170661. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumot termelő elektrolizáló cllában az alumíniumklorid koncentráciíjának szabályozására
7 170661 8 el kell indítani, vagy meg kell állítani valamely előírt adagolási terv szerint. Természetesen az adagolási tervnek figyelembe kell venni az alumíniumklorid előírt optimális üzemi szintjét, a cella eredő ohmos ellenállásának előírt értékét, valamint az utóbbiaktól való megengedett eltérést. Ezek a kritériumok határozzák meg a szabályozás folyamán a cella fürdőjébe kerülő alumíniumklorid mennyiségét, vagy adagolásának sebességét. Az alumíniumkloridot szilárd, folyékony, fürdőben oldott, vagy gáz alakban táplálhatjuk be a cellába, de ha szükséges akár szilárd akár gázalakban száraz gázzal, például klórral, széndioxiddal, nitrogénnel stb. elegyítve is szállíthatjuk. Az alumíniumkloridnak a cellába való adagolását elvégezhetjük, akár a fürdő felett, akár a fürdő alatt, akár pedig egy külső abszorpciós kamrában, amelyen keresztül áramlik a cella fürdője. A számítógép arra is alkalmas, hogy az alumíniumklorid elektrolízise közben előforduló, de előre pontosan nem látható helyzetekben korrekciókat hajtson végre. Például ugyanazt a számítógépet felhasználhatjuk annak a hatásnak a figyelésére is, amelyet az adagolási sebesség változása gyakorol a cella eredő ohmos ellenállására. Ha például ez az ellenállás az előírt iránnyal ellentétesen változik, vagyis ha az előírt optimális üzemi szinttől való eltérése függvényében adagolt több vagy kevesebb alumíniumklorid hatására a cella eredő ohmos ellenállás nem közeledik az előírt optimális üzemi szint felé, hanem inkább még jobban távolodik tőle felfelé vagy lefelé, akkor mind a számítógép, mind a kezelő személy arra következtet, hogy az eredő ohmos ellenállás változása túllépte a cella biztonságos működési tartományának határát jelentő minimumot, amelyet a cella eredő ohmos ellenállásának vagy a teljes kapocsfeszültségnek az alumíniumklorid százalékos koncentrációja függvényében felrajzolt görbéje mutat fel. A cella ilyenkor az említett görbe ellentétes meredekségű szakaszának megfelelő állapotban működik, ahol az eredő ohmos ellenállás és a kapocsfeszültség gyorsan emelkedik. Ezenkívül, mint már említettük, ebben az állapotban a katódon polarizáció lép fel, amely, ha meg nem szüntetjük, a katód károsodásához vezet. Ezért a számítógép, amikor ezt az állapotot érzékeli, jelet küld az adagolónak, amely a lehető legnagyobb sebességgel adagolni kezdi az alumíniumkloridot, és ha szükséges, egyidejűleg egy ismert módon kiváltott riadójel is felhangzik azért, hogy a kezelő személy is elvégezhesse a megfelelő korrekciókat. Például egy pillanatra megszakíthatja a cella áramát, nehogy a katód tönkremenjen, mielőtt helyreáll a normális alumíniumklorid-koncentráció, és a probléma automatikusan megoldódik. A cella eredő ohmos ellenállásának vagy kapocsfeszültségének folyamatos növekedése esetén az előre meghatározott maximális értéket elérő cellaáramot automatikusan is kikapcsolhatjuk és mindaddig szüneteltethetjük, amíg a megfelelő korrekciós mérések le nem zajlanak és újra folytathatjuk az automatikus üzemet. A számítógép és a cella közti illesztő rendszer a bemenő oldalon például egy csomó kondenzátorból állhat, amelyek a feszültség- és áram-információkat egy hagyományos analóg-digitál átalakítón keresztül a számítógépnek adják át. A számítógép kimenő oldalához csatlakozó rendszert pedig például záróérintkezők alkotják, amelyek az adagoló vezérlésére és az áram beállítására szolgálnak. A bemenő kondenzátorok szigetelést biztosítanak a jelforrás és a számítógép között, és a jelet mentesítik a zajtól, amely az áram és/vagy a feszültség erős ingadozásaiban nyilvánul meg. Egy ellenállás változtatása révén a jelet tetszésszerinti periódusra átlagolhatjuk. 5 Ilyenkor a szóbanforgó periódus alatt leggyakrabban előforduló jelértéket kapja meg és használja fel a számítógép. Működés közben a számítógép sorrendben és periodikusan végigvizsgálja mindegyik cella áramát és kapocs-10 feszültségét. Ez úgy történik, hogy a számítógép jelet küld egy működtető eszköznek, amely az egyes cellákhoz és egy árammérő eszközhöz tartozó kapacitásokat az egyes cellákról és az árammérő eszközről sorrendben leválasztja, és rákapcsolja az analóg-digitál átalakítóra. 15 Egy rákapcsolás a leolvasáshoz szükséges időtartamra, általában kevesebb mint 1/200-ad másodpercre történik. A konverter kimenőjelei a számítógépbe jutnak, amely a fentebb leírt számításokat elvégzi. Ezután a számítógép egy elemtromosinpulzust, vagy impulzus sorozatot küld 20 az egyes cellák adagolóiba a szükséges korrekciók végrehajtása céljából. Ezek az impulzusok a szükségnek megfelelően növelik vagy csökkentik az adagolás sebességét, például léptető kapcsolók működtetése útján. A találmány jobb megértésének előmozdítására most 25 az alábbi ábrákra hivatkozunk: Az 1. ábrán egy alumíniumgyártásra szolgáló alumíniumklorid cella rekeszenkénti feszültség komponenseinek változása látható az alumíniumklorid-koncentráció függvényében. 30 A 2. ábra egy bipoláris cella rekeszenkénti feszültségét, illetve egy rekesz ohmos ellenállását mutatja 1 cm2 elektródafelületre vonatkoztatva a százalékos alumíniumkoncentráció függvényében közelítőleg 1,55 amper/cm2 áramsűrűség mellett. 35 Az itt ábrázolt görbe átlagos feltételek mellett folyó üzemre vonatkozik, és valamivel 2% alatti alumíniumklorid koncentrációnál ugrásszerű emelkedést mutat. A cellafeszültségnek ezt az ugrásszerű emelkedését általában elkerülhetjük, ha az alumíniumklorid koncentráci-40 óját kb. 4% felett tartjuk. Kedvező körülmények között (vagyis viszonylag tiszta alumíniumklorid és megfelelő hőmérsékletű fürdő esetén) a feszültség ugrásszerű emelkedése kisebb alumíniumklorid koncentrációnál következik be. Ilyenkor a cella egészen 1,5%-ig csökkenő 45 alumíniumklorid koncentrációval is biztonságosan működik. A 3. ábra a találmány szerinti alumíniumkloridos cella egy közelítőleg 45 perces működési szakaszára vonatkozó diagramot tartalmaz. A diagram felvétele 50 közben a cellában az alumíniumklorid koncentrációját az optimális üzemi szint közelében tartottuk azáltal, hogy alumíniumkloridot .adagoltunk, amikor a mért ellenállás a megengedettnél jobban eltér az előírt értékétől. Az említett diagramon a százalékos alumínium-55 klorid-koncentrációnak és az ellenállásnak a cella működése közben lejátszódó időbeli változását ábrázoltuk. A diagramból kitűnik, hogy az itt szereplő cella esetén az alumíniumklorid adagolás hatására a koncentráció a kb. 5,3%-os optimális üzemi szintre, az ellenállás pe-60 dig a 2,3 • 10-3 ohmos előírt értékre áll vissza. A 4. ábra az egész rendszer blokkvázlatát szemlélteti. A rendszerhez tartozó számítógép leolvassa a sorbakötött elektrolizáló cellákon eső feszültségeket vagy az eredő ohmos ellenállásokat, és a leolvasott értékekre 65 válaszolva az egyes cellák egyéni igényei szerint utasítá-4
