147410. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium előállítására alumíniumoxid elektrolízise útján
0 Megjelent: I960, október 1. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 147.410. SZÁM 40. c. 1—6. OSZTÁLY — PE—376. ALAPSZÁM Eljárás alumíniumelőállítására alumíniumoxid elektrolízise útján PECHINEY Compagnie de Produits Chimiques et Electrométallurgiques, Paris (Franciaország) Feltaláló: Ferber Martin Emilé mérnök, Saint-Jean-de-Maurienne (Savoie) A bejelentés napja: 1959. augusztus 4. Franciaországi elsőbbsége: 1958. augusztus 6. A jelen találmány az alumíniumoxid olvadékfürdőben lefolytatott elektrolízisére vonatkozik, tárgyát az alumíniumoxid elektrolízise útján történő alumíniumgyártás céljaira szolgáló új elektrolitikus fürdő- alkalmazása képezi. Ismeretes már egyrészt az alumínium olyan elektrolitos előállítási eljárása,, amelynek során alumínium-nátriumfluoridból (AlF33NaF — ún. nátriumkriolit) álló olvasztott fürdőben feloldott alumíniumoxidot elektrolizálnak. Ezt az elektrolitos eljárást általában 930 és 1000 C° közötti, rendszerint 950 C° körüli hőmérsékleten szokták lefolytatni. Ismeretes másrészt az is, hogy az alumíniumgyártás során az elektromos energiafogyasztás rendkívül jelentős mértékű, általában meghaladja a 16 000 kWó-t a gyártott alumínium 1 tonnájára számítva, és rendszerint 17 000 kWó körül van. A Joule-hatás következtében az anód és a katód közötti néhány centiméternyi fürdőn keresztül bekövetkező feszültségesás azonban a közönséges elektrolizáló-cella rendes üzemi feszültségének igen számottevő részét képezi; könnyen kiszámítható, hogy az átlagosan 4,7 V üzemi feszültség esetén bekövetkező 1,7—2,2 V feszültségesés a fürdő fajlagos ellenállása miatti 36—46% feszült-Gégesésne'k felel meg. Nyilvánvaló tehát, hogy fontos érdek fűződik ahhoz, hogy az elektrolizáló fürdő fajlagos ellenállását csökkentsük, anélkül azonban, hogy az alumíniumoxid elektrolízisével történő alumíniumgyártás egyéb üzemi tényezőit hátrányosan befolyásolnák. A jelen találmány tárgyát oly alumíniumoxid -elektrolizáló eljárás képezi, amelynek során az alumíniumoxidot egy nátrium-, litium- és káliumkriolitból álló háromalkotós szilárd oldat olvadékából készült fürdőben, feloldott állapotban vetjük alá az elektrolízisnek. A találmány további tárgyai, ill. részletei az alábbi ismertetés során kerülnek leírásra. A bejelentő kutatásainak eredményeképpen elsősorban lehetővé vált az említett nátrium-, litium-és kálium-kriolitból álló elegyek háromalkotós solidus-liquidus görbéinek meghatározása; az így meghatározott solidus-liquidus diagram tehát a következő anyagokra vonatkozik: nátrium-kriolit —I—, vagyis alumínium-nátrium kettős fluorid (képlete: A1F3, 3NaF); litium-kriolit —II—, vagyis alumínium-litium kettős fluorid (képlete: AIF3, 3.LÍF); káliumkriolit —III—, vagyis alumíniumkálium kettős fluorid (képlete: A1F3, 3KF). Ezt a diagramot — amelyet az 1. ábrán mutatunk be — az jellemzi, hogy e háromféle kriolit bármely mennyiségi arányban képezhet meghatározott összetétellel nem bíró szilárd oldatot (eutektikus oldat); e diagram lényegében egyetlen folytonos felületbői áll, amely 655 C°-nál egy minimális értéket mutat; ez az érték a következő összetételnek felel meg: 60% litium-kriolit, 20% nátrium-kriolit és 20% kálium-kriolit. így tehát az említett kriolitok bármilyen mennyiségi arányú keverékéből készült elektrolitos fürdő1 felhasználható az alumíniumoxid alumíniummá való elektrolitos bontására, amennyiben a fürdő összetétele — amint fentebb már erre utaltunk — nem befolyásolja hátrányosan ennek az elektrolitos folyamatnak az egyéb üzemi tényezőit. A bejelentő felismerte továbbá azt is, hogy az ilyen elektrolitos fürdők alkalmazása nemcsak hogy nem gyakorol semmilyen hátrányos befolyást az említett egyéb üzemi tényezőkre, hanem ezek az üzemi tényezők még előnyösebben alakulnak, ha az alkalmazott fürdő összetétele az alábbi mennyiségi arányoknak felel meg: litium-kriolit 17,5 súly% kálium-kriolit 5 súly% nátrium-kriolit, amennyi szükséges 100 súly%-ig. Az ilyen fürdők elektromos vezetőképessége néhány százalék oldott alumíniumoxid-tartalom esetén — ez az alumíniumoxid-tartalom 950 C° kö-
