EP0050679B1

EP0050679B1 - Elektrode für Schmelzflusselektrolyse

Info

Publication number: EP0050679B1
Application number: EP80106578A
Authority: EP
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Koziol; Malcom F. Dr. Dipl.-Chem. Pilbrow; geb. Möller Christine Dr. Dipl. Chem. Zöllner; Dieter H. Dr. Dipl.-Chem. Zöllner
Original assignee: C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Current assignee: C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1980-10-27
Publication date: 1986-02-05
Also published as: DE3071413D1; ATE17875T1; ES8207595A1; ES507055A0; NO156211B; DD201838A5; EP0050679A1; CA1181791A; NO156211C; JPS5776193A; NO813601L; HU188703B; USRE32426E

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die Schmalzflusselektrolyse, insbesondare zur elektrolytischen Erzeugung von Metallen, wie Aluminium, Magnesium, Natrium, Lithium oder Verbindungen hiervon, mit einem oberen Abschnitt aus Metall(legierung), der eine Kühleinrichtung einschließt, wobei der obere Abschnitt zumindest in einem Teilbereich durch eine hochtemperaturfeste, isolierende Beschichtung geschützt ist und zumindest mit einem unteren Abschnitt aus Aktivmateril.
Bei der elektrolytischen Erzeugung von Aluminium, Magnesium, Alkalimetallen sowie Verbindungen etc: in technischem Maßstab finden noch immer überwiegend Kohlenstoffelektroden aus Hartbrandkohle oder Graphit Verwendung. Wenngleich die Elektroden hauptsächlich der Stromführung dienen, sind sie doch auch häufig an den Elektrodenreaktionen selbst beteiligt. Der tatsächliche Elektrodenverbrauch liegt demnach erheblich über der theoretischen Verschleissrate, was sich auf die Oxidationsanfälligkeit der Kohlenstoffelektroden unter Elektrolysebedingungen zurückführen lässt: Die theoretische Verschleissrate liegt bei der Aluminiumschnielzflusselektrolyse bei 334 kg Kohlenstoff/t Aluminium, während tatsächlich ein Kohlenstoffverschleiss von ca. 450 kg Kohlenstoff/t Aluminium auftritt.
Ähnliche Probleme ergeben sich für Elektroden zur Erzeugung von Magnesium, Natrium, Lithium und Cer-Mischmetallen: Nebenreaktionen oxidativer Art an dem in die Salzschmelze getauchten Elektrodenteil sowie Abbrand durch Luftsauerstoff an dem aus der Schmelze herausragenden Teil, verschleissen die Elektroden ungleichmässig und vorzeitig. Hinzukommt die zerstörerische Wirkung der sich aus Elektrolytbestandteilen bzw. deren Folgeprodukten bildenden Graphiteinlagerungsverbindungen. Zwar sind bereits Versuche unternommen worden, Kohlenstoff-Elektroden durch Imprägnierung, nachfolgende thermochemische Behandlung und Überführung in Kohlenstoff-Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe zu einem geeigneten
Elektrodenwerkstoff umzuwandeln. Diese Versuche haben jedoch in der Praxis der Schmelzflusselektrolyse noch zu keiner wesentlichen Verbesserung geführt.
Die vorstehend geschilderten Nachteile der Kohlenstoffelektroden wie auch die steigenden Kosten für Graphit und Hartbrandkohle haben Entwicklungen nach formstabilen Elektroden initiiert. Hierdurch hofft man, nicht nur den petrochemischen Rohstoff Petrolkoks, dessen Verbrauch für Schmelzflusselektrolysenallein in der BRD ca. 500 000 t/Jahr beträgt, zu ersetzen, sondern auch auf Einsparungen des Energieverbrauches.
Zu diesem Zweck sind bereits eine Reihe keramischer Werkstoffe, z.B. gemäß GB-PS 1 152 124 (stabilisiertes Zirkonoxid), der US-PS 4 057 480 (im wesentlichen Zinnoxid), der DE-OS 27 57 898 (im wesentlichen SiliziumkarbidVentilmetallborid-Kohlenstoff) oder gemäß DE-OS 24 46 314 (keramisches Grundmaterial mit Überzug aus Spinellverbindungen),beschrieben worden.
Nachteilig am Einsatz von Elektroden, die aus keramischen Werkstoffen gebildet sind, ist - auch nach Zusatz leitfähigkeitssteigernder Komponenten - deren häufig nur mässige bismittlere elektrische Leitfähigkeit. Dies ist nur bei solchen prozessen akzeptabel, wo die Elektrodenabmessungen gering und dadurch der Stromweg kurz ist.
Dies trifft aber primär nur für Elektrolysen in wässrigen Medien zu, während die Elektroden für Schmelzflusselektrolysen, z:B. von Aluminium, erhebliche Abmessungen besitzen. So können die Elektroden für die Aluminiumerzeugung bis zu 2250 x 950 x 750 mm dimensioniert sein, während typische Graphitelektroden zur Magnesiumarzeugung je nach Verfahrenstyp 1700 x 200 x 100 bzw: (₀ 400 x 2200 mm betragen: Die Herstellung derartiger Massivblöcke aus den genannten keramischen Werkstoffen ist teuer und ergibt erhebliche Schwierigkeiten im Hinblick auf Temperaturwechselbeständigkeit und elektrischen Innenwiderstand. Die Bestrebungen der stromverbrauchenden Industrien sind in neuerer Zeit aber besonders auf eine Senkung des spezifischen Energieverbrauches gerichtet, weshalb keramische Massivelektroden ebenfalls bisher keinen Eingang in die Praxis gefunden haben.
Es ist aus der DE-A-2 425 136 bereits eine Elektrode für die Schmelzflußelektroyse bekannt mit einem oberen Abschnitt aus Metall, der gegebenenfalls eine Kühleinrichtung einschließt: Hinweise auf eine Gliederung des oberen Abschnitts und hierdurch erzielbare Vorteile sind in dieser Druckschrift jedoch nicht enthalten:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Elektrode für die Schmelzflusselektrolyse zu schaffen, bei dem die vorstehend geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermindert sind. Hierbei soll insbesondere eine mit äusserst niedrigen Strom/Spannungsverlusten sicher arbeitende Elektrode geschaffen werden, bei der gleichwohl das Spektrum der bislang bekannten und auch küftig zum Einsatz gelangenden Aktivwerkstoffe in gleicher Weise verwendet werden kann. wobei die Elektrode wartungs- und reparaturfreundlich sein soll Dieser Elektrodentyp soll bevorzugt als Anode eingesetz werden.

Diese Aufgabe durch die bereitstellung einer Elektrode des eingangs genannten Typs gelöst, die Gekennenzeichnet ist durch

(a) einen oberen Abschnitt, der einen inneren Teil und einen äußeren Teil aufweist,
(b) die voneinander lösbar ausgebildet sind,
(c) wobei der innere Teil im wesentlichen bis in die Nähe der Verbindung bzw: Verschraubung mit dem unteren Abschnitt geführt ist.

Als Kühlmittel können z.B. Flüssigkeiten wie Wasser, oder Gase, wie Luft,dienen. Unter der Bezeichnung "isolierende" Beschichtung soll im Rahmen der Anmeldung ein gegenüber den Elektrolysemedien inertes und abschirmendes Material verstanden werden, das gegebenenfalls auch elektrisch isolierend sein kann:

Elektroden aus einem gekühlten Metallschaft und einem hieran angeschraubten Teil aus Graphit sind bereits für die Verwendung bei der Elektrostahlerzeugung zum Vorschlag gekommen, bei denen von der Elektrodenspitze ein Lichtbogen ausgeht. Durch die Existenz des Lichtbogens und dessen Wanderungsmöglichkeit, die hierdurch aich ergebenden extremen Temperaturen in der Nähe des Lichtbogens, aber auch durch die Atmosphäre im Elektrostahlofen und die Art des Elektrodenvorgangs sind gegenüber der Schmelzflusselektrolyse so gravierende Abweichungen gegeben, dass eine Einsatzmöglichkeit solcher Elektrodentypen für die Durchführung von Schmelzflusselektrolysen nicht in Betracht gezogen wurde. Im Hinblick auf einen solchen Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf die GB-PS 12 23 162, die DE-AS 24 30 817 oder die europäische Offenlegungsschrift 79 302 809.3 verwiesen: In diesen Dokumenten sind die dortigen Elektroden im Hinblick auf die speziellen Anforderungen der Lichtbogenelektrode und die Anstrengungen beschrieben, die unternommen sind, um den spezifischen Erfordernissen des Elektrostahlerzeugungsprozesses Rechnung zu tragen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrode sind der innere Teil und der äussere Teil des oberen Abschnittes voneinander derart lösbar ausgebildet, dass der innere Teil eine Gas- bzw. Flüssigkeitsfü rungskammer mit Vorlauf- und Rücklaufkanal enthält.
Der äussere Teil stellt die Anschlusselektrode dar und kann aus dem gleichen Metall, z.B. Kupfer, bzw. Metalllegierungen oder anderen Materialien bestehen wie der innere Teil. In dem äusseren Teil können Kühlbohrungen oder dergleichen eingebracht sein. Des weiteren ist es auch möglich, im äusseren Teil Halterungsbohrungen, z.B. zur Führung und Lagerung von darunterliegenden isolierenden Schutzschichten, vorzusehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrode ist der innere Teil lediglich in einem Teilbereich von dem äusseren Teil ummantelt, so dass der Metallschaft insgesamt aus einem obenliegenden Bereich grösseren und einem untenliegenden Bereich geringeren Durchmessers gebildet sein kann.
Der innere Teil der Elektrode ist bis in die Nippelverbindung geführt, mit der der obere Abschnitt aus Metall und der untere Abschnitt verbunden sind. Die benötigte Gas- oder Flüssigkeitskühleinrichtung des inneren Teils,die in diesem axial verläuft, wird mit Vorteil bis in den Schraubnippel selbst eingeführt, da dieser, je nach eingesetztem Material, besonderer Hitzebeanspruchung ausgesetzt sein kann.
Die Verbindung von innerem und äusserem Teil kann auf mehrfache Weise erfolgen: Dabei liegt die Verbindungslinie im Regelfall parallel zur Elektrodenachse.Beispielsweise kann die lösbare Verbindung durch ein Gewinde oder durch entsprechende Einpassung der Teile erfolgt sein: Besonders bevorzugt ist es, wenn der innere Teil als Einpasstück in Kegel- oder Konusform ausgebildet ist, wobei der äussere und innere Teil gegebenenfalls in einem Teilbereich zusätzlich ein Gewinde aufweisen können.
An den äusseren Teil können Anschlussbacken, z.B. über Taschen oder Halterungen befestigt sein, mit denen die Stromzuführung für die Elektrode in Verbindung steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an dem äusseren Teil Taschen befestigt, in denen Graphitplatten oder -segmente zur Stromzuführung eingebracht sind.
Die hochtemperaturfeste, isolierende Beschichtung, die erfindungsgemäss ein Formteil darstellt, kann ein Einzelrohr sein. Das Formteil kann aber auch mit Vorteil eine Serie von Rohrabschnitten, Segmenten, Halbschalen oder dergleichen umfassen, die den unteren Bereich des oberen Abschnittes der Elektrode bis in den Bereich des Schraubnippels, gegebenenfalls darüber hinaus, umgeben. Für die meisten Anwendungszwecke der erfindungsgemässen Elektrode bzw: Anode ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest der Bereich des Formteiles, der mit dem Elektrolyten und den entstehenden Produkten in Berührung kommen kann, gas- und flüssigkeitsdicht den Metallschaft und gegebenenfalls andere metallische Teile, insbesondere den Nippel, abschirmt. Das Material des isolierenden Formteils kann z.B. aus hochtemperaturfester Keramik bestehen, aber auch z.B. Graphit darstellen, das mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist. Derartige isolierende, hochtemperaturfeste keramische oder andere Materialien sind bekannt.
Durch den Einsatz eines lösbar aufgesetzten Formteiles, insbesondere in Form einer Serie von Rohrabschnitten, Segmenten oder Halbschalen wird eine Reihe von Vorteilen, auf die noch einzugehen ist, erzielt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrode ist das isolierende Formteil zwischen einem unteren Teilbereich des oberen Abschnittes aus Metall und dem unteren,aktiven Abschnitt derart angeordnet, dass die in Richtung der Elektrodenachse laufenden Aussenkanten des Formteiles und die des äusseien Bereiches des oberen Abschnittes aus Metall im wesentlichen zueinander bündig sind.
Bei der erfindungsgemässen Elektrode bestehen keine Einschränkungen im Hinblick auf das Gegenlager, auf dem das Formteil getragen ist. Es kann dies ein ebenfalls aus hochtemperaturbeanspruchbarem, isolierenden Material bestehendes Gegenstück, der Schraubnippel selbst, gegebenenfalls sogar ein Teil des Aktivteiles selbst oder eine Kombination hiervon darstellen. Im allgemeinen wird jedoch das isolierende Formteil nicht allein auf dem Aktivteil aufsitzen, sofern dies verbrauchbar ist, sondern mindestens teilweise durch ein nicht- "verbrauchbares", hitzebeständiges, isolierendes Material getragen sein.
Die Lage des Formteiles kann naturgemäss bei der Herstellung der Elektrode in geeigneter Form gesteuert werden. In einer bevorzugten Form der erfindungsgemässen Elektrode kann das isolierende Formteil aber auch während des Betriebes der Elektrode, ohne dass die Elektrode aus dem Elektrolyseofen geführt werden muss, durchin in dem oberen Abschnitt vorgesehene Bohrungen mittels Stiften, Gewindeschrauben etc:, auf das Gegenlager, z.8. durch die zusätzliche Vorsehung von Federn, gedrückt werden. Unabhängig von der Vorsehung von Bohrungen, Gewindeschrauben oder dergleichen, kann es aber auch vorteilhaft sein, das isolierende Formteil derart gleitend oder lose auf dem Metallschaft aufzusetzen, dass bei Ausfall eines Teilsegmentes oder Abbruch des Einzelrohres, z:8. durch mechanische Beschädigung, die verbleibenden intakten Teilsegmente oder das Einzelrohr selbst nachzurutschen vermögen, bzw. in Richtung der Elektrodenlängsachse beweglich sind.
Soweit es auf eine extreme Sicherheitsauslegung der Elektrode ankommt, ist es noch zusätzlich möglich, den innen-liegenden Metallschaft, der durch die isolierende Beschichtung geschützt ist, zusätzlich mit einer hochbeanspruchbaren, leitenden oder isolierenden dünnen 8eschichtung zu beaufschlagen. Diese kann beispielsweise ein Keramik-Beschichtung darstellen und als weiteres "Hitze- oder Inertschild" dienen. Durch eine dichte Ausbildung der Beschichtung kann vorteilhaft auch der Angriff der Elektroiysemedien verhindert werden.
Je nach Anwendungszweck der Elektrode ist es möglich, das isolierende Formteil auf Halterungen aufzusetzen, die vorzugsweise aus Metall der inneren Kühlungseinheit angefügt sein können. Dies wird primär bei solchen Anwendungen der Elektroden in Betracht gezogen, wo es auf die freie Beweglichkeit bzw. das "Nachrücken" intakter (isolierender bzw. elektrisch leitender) Einzelsegmente im Falle der Beschädigung eines untenliegenden Segmentes nicht ankommt.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass das isolierende Formteil nicht den gesamten 8ereich des zu schützenden Metallschaftes umfasst, wobei in einer Zone, wo mit geringerer Beanspruchung gerechnet werden kann, anstelle des weitergeführten Formteils eine isolierendehochfeuerfeste Spritzmasse, die mit Haltestücken verankert ist, zum Einsatz kommt. Derartige isolierende Spritzmassen sind an sich bekannt, die mit Haltestücken, die z.B. angelötet werden, befestigt werden können.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Formteil gas- und flüssigkeitsdicht zumindest in dem Bereich, der mit dem Elektrolyten und den entstehenden prcdukten in Berührung kommen kann, aufgesetzt ist.
Die Verbindung von oberem und unterem Abschnitt kann durch einen Nippel vorgenommen werden, der metallseitig zylindrisch und zum Aktivteil hin konisch oder umgekehrt ausgebildet ist: Dieser Teil der Konstruktion hat sich bei Versuchen besonders bewährt:Als Material des Nippels wird insbesondere Metall, z:B: Gusseisen, Nickel oder eine temperaturbeständige, korrosionsfeste Metallegierung, in Betracht gezogen: Aufgrund der hohen Temperaturwechselbeständigkeit werden aber auch Nippelverbindungen aus Graphit selbst in Betracht gezogen.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann der untere Abschnitt aus mehreren Einheiten bestehen, die durch eine oder mehrere Nippelverbindungen gehalten sind, wobei die Anordnung der Aktiveinheiten neben-oder untereinander erfolgen kann. Der Einsatz eines "Einschubstückes" zwischen dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt, wobei der untere verbrauchbare Abschnitt an das Einschubstück mit einer Nippelverbindung, z.B. aus Graphit angeschlossen sein kann, bringt einen Vorteil dadurch, dass die Nippelverbindung zwischen Metallschaft und GraphitEinschubstück kühler bleibt und das verbrauchbare Stück vollständig verbraucht werden kann, ohne dass sich eine Gefährdung des oberen Abschnittes ergibt. Andemfalls müsste bei einem verbrauchbaren Endstück eine Sicherheitszone zum Schutz des Nippels und des unteren Bereiches des oberen Abschnittes verbleiben, wobei diese Sicherheitszone verloren wäre.
Im übrigen ist es möglich und in den meisten Fällen sinnvoll, die Elektrode in ihrem Aktivteil aus einer Anzahl von Rohren, Stäben und/oder Platten auszubilden, welche vorteilhaft eine Vorzugsrichtung übereinstimmend mit der Stromführungsrichtung aufweisen.
Schliesslich kann es im Hinblick auf die Temperaturbeanspruchung des Nippels günstig sein, die Nippel seitlich zum Ausgleich der Thermospannungen einzuschlitzen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrode sind deren innerer Teil und deren unterer Abschnitt bzw. Aktivteil und/oder dessen Verschraubung in eine Zone hoher Leitfähigkeit eingeführt: Diese Zone hoher Leitfähigkeit kann z.B. einen Behälter darstellen, der mit unter Elektrolysebedingungen flüssigem Metall hoher Leitfähigkeit gefüllt sein kann: Hierdurch werden Energieverluste im Bereich des oberen Teils der Aktivstäbe, -platten etc: vermieden, wenn diese z.B. aus keramischem Material bestehen. Die keramischen Materialien besitzen lediglich bei höheren Temperaturen eine befriedigende Leitfähigkeit, so dass es in einem solchen Fall von Bedeutung sein kann, den oberen Schaft der aktiven (Keramik)-Stäbe auf höherer Temperatur zu halten. Als geeignete Metalle können solche mit geeignetem Schmelzpunkt, z.B. Wismuth, etc:, erwähnt werden.
Die erfindungsgemässe Elektrode weist eine Reihe von Vorzügen auf: Hervorzuheben sind die extrem niedrigen Strom- bzw. Spannungsverluste auf dem Wege zum aktiven Tail der Elektrode. Hierdurch können gegenüber herkömmlichen Massivblöcken, sei es aus Kohlenstoff, Graphit oder keramischem Material, erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Des weiteren wird der Seitenabbrand minimiert, da nicht mehr die gesamte Elektrode sondern nur deren Aktivteil dem aggressiven Elektrolysemedium und den sich hierbei entwickelnden Reaktionsgasen und -dämpfen ausgesetzt ist. Schliesslich ist die Elektrode vielseitig einsetzbar, da ihr Aufbau den Einsatz des Spektrums von auf dem Gebiet der Schmelzflusselektrolyse grundsätzlich einsetzbaren, aktiven Materialien gestattet.
Auch ist das isolierende Formteil bei der Herstellung einfach in gezielter Position einbringbar: Durch die Verwendung eines isolierenden, aussenliegenden Massivteils kann die mechanische Beanspruchbarkeit verbessert werden. Durch die Aufgliederung der isolierenden Aussenzone in Segmente ist es im Falle von Störungen bzw. Beschädigungen nicht erforderlich, die gesamte Elektrode auszutauschen, da der Schaden durch die Einbringung des entsprechenden Teilstückes ökonomisch und schnell behebbar ist: Durch die lose Aufsetzung des isolierenden Formteiles, soweit diese aus Segmenten gebildet ist, kommt es im Falle einer mechanischen oder anderweitigen Zerstörung untenliegender Schutzsegmente zu einem "automatischen" Nachgleiten der obenliegenden Segmente, was gegebenenfalls durch angebrachte Federn zusätzlich gesichert ist: Daher ist die Elektrode auch im Falle einer bereits erfolgten Beschädigung weiterhin arbeitsfähig, da der am meisten gefährdete untenliegende Elektrodenbereich, der der Arbeitszone der Elektrode am nächsten liegt, durch das Nachgleiten intakter Elemente "automatisch" geschützt wird.
Obwohl das isolierende Formteil bzw: die isolierende Beschichtung, wenn diese aus einer Serie von Einzelsegmenten oder Halbschalen besteht, ein gewisses Spiel durch die Art der axialen wie auch Innenabstützung aufweisen kann, ergibt sich beispielsweise aufgrund des Nut-Feder-Systems ein vollständiger und umfassender Schutz des empfindlichen Metallbereiches der Elektrode. Kommt es trotzdem zu einer Beschädigung des unteren Bareiches des "Schutzschildes" der Elektrode, kann diese im Regelfall doch noch so lange arbeiten, wie es ohnehin erforderlich ist, den Verbrauchsteil aus beispielsweise Graphit zu ersetzen: Bei der Herausnahme der Elektrode kann dann der entsprechende Ersatz des beschädigten Einzelsegmentes etc. ohne weiteres leicht erfolgen.
Durch die erfindungsgemässe Aufteilung des Metallschaftes ergeben sich ebenfalls günstige Elektrodeneigenschaften: Durch die ggf. im inneren Teil geführte Wasserführung bleibt diese auch bei mechanischer Beschädigung des äusseren Teiles intakt. Es ist deshalb bei einer Beschädigung des Aussenbereiches des oberen Abschnittes nicht erforderlich, die Kühlmittelzuführ zu stoppen, die Blektrode zu entleeren etc. Durch die einfache Ablösbarkeit des äusseren Abschnittes kann dieser im Falle einer Beschädigung als Bauteil leicht ausgewechselt werden, während die herkömmlichen Konstruktionen eine vollständige Reparatur des Metallschaftes bzw: dessen Austausch erfordern: Durch die seitliche Stromzuführung, z:B: über Graphitkontaktbacken bzw: -segmente, die z:B: in Haltetaschen angefügt sind, ist es bei Störungen im Bereich der innenliegenden Flüssigkeitsführung nicht erforderlich, die Elektrode als Ganzes aus der Kontaktschiene auszuführen, da lediglich der Innenteil ausgelöst werden kann: Durch die Ausbildung des oberen Bereiches in einen Abschnitt grösseren und einen Abschnitt kleineren Durchmessers lässt sich die hochtemperaturbeständige, isolierende Schutzschicht in besonders kompakter und zweckmässiger Form anschliessen, wobei es dann z:B. nicht erforderlich sein muss, den äusseren Teil, wenn dieser auf den Bereich der Stromzuführung beschränkt ist, zusätzlich isolierend zu schützen.
Nachstehend werden besonders bevorzugte Elektrodenkonstruktionen der Erfindung, die insbesondere als Anoden eingesetzt werden sollen, in den Fig. 1 bis 6 gezeigt. Es sind insbesondere Elektroden dargestellt, bei denen der obere Abschnitt aus Metall einen oberen Teil grösseran Durchmessers und einen unteren Teil geringeren Durchmassers aufweist. Der Teil geringeren Durchmessers ist durch den isolierenden Formteil abgedeckt. Diese Anordnung ist im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt, wenngleich die Erfindung weder hierauf noch auf die besonders vorteilhaften Ausführungsformen gemäss nachstehenden Figuren beschränkt ist. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffarn bezeichnet. Es zeigen.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Elektrode;
Fig. 2, 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Elektrode, bei der der durch Isolierungen geschützte Bereich nicht vollständig sowie der anschliessende Aktivteil nicht gezeigt sind;
Fig. 4 einen Querschnitt durch den oberen Abschnitt aus Metall bzw. dessen Teilbereich grosseren Durchmessers;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch den unteran Elektrodenabschnitt mit eingeschobenem Zwischenstück.
Fig. 6 einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Anode, die vorzugsweise für Magnesiumgewinnung dient.

Bei der Elektrode, z.B. gemäss Fig. 1, wird das Kühlmedium, z.B. Wasser, Luft oder Inertgas, durch den Vorlaufkanal 2 eingeund durch den Rücklaufkanal 3 zurückgeführt. Das Kühlsystem liegt im inneren Teil 16, auf das der äussere Teil 17 aufgesetzt ist. Dabei tritt das Kühlmedium auch in eine Kammer innerhalb des Schraubnippels 1, der z.B. aus Gusseisen gebildet ist, ein. Der obere Abschnitt 5 aus Metall, z.B. Cu, besteht aus einem oberen Bereich grösseren Durchmessers und einem tieferliegenden Bereich geringeren Durchmessers, der bis in den Schraubnippel 1 eingezogen ist, der die Verbindung zu dem unteren Abschnitt 6 aus Aktivmaterial, z.B. Graphit, bildet. Das isolierande Formteil 4 ist durch ein Gegenlager 7, z.B. aus hochtemperaturbeständiger, isolierender Keramik gelagert. Im oberen Bereich ist das isolierende Formteil 4 durch die Oberkante des Bereiches grösseren Durchmessers des Metallschaftes begrenzt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Elektrode ist das isolierende Formteil 4 in Segmente unterteilt, die beim Ausbrechen eines (unteren) Segmentes in Richtung der Elektrodenachse gleitfähig sind.
Aus den Fig. 1 bis 3 sind einige der bevorzugten Verbindungsmöglichkeiten von innerem Teil 16 und äusserem Teil 17 als Einpassstück, gegebenenfalls zusätzlich mit Teilgewinde, ersichtlich. Über Bohrungen 8 können Stifte 9 oder dergleichen geführt sein, die über die Feder 10 die isolierende Beschichtung 4 auf einem Gegenlager 7 halten. Das Isolierteil kann zusätzlich durch Halterungen 14 befestigt sein. Im äusseren Teil sind Kühlbohrungen 15 gezeigt, während aussen Anschlussbacken 18, z.B. aus Graphit, gezeigt sind. Diese können in Halterungen oder Taschen 19, die am Aussenrand des Metallschaftes befestigt sind, gehalten werden, was auch in Fig. 2 bzw. 4 zum Ausdruck kommt.
In Fig. 5 ist schliesslich ein Einschubstück 21, z.B. aus Graphit, gezeigt, das über einen, zum Ausgleich von Thermospannungen geschlitzten Nippel 1, der z.B. aus Kupfer mit Vorteil besteht, mit dem oberen Abschnitt 5 verbunden ist. Das Einschubstück 21 ist dann über eine weitere Nippelverbindung 22, die vorzugsweisa aus Graphit gebildet ist, an das eigentliche Aktivteil angeschlossen. Hier ist das Aktivteil einstückig ausgebildet, während es in Fig. 1 in Einzelrohre bzw. -stäbe 20 aufgegliedert ist.
Zwischen der Isolierschicht 4 und insbesondere dem inneren Teil 16 des oberen Abschnitts 5 können Gasspülungskanäle vorgesehen sein, die in den Figuren nicht näher gezeigt sind. Durch die Gasspülung können auftretende Beschädigungen der isolierenden Keramik, z.B. über einen entsprechenden Druckabfall, leicht festgestellt werden. Darüber hinaus ist hierdurch eine gewisse Kühlwirkung möglich. Ausserdem liegt es im Rahmen der Erfindung - was ebenfalls nicht in den Figuren gezeigt ist - dass der innere Teil 16 und/oder die Nippelverbindung bzw. dessen Aussenflächen oder das Einschubstück 21 mit hochtemperaturbeständiger Beschichtung gecoatet sein kann. Die hochtemperaturbeständige Beschichtung 12 des oberen Abschnitts 5 kann je nach Dimensionierung der darüberliegenden hochtemperaturbeständigen, isolierenden Beschichtung 4 elektrisch leitfähig oder auch isolierend ausgelegt sein. Bei einer isolierenden Auslagung ergibt sich hierdurch eine zweite Schutzlinie, die bei Bruch der aussenliegenden isolierenden Beschichtung 4 in Aktion treten kann. Muss mit letzterem die nach Betriabsbedingungen nicht gerechnet werden, kann die Beschichtung, z.B. des inneren Teils 16, auch aus einem hochtemperaturbeständigen, leitenden Material bestehen, wobei dann dieses Material die Wirkung eines "Hitzeschildes" gegenüber dem darunterliegenden Metall zukommt.
In Fig. 6 ist eine besonders für die Magnesiumarzeugung vorgesehene Anode dargestellt. Sie besteht aus einar platte 6, z.B. Graphit, die einen ringförmig ausgefrästen Kopfteil aufweist. Dieser ist über den entsprechand ausgestalteten Nippel 1, z.B. aus Reinnickel, mit dem oberan Abschnitt 5 verbunden. Die Nippelverbindung enthält innen eine Kontaktbeschichtung 12, z.B. aus Platin. Die isolierende Beschichtung 4 ist in Form einas keramischen Rohres, z.B. aus dichtem Sillimanit, ausgebildet. Sie ist in einer fauerfesten Kittmasse 25 gelagert. Das keramische Rohr reicht über den Zellendeckel hinaus und schirmt den Metallschaft vor Korrosion ab. Diese Lösung trägt ganz besondezsden unterechiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Graphit und Metall Rechnung.

Claims

1. Elektrode für die Schmelzflusselektrolyse, insbesondere zur elektrolytischen Erzeugung von Metallen, wie Al, Mg, Na, Li oder Verbindungen hiervon, mit einem oberen Abschnitt (5) aus Metall(legierung), der eine Kühleinrichtung (2, 3) einschliesst, wobei der obere Abschnitt (5) zumindest in einem Teilbereich durch eine hochtemperaturfeste, isolierende Beschichtung (4) geschützt ist und zumindest mit einem unteren Abschnitt (6) aus Aktivmaterial, dadurch gekennzeichnet,dass

(a) der obere Abschnitt (5) einen inneren Teil (16) und einen äusseren Teil (17) aufweist,

(b) die voneinander lösbar ausgebildet sind,

(c) wobei der innere Teil (16) im wesentlichen bis in die Nähe der Verbindung bzw. Verschraubung (1) mit dem unteren Abschnitt (6) geführt ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (16) die Kühlmittelführungskammer mit Vorlauf- und Rücklaufkanal (2, 3) darstellt.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Teil (17) dieAnschlusselektrode darstellt.

4. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekannzeichnet dass der äussere Teil (17) Kühlbohrungen (15) und/oder Halterungsbohrungen (8 aufweist.

5. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekannzeichnet, dass der innere Teil (16) nur in einem oberen Bereich von dem äusseren Teil (17) ummantelt ist.

6. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass der innera Teil (16) in seinem unteren Bereich durch eine Isolierschicht (4) geschützt ist, die zumindest in dem Bereich, der mit dem Elektrolyten und den entstehenden Produkten in Berührung konmen kann, gas- und flüssigkeitsdicht aufgesetzt sein kann.

7. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass der innere Teil (16) bis in einen Schraubnippel (1) reicht, mit dem der obere Abschnitt (5) aus Metall und der untere Abschnitt (6) verbunden sind.

8. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass die lösbare Verbindung des inneien Teils (16) und des äusseren Teils (17) durch ein Gewinde oder durch Einpassung bewirkt ist.

9. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gakennzeichnet, dass die lösbare Verbindung des inneren Teils (16) und des äusseran Teils (17) durch Einpassung in Kegel-oder Konusform gebildet ist, wobei der äussere und der innere Teil (17, 16) in einem Teilbereich zusätzlich ein Gewinde aufweisen können.

10. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass an dem äusseren Teil (17) Anschlussbacken (18) aus Graphit, über Taschen bzw. Halterungen (19) befestigt sind.

11. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass als hochtemperaturfeste, isolierende Beschichtung ein Formtail (4), das lösbar aufgesetzt sein kann, vorgesehan ist.

12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Formteil (4) ein Einzelrohr, eine Serie von Rohrabschnitten, Segmenten oder Halbschalen umfasst, die den unteren Bereich des oberen Abschnittes (5) bis zur oder bis in die Nähe des Schraubnippels (1) umgeben.

13. Elektrode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) und die Aussenkanten des oberen Abschnittes (5) im wesentlichen zueinander bündig angeordnet sind.

14. Elektrode nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , dass das Formteil (4) zwischen einem Einschnitt des Metalls des oberen Abschnittes (5) und einem etwa im Bereich des Schraubnippels (1) angeordneten Gegenlager (7) dem Schraubnippel (1), dem Aktivteil oder einer Kombination hiervon getragen ist.

15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil durch in Bohrungen (8) des oberen Abschnittes geführte Stifte bzw. Gehindeschrauben (9) auf dem Gegenlager (7) gehalten wird.

16. Elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das innenliegende Metallteil (16) mit einer dichten, hochbeanspruchbaren Beschichtung (12) ist.

17. Elektrode nach den Ansprüchen 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet , dass das isolierende Formteil (4) aus hochtemperaturfester Keramik oder aus mit einer isolierenden Beschichtung versehenem Graphitrohr besteht.

18. Elektrode nach den Ansprüchen 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet , dass das isolierende Formteil (4) auf Halterungen (14) aufgesetzt ist, die am oberen Abschnitt angefügt

19. Elektrode nach den Ansprüchen 11 bis 18 dadurch gekennzeichnet , dass das isolierende Formteil (4) im oberen Bererich des oberen Abschnittes teilweise ersetzt ist durch isolierende, hochfeuerfeste Spritzmasse, die mit Haltestücken verankert ist.

20. Elektrode nach den Ansprüchen 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Formteil (4) derart gelagert ist, dass bei Ausfall eines Teilsegmentes oder Beschädigung des Einzelrohres die verbleibenden intakten Teilsegmente oder das Einzelrohr selbst in Richtung der Elektrodenlängsachse zur Beanspruchungszone beweglich sind.

21. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass die Verschraubung durch einen Nippel (1) vorgenommen ist, der metallseitig zylindrisch und zum Verbrauchsteil hin konisch oder umgekehrt ausgebildet ist.

22. Elektrode nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass der Nippel (1) aus Metall oder Graphit, besteht.

23. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , dass der untere Abschnitt (6) aus mehreren Einheiten (20) besteht,die durch eine oder mehrere Nippelverbindungen (1) gehalten sind, wobei die Anordnung der Einheiten (20) neben-und/oder untereinander vorgenommen ist.

24. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (16) des oberen Abschnittes (5) und der untere Abschnitt (6) neben oder unabhängig von einer Nippelverbindung (1) miteinander verschraubt sind.

25. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Schraubnippel (1) geschlitzt sind.

26. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet dass der innere Teil (16) und der untere Abschnitt (6) bzw. das Aktivteil bzw. dessen Verschraubung (1) in eine Zone hoher Leitfähigkeit eingeführt sind.

27. Elektrode nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet , dass die Zone hoher Leitfähigkeit einen Behälter darstellt, der mit unter Elektrolysebedingungen flüs- . sigem Metall hoher Leitfähigkeit gefüllt ist.