NO821643L - Anode for smelteelektrodecelle. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en anode for en inn-

kapslet smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium og utstyrt med en anodestang samt minst en karbonblokk opphengt i minst en anodetapp.

For utvinning av aluminium,- ved smelteelektrolyse av aluminiumoksyd, oppløses dette oksyd i en fluoridsmelte,

som for størstedelen består av kryolitt. Det aluminium som utskilles på katodesiden samler seg under fluorid-smelten på cellens karbonbunn, således at overflaten av den flytende aluminium danner cellens katode. I smeiten er den ovenfra neddykket anoder, som ved vanlig frem-stillingsprosess består av amorft karbon. Ved den elektrolytiske spaltning utvikles ved disse karbonanoder oksygen som forbinder seg med anodenes karbonmaterial til C02og CO. Elektrolysen finner sted innenfor et temperaturområde på ca. 940-970°C.

I løpet av elektrolysen utarmes elektrolytten på aluminiumoksyd. Ved en nedre konsentrasjon på 1-2 vektfc aluminiumoksyd i elektrolytten oppstår anodeeffekt, som gir seg tilkjenne ved en spenningsstigning fra en normalverdi på f.eks. 4-5 volt, til 30 volt eller mer. Senest ved dette tidspunkt må aluminiumoksydkonsentrasjonen økes ved tilsats av ny oksydleire.

De nåværende fordringer til beskyttelse av omgivelsene krever at de avgasser som opptrer ved fremstilling av aluminium samles opp konsentrert og tilføres et sentralt bearbeidings-anlegg før de slippes ut i atmosfæren. For å oppfylle disse fordringer er det kjent tallrike systemer for tildekning av elektrocellene på alle sider. Avgassene føres så bort gjennom en samlekanal som forløper i cellenes lengde-akse. Kjente innkapslinger kan f.eks. hovedsakelig være sammensatt av deksler som er anbragt horisontalt under anode-I bjelken og rundt anodestengene (DE-OS 2.330.557) eller anodeblokkene (DE-OS 2.251.898), idet ytterligere side-deksler er forbundet med ytterkantene av disse hori-

sontale deksler og forløper på skrå nedover til cellens ytterkanter. Denne skrånende tildekning langs cellens sidekanter er oppdelt i en rekke dekseldeler, og når cellen skal betaenes kan en eller flere sådanne dekseldeler eller hele cellens skrånende tildekning heves ved hjelp av en bæreramme. I henhold til en ytterligere ut-førelsesform som er beskrevet i DE-OS 2.510.400 er cellens tildekning festet til selve anodebæreren. Ved en to-

trinns svingebevegelse om en sVinge-

akse i elektrolysecellens lengderetning kan denne tilv! dekning svinges opp.

Endelig kan i henhold til DE-OS 2.263.348 de dekseldeler

som dekker til cellens langside, skyves inn i hverandre.

Disse kjente tildekninger- oppviser på tross av sin forholdsvis kompliserte oppbygning ikke uvesentlige mangler. Således må, særlig ved utførelsen i henhold til DE-OS 2.263.348, f.eks. ved anodeutskiftning enten en betraktelig andel av cellen avdekkes eller også kan ikkeAnode-utskif tingen finne sted på betjeningsvennlig måte. Hevning av anodebæreren, som vanligvis finner sted ved hjelp av en hjelpetravers, er heller ikke alltid mulig uten problemer.

En ytterligere ulempe ved disse kjente tildekninger vil fremgå av økonomiske betraktninger. Den finansielle in-vestering er forholdsvis stor, og en ombygning av bestående, ikke innkapslede elektrolyseceller kan bare finne sted ved betraktelig arbeidsinnsats, hvis en sådan oppbygning over-hodet er mulig.

I DE-OS 2.841.429 er det foreslått en økonomisk arbeidende tildekning av elektrolyseceller, og som er lett å betjene,

i

idet meget lette engangs-deksler er anordnet for glidning langs såvel anodebjelken som elektrolyse-

cellens ytterkant. Stoppere som begrenser hevebevegelsen sørger for at disse lette deksler i det øvre bevegelsesområde av anodebjeiken kan gli på kanten av elektrolysecellen, mens de i anodebjelkens nedre bevegelsesområde derimot glir langs selve den vertikale ytterside av cellen.

Som ulempe ved sådanne engangsdeksler må det imidlertid aksepteres at de ofte kan deformeres og blir utette.-

For å opprettholde en helt korrekt fungerende tildekning

må det utføres omfattende kontrollarbeider, og det må stadig fattes beslutninger om og i tilfelle når deksler med feil skal utskiftes.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe et tildekningssystem for elektrolyseceller ved anvendelse av engangs-deksler,og som er lett å skifte ut samt ikke krever særlig omfattende overvåkningsarbeide.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at to kammer eller bolteender er anordnet i samme nivå over anodetappen og rager ut fra anodestangens sider parallele med anodetappens langsider, mens et langstrakt engangsdeksel av aluminium eller aluminiumslegering og oventil utstyrt med en utsparing for med en viss klaring å motta anodestangen, ligger an mot kammene eller bolteendene samt er utført med en bredde større enn den eller de karbonblokker som er opphengt i anodestangen, og rager utover karbonblokkene med en nedre om-bøyet ende, som danner en glideflate med glidende anlegg mot cellens horisontale sidekant.

De minimale opplagringsflater som dannes av kammene eller bolteendene er fastlagt i samsvar med klaringen mellom dekslet og anodestangen. Kammene bør således være minst 5 cm, men er vanligvis av størrelsesorden 10-20 cm. Dette

sikrer optimal understøttelse av dekslet.

For at dekslet skal ha den absolutte minimale mekaniske fasthet, må det ha en vekt på 1-2 kg. Dekslets fasthet kan imidlertid forhøyes ved at det gis form av en kuleflate, slik som f.eks. bagasjeromdeksler for biler.

En ytterligere mulighet for å forhøye fastheten ligger

i at det anordnes utbuktninger og/eller flenser, men dette har imidlertid den ulempe at det vil medføre en vektøkning. Engangs-dekslet kan påføres anodestangen ved anvendelse av utsparingen. Denne påføring kan

■ gjøres sikrere og lettere når utsparingen for anodestangen dannes ved et snitt i midten av utsparingsområdet, som derved deles opp i to halvdeler, hvorav den ene bøyes, oppover og den annen nedover, inntil avstanden mellom de to således dannede flenser tilsvarer bredden av anodestangen. Dekslet kan nå på enkel måte påføres eller tas av anodestangen ved at det først dreies i korrekt vinkelstilling for påføring eller avtak og derpå bringes tilbake til den opprinnelige orientering. Flensene hindrer da i monteringsstillingen utglidning fra utsparingen.

Ut i fra et håndteringssynspunkt bør klaringen mellom en-r gangsdekslet og anodestangen ikke være for liten. På den annen side innebærer naturligvis en for stor klaring på den ene side at cellens tildekning blir mindre tett samt på

den annen side at engangs-dekslet i l.mindre grad sentreres.

I praksis er en klaring på 1 til 2 cm funnet å være optimal.

Da dekslet ved innsatt anode ligger an mot elektrolyse-karets kant, må engangs-dekslet være elektrisk isolert fra den tilstøtende anodestang, da det ellers ville oppstå kortslutning av cellen.

Fortrinnsvis anvendes følgende isolasjonstyper, enkeltvis eller i kombinasjon: Kantpakninger påføres engangs-dekslets utsparing for anodestangen. Dekslet kan da beveges i forhold til anodestangen, uten at de to deler bringes på samme elektriske potensial.

Dekslets glidende anleggsflate mot cellekanten påføres et sjikt av isolasjonsmaterial, f.eks. ved påsprøytning av tetrafluor-etylen (teflon).

Cellekanten fremstilles av isolasjonsmaterial eller påføres et sjikt av sådant material.

Dekslet er i sin lengderetning utført i to deler, og disse

to metalldeler er mekanisk fast sammenføyet ved hjelpi-av et isolasjonsmaterial.

Hensiktsmessig henges engangsdekslet opp på anodestangen i forbindelse med påføringen av vedkommende karbonblokk eller blokker av dobbeltanoder som påføres en felles anodestang. Det påførte deksel hviler da med sin øvre ende mot kammene eller bolteendene, og med sin nedre ende mot karbonblokkene.

Før anodene bringes på plass i cellen anordnes en horisontal bærer som dekslet kan hvile mot over hele anodebjelkens lengdeutstrekning. En glideflate må dessuten anordnes på cellekanten for den nedre ombøyde ytterende av dekslet. Hvis så anoden senkes ned i cellen mens denne er i løpende drift, sikrer dette arrangement at de forskjellige deksler som ligger side ved side danner en ensartet tildekning av cellen.

I det tilfellet de forskjellige anoder kan nedsenkes hver for seg, senkes bare de utragende kammer sammen med anodestangen, mens dekslene som hviler mot den bærende vinkelprofil langs hele anodebjelkens utstrekning, forblir i uforandret stilling. Hvis imidlertid selve anodebjeiken senkes og sammen med denne i alle anoder på' samme tid, vil alle deksler beveges nedover og samtidig gli utover på cellekanten.

Alle dekslene på anodene danner således tilsammen en lukket celleinnkapsling. Det er tilstrekkelig at dekslene er anordnet inntil hverandre uten overlapping.

Det er ikke ønskelig at cellekapslingen er for lufttett,

da dette vil frembringe et undertrykk i cellen, hvilket fører til tap av aluminiumoksyd.

Tildekningen av celleendene kan være utført som vanlig, hvilket vil si ved hjelp av stasjonære plater. Elektro-lysecellene er hensiktsmessig utført slik at uttappingen av det fremstilte metall kan finne sted ved cellens ytter-ender.

Utskiftingen av forbrukte anoder finner også sted på normal måte, hvilket vil si at vedkommende anode heves, og samtidig vil da det tilsvarende engangs-deksel bli løftet opp. Fordelene ved den foreliggende celletildekning i henhold til oppfinnelsen, kan sammenfattes på følgende måte:

a) Trykkforholdene i cellen er alltid under kontroll.

b) En-gangsdekslene veier bare 1-2 kg hver.

c) Dekslene fjernes automatisk ved utskifting av anodene og kan erstattes i den avdeling hvor anodematerialet gjen-vinnes. •d) Hvis det foreligger for tidlig, åpenbar skade på dekslene, kan .disse lett utskiftes enkeltvis og kastes inn i elektrolysecellen.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av utførelseseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

i

Fig. 1 viser i perspektiv en anode som er klar for bruk i en elektrolysecelle. Fig. 2 er en detalj-skisse som viser opphengnings-mekanismen for dekslet på anodestangen, sett fra venstre i fig. 1. Fig. 3 viser en oppskåret smelteelektrolysecelle for aluminiumfremstilling sett fra celleenden og med innført anode. Den anode som er vist klar for bruk i fig. 1,omfatter et blokkformet karbonlegeme 10 som er opphengt i en anodestang 14 ved hjelp av en anodetapp 12. Flere karbonblokker kan være opphengt i samme anodestang/ og særlig er det kjent et dobbelt anodearrangement med to karbonblokker på en og> samme anodestang. I den øvre del av engangsdekslet 16 er det tatt ut en utsparing 18 som kan motta anodestangen 14 med en klaring på omkring 1 cm. Ytterenden 20 av dekslet 16 er ombøyet og glideflaten på yttersiden av ombøyningen er elektrisk isolert. To bolteender

22 hindrer dekslet fra å gli nedover langs anodestangen.

I den utførelsesform som er angitt i fig. 2, er utsparingsområdet skåret opp på midten bakerst på dekslet (til venstre i fig. 1), og områdets to sider 44 er utbøyd 45° i innbyrdes motsatt retning, inntil deres innbyrdes avstand i det minste tilsvarer anodestangens bredde b.

For individuell fjerning av dekslet kan det lett heves og derpå dreies i pilretningen inntil de to sideflenser 24 ligger parallelt med anodestangen 4 med bredde b. Engangsdekslet kan så lett trekkes fri i denne stilling.

Det nye deksel påføres i en stilling hvor sideflensene for-løper parallelt med anodestangen 14, hvorpå dekslet ved en dreining motsatt pilretningen bringes i arbeidsstilling.

Den anode som er vist i fig. 3, er innsatt i en smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium. Den nedre del av denne celle består av forsterkningsprofilet 26 for cellens stålkar, en sideveggforing 28 av karbon,

en karbonbunn 30 samt en mellomliggende stampemasse 32.

På karbonbunnen 30 utskilles flytende metall 34 på under-siden av elektrolytten 36.

På anodebæreren eller anodebjelken 38 er det festet et vinkelprofil 40, som den øvre del av engangs-dekslet 16 ligger an mot. Den nedre del av dekslet med sin ombøyde ende 20 er anordnet for glidebevegelse på den horisontale, elektrisk isolerte sidekant 42 av elektrolysekaret, når anodebærerens høydestilling forandres. I foreliggende utførelseseksempel kan anodestengene 14 senkes hver for seg. Ved senkning av anodene vil da boltéendene fjerne seg fra engangsdekslet 16, som kommer til anlegg mot vinkelprofilen 40. Ved utskifting av anoden vil denne bli hevet, og bolteendene 22 vil da nærme seg engangsdekslet 16, tre i inngrep med dette og til slutt heve dekslet opp fra elektrolysecellen .

Claims (10)

1. Anode for innkapslet smelteelektrolysecelle for fremstilling av aluminium og utstyrt med anodestang (14) samt minst en karbonblokk (10) opphengt i minst en anodetapp (12), karakter i; :sert ved at to kammer eller bolteender (22) er anordnet i samme nivå over anodetappen og rager ut fra anodestangens sider som er parallelle med anodetappens langsider," mens et langstrakt engangsdeksel (16) av aluminium eller aluminiumlegering og oventil utstyr med en utsparing (18) for med en viss klaring å motta anodestangen (14), ligger an mot kammene eller bolteendene (22) samt er utført med en bredde større enn den eller de karbonblokker (10) som er opphengt i anodestangen (14) , og rager utover karbonblokkene med en nedre avbøyet r" ende (20) som danner en glideflate med glidende anlegg mot. cellens horisontale sidekant (42).

2. Anode som angitt i krav 1, karakterisert vedat kammene eller bolteendene (22) rager ut minst 5 cm, men fortrinnsvis 10-20 cm, horisontalt fra anodestangen (14).

3. Anode som angitt i krav 1 eller 2, kar s*kteri sert ved at utsparingen (14) i det øvre område av engangs-dekslet (16) har en. klaring på 1-2 cm overfor anodestangen (14).

4. Anode som angitt i krav ,1-3...karakterisert vedat engangsdekslet (16) er gitt en krum form som tilsvarer en del av en kuleflate.

5. Anode som angitt i krav 1-4, karakterisert vedat engangsdekslet (16) er utformet med utbuktninger og/eller påført forsterknings-, ribber.

6. Anode som angitt i krav 1-5,7karakterisert vedat en gjenværende materialstrimmel (44) på utsiden av utsparingen (18) for anodestangen (14) skjæres opp på midten og de to strimmel-deler avbøyes i innbyrdes motsatt retning i sådan grad at avstanden^mellom de to således dannede sideflenser (24) i det minste tilsvarer den tilsvarende bredde (b) av anodestangen (14).

7. Anode som angitt i krav 6, karakterisert vedat de to sideflenser (24) er avbøyet 45° i innbyrdes motsatt retning i forhold til 1 engangs-dekslet (16).

8..Anode som angitt i krav 1-7,karakterisert vedat i det minste de kanter av utsparingen (18) som forløper parallelt med anodetappen (12) er forsynt med påførbare pakningsstykker.

9. Anode som angitt i krav 1-8,karakterisert vedat yttersiden av den nedre ombøyde ende (20) av engangs-dekslet (16) er belagt med et elektrisk isolerende glidesjikt.

10. Anode som angitt i krav 1-9,karakterisert vedat engangsdekslet (16) er oppdelt med hensyn på sin lengderetning og atter mekanisk stabilt sammenføyet ved hjelp av et elektrisk isolerende material. I