Elektrode für die kathodische Stromzuführung bei nach dem Dreischichtenverfahren arbeitenden Aluminiumraffinationszellen Üblicherweise werden bei den nach dem Drei schichtenverfahren arbeitenden Aluminiumraffina- tionszellen für die negative Stromzuführung Graphit elektroden benützt, die in die obere Schicht, das heisst in die Schicht aus raffiniertem Aluminium, so weit eintauchen, dass eine leitende Verbindung ent steht.
Im Gegensatz zu den bei der Aluminiumher stellung als Anoden dienenden Elektroden nehmen diese Elektroden am elektrochemischen Vorgang chemisch nicht teil. Bekanntlich dienen die Anoden bei der elektrolytischen Herstellung von Aluminium im Schmelzfluss nicht nur als Stromzuleitungen, son dern auch als Depolarisatoren, indem sich ihr Kohlen stoff mit dem entwickelten Sauerstoff verbindet. Da an den kathodischen Stromzuführungselektroden bei der Aluminiumraffination kein solcher Vorgang statt findet, werden diese theoretisch nicht verbraucht.
Im praktischen Betrieb tritt jedoch an den nicht in das flüssige Metall eintauchenden Stellen der Elektrode, hauptsächlich in der Nähe des Metallspiegels, infolge der Einwirkung des Luftsauerstoffes trotzdem ein Verlust auf, dessen Grösse von der angewandten Be triebstemperatur und von der Güte der Elektroden masse abhängt. Es ist möglich, diesen Verlust durch Ummantelung der Elektrode, wie zum Beispiel im deutschen Patent Nr. 767108 dargelegt, oder durch Verwendung eines Schutzanstriches, wie im deut schen Patent Nr. 836569 beschrieben, herabzusetzen. Es gelingt jedoch nicht, das langsame Abbrennen der Graphitelektrode vollständig zu unterbinden.
Man hat daher versucht, den kathodischen Strom unter Ausschaltung der Graphitelektroden in seit lichen Kanälen unmittelbar von den Stromleitern an die kathodische Metallschicht zu übertragen. Diese Arbeitsweise ist jedoch nicht ungefährlich, und es konnte bisher nicht der volle erhoffte Erfolg erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine metallische und künstlich kühlbare Elektrode für nach dem Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminiumraffinationszellen. Eine solche Elektrode kann über der Zelle selbst angeordnet sein und mit ihrem untern Ende in die kathodische Schicht aus raffiniertem Aluminium eintauchen.
Die neue Elek trode besteht vorzugsweise aus unlegiertem Alumi nium, und zwar entweder aus Hüttenaluminium der handelsüblichen Qualität oder aber aus Reinst- aluminium. Die durch den Abbrand der üblichen Graphitelektroden entstehenden Verluste werden voll kommen vermieden.
Der Wärmeverlust durch Ab leitung ist zwar grösser als bei Verwendung von Gra- phitelektroden, doch hat es sich gezeigt, dass bei den Aluminiumraffinationszellen die Wärmeverluste vor allem durch Konvektion entstehen und in bedeutend geringerem Masse durch Leitung und durch Strah lung.
Es ist möglich, an Stelle von unlegiertem Alu minium auch andere Metalle für die künstlich ge kühlten Elektroden zu benützen, doch besteht zum Beispiel im Falle des Kupfers bei Aussetzen der künstlichen Kühlung die Gefahr der Bildung einer Legierung von Aluminium und Kupfer, deren Schmelzpunkt unter demjenigen des unlegierten Alu miniums liegt, und infolgedessen die Gefahr einer Verunreinigung des raffinierten Aluminiums. Das künstliche Kühlen lässt sich beispielsweise durch Wasser- oder Luftzirkulation im Innern der Elektrode bewerkstelligen. Es ist jedoch zum Beispiel auch möglich, den oberen,
oberhalb der Zellen abdeckung befindlichen Teil der Elektrode mit Kühlrippen zu versehen und diese mit Luft anzu blasen.
Wenn das äussere Ende einer aus unlegiertem Aluminium hergestellten Elektrode etwas abschmilzt, entsteht kein Metallverlust. Der abgeschmolzene Teil Lässt sich durch Aufschweissen wieder ersetzen.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungs beispiel der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine wasserge kühlte Elektrode aus Reinaluminium im lotrechten Schnitt in einer durch die Rohrstutzen für den Wasserumlauf liegenden Ebene und Fig. 2 einen Lotrechten Schnitt senkrecht zum Schnitt gemäss Fig. 1.
Die Elektrode besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Hohlteil 1 von 75 mm Aussen durchmesser und 15 mm Wandstärke aus Reisalu minium, einem untern, vollen, konisch ausgebildeten Teil 2, dessen unterer Durchmesser 50 mm beträgt, und einem obern flachen, 80 mm breiten, 30 mm dicken und etwa<B>160</B> mm langen Teil 3 für das Verbinden mit einem Stromleiter mit Hilfe von Schraubenbolzen, die durch die Öffnungen 4 von 18 mm Durchmesser hindurchgesteckt werden. Die Länge der Elektrode vom untern Ende bis zur Mitte der Kühlwasser-Ein- und -Auslaufstutzen be trägt 500 mm.
Das Kühlwasser läuft beim Stutzen 5 ein, fliesst durch das Rohr 6 nach unten, dann an der Wand des Elektrodenteils 2 unter Kühlung des selben herauf zum Auslauf 7. Die Stutzen 5 und 7 und das Rohr 6 haben einen Innendurchmesser von 10 und einen Aussendurchmesser von 16 mm und bestehen aus Reisaluminium.
Wie in den Figuren angedeutet, ist der untere Teil der Elektrode bei 8 angeschweisst. Im praktischen Betrieb. taucht die Elektrode um 1 bis 2 cm in das Kathodenmetall ein, das sich auf einer Temperatur von rund 750 C befindet.
An einer Zelle industriellen Massstabes, die mit wassergekühlten Elektroden aus Reinaluminium ver sehen war, wurde durch jede Elektrode eine Wasser menge von 210 Liter/h durchgeleitet. Die Wasser temperatur betrug am Einlauf 15 bis 17 und am Auslauf 70 bis 80 C.
Electrode for the cathodic power supply in aluminum refining cells working according to the three-layer process Usually graphite electrodes are used for the negative power supply in aluminum refining cells working according to the three-layer process, which dip into the upper layer, i.e. into the layer of refined aluminum, that a conductive connection is established.
In contrast to the electrodes used as anodes in aluminum production, these electrodes do not take part chemically in the electrochemical process. It is well known that in the electrolytic production of aluminum in the melt flow, the anodes not only serve as power supply lines, but also as depolarizers, in that their carbon combines with the developed oxygen. Since no such process takes place on the cathodic power supply electrodes during aluminum refining, these are theoretically not consumed.
In practical operation, however, a loss occurs at the points of the electrode that are not immersed in the liquid metal, mainly in the vicinity of the metal surface, as a result of the action of atmospheric oxygen, the size of which depends on the operating temperature used and the quality of the electrode mass. It is possible to reduce this loss by sheathing the electrode, as set out, for example, in German Patent No. 767108, or by using a protective coating, as described in German Patent No. 836569. However, it is not possible to completely prevent the graphite electrode from slowly burning off.
Attempts have therefore been made to transmit the cathodic current directly from the current conductors to the cathodic metal layer by switching off the graphite electrodes in since union channels. This way of working is not without its dangers, however, and the full hoped-for success has not yet been achieved.
The present invention now relates to a metallic and artificially coolable electrode for aluminum refining cells operating according to the three-layer process. Such an electrode can be arranged above the cell itself and its lower end can be immersed in the cathodic layer of refined aluminum.
The new electrode is preferably made of unalloyed aluminum, either from primary aluminum of the commercial quality or from high-purity aluminum. The losses caused by the consumption of the usual graphite electrodes are completely avoided.
Although the heat loss through dissipation is greater than when using graphite electrodes, it has been shown that the heat losses in the aluminum refining cells are mainly caused by convection and to a significantly lesser extent by conduction and radiation.
It is possible to use other metals instead of unalloyed aluminum for the artificially cooled electrodes, but in the case of copper, for example, when the artificial cooling is exposed, there is a risk of the formation of an alloy of aluminum and copper with a melting point below that of the unalloyed aluminum, and consequently the risk of contamination of the refined aluminum. Artificial cooling can be achieved, for example, by circulating water or air inside the electrode. However, it is also possible, for example, to use the
to provide the part of the electrode located above the cell cover with cooling fins and blow them with air.
If the outer end of an electrode made of unalloyed aluminum melts away, there is no loss of metal. The melted part can be replaced again by welding.
The drawing illustrates an embodiment of the invention. 1 shows a water-cooled electrode made of pure aluminum in a vertical section in a plane lying through the pipe socket for the water circulation, and FIG. 2 shows a vertical section perpendicular to the section according to FIG. 1.
The electrode consists essentially of a cylindrical hollow part 1 of 75 mm outer diameter and 15 mm wall thickness made of rice aluminum, a lower, full, conical part 2, the lower diameter of which is 50 mm, and an upper flat, 80 mm wide, 30 mm thick and about <B> 160 </B> mm long part 3 for connecting to a current conductor with the aid of screw bolts which are inserted through openings 4 of 18 mm diameter. The length of the electrode from the lower end to the middle of the cooling water inlet and outlet nozzle is 500 mm.
The cooling water runs in at the nozzle 5, flows down through the pipe 6, then on the wall of the electrode part 2 while cooling the same up to the outlet 7. The nozzles 5 and 7 and the pipe 6 have an inner diameter of 10 and an outer diameter of 16 mm and are made of rice aluminum.
As indicated in the figures, the lower part of the electrode is welded on at 8. In practical operation. the electrode dips 1 to 2 cm into the cathode metal, which is at a temperature of around 750 C.
In an industrial-scale cell, which was provided with water-cooled electrodes made of pure aluminum, a water flow rate of 210 liters / h was passed through each electrode. The water temperature was 15 to 17 at the inlet and 70 to 80 C at the outlet.