170661. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumot termelő elektrolizáló cllában az alumíniumklorid koncentráciíjának szabályozására
170661 3 4 mértékű csökkenését. A fürdőben levő alumíniumkloridkoncentráció kívánt optimális üzemi szintje azon pont felett van, amelynél az alkálifém kationok kiválása megindul, vagyis amikor a feszültség hirtelen megemelkedik. Másrészt viszont, ha az aluminiumklorid koncentráció nagyobb, mint az optimális érték, akkor romlik az áramhatásfok. Ennek megfelelően, ha a fürdőben levő alumíniumklorid koncentrációt a kívánt optimális üzemi szint alatt érzékeljük, akkor több alumíniumkloridot, ha pedig az optimális szint felettinek találjuk, akkor kevesebbet, vagy egyáltalán nem adunk alumíniumkloridot a fürdőhöz. Amíg egy fürdőből vett minta alumíniumklorid koncentrációját kvantitatív analízissel meghatározzuk, sok idő telik el. így két mintavétel között előfordulhat, hogy a koncentráció túlságosan lecsökken az optimális üzemi szint alá. Ezért előnyös lenne egy gyorsabb módszer a fürdő alumíniumklorid koncentrációjának analízisére, úgy hogy az alumíniumklorid adagolásába való gyors beavatkozás révén a koncentrációt visszaállíthassuk az optimális üzemi szintre, ha az attól a megengedettnél jobban eltér. Az egyik ilyen alkalmas módszer a cella teljes effektív ellenállásának, vagyis az eredő ohmos ellenállásának mérése. Ezt hagyományos elektromos feszültség — és árammérő műszerek segítségével végezhetjük. A cella eredő ohmos ellenállását az Rm = [E-(NE°)]/I képlettel definiáljuk, ahol E = a cella teljes kapocsfeszültsége N = a cella rekeszeinek száma E° = egy rekesz ellenelektromotoros ereje I = az áramerősség (amperben) Az optimális üzemi szinten E° általában 1,9 és 2 volt között van. Ennek alapján, ha szükséges, egzakt mérést végezhetünk például áram-megszakítás útján. Ezt úgy értjük, hogy az NE0 értékét az áram pillanatnyi megszakítása alatt olvashatjuk le. Bipoláris cellák esetén egy csomó rekeszt alkalmazunk, és mindegyik rekeszben sok bipoláris elektród lemezt helyezünk el egy szélső anód és egy szélső katód közé felhalmozva. Monopoláris cella esetén N = 1. A cella eredő ohmos ellenállását (Rm ) legalább a következő négy tényező határozza meg: 1. azon elektromos vezetékek és csatlakozók ellenállása, amelyek az áramot a cella elektródjaihoz vezetik, ez könnyen mérhető ellenállás, 2. a fürdő ellenállása, amely az alumíniumklorid koncentrációval együtt csökken, 3. a fürdőben szétszóródó és az anódon réteget alkotó klórgáz buborékok ellenállása, amely az alumíniumklorid koncentráció függvényében szintén csökken, valószínűleg azért, mert az alumíniumklorid koncentráció csökkenésével a buborékok gyorsabb ütemben nőnek, mint ahogy el tudnak szabadulni, és így az anódhoz tapadó nagy buborékok elzárják az áram útját, 4. az ellenelektromotoros erő (E°) miatt fellépő ellenállás, amely kis alumíniumkloridkoncentrációk esetén növekszik a katód túlfeszültség függvényében. A cella eredő ohmos ellenállásának (Rm ) számításakor azonban az E° értékét (EEME) állandónak tekintjük. Úgy találtuk, hogy általában jól igazolható eredményeket kapunk, ha E° értékét 1,95-nek vesszük. Ezen eredmények alapján szerkesztettük meg a 2. ábrát, amely egyetlen görbével szemlélteti a konstans áramhoz tartozó cellafeszültség és a cella eredő ohmos ellenállásának változását. Később ezt az ábrát részletesebben fogjuk ismertetni. Tehát az alumíniumklorid koncentrációját az állandó árammal táplált cella feszültségének mérésével is meghatározhatjuk. Mindazonáltal az érzékel-5 hető cellaellenállás viszonylag független az áramtól, ezért a normálisan előforduló áramingadozások nem befolyásolják károsan az alumíniumklorid-koncentráció mérését. Ha a cellára adott feszültséget tartjuk állandó értéken, akkor hasonló módon az átfolyó áramot használ-10 hatjuk az alumíniumklorid koncentráció jelzésére. Megjegyezzük azonban, hogy mindenegyes cellára pontosan szabályozott áramot vagy feszültséget vezetni meglehetősen költséges feladat. Az alumíniumklorid koncentrációt a fürdő ellenállá-15 sának mérése útján is meg lehet határozni. Például úgy, hogy egy bemerülő cellát egy hagyományos vezetőképességmérő hídhoz kapcsolunk, megmérjük a fürdő vezetőképességét, majd a mért adatot ellenállásra változtatjuk, vagyis a fürdő vezetőképességének reciprokat 20 képezzük. Az előző eljárás előnyös változata alapján, a fürdőben levő alumíniumklorid koncentrációját a cella eredő ohmos ellenállásának mérésével is meghatározhatjuk. A cella eredő ohmos ellenállásának mérése meglepően 25 pontos és megbízható információt ad a fürdő alumíniumklorid-koncentrációjáról annak ellenére, hogy az eredő ohmos ellenállás, illetve az eredő cellafeszültség számításánál igen sok tényezőt kell figyelembe venni. Az említett körülmény azért is meglepő, mert a diszpergált 30 alumíniumklorid a fürdő teljes tömegének csak kb. 2—15%-át teszi ki, a fennmaradó részt alkálifémek vagy alkáli földfémek halogénnel alkotott sói alkotják. A találmány szerint a fürdőben levő aluminiumklorid mennyiségét úgy szabályozzuk, hogy a cella eredő ohmos 35 ellenállását a már említett Rm =[E-(NE°)]/I egyenlet segítségével kiszámítjuk, és összehasonlítjuk az előírt optimális üzemi szinttel, vagyis egy előírt R ellen-40 állásértékkel. Ezt az előírt ellenállásértéket az alumíniumklorid-koncentráció széles tartományát képviselő különböző fürdő-minták kémiai analízisével, valamint egyidejűleg az Rm számításához szükséges áram és feszültség mérésével állapíthatjuk meg. Más szavakkal ki-45 fejezve a cella eredő ohmos ellenállását, vagyis az állandó áram mellett mért kapocsfeszültséget összefüggésbe hozhatjuk a fürdőben levő alumíniumklorid kémiai analízissel megállapított koncentrációjával. Előfordulhat, hogy az alumíniumklorid állandó százalékos aránya ellenére 50 is a fenti egyenletben szereplő Rm értéke lassan elmászik, ami a fürdő többi komponenseiben, a hőmérsékletben vagy egyéb tényezőkben beálló változásoknak tulajdonítható. Ezeket a változásokat, miután viszonylag lassúak, könnyen kiegyenlíthetjük az előírt ellenállásérték 55 módosításával a fürdő azon időszakos kémiai analízise alapján, amelyet az eredő ohmos ellenállás, ill. a cella kapocsfeszültsége mérésével történő alumíniumkloridkoncentráció meghatározás kiegészítése (és ellenőrzése) céljából hajtunk végre. Amint előzőleg említettük, a cella 60 eredő ohmos ellenállásának mérése azzal az előnnyel jár, hogy az áramingadozások okozta feszültségingadozások nem befolyásolják az eredményt, mivel a normálisan előforduló áramingadozások tartományán belül az eredő ohmos ellenállás értéke gyakorlatilag független 65 bármilyen ingadozástól, amely az Rm említett össze-2
