165874. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aluminium előállítására sóolvadékban oldott aluminiumklorid elektrolizisével

3 165874 4 optimális elektromos vezetőképessége szempontjából és a fogyasztott energia minimalizálására kívánatos olyan elektrolizáló eljárással dolgozni, amelyben az alumíniumklorid koncentrációja kb. 1—15 s%, ilyen körülmények között viszont a fémoxidok csak igen kevéssé oldódnak az ömledékben. így a kívánatos alumíniumklorid koncentráció alkalmazása fokozza az iszapképződés problémáját. A fémoxidok jelenlétének az elektrolit fürdőben további hátránya, hogy az oldott fémoxidok elektródbomlási potenciálja alacsonyabb, mint az alumíniumkloridé, és így az elektrolízis során oxigén jelenik meg a cella anódján. A szén a legjobban alkalmazható anyag az anódok készítésére, de a fejlődő oxigén gáznemű oxidok képződése közben reagál a szénnel. A szén anód ilyen fogyása hátrányosan befolyásolja a cella működési jellemzőit azáltal, hogy megváltoztatja az anód-katód távolságát és ugyanakkor növeli az anódköltségeket is. A jelen találmány elsődleges célja az alumíniumklorid elektrolízisével való alumínium-előállítás tökéletesítése, főképpen pedig az elektrolizáló cella elektromos hatásosságának növelése másrészt az üzemeltetési költségek csökkentése. A találmány szerinti alumíniumelőállítás során az alurníniumkloridnál magasabb bomlási-potenciálú sókat, mint pl. alkálifémhalogenideket és alkáliföldfémhalogenideket tartalmazó olvadékban oldott alumíniumkloridot vetünk alá folyamatos elektrolitikus bontásnak, az alumíniumklorid koncentrációja a sót és alumíniumkloridot tartalmazó fürdőben 1-15 s%, előnyösen 3—10 s%, amit az elektrolizált alumíniumklorid pótlására folyamatos vagy szakaszos alumíniumklorid adagolással tartanak fent. A keletkező olvadt alumínium kiülepszik a fürdőből és alkalmas módszerrel, a fürdőből történő lecsapolással vagy kiszívatással, kinyerhető. Azt találtuk, hogy a fenti eljárás folyamatos megvalósításakor (azaz 700 óránál hosszabb üzemelési időnél) olyan esetben, amikor fémoxidok kerülnek az elektrolit fürdőbe igen fontos, hogy ezeknek a fémoxidoknak az oxigénben kifejezett koncentrációját 0,25 s% alatt, előnyösen 0,1 s% alatt, még előnyösebben 0,05 s%-nál kisebb értéken tartsuk. Az olyan fémoxidok, mint az alumíniumoxid, sziliciumoxid (a szilíciumot itt fémnek tekintjük, bár az egy metalloid), vasoxid, titánoxid és mész csak kevéssé oldódnak az elektrolit fürdőben és ahogy már korábban említettük ezek a fémoxidok a nemkívánatos iszap képződésének legfőbb forrásai. Továbbá annak ellenére, hogy a fémoxidok csak kevéssé oldódnak a fürdőben az oldott oxidok elektrolízise oxigént fejleszt a cella szén anódján oxidálva a szenet, aminek eredményeként nő a cellában az anód-katód távolság, ami az elUctromos ellenállás fokozatos növekedésével jár. Ha a fémoxidok koncentrációját a fürdőben 0,25 s% alatt tartjuk az alumíniumklorid elektrolízisét tetszőleges ideig folytathatjuk anélkül, hogy olyan mennyiségű iszap képződne a katódnál, ami jelentős mértékben károsan befolyásolná a folyamatot, vagy a készüléket. Az eljárás például tetszőlegesen hosszú ideig folytatható 2,5 cm-es anód-katód távolságnál kb. 10 amperes anódárammal az anód és katód közti 5 voltnál kisebb feszültség mellett az alumíniumklorid elektrolitikus bontására számított jobb mint 80%-os áramkihasz-5 nálással. Fémoxidok különböző módon kerülhetnek a fürdőbe, így például mint a fürdő komponenseinek szennyezései (alumíniumklorid vagy a hígító szennyezése). A cellába beszivárgó vagy már a 10 fürdő falában vagy a fürdő komponenseiben jelenlevő nedvesség is reagál az olvadt alumíniummal a cellában és alumíniumoxid keletkezik. Hasonlóan a fürdő érintkezésekor a cella bélésével vagy más fémoxid tartalmú szerkezeti részeivel, 15 mint pl. az alumíniumoxidot vagy szilidumoxidot tartalmazó tűzálló anyagokkal, szintén kerülhetnek ilyen oxidok a fürdőbe. A találmány szerinti alumíniumelőállításnál a fémoxidok bevitelét a fentieknek megfelelően 20 szabályozzuk. Az elektrolitikus eljárás folyamatos üzemelésénél, ami az elektrolizált alumíniumklorid pótlására szolgáló folyamatos vagy szakaszos alumíniumklorid beadagolásával jár különösen fontos a fémoxidok fürdőbeli fent említett kis 25 koncentrációjának fenntartása, s így annak biztosítása, hogy a betáplált alumíniumklorid összesen 0,25 s%-nál kevesebb fémoxidot tartalmazzon, ez az érték előnyösen 0,1 s%, még előnyösebben 0,05 s% alatti. 30 Az előzőekben említett fémoxidok olyan oxidált vegyületeket is magukba foglalnak, ahol az oxigén mellett a vegyületben más elemek is előfordulnak (pl. oxihalogenidek, oxinitridek). Az eljárás előnyös megvalósításánál az alkalma-35 zott elektrolit főleg egy vagy több alkálihalogenidből vagy alkáliföldfémhalogenidekből áll, elsősorban kloridokból, ezeknek bomlási feszültsége nagyobb, mint az alumíniumklorid bomlási feszültsége, és a fürdő hőfoka 730 C° de mindenképpen magasabb, 40 mint az alumínium olvadáspontja (660 C°). Nátriumklorid és lítiumklorid 1:1 arányú keveréke például különösen alkalmas elektrolit. Megjegyezzük, hogy más komponensek is adhatók a fürdőhöz, ha szükséges, a fürdő tulajdonságainak 45 módosítására. A találmány szerinti alumíniumelőállításánál osztott egysarkú elektródok vagy osztott kétsarkú elektródok alkalmazhatók az anód és katód végződések között az ismert cellatípusoknak 50 megfelelően. A nedvességnek a cellából való kizárása érdekében és az elektrolízis során keletkező gáznemű anyagok kinyerésére kívánatos, hogy a cella egy a gázok kivezetésére és egy az alumíniumklorid cellába való táplálására szolgáló 55 nyflás kivételével zárt legyen. Mint már említettük az is kívánatos, hogy elkerüljük olyan szerkezeti elemek alkalmazását a cella elektrolittal érintkező részeinél amelyekből fémoxid kerülhet a fürdőbe. Tanácsos továbbá, mielőtt egy új cellában 60 megkezdenénk az alumínium előállítását, a cella falakban, elektródokban vagy más szerkezeti elemekben levő nedvesség eltávolítása, hogy elkerüljük az ilyen nedvességeknek olvadt alumíniummal való és alumíniumoxidot eredményező reakcióját. 65 A nedvességet hagyományos módon olvadt elektro-2