156177. lajstromszámú szabadalom • Folyékony fürdős elektrolizáló kemence
5 156177 6 tét, illetve B—B vonal menti függőleges metszetét szemléltetik, amely kemence különösen alkalmas alumíniumnak alumíniumoxidbóii olvadókfüridőkíben való elektrolitikus előállítására. Az 1—7. ábráikon az azonos vagy analóg alkatrészeket azonos hivatkozási számokkal jelöltük. A rajz szerint a V jel szokásos típusú kádat jelöl, amelynek 1 oldalfalai és 2 feneke szénből vagy hőálló' anyagból, előnyösen sziliciumnitrides szilkiiUimikarbidlból áll (pl. a kereskedelemben „Refrax" néven ismert anyagból). Ha az oldalfalak széniből vannak, akkor ezeket belső oldalukon hőálló R anyaggal (pl. Refrax-al) burkoljuk, arni az elektromos áramot egyáltalán nem, vagy csak kismértékben vezeti. A kád fenekét borító, olvadt állapotban levő 3 fémréteg a zárókatóid szerepét tölti be. Záróanódként azonban egy előégetett 4 szénanód szolgál, amely a 4a áramszedővel fémesen van összeerősítve és ismert módon hőálló 5 burkolattal vagy fémköpennyel van az atmoszférikus levegőn létrejövő, égés okozta korróziótól védve. Ennek a záróanódnak nemcsak az a feladata, hogy a többcellás kemenicéhez elektromos áramot vezessen, hanem az alatta levő kétsarkú, széntartalmú anyagból álló, szokásos módon előégetett anódként (6, 7, 8) alkalmazott kétsarkú elektródáik vagy „teknők" csoportját az ezekre ható, felfelé irányuló nyomással szemben bemerült állapotban kell tartani. A rajízokon látható teknő alakok más, hasonló kiviteli alakokkal is helyettesíthetők. Az 1. ábrán vázolt kemence alkalmas valamely fémnek, mint pl. alumíniumnak fürdőben oldott oxidjaiból való elektrolitikus előállítására minden olyan esetben, amikor a fürdő fajsúlya kisebb, mint a fémé. Az egymás fölött levő két-két kétsarkú elektróda közötti térben levő fürdőből elektrolízis útján létrejövő megolvadt folyékony fém a kétsarkú, alsó elektródák konkáv felületén gyűlik össze, amely katódként hat. A kétsarkú elektródák konkáv felületei alatt levő megfelelő konvex felületek közbenső anódként szolgálnak. Ez a kialakítás pl. alumíniumnak kriolitos olvadékfürdőben oldott aiumíniumoxidból való, elektrolízissel végzett előállítására használható. A megolvadt folyékony sók fürdői rendszerint nagyobb sűrűségűek, mint azok a széntartalmú anyagok, amelyekiből a kétsarkú elektródák (az elektrolitikus teknők) készülnek, úgyhogy ezek az elektródák félfelé ható nyomásnak vannak alávetve. A fürdő e nyomásának ellensúlyozása céljából az elektnódateknők közé pl. a 9, lO távolságtartót kell helyezni, éspedig mindegyik teknőhöz általában négyet vagy hatot. Az áram a 4 záróanódon keresztül lép be, áthalad a 6 teknőben levő, megolvadt 3a alumíniumrétegen, azután a 11 fürdőrótegen, a második 3b megolvadt alumíniumrétegen, a második kétsarkú 7 teknőn, az ehhez csatlakozó 1,2 fürdőrétegen, a megolvadt alumínium harmadik 3,c rétegén és innen tovább halad a 8 teknőn és 13 rétegen keresztül, majd eléri a megolvadt alumínium 3 rétegét, ami az önmagában ismert hagyományos kád fenekét képezi és amely záró^ 5 katódként szolgál. A 9 és 10 távolságtartókat a kemencét kezelő személyzetnek könnyen kell tudni a kádba behelyezni és onnan eltávolítani. A távolságtartóknak azonkívül ellent kell állni a fürdő és a JQ megolvadt alumínium agresszív komponenseinek és nem szabad az elektrolizáló áramot rövidre zárni (vagy legalábbis minimális mértékben vezethetik az áramot). Az áramnak a felső teknőből majdnem teljes egészében a közvetlenül 15 alatta levő teknőbe kell jutni, miközben az áramnak a szomszédos anódteknők által kialakított teret kitöltő 111 és 12 olvadéfcfürdő rétegeken, illetve a folyékony 3b és 3c fémrétegeken is át kell haladni. 20 A 2.., 3., 4., 4a. és 5. ábrák a távolságtartók előnyös kiviteli alakjait szemléltetik, azonban anélkül, hogy találmányunkat csak ezekre a kiviteli alakokra korlátoznánk. A 2. ábrán vázolt távolságtartó egy elektromo-25 san szigetelt tűzálló anyagból (pl. Refrax-ból) készített 14 tartóelemből áll (a Refrax sűrűsége kb. 3 és ezért nehezebb a fürdőnél és a fémnél), amelyen egy vagy több héj alakú 15, 15', 15" .. . szénidom, van elhelyezve. A szémidoniiOik-30 ban a 16 középső és/vagy 16' és 16" nyílások vannak, amelyek a gázbuborékok kiküszöbölésére szolgálnak, mert ezek a gáizbuborékokat felfelé elvezetik, azaz annak kiküszöbölésére szolgálnak, hogy a távolságtartókkal közvetlen „5 kapcsolatban álló teknőrészek szintén szabályszerűen részt vegyenek az elektrolizáló folyamatban és ebből adódóan ebben a zónában az anódszén elektrokémiai elhasználódása szempontjából szabálytalanság jöjjön létre. 40 Előnyös, ha a tűzálló 14 tartóelem a megolvadt fémrétegből legalább annyira nyúlik ki, hogy a 15 szénidoni a közvetlenül alatta levő 3b, 3c folyékony megolvadt fémréteget nem érinti. 45 A nyílásokkal ellátott 15 szénidom vagy a 14 tartóelem fölött elhelyezett 15, 15', 15" . . . szénidomok célja a rajtuk levő kád anódfeiülete szabályszerű sztöohioimetriai elhasználódásának létrehozása (az elektrolízis következtében a fém-50 oxidból felszabadult oxigén egyesül az anódszénnel), amely esetben egyidejűleg csökkentik vagy megakadályozzák a szórt áramok távolságtartókon való keresztülhaladását. Mint a bejelentő 529.218 sz. olasz szabadalmi 55 leírásában isimertette, egy vékony fürdőrétegein, mint pl. a 15 és 15' szénidomok közötti vékony fürdőrétegen áthaladó áraimnál elektrolízis nélküli feszültségesés lép fel, aminek nagysága 0,5 A/m2 áramsűrűségnél 0,2 volt. 60 Az ilyen feszültségesés azonban nagyon gyorsan megnövekszik' akkor, ha az áramsűrűség az érintkező felületeken pl. 1 A/m2 -re nő. Ebből következik, hogy a távolságtartón, melynek két vége között néhány voltos feszültségfcülönibség 65 van, csak minimális áram halad át, mégpedig 3
