial bei sehr hohen Temperaturen
gebrannt und deshalb
auf die günstigsten Leitfähigkeits-,verte gebracht
werden kann; man kann jedoch mit dieser Art von .<Anoden nicht im kontinuierlichen
Betrieb arbeiten und muß auf die mit diesem Betrieb verbundenen Vorteile verzichten.
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Die Häufigkeit der Betriebsunterbrechungen, die sich beim Gebrauch
gebrannter Elektradendurch das Anstückeln oder Erneuern der Elektroden ergeben,
läßt sich durch die Verwendung möglichst großstüekiger Elektroden verringern. Eine
Großanode aus gebrannter Kohle ist jedoch nur dann für die Schmelzflußelektrolyse
brauchbar, wenn der Spannungsabfall in der Elektrode genügend klein gehlalten werden
kann. Es ist bekannt, Großanoden aus einzelnen gebrannten Kohlestäben zusammenzusetzen,
zwischen denen Nletallei.nlagen in Form von Bändern oder Streifen eingefügt werden,
um die Leitfähigkeit der Elektrode zu verbessern. Hierbei ist es jedoch notwendig,
der auf diese Weise gebildeten Elektrode den notwendigen Zusammenhalt :durch um
die Elektrode herumgelegte Schellen oder Bandagen zu geben. Ferner ist es bekannt,
zur Verbesserung der Leitfähigkeit die aus einem einzigen Elektrodeasta1 bestehende
Elektrode mit einem Metallmantel zu umgeben, der durch Umgießen des Elektrodenstabes
mit Metall hergestellt wird. Bei großflächigen Elektroden muß ferner für eine gute
Gasabfuhr gesorgt werden, da sonst :durch die unter der Elektrode sich bildenden
Gasblasen leicht Unzuträglichkeiten im Ofenbetrieb entstehen könnten. Aus diesem
Grunde müssen in der Elektrode sich in Länigsrichtung der Elektrode erstreckende
Kanäle vorgesehen werden, durch die das sich bildende Gas entweichen kann. Derartige
mit Hohlräumen versehene Elektroden sind bekannt, und zwar ist bereits in einem
älterem Patent vorgeschlbagen worden, die Elektrode aus einzelnen gebranntem Kohlerohren
zusammenzusetzen, die durch eine entsprechende Bandage zusammengehalten werden.
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Die Elektrode gemäß der Erfindung besteht gleichfalls aus einem Bündel
von Stabelektroden, das von axialen Hohlräumen durchsetzt ist und deren elektrische
Leitfähigkeit durch Metallzwischenlagen erhöht ist. Gegenüber den bekannten Elektroden
unterscheidet sich die erfindungsgemäße Elektrode vorteilhaft dadurch, daß keine
besonderen, die Herstellung der Elektrode verteuernden Schellen oder Bandagen für
den Zusammenhalt der Elektrodenstäbe erforderlich sind. Erreicht wird dies nach
der Erfindung dadurch, daß die Metallzwischenlhage aus einem durch Ausgießen der
Zwischenräume zwischen den einzelnen Elektroden mit Metall hergestellten, sich längs
der Elektrodenstäbe erstreckenden Metallgerippe besteht, das durch Ausgießen der
Zwischenräume zwischen den einzelnen Elektroden mit Metall hergestellt ist und die
einzelnen E.lektrodenstäbe teilweise oder ganz umfaßt. Auf diese Weise wird: das
Elektrodenbündeldurch die beim Erkalten des Metalls eintretende Schrumpfspannung
fest zusammengehalten. Die für die Gasabfuhr notwendigen Abzugskanäle in der Elektrode
werden dabei .durch während des Gießvorganges frei gelassene, die gesamte Elektrode
durchlaufende axiale Hohlräume gebildet. Die Herstellung der beispielsweise für
eine Aluminriumschmelzflußelektrolvse bestimmten Elektrode geschieht dabei in .der
-Weise, daß das aus den Einzelelektroden bestehende Bündel in eine Kokille eingesetzt
wird, deren Innenabmessungen etwas größer als die Außenabmessungen dies Anodenbündels
sind. Alsdann wird die Kokille mit flüssigem Aluminium derart ausgegossen, da:ß
alle Zwischenräume zwischen den einzelnen Anoden und der Kokilleninnenwand ausgefüllt
sind. Beim Erkalten des flüssigen Aluminiums entsteht infolge des im Vergleich zur
Kohle hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium eine starke Schrumpfspannung
des Aluminiums, die zu einer idealen mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen
Aluminium und Kohle führt. Durch diese Anodenkonstruktion ist es nicht nur möglich,
den Gbergangswiderstand zwischen Stromzuführung und Anode mit einfachsten Mitteln
sehr stark zu vermindern, sondern es wird dadurch gleichzeitig die Leitfähigkeit
der Anode selbst außerordentlich erhöht, weil clie Einzelanoden auf ihrer ganzen
Länge mit dem hochleitenden Aluminium in inniger Verbindung stehen und das Aluminium
den größten Teil der Stromleitung übernimmt.
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Beim Aluminiumelektrolysebetrieb hat nun Idas Bad eine Temperatur
von etwa gooP, während . der Schmelzpunkt des Aluminiums nur 65c8° beträgt. Die
Folge davon, ist, daß das umgegossene Aluminium bis zur Wärmaausgleichzone im Ofen
von der Anode weggeschmolzen wird. Diese Erscheinung bringt nun ganz besonders große
Vorteile mit sich. So wird; ,dadurch die wirksame Oberfläche der :4node außerordentlich
vergrößert, da nicht nur .die Stirn-, sondern auch die Vielzahl der Seitenflächen
der Anoden an der Elektrolyse teilnehmen. Ferner können die beim Elektrolysevorgang
zwangläufig entstehenden Gase störungsfrei entweichen, während z. B. bei der bekannten
großflächigen, nicht unterteilten Arbeitsfläche der selbstbrennenden Anode die Enfernung
der Gase nur unter großen Schwierigkeiten und auch dann nur =vollkommen möglich
ist. Es werden vielmehr in den Unebenheiten der immer unregelmäßig sich verbrauchenden
Stirnfläche deTartriiger bekannter Anoden zahlreiche Blasen festgehalten, die die
wirksame Oberfläche vermindern, alsodenübergangswiderstandzwischen Anode und Elektrolyten
erhöhen.
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Die Höhe der Wärmeausgleichzone 'kann man beliebig dadürch festlegen,
daß man an der gewünschten Stelle eine intensive Kühlung der Anode vornimmt, so
daß das Wegschmelzen des Aluminiums verhindert wird. Hierdurch hat man es in der
Hand, einen großen, also möglichst langen metallischen Stromweg zum Bad zu erbalten.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Großanoden können beliebige
Formen und Größen .erhalten. Die Einzelanoden können ebenfalls jeden beliebigen
Querschnitt haben. Es erscheint vorteilhaft, ihnen einen etwa sechseckigen Querschnitt
i zu geben, da bei dieser Querschnittsfo.rm für die
Zwischenräume
zwischen :den Einzelanoden besonders günstige Verhältnisse geschaffen werden.
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Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, die Einzelanoden hohl
auszubilden, um die Gastabfuhr noch weiter zu erleichtern. Man kann die Längshohlräume
in der Großelektrode auch durch entsprechende Vorkehrungen beim Gießvorgang schaffen.
Solche Längshohlräume können gleichbeitig zum Zuführen von Tonerde verwendet werden,
wodurch der Vorteil entsteht, d!aß die Tonerde unter der Anode gleichmäßig verteilt
wird.
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Die Anode gemäß der Erfindung kann sowohl für diskontinuierlichen
als auch für kontinuierlichen Betrieb verwendet werden. Bei d'is'kontinuierlichem
Betrieb ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß es möglich ist, schon beim Umgießen
mit dem flüssigen Aluminium am Kopf die metallischen Stromzuführungsteile mit einzugießen,
so @daß ein Übergangswiderstand zwischen Stromzuführung und Anode praktisch nicht
vorhanden ist und der Widerstand bis zum nahezu restlosen Verbrauch der Anode konstant
bleibt. Da es überdies keine Schwierigkeiten macht, die Einzelanodien beliebig lang
zu machen, und infolgedessen die, gebündelte Großanode ebenfalls ohne Schwierigkeit
beliebig lang werden kann, erzielt man bei dieser Art von diskontinuierlich verwendbaren
Anoden nahezu die gleichem Vorteile, d ie bei den bekannten kontinuierlich betriebenen
Anoden hinsichtlich Kontinuität möglich sind. Den bekannten kontinuierlich arbeitenden
Anoden gegenüber fallen aber alle Nachteile weg, die diesen eigen sindi. Zum Beispiel
entfallen bei der Anode gemäß der Erfindung kom-. plizierte Stromzuführungsvorrichtungen,
die du'rc'h die Benutzung dieser Vorrichtungen bedingtem Bedienungsschwierigkeiten,
hohe Übergangswiderstände u. dgl., während gegenüber den bekannten. diskontinuierlich
arbeitenden, gebrannten Anoden infolge der jetzt möglichen großen Länigen ein häufiges
Auswechseln der Anoden entfällt und der Abfall auf ein Minimum eingeschränkt wird.
Darüber hinaus ist es nunmehr auch bei Anwendung der diskontinuierlich arbeitenden
Anode mögllich, beliebig große Querschnitte anzuwenden und damit die Schmelzflußelektrolyse
im geschlossenen Ofenbetrieb zu betreiben, wodurch der Energieverbrauch bei der
Elektrolyse noch zusätzlich herabgesetzt wird. Der geschlossene Ofen ermöglicht
einfache Beseitigung der entstehenden Gase und Rückgewinnung der in diesen CTasein
enthaltenen wertvollem Badbestandteile.
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Aus alledem ist ersichtlich, daß die Anode gemäß der Erfindung einerseits
die Vorteile der bekannten kontinuierlich arbeitenden Anode mit den Vorteilen der
bekannten gebrannten Blockanode vereinigt. Darüber hinaus wird eine Fülle von zusätzlichen
Vorteilen erzielt, die den Schmelzflußelektrolysebetrieb wesentlich wirtschaftlicher
als bisher zu gestalten geeignet sind.
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Will man völlig kontinuierlichen Betrieb durchführen, so ist es lediglich
erforderlich, die Einzelanoden in der bei gebrannten Anoden bekannten @,#leise aneinanderzustückeln
und über dem Ofen in der beschriebenen Weise mit Aluminium zu umgießen.