177269. lajstromszámú szabadalom • Berenezés aluminium elektorlizáló kemencében történő előállításához
5 177269 6 Az elektrolízis során az elektrolitben az S fluoridolvadék, illetve az elektrolit alumíniumoxidban fokozatosan szegényedik. Ha az alumíniumoxidnak az elektrolitban mért koncentrációja 2% értékben csökken, fellép az úgynevezett 'inód-effektus. Ez azt jelenti, hogy a cella normális 4—4,5 V értékű feszültsége hirtelen megnövekszik, és 30 V-ra, vagy akár nagyobb értékre ugrik. Az elektrolitbe ezért legkésőbb a fenti érték elérésekor alumíniumoxidot kell beadagolni a 30 kéreg feltörése után. A gyakorlatban az elektrolizáló cellák üzemeltetése úgy történik, hogy meghatározott időközökben aluminiumoxidot adagolnak az elektrolitbe, függetlenül attól, hogy a koncentráció elérte-e a legalsó értéket és az anód-effektus fellépett-e. Emellett természetesen, ha az alumíniumoxidbeadagolások között valamely okból az anód-effektus fellépne, a 30 kérget azonnal fel kell törni, es újabb alumíniumoxid adagot kell az elektrolitbe bejuttatni. Az anód-effektus fellépése tehát mindig járulékos alumínium-oxid beadagolást von maga után, az elektrolit alumíniumoxidkoncentrációjának növelése érdekében. A 3 katódszéntömb felső lapján összegyűlő elektrolitikus alumíniumot általában naponta egyszer a berendezésből eltávolítják. Az alumínium csapolása hagyományos úton történik, például a 2. ábrán látható 40 szívófej segítségével. Az S fluoridolvadék villamos vezetőképessége az A alumíniumréteghez képest olyan rossz, hogy a 10 anódok 11 alsó lapjáról az S fluoridolvadék felé kiinduló elektrolizáló áram az S fluoridolvadékon lényegében függőleges irányban áramlik át. Ily módon — ha a peremnél fellépő jelenségeket figyelmen kívül hagyjuk — az elektrolitban a függőleges áramsűrűséget gyakorlatilag teljesen egyenletesnek tekinthetjük. Az elektrolizáló cella alján lévő 3 katódszéntömb és a benne lévő 14 katódtüskek egymástól eltérő villamos tulajdonságokkal rendelkeznek. Az így létrejövő érintkezési ellenállás következtében a 3 katódszéntömb, amely az A alumíniumrétegből az elektrolizáló áramot felveszi, a cella széleinél lényegesen több áramot bocsát át, mint középrészén. Minthogy ily módon az A alumíniumrétegbe 20 felszínén át egyenletes sűrűséggel halad az áram, ugyanakkor a 3 katódszéntömb 12 belső oldalánál az áramfelvétel egyenetlen, az A aluminiumrétegben vízszintes kiegyenlítőáramok jönnek létre. Ezek hatására alakulnak ki a 2. ábrán jól látható elterülő 41 áramvonalak. Ez azt jelenti, hogy - bár az áram a 10 anódokat függőleges irányban hagyja el az alumíniumolvadékban az 1 acélkád pereme felé irányuló vízszintes komponensek is létrejönnek. Ezek az A alumíniumrétegben létrejövő vízszintes, kifelé irányuló áramkomponensek igen károsak. A kifelé haladó vízszintes komponensek az áramvezetők környezetében óhatatlanul fellépő indukciós komponensekkel együtt az A aluminiumrétegben olyan erőhatásokat alakítanak ki, amelyek az S fluoridolvadékban fellépő erőviszonyoktól erősen eltérőek. Ezen különbségek eredményezik az alumíniumolvadékban létrejövő áramlásokat és fclboltozódásokat. Mindkét jelenség igen káros az elektrolizáló kemence működésére nézve, minthogy a már előállított aluminiumolvadék hatásukra ismét a 10 anódok közelébe jut, és az ott lévő széndioxiddal reakcióba lépve AEO? vegyületté alakul. Ez természetesen a termelékenység romlásához vezet. A fenti káros jelenségek kiküszöbölésének módját mutatjuk be a 3. és 4. ábrákon. Ezeken látható, hogy a 3 katódszéntömbben 42, illetve 46 villamos vezetőrétegek vannak elhelyezve. A 42 és 46 villamos vezetőrétegek a 3 katódszéntömb és a 14 katódtüskék közé vannak helyezve. A 3. ábrán látható 42 villamos vezető réteg 43 szakaszokból áll, és ezek n hossza a cella keresztirányában változó. A 42 villamos vezetőréteg 43 szakaszainak n hossza a cella szélei felé csökken. Ennek megfelelően természetesen növekszenek a 43 szakaszok közötti 44 hézagok p szélességei. A 42 villamos vezető réteg célszerűen öntéssel kialakított 43 szakaszai között a 44 hézagokat célszerű 45 rossz villamosvezetőképességű anyaggal kitölteni. Ily módon a 44 hézagoknál a 3 katódszéntömb anyaga a 14 katódtüskék tői el van szigetelve. A találmány szerinti megoldás egy célszerű kiviteli alakjánál a 42 villamos vezető réteg közepén a szigetelés elhagyható. \ 4. ábrán bemutatott másik megoldás szerint a 46 villamos vezető réteget a peremek felé csökkenő vastagsággal alakíthatjuk ki. Ily módon a 42 vagy' 46 villamos vezető rétég különleges kialakításával megoldható, hogy a 3 katódszentömbés a 14 katódtüskék között a villamos kapcsolat a cella peremei felé fokozatosan romolják, azaz az érintkezési ellenállás folyamatosan nőjön. Az érintkezési ellenállás csökkenésének mértéke a hálózat-elmélet alapján beállítható pontosan olyan értékre, hogy a 3 katódszéntömb az A alumíniumrétegből az E elektrolizáló cella teljes keresztmetszetében azonos mennyiségű áramot vegyen fel, a/ iz az áramsűrűség az egész cellában egyenletes legyen. A. 4. ábrán az is megfigyelhető, hogy a 3 katódszéntömb töob részből van összeállítva. A 4. ábrán látható 3a és 3b részek 47 fugák mentén vannak összeillesztve. A 14 katódtüskék általában egy darabból készülnek, bár az 5. és 6. ábrán kétrészes 14 katódtüskéket mutatunk be. Az 5. ábrán látható megoldásnál a 14 katódtüskéket tarta'mazó 3 katódszéntömb a hagyományos módon van kialakítva, míg a 6. ábra olyan megoldást mutat be, ahol a 14 katódtüskék és a 3 katódszéntömb között a villamos ellenállás a cella peremei felé növekvő módon van kialakítva . A villamos áram mindkét megoldásnál a 9 anódtüskéken, az 50 kengyeleken, a 10 anódokon, az S fluoridolvadékon, az A alumíniumrétegen és a 3 katódszéntömb 48 abó lapján keresztül jut a 14 katódtüskékhez, amelyekről az áramot elvezetjük. Az 5. és 6. ábrán az alumínium elektrolizáló kemencékben folyó áram eloszlását 49 áramvonalak segítségével mutatjuk be. Az áramvonalakat EM 1-' típusú kemencékben vettük fel, és eloszlásukat elektronikus adatfeldolgozás útján rögzítettük. Jól látható, hogy az 5. ábrán a 49 áramvonalak az A alumínium rétegben erősen kifelé hajlanak, azaz az elektrolizáló cella peremei felé haladnak. Ennek következtében jelentkeznek a már említett felboltozódások és káros áramlások. Ha összehasonlítjuk a 6. ábrán bemutatott megoldást az 5 ábrán látható áramvonal-eloszlással, akkor jól látszik, hogy itt az A alumíniumrétegben is lényegében függőlegesen haladnak a 49 áramvonalak. Ezt az eloszlást a 3. és 4. ábrán bemutatott megoldás segítségével lehet elérni, oly módon, hogy a 3 katódszéntömbök és a 14 katódtüskék között az érintkezési ellenállás értékét az elektrolizáló cella peremei felé növeljük. A bemutatott megoldásnál a 3 katódszéntömb és a 14 katódtüske között úgy alakítottuk k a változó értékű ellenállást, hogy a döngölőmasszából, ifetve öntöttvasból előállított vezető szakaszok között a hézagokat szigetelőanyaggal, például azbesztzsinórral töltöttük ki. 5 10 15 20 25 50 55 40 45 50 55 60 65 3
