DE1483343C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium - Google Patents

Description

daß unabhängig von dem A-C-Abstand eine optimale Aluminiumoxydkonzentration oder ein enger Bereich von Konzentrationen für jeden Reduktionstiegel vorhanden ist, bei dem sich der niedrigste Zellenwider-. stand ergibt, der in bezug auf die Aluminiumkonzentration des Bades erreichbar ist. Die vorstehenden Betrachtungen führen weiter zu dem Schluß, daß erkannte Änderungen in dem Zellenwiderstand während der Reduktion zur Bestimmung entsprechender Änderungen in der Aluminiumoxydkonzentration verwendet werden können, wodurch sich eine Methode zur Kontrolle des Zuführprogramms ergibt, um jedes gewünschte diesbezügliche Verhalten der Zelle zu erzielen.

Der absolute Wert des Zellenwiderstandes ist nicht eine brauchbare Kontrollgröße, da sich der Badwiderstand durch sporadische Änderung in dem A-C-Abstand um einen unbekannten Betrag ändert. Weitere Beobachtungen des Zellenzustandes haben aufgezeigt, daß der A-C-Abstand bei üblichen Zellen während einer beträchtlichen Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Abstichopqrationen zum Ab-

J nehmen des angesammelten Aluminiums sich nicht wesentlich ändert, und zwar vorwiegend deshalb, weil die Abnahme im A-C-Abstand infolge anwachsenden Volumens des geschmolzenen Aluminiums in der Zelle in großem Maße durch den fortschreitenden Verbrauch der Kohle-Anodenstoffe aufgehoben wird, der den A-C-Abstand vergrößert; auf jeden Fall kann, wenn eine derartige Abweichung vom Gleichgewicht besteht, diese durch wahlweise Einstellung des tatsächlichen Anoden-Kathoden-Abstandes kompensiert werden. Es hat sich somit gezeigt, daß ein verbesserter Zellenzustand durch Betrieb bei einem praktisch konstanten (oder auf andere Weise definierten) A-C-Abstand erreicht werden kann, wobei als Basis ein ausgewähltes Kriterium, beispielsweise maximale Produktion in Kilowattstunden durch Kilogramm gewonnen wird, während der Zellenwiderstand (oder die Zellenspannung, wo der Strom konstant ist) durch ein Zuführprogramm gesteuert wird, bei dem Zugaben von Aluminiumoxyd bei bestimmten Änderungen der Funktion der Aluminiumkonzentration, beispielsweise . des Zellenwiderstandes gemacht werden. Es hat sich

J weiterhin gezeigt, daß der A-C-Abstand noch genauer kontrolliert werden kann, wenn er periodisch bei praktisch derselben Badaluminiumoxydkonzentration eingestellt wird. Dies gestattet eine genauere Analysis der Wirkungen des A-C-Abstandes auf den Betrieb der Zelle als es bisher möglich war, wo die Einstellungen praktisch ohne Rücksicht auf Änderungen im Zellenwiderstand infolge sich ändernder Aluminiumoxyd-Konzentration vorgenommen wurden.

Wie dies in der Praxis vor sich gehen kann, zeigt beispielsweise folgendes: Die Elektrolyse ist mit einer Aluminiumoxyd-Zuführvorrichtung mit zwei Fördergeschwindigkeiten ausgestattet, wobei die eine kleiner und die andere größer als die Abnahmegeschwindigkeit des Badaluminiumoxydinhalts bei der Aluminiumproduktion ist. Nach dem Start erfolgt der Betrieb der Zelle so, daß die Zuführvorrichtung auf eine dieser Geschwindigkeiten, beispielsweise die niedrigere Geschwindigkeit, eingestellt wird, wobei der A-C-Abstand eine bestimmte Einstellung besitzt. Bei einer Anzeige des wachsenden Zellenwiderstandes wird die Zuführvorrichtung auf die höhere Geschwindigkeit geschaltet und in dieser Einstellung gehalten, bis die Neigung des anwachsenden Zellenwiderstandes . verlangsamt, aufgehoben oder umgekehrt ist. Bei Anzeige eines nun wachsenden Zellenwiderständes; der angibt, daß die Aluminiumoxydkonzentration einen Wert auf der anderen Seite des Minimalpunktes der Zellenwiderstandskurve erreicht hat, wird'die Zuführvorrichtung auf die niedrigere Einstellung zurückgeschaltet. Weitere Einstellungen der Zuführvorrichtung erfolgen in ähnlicher Weise. Abhängig von dem gewählten Änderungsbereich des Erzinhaltes für

ίο Steuerzwecke kann der Zellenwiderstand hiermit praktisch konstant auf oder nahe dem niedrigsten Widerstand, ausgedrückt in der Aluminiumoxydkonzentration, gehalten werden.
Abwandlungen dieses generellen Verfahrens können dazu verwendet werden, den Zellenwiderstand innerhalb-anderer vorgeschriebener Grenzen zu halten. So kann es beispielsweise im Falle der Soderberg-Zellen die Schwierigkeit in der Verteilung des Aluminiumoxyds innerhalb des Bades notwendig machen, daß die

Zelle vollständig auf der Seite geringerer Äluminiumoxyd-Konzentration bei einem Zellenwidetstand betrieben wird, der_gtwas größer als der Minimalwert ist. Ein A'usführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt ; ' ^;

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle,

F i g. 2 schematisch eine Elektrolysezelle mit zugeordneten Abfühl- und Steuermitteln, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können,

F i g. 3 typische Änderungen der Bad-Aluminiumoxyd-Konzentration und des Widerstandes einer Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle aufgetragen über der Zeit und

F i g. 4 die Änderung des Gesamtzellen-Widerstandes in bezug auf den Bad-Aluminiumoxydinhalt bei verschiedenen A-C-Abständen und die verschiedenen Komponenten der Zellenspannung einer Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle, die bei einem konstanten A-C-Abstand und konstantem Zellenstrom betrieben wird.

Die Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle des Ausführungsbeispiels ist schematisch in F i g. 1 gezeigt und besitzt einen Stahlmantel 11, der mit einer Isolierschicht 12 ausgefüttert ist, und eine kohlenartige leitende Ausfütterung 13. Eisenstäbe 18 sind in der Ausfütterung eingebettet und mit einem Kathodenleiter 19 verbunden. Die Ausfütterung 13 enthält geschmolzenes Aluminium 14 und ein Bad 15 aus im geschmolzenen Elektrolyten gelösten Aluminiumoxyd. Andere Formen der Ausfütterungen und Kathoden-Konstruktionen können verwendet werden, die das geschmolzene Aluminium 14 und das Bad 15 enthalten und ein kathodisches Potential an das geschmolzene Aluminium 14 legen, beispielsweise eine nichtleitende Ausfütterung und ein leitendes Kathodenelement, z. B. Titan-Diborid, das sich bis zum Kontakt mit dem geschmolzenen Aluminium erstreckt.

Über dem Elektrolyten und teilweise in diesem eingetaucht, ist eine Kohle-Anode aufgehängt, die aus einzeln einstellbaren vorgebrannten Kohleblöcken 16, für eine übliche Vielanodenzelle gebildet wird oder aus einer großen Kohlemasse besteht, die nur als Ganzes einstellbar ist, wie dies für die übliche Soderberg-Zelle zutrifft. Der geschmolzene Elektrolyt 15 ist von einer Kruste 17 überdeckt, die aus erstarrten Elektrolytbestandteilen und zusätzlichem Aluminium-

oxyd besteht. Da Aluminiumoxyd in dem Elektrolyten

15 verbraucht wird, kann mehr Aluminiumoxyd durch Aufbrechen eines Teiles der Kruste 17 oder durch Verwendung eines mechanischen Aluminiumoxyd-Zuführers 24 dem Elektrolyten zugeführt werden.

. Ein Aluminiumoxydvorrat für den Zuführer 24 oder zur. Auffüllung der Kruste wird in einem Fülltrichter 23 bereitgehalten. Die Anode 16 wird von einem Anodenstab 21 abgestützt, der entfernbar an einer Brückenschiene 22 angeklemmt, ist, die wiederum an. eine Anpdenschiene 20 elektrisch angeschlossen, ist. Die Anodenschiene. 20. und die Kathodenschiene 19 sind an entsprechende Pole einer geeigneten Quelle, des Elektrolysestromes geschaltet. .;.;··.. ....

Infolge der. angelegten Spannung wird der Elektrolysestrom durch die genannten elektrischen Verbindungen.und durch die geschmolzene Elektrolytenschicht 15 zwischen der. Anode 16 und der geschmolzenen Aluminiummasse 14 geleitet, so daß das in der geschmolzenen Elektrolytenschicht gelöste Aluminiumoxyd elektrolytisch in· seine Bestandteile zerlegt wird, wobei sich das metallische Aluminium in der. geschmolzenen AIuminiumschicht 14 ansammelt, und derSauerstoff durch Verbindung mit dem Kohlenstoff der Anode 16 freigesetzt wird, und aus der Zelle als Kohlenmonoxyd- oder Kohlendipxydgas durch Löcher in der Kruste 17 entweicht. Das angesammelte Aluminium wird von Zeit zu Zeit gewöhnlich in regelmäßigen Abständen von 1 bis,2,Tagen aus. dem ;Becken 14 abgestochen. Anodenkohle wird durch periodisches Versetzen der Blöcke 16 in Vielanodenzellen oder durch Zugeben frischer ,Kohlenpaste auf die Oberseite der selbstbrennenden Soderberg-Anoden nachgefüllt.

Die an der. Anode erzeugte Kohlenmonoxydmenge zeigt den Grad der schlechten Zellenwirkung an; es werden größere Mengen während Zeiten der Zellenfehlfunktion durch folgendes erzeugt: Schlechte Einstellung der Anoden-Kohlenblöcke 16, Schlammansammlungen, die teilweise die Kontaktflächen zwischen dem Becken 14 mit geschmolzenem Aluminium und der Zellenausfütterung 13 bedecken, übermäßig hohe Temperaturen des geschmolzenen Stoffes in der Zelle und durch andere Faktoren, die dann zur Wirkung kommen, wenn die Zelle nicht.unter, optimalen Bedingungen betrieben wird. ,. -l\,:·--- _;
vEin Ausführungsbeispiel -für Abfühl- und Steuermittel, die zur Durchführung ;der.vorliegenden Erfindung verwendet .werden können,-ist schematisch in F i g. 2 gezeigt. Der Zelle 30 ist wie in F i g. 1 die Kathpdenschiene 19, die, Anodenschiene 20, die Anöde

16 \ind ,der Zuführer 24 zugeordnet., Die Anode 16 ist mit Anpden-Einstellmitteln 35 versehen, die aus einer manuell betätigten Kette oder einem Motor bestehen können, mittels/dem die Überwachungsperson die Aufund. Abbewegungen der- Anode 16 bewerkstelligt und dje:beim ,Ausführungsbeispiel auch auf ein Signal ansprechen; das ,über einen: Abtaster,39 von einem Rechner 40_: kommt. DerlZuführer 24 wird durch eine ZuführgeschwindigkeitssteuerungSl betätigt, durch die ,die.,Zuführung von Aluminiumoxyd zur. Zelle 30 über eine von mindestens drei Einstellungen, nämlich ab, hoch und niedrig gesteuert wird, die durch die Betätigung eines.; .Dreistellungsschalters 32 bestimmt werden. : . ; ■

Ein Verstärker 33 für die Wechselstromkomponente steht in elektrischer Verbindung mit der Kathodenschiene 19 und der Anodenschiene 20 und nimmt einen Teil (im Frequenzbereich von etwa 1 bis 20 Hertz), der der Gleichspannung zwischen der Kathodenschiene 19 und der Anodenschiene 20 überlagerten Wechselspannungskomponente auf, verstärkt und integriert diesen Teil und gibt zur Anzeige auf einem Meßgerät 34 und zur Ablesung durch den Rechner 40 über den Abtaster 39 ein Signal ab, das proportional zu der Amplitude der: genannten Wechselspannungskomponente ist. Die Wechselstromkomponente kann zur Anzeige von Fehlzuständen in der Zelle verwendet werden, die

ίο durch falsche Einstellung der Anodenblöcke in bezug zueinander oder durch noch zu erwähnende Schlammansammlungen verursacht ^werden. ■ · ■

Ein Widerstandsfunktionsgenerator 36 gibt ein Signal ab, das proportional zum Zellenwiderstand ist, der auf einem Aufzeichnungsgerät 37 oder einem Anzeigegerät 38 aufgezeichnet bzw. angezeigt wird und vom" Rechner 40 über den Abtaster 39 abgelesen werden kann. Der Widerstandsfunktionsgenerator 36 kann aus einer Hallgeneratorplatte bestehen, der ein Eingangsgleichstrom zugeführt wird, der proportional zu dem Reziprokvvert des Zellen-Stromes L.ist...:.Die Platte ist zwischeiuilen J>olen und innerhalb des Luftspaltes eines Elektromagneten angeordnet, der durch einen Strom erregt wird, der proportional zu der Differenz zwischen a) der zwischen der Kathodenschiene 19 und der Anodenschiene 20 anliegenden Spannung E_v und b) einer vorbestimmten konstanten Spannung A- ist, so daß die Ausgangs-Hall-Spannung proportional zu dem Produkt aus E-k und 1/1, ist.

Andererseits kann der Zellenwiderstand auch aus dem Rechner angebotenen Daten berechnet werden, so daß der Widerstandsfunktionsgenerator 36 wegfallen kann. Da die vorgenannte überlagerte Wechselstromkomponente der Zellenspannung kleine Schwankungen am Ausgang des Generators 36 hervorrufen kann, sind das Aufzeichnungsgerät 37 und das Anzeigegerät 38 vorzugsweise mit geeigneten Dämpfungsmitteln versehen, und das vom Rechner 40 abgefühlte Signal wird vorzugsweise vor der Abfühlung für ein oder mehrere Sekunden integriert.

Der Abtaster 39 legt an den. Rechner 40 abhängig von einem Programm die Ausgangssignale von jeder der Vielzahl von Zellen, die zu steuern sind, und zwar nacheinander oder auf. Befehl des Rechnerprogrämms

oder nach Wunsch der Übervvachungsperson. Der Rechner40istmit geeigneten Eingangsvorrichtungen 41 zur Aufnahme von zusätzlichen Daten versehen:

Es wird nun auf F ig. 3 Bezug genommen, in der die Kurve A den Widerstand einer für eine Zeitspanne bei praktisch konstantem A-C-Abstand arbeitenden. AIuminiumoxyd-Elektrolysezelle darstellt und Kurve Z? eine geglättete Darstellung des Aluminiumoxydbadinhalts ist, wie er durch chemische Analyse von zu bestimmten Zeiten aus der Zelle .abgenommenen Proben des Elektrolyten bestimmt wurde» Die Kurve A (Zellenwiderstand) stellt die Summe der Kurven C, D und E dar, die die .Widerstandskomponenten i?Ba<j, ^extern und .Rübersiiannung angeben. Bei dem durch diese Kurven dargestellten Betrieb. wurde der Zelle

6ö Aluminiumoxyd unter Aufbrechen eines Teiles der Kruste 17 in üblicher Weise zugeführt, und die Elektfolyse wurde ohne weitere mechanische Zuführung fortgesetzt, bis der Aluminiumoxydgehalt zu einem Grad erschöpft war, daß ein »Anoden-Effekt« auftrat. Die Spitze B kurz bevor der Zeit T_x zeigt an, daß die Zuführung auf übliche Weise anfänglich einen überschüssigen Aluminiumoxydgehalt in dem geschmolzenen Elektrolyten 15 zur Folge hatte, und ferner, daß

der überschüssige Teil davon rascher abgebaut wurde, A-C-Abstand bestimmt und die Zellenanode und als es nachfolgend geschah. Diese schnelle Abnahme -Kathode darauf eingestellt, dann ist es nicht mehr des Aluminiumoxyds wird offenbar durch den Nieder- erforderlich, diese anderen Parameter bei normalen schlag des Aluminiumoxyds als Schlamm auf den Steuer- und Überwachungsoperationen zu berückelektrischen Kontaktflächen zwischen der Zellen- 5 sichtigen. Somit ergibt sich eine vorbestimmte optimale ausfütterung 13 und der geschmolzenen Aluminium- Badaluminiumkonzentration durch Bezugnahme auf masse 14 verursacht, was wiederum eine Überhitzung die Kurve A und eine Zuführung zu der Zelle hierauf zur Folge hat und den Zellenwirkungsgrad verringert. beruht auf, der Beobachtung der Veränderungen des Nach der Zeit T₁ nahm der Zellenwiderstand langsamer Zellenwiderstandes, wie er auf dem Anzeigegerät 38 auf den Minimalwert R₀₂ zur Zeit T₂ entsprechend io oder vorzugsweise durch das Aufzeichnungsgerät 37 einem Aluminiumöxydgehalt 54 ab, wonach der dargestellt wird.

Widerstand mit der weiteren Abnahme des Alu- Es sei nochmals die Kurve F₁ der F i g. 4 betrachtet, miniumoxydgehalts rasch anstieg bis zur Zeit T₃ (ent- Wird Aluminiumoxyd durch die Elektrolyse versprechend der Aluminiumoxydkonzentration 50) der braucht, so zeigt sich, daß bei einem Aluminiumoxyd-Anodeneffekt beobachtet wurde. 15 gehalt 53 der Zellenwiderstand ansteigt und die In F i g. 4 veranschaulicht die Kurvenschar F₁, F₂, Überwachungsperson wird der Zelle beispielsweise F₃ und F₄ die Änderung des Gesamtzellenwider- durch Zerbrechen eines Teiles der Kruste 17 so viel Standes R₀ relativ zu der Bad-Aluminiumoxyd-Kon- Aluminiumoxyd zuführen, als nach seiner Schätzung zentration für verschiedene konstante Werte des erforderlich ist, um den Erzgehalt der Zelle auf einen A-C-Abstandes über einen Bereich zwischen maxi- ao Wert 55 nicht größer als der Wert 51 zu bringen, über malem-Aluminiumoxydgehalt 51, der unter normalen dem ein Verschlammen auftritt. Bei jeder~Züführung Zellenbetriebsbedingungen in dem Bad lösbar ist, und kann er seine "Beurteilung der Menge der zu brechenden der Konzentration 56, bei der der Anodeneffekt auf- Kruste dadurch verbessern, daß er die Veränderung tritt. Wenn der Zellenstrom auch im wesentlichen des Widerstandes mit der Zeit überwacht und inskonstant gehalten wird, dann besitzt die Änderung der as besondere das Vorhandensein oder Nichtvorhanden-Zellenspannung eine Form, die.ähnlich der für den in sein des Widerstandshöckers 47A, wie er für Kurve A F i g. 4 oben angegebenen Zellen widerstand ist; die in F i g. 3 veranschaulicht ist, beachtet. Beim Fort-Kurven G, H und J im unteren Teil der F i g. 4 stellen schreiten der Elektrolyse verringert sich die Erzdie Komponenten dieser Spannung dar. Während die konzentration wiederum auf den Wert 53; hierbei vorliegende Beschreibung sich mit der Widerstands- 30 wird die Überwachungsperson wiederum ein Ansteigen steuerung befaßt, wodurch ein Konstanthalten des des Zellenwiderstandes feststellen und die Zelle beStromes unnötig ist, ist erkenntlich, daß unter der Be- schicken, so daß praktisch die Badaluminiumoxyddingung des konstanten Stromes zur Ausführung der konzentration zwischen den Grenzen 53 und 55 gevorliegenden Erfindung auch eine Spannungssteuerung halten wird; die Grenzen können für Steuer- oder verwendet werden kann. 35 Überwachungszwecke sowohl als Differenzen im Aus der Kurve F₁ der F i g. 4 ist zu entnehmen, daß absoluten Wert des Zellenwiderstandes als auch als der entsprechende Zellenwiderstand von einem Alu- Änderungen in der Größe oder dem Vorzeichen der miniumoxydgehalt 51 an über die Punkte 55, 55" und Steigung der Widerstandskurve innerhalb des gewähl-55' auf einen Minimalwert bei 54 abfällt. Ohne Zu- ten Steuerbereiches abgefühlt werden, führung verläuft der Zellenwiderstand durch diesen 40 Falls die Zelle mit einem Zuführer 24 und einer Be-Minimalwert und wächst dann über höhere Werte bei schickungsgeschwindigkeitssteuerung 31 versehen ist, 53' und 53 bis er den Punkt 56 erreicht, bei dem der wird das Rechnersystem beim Abfühlen des ansteigen-Widerstand rasch anwächst und die Zelle in den den Zellenwiderstandes beim Aluminiumoxydgehalt 53 Anodeneffekt übergeht. Es hat-sich weiterhin gezeigt, den Dreistellungsschalter 32 aus der Niedrigstellung, daß eine überraschende Eigenschaft der Kurven- 45 die zuvor so geeicht war, daß der Zelle Aluminiumschar F₁, F₂, F₃ und F₄ darin besteht, daß alle Kurven oxyd mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die ungefähr bei dem gleichen Aluminiumoxydkonzen- niedriger als die Aufbrauchgeschwindigkeit ist, in die trationspunkt 54 durch ihre entsprechenden Minimal- Hochstellung bringen, die zuvor so geeicht wurde, daß werte laufen (wo die Änderungsgeschwindigkeit von der Zelle Aluminiumoxyd mit einer Geschwindigkeit Rc Null ist), wodurch angezeigt wird, daß eine optimale 50 zugeführt wird, die höher als die Aufbrauchgeschwin-Badaluminiumoxydkonzentration für eine bestimmte digkeit ist. Da die Badaluminiumoxydkonzentration gegebene Reduktionszelle über einen weiten Bereich nun infolge der höheren Beschickungsgeschwindigkeit des A-C-Abstandes vorhanden ist. Dies bedeutet, daß, ansteigt, fällt anfangs der Zellenwiderstand, bleibt wenn einmal die vorstehend beschriebenen Kenn- daraufhin scheinbar konstant und schließlich kann linien bestimmt wurden, durch Beobachten und Aus- 55 ein Ansteigen beim Aluminiumoxydgehalt 55". benutzen der Zellenwiderstandscharakteristik die Zelle obachtet werden. Bei der Anzeige des steigenden ständig mit oder nahe der optimalen Badaluminium- Zellenwiderstandes oder wenn angezeigt wird, daß der oxydkonzentration betrieben werden kann, ohne daß Zellenwiderstand für eine gewählte Zeitspanne andie Badkonzentration durch direkte Analyse peri- , nähernd konstant geblieben ist, wird der Schalter 32 odisch bestimmt wird. · 6° von hoch auf niedrig geschaltet und der Zellenwider-Bestimmte Werte der Badaluminiumoxydkonzen- stand reduziert, während die Aluminiumoxydkonzentration entsprechend den Punkten 51, 54 und 56 sind tration wiederum nach 53 hin abfällt. Somit wird durch abhängig von verschiedenen Aufbau- und Betriebs- periodisches Einstellen des Schalters 32 entsprechend parametern_; und die verschiedenen Aluminiumoxyd- den Änderungen des Zellenwiderstandes die Badkonzentrationen entsprechenden Zellenwiderstands- 65 aluminiumoxydkonzentration innerhalb der gewünschwerte sind ebenfalls von diesen Parametern und ins- ten Grenzen gehalten.

besondere von dem A-C-Abstand der Zelle abhängig. Die Einfügung eines Rechners 40 in das Steuer-Würde jedoch für eine bestimmte Zelle der gewünschte system gestattet normalerweise die Erkennung von

Änderungen in der Widerstandszeitkurve genauer als es durch eine Überwachungsperson möglich ist. Der Rechner 40 kann etwa dazu verwendet werden, eine Steuergrenze 53' mit einer höheren Konzentration als bei 53 abzutasten, so daß die Badkonzentration innerhalb engerer Bereiche 53' bis 55" oder 53' bis 55' gehalten werden kann. Wenn außerdem der Zuführer 24 über die Beschickungsgeschwindigkeitssteuerung 31 und den Schalter 32 vom Rechner 40 gesteuert wird, dann erfolgt eine beträchtliche Entlastung der Überwachungsperson in bezug auf deren Verantwortung bei der Steuerung des Aluminiumoxydgehalts der Zelle. .

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Obwohl die ständige Abnahme der Kohlen von der Anode einen Potentialanstieg im A-C-Abstand und damit im Zellenwiderstand zur Folge hat, wurde gefunden, daß dieser Effekt langsam genug erfolgt, um die Möglichkeit der Steuerung des Zellenaluminiumoxydgehaltes in der vorstehenden Weise nicht zu beeinträchtigen. Geringfügige Änderungen im Widerstand, die als Folge davon auftreten, können dadurch berücksichtigt werden, daß nach dem Metallabstich ίο die Anoden nachgestellt werden und daß ein seltenes periodisches Nachstellen der Anode auf den gewünschten A-C-Abstand erfolgt, falls dies erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. zwischen einem Zustand sehr niedriger Aluminium-Patentansprüche: oxydkonzentration, der zu dem »Anodeneffekt« führt

   und einem überladenen Zustand hoher Aluminium-I.Verfahren zur Steuerung einer Elektrolysezelle oxydkonzentration, in dem die Gefahr der Verzur Gewinnung von Aluminium aus einem Alu- 5 schlammung besteht.

   miniumoxyd enthaltenden geschmolzenen Salzbad, So zeigt das Buch von B e 1 j a j e w, Metallurgie des

   wobei bei praktisch konstantem Anoden-Kathoden- Aluminiums, 1956, Bd. 1, S. 128 bis 131, daß der Abstand der von der Aluminiumkonzentration ab- Zellen widerstand, einer Elektrolysezelle bei geringer hängige elektrische Widerstand der Zelle über- werdendem Aluminiumoxydgehalt immer rascher, wacht wird, dadurch gekennzeichnet, io wächst, bis der Anodeneffekt auftritt. Der Zellendaß bei ansteigender Tendenz des im wesentlichen widerstand nimmt dann jedoch wieder einen normalen von der Aluminiumoxydkonzeritration abhängigen Wert an, wenn weiteres Aluminiumoxyd zugeführt Zellenwiderstandes infolge abnehmenden Alu- wird. Da der Normalbetrieb der Zelle durch den miniumoxydgehalts Aluminiumoxyd nachchargiert Anodeneffekt erheblich gestört wird, wurden bereits wird, und daß die Nachchargierung bereits dann 15 verschiedene Versuche gemacht, diesen zu vermeiden, unterbrochen oder gedrosselt wird, wenn der Gemäß der belgischen Patentschrift 637 574 wird

   Zellenwiderstand infolge ansteigenden Aluminium- eine Pilotanode verwendet, um den Anodeneffekt beoxydgehalts eine fallende Tendenz annimmt oder reits vor seinem Auftreten anzuzeigen,
   erst dann, wenn er nach Durchlauf eines Minimums Die USA.-Patentschrift 1 837 070 zeigt ein anderes

   wieder ansteigt. ao Verfahren zur Steuerung derartiger Elektrolysezellen,
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bei dem der Zellenwiderstand auf das Erreichen eines zeichnet, daß die Zuführgeschwindigkeit des Alu- äußerst hohen Widecstandsabsolutwertes geprüft .wird, miniumoxyds zwischen einem Wert, der größer als wobei bei Auftreten dieses Wertes Aluminiumoxyd die Verbrauchsgeschwindigkeit des Aluminium- nachchargiert wird.

   oxyds ist, und einem Wert unterhalb der Ver- as Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verbrauchsgeschwindigkeit verändert wird, und daß fahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer von der einen Zuführgeschwindigkeit zur anderen Elektrolysezelle zur Gewinnung-von Aluminium aus bei Feststellung eines Übergangs von der fallenden Aluminiumoxyd aufzuzeigen, mit denen die Elektro-Tendenz zu einer ansteigenden Tendenz des Zellen- lysezelle auf sehr einfache, leicht zu überwachende Widerstandes während der Zuführung gewechselt 3° Art in einem optimalen Betriebsbereich des Zellenwird. Widerstandes gehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gezeichnet, daß eine notwendige Nachregulierung des kennzeichnet, daß bei ansteigender Tendenz des im Änoden-Kathoden-Abstandes dann begonnen wird, wesentlichen von der Aluminiumoxydkonzentration wenn der Zellenwiderstand praktisch seinem Mini- 35 abhängigen Zellenwiderstandes infolge abnehmenden mum entspricht. Aliiminiumoxydgehaltes Aluminiumoxyd nachchar-
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- giert wird, und daß die Nachchargierung bereits dann rens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch unterbrochen oder gedrosselt wird, wenn der Zellengekennzeichnet, daß eine Überwachungsvorrich- widerstand infolge ansteigenden Aluminiumoxydgehaltung (36 bis 40) zur Feststellung von Änderungen 4" tes eine fallende Tendenz annimmt oder erst dann, im Zellenwiderstand vorgesehen ist, die mit einer wenn er nach Durchlauf eines Minimums wieder an-Zuführgeschwindigkeitssteuerung (31) verbunden steigt.

   ist, die einen Zuführer (24) für Aluminiumoxyd Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verabhängig von festgestellten Änderungen im Zellen- fahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine -Uberwiderstand steuert. . 45 wachungsvorrichtung zur Feststellung von Änderungen im Zellenwiderstand vorgesehen ist, die mit einer

   Zuführgeschwindigkeitssteuerung verbunden ist, die

   . einen Zuführer für Aluminiumoxyd abhängig von festgestellten Änderungen im Zellenwiderstand steuert.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- 5° Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, richtung zur Steuerung einer Elektrolysezelle zur Ge- nicht Absolutwerte des Zellenwiderstandes zu überwinnung von Aluminium aus einem Aluminiümoxyd wachen, sondern den optimalen Zeitpunkt des Nachenthaltenden geschmolzenen Salzbad, wobei bei prak- chargierens am Trend der Änderung des Zellenwidertisch konstantem Anoden-Kathoden-Abstand der von Standes zu erkennen. Hierzu wurden die Einflüsse der der Aluminiumoxydkonzentration abhängige elek- 55 Aluminiumoxydkonzentration und des A-C-Abstandes trische Widerstand der Zelle überwacht wird. auf das Verhalten der Elektrolysezelle untersucht.

   Der Betrieb einer derartigen Elektrolysezelle wird Es hat sich dabei gezeigt, daß bei einem konstanten einmal durch Zufuhr von Aluminiumoxyd in das Bad A-C-Abstand und sonst stabilen Arbeitsbedingungen .und zum anderen durch periodisches Einstellen des die charakteristische Widerstandskurve (Zellenwider-Anoden-Kathoden-Abstandes (als A-C-Abstand be- 60 stand aufgetragen über der Aluminiumoxydkonzenzeichnet) gesteuert, wobei beide Steuerschritte eine tration) nach unten konvex ist, wodurch angezeigt wird, Änderung des Zellenwiderstandes bewirken. Durch daß ein oder mehrere Minimalwerte des Zellenwiderdiese doppelte Abhängigkeit und infolge der Tatsache, stands infolge der Aluminiumoxydkonzentration bedaß sich der Zellenwiderstand als auch der augenblick- stehen. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Familie liehe A-C-Abstand und die Aluminiumoxydkonzen- 65 gleicher Zellenwiderstandskurven für verschiedene tration sich nur sehr schwierig messen lassen, verlief Werte des konstanten A-C-Abstandes einen Ort dieser der Betrieb der Elektrolysenzellen verhältnismäßig Punkte minimalen Widerstands aufweisen. Mit anderen unkontrolliert. Man betrieb die Elektrolysezellen Worten führen diese Untersuchungen zu dem Schluß,