155724. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés oxidok olvadék elektrolízisére
5 pen PbO jöhet tekintetbe. A 14 segédelektrolitba a 15 anód merül be, amelyik a 6 áramvezetővel van összeköttetésben. Az anód elektronvezető anyagból van kialakítva, amely oxigénnel szemben ellenálló, pl. platinából, vagy vezetőké- 5 pes oxidból, pl. wüstitből. • Ennél"a berendezésnél az qxigénionok a kriolit-timföld olvadékból a rákapcsolt egyenáramú feszültség hatására az oxigénionokat vezető 13 rétegen átvándorolnak. A 14 anódon az oxigén- 10 ionok elveszítik töltésüket. Az elektronok az áramvezetőn keresztül az egyenáramú áramforrásba jutnak. A töltésüket elvesztett oxigénionok gázalakú oxigént képeznek, amelyik a folyékony segédelektrolitből eltávozik, vagy pedig azokat 15 fel lehet fogni. Az oxigénionokat vezető réteg és a segéd-elektrolit között lévő határrétegen az oxigénionok, amelyek az oxigénionokat vezető 13 rétegen keresztül vándoroltak, éppen azt az oxigénion mennyiséget pótolják a segédelektro- 20 litban, amely mennyiség az anódon töltését elveszítette, és ezáltal a segédelektrolit tartósan nem változik. Az 1. és 2. ábrák szerinti berendezésekkel ellentétben itt az anód nincs közvetlen érintkezés- 25 ben az oxigénionokat vezető 13 réteggel, és így nem kell porózusnak lennie. Ezáltal az anódnak az oxigénionokat vezető anyaggal való kombinált előállítása lényegesen egyszerűbb, annak következtében, hogy az oxigénionokat vezető réteg és 30 a porózus, elektronokat vezető anód között nem kell többé közvetlen nagyfelületű elektromos érintkezést létesíteni. Az mondható inkább, hogy az oxigénionokat vezető réteg és a segédelektrolit határ rétegén, valamint a segédelektrolit és 35 anód határrétegén elektromos értelemben nagyon kedvező érintkezési viszonyok keletkeznek, mivel mindkét esetben egy folyékony és egy szilárd vezető érintkezik egymással. A 15 anódnak az oxigénionokat vezető 13 réteghez való tá- 40 volsága nagyon kicsi lehet abból a célból, hogy a segédelektrolitban az elektromos feszültségesést kis értéken tartsuk. Különösen kedvező berendezés jön létre, ha a találmányt ún. sokcellás kemencére vagy kétpó- 45 lusos elektródájú cellákra alkalmazzuk, amelyeket pl. az 1 146 260 és az 1 148 755 számú német szabadalmi leírások ismertetnek. A ma alkalmazott és timföld elektrolízis céljára szolgáló elektrolízis kemencéknek csak két elektródájuk 50 van: az anód, amely több anódtömbből állhat, és a katód, amely a leválasztott folyékony alumíniumból a cella alján képződik. Ebben az esetben az anódáram sűrűsége nem sokban különbözik a katódáram sűrűségétől; mégis általában vala- 55 mivel nagyobb. Az anódáram sűrűségének szokásos értékei jA = 0,6—1,4 A/cm2 Mivel gazdaságossági meggondolások alapján az anód felülete nem vehető tetszőleges nagyságúra, 60 és a kemence szabatos üzemeltetése miatt az anódáram sűrűségét nem lehet tetszőlegesen emelni, ennek következtében a mai kemence áramerősségek J = 150 kA-nál nem nagyobbak. Az áram kihasználása a szokásoknak megfele- 65 6 róda párjainak a számát n-nel jelöljük (anód és lően 85 és 95% között van. Ha a kemence elektkatód alkot egy elektródapárt), akkor egy bizonyos időtartamon belül egy kemencének a termelését a következőképpen fejezzük ki: P = c-n- -J [kg] c = állandó J = a kemence áramerőssége (A) n = az elektródapárok száma f] — áramkihasználási tényező (%) A c állandó az időt órákban és az elektrokémiai egyenértéket kg Al/Aó-ban tartalmazza. Amennyiben a további meggondolások folyamán az áramkihasználási tényezőt állandónak veszszük, abban az esetben egy kemence termelése bizonyos időhatáron belül csak az n-J szorzattól függ, vagyis P = c1 .J-n[kg] Ezek a meggondolások vezetnek a ma lehetséges maximális 24 órás kemencetermeléshez, amelyik Pmax = 1100—1200 kg ahol is n = 1 figyelembevételével a kemence áramerősségét máris kb. 150 kA-ig kell növelni. A nagy áramoknak a kemencéig és a kemencétől való elvezetésénél nagy elektromos veszteségek lépnek fel, vagy pedig nagy síntérfogatokat kell beépíteni, ami ugyancsak drága, n = 1, vagyis kemencénként 1 elektródapár esetében a pólusok közti távolságon kívüli feszültségesés viszonya a pólusok közti távolságon belüli feszültségeséshez képest nagyon kedvezőtlen. Az ismert többcellás kemencék (n>l) kiküszöbölik vagy legalábbis csökkentik az elmondott hátrányokat. Ezeknek azonban van egy másik hátrányuk, amely ennek a gyakorlatban való megvalósítását mind ez ideig megakadályozta. Ezeknek az anód ja ugyanis elhasználódik. Ezt a hátrányt is kiküszöböljük, ha a jelen találmány további fejlesztése során egy többcellás Ián oxigénionokat vezető anyagból kialakított kemencében az anódot az egyik, szélesebb oldaközbenső réteggel, és a szemben lévő oldalon katódként használható réteggel fedjük le, miközben egy kétpólusú elektródát alakítottunk ki, és a többi oldalakat elektromosan szigetelő anyag segítségével az olvadékkal való érintkezéstől elzárjuk. Ilyen kétpólusú elektródát, ahogy azt a 4. ábra mutatja, egy sokcellás kemencébe be lehet építeni. Ilyen, timföld elektrolizálására használatos sokcellás kemencébe több, kétpólusú 16 elektródát építünk be, amelyek az oxigénionokat vezető 17 rétegből, a porózus 18 anódból, amelynek porozitását a 19 cső ábrázolja, és a 20 katódból vannak összeépítve. A katód pl. grafitból vagy kalcinált tömbökből kiképzett amorf szénből, vagy egyéb, más, elektronokat vezető, az olvadéknak ellentálló anyagból, mint titán-cirkontantál- és niobkarbidból áll. Az alumínium a katódoknál válik ki, és a 21 gyűjtőcsatornákba folyik. Az áram belépésénél a katódnak beágyazott 5 áramleszedői vannak, és az ellenkező oldalon az anódba 6 áramhozzávezetők vannak beágyaz-3
