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Verfahren zur Zugabe von Elektrolyt zu nach dem Dreischichtenverfahren
arbeitenden Aluminiumraffinationsöfen Es sind Verfahren zur elektrolytischen Reinigung
von Aluminium bekannt, bei denen mit drei übereinanderliegenden Schichten gearbeitet
wird; dabei bildet das zu reinigende Aluminium die unterste Schicht als geschmolzene
Anodenschicht und das gereinigte Aluminium die oberste Schicht als flüssige Kathodenschicht.
Beide Schichten sind durch den schmelzflüssigen Elektrolyt voneinander getrennt.
Das zu reinigende Aluminium muß mit :einem Schwermetall oder einer Mischung von
Schwermetallen in einem solchen Verhältnis legiert sein, daß @es schwerer ist als
der Elektrolyt. Der Elektrolyt seinerseits muß schwerer sein als das die oberste
Schicht bildende gereinigte Aluminium.
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Da in diesen Verfahren der Spannungsabfall und damit der Energieverbrauch
durch die Höhe der Elektrolytschicht wesentlich beeinflußt werden, ist es notwendig,
diese Höhe in gewissen Grenzen zu halten. Ist nämlich die Höhe der Elektrolytschicht
zu groß, so ist die Spannung und somit der Energieverbrauch zu groß, sinkt die Elektrolytschichthöhe
zu stark, so kann die Zelle nicht mehr genügend warm gehalten werden, da die Stromstärke
nicht beliebig gesteigert werden kann. Abgesehen hiervon, kann es sogar vorkommen,
daß sich Anoden- und Kathodenmetall bei der Bedienung der Zellen stellenweise vermischen.
Die günstigste Dicke der Elektrolytschicht wird durch Versuche festgestellt.
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Erfahrungsgemäß hat man auch bei der Reinigungselektrolyse nach dem
Dreischichtenverfahren mit kleinen Elektrolytverlusten
zu rechnen.
Diese Verluste entstehen zum großen Teil durch Emporkriechen des Elektrolyts an
den Zellenwänden; es bilden sich Krusten auf dem Bad, die von Zeit zu Zeit entfernt
werden müssen, damit die Stromzufuhr zum Kathodenmetall in Ordnung bleibt. Bei Verwendung
gewisser Elektrolyte, z. B. von solchen, die außer Fluoriden auch Chloride enthalten,
können im Elektrolyt Umsetzungen stattfinden, die zur Bildung von flüchtigen Bestandteilen,
z. B. von Aluminiumchlorid, führen. Diese flüchtigen Bestandteile können die durch
das Emporkriechen entstehenden Verluste noch erhöhen.
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Diese Elektrolytverluste bedingen nun, daß die Elektrolytschichthöhe
langsam abnimmt. Infolgedessen ist von Zeit zu Zeit eine Ergänzung des Elektrolyts
erforderlich.. Man kann nun nicht einfach wie bei der Aluminiumreduktionselektrolyse
den Elektrolyt so ergänzen, daß man .die Salzmischung auf die Kathodenmetallschicht
aufstreut. Man beobachtet in einem solchen Fall, daß die Salzmischung nur verkrustet,
ohne unterzusinken; außerdem läuft man Gefahr, die Stromzuführungen zum Kathodenmetall
zu verunreinigen. Um dies zu vermeiden, kann man den Elektrolyt ähnlich wie sonst
die Anodenlegierung durch Trichter oder Rohre aus Kohlenstoff oder Graphit, die
durch die Kathodenmetallschicht in die Elektrolytschicht bineintauchen, in geschmolzener
Form nachfüllen, Dieses Vorgehen ist aber mit Nachteilen verknüpft. Der Strom müß
während des Einfüllens frischen Elektrolyts abgestellt werden, da die Gefahr besteht,
daß das Einfüllrohr oder der Einfülltrichter das Anodenmetall berührt und einen
Kurzschluß hervorruft. Berührt die Einfüllvorrichtung das Anodenmetall, so besteht
die Gefahr, daß das Kathodenmetall beim Herausziehen dieser Vorrichtung durch mitgerissene
Anodenlegierung verunreinigt wird. Ferner wird der frische, geschmolzene Elektrolyt
an der Außenseite des durch die Kathodenmetallschicht hindurch .eintauchenden Rohres
oder Graphittrichters in erheblichem Maße emporgedrückt. Dabei überzieht sich die
Badoberfläche (Kathodenmetallschicht) miteiner Elektrolytkruste, und diese verunreinigt
die Stromzuführungen zum Kathodenmetall.
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Diese Nachteile kann man vermeiden, wenn der frische Elektrolyt durch
einen in. der Ofenwandung angeordneten Schacht unmittelbar in die geschmolzene Elektrolytschichteingebracht
wird.
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Noch besser ist das die Erfindung bildende Verfahren. Nach der Erfindung
wird der vorher gereinigte Elektrolyt in festen Stücken durch die Kathodenmetallschicht
in die Elektrolytschicht eingebracht. Am zweckmäßigsten arbeitet man so, daß man
die Elektrolytstückeauf die Kathodenmetallschicht gibt. Sie sinken dann sofort unter
und bleiben in der Elektrolytschicht in der Schwebe, bis sie vollkommen geschmolzen
sind. Auf Grund dieses Verhaltens der Elektrolytstücke kann jede gewünschte und
vorher ausgewogene Menge Elektrolyt der im Betriebe befindlichen Raffinationszelle
auf die denkbar einfachste Weise zugefügt werden. Besondere Einfülivorrichtungen
fallen weg, und der Strom braucht nicht abgestellt zu werden.
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Es ist vorteilhaft, die Elektrolytstücke vorher vorzuwärmen, indem
man sie z. B. auf einen warmen Teil des Ofens legt.
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Dieses Verfahren hat im übrigen den sehr großen Vorteil, daß man .nicht
bei jedem Nachfüllen geschmolzenen und gereinigten Elektrolyt bereithaben muß, da
man ihn in fester Form zuführt und daher in fester Form in beliebiger Menge aufbewahren
kann. Dieses Verfahren ist ganz besonders vorteilhaft, wenn man für die elektrolytische
Reinigung einen nicht hygroskopischen Elektrolyt verwendet, z. B. einen reinen Fluoridelektrolyt.
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Selbstverständlich setzt man nur gereinigten Elektrolyt zu; denn es
ist klar, daß der Elektrolyt beim Nachfüllen nicht verunreinigt-werden darf, wenn
die Kathodenmetallschichteine gute Reinheit aufweist. DerErgänzungselektrolyt muß
vorgereinigt werden. Dies ist um so eher notwendig, als es sich aus wirtschaftlichen
Gründen empfiehlt, für die Herstellung der Schmelze nur technisch reine Salze zu
verwenden. Diese Salze werden im gewünschten Verhältnis zusammengeschmolzen und
in bekannter Weise, z. B. durch Behandlung mit metallischem Aluminium und langes
Abstehenlassen, gereinigt.
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Unter frischem Elektrolyt sind hier auch solche Stoffe zu verstehen,
die nicht genau die Zusammensetzung des in der Zelle befindlichen Elektrolyts haben,
z. B. solche erstarrten Schmelzen, die an einem odermehreren Bestandteilen des Elektrolyts
reicher oder ärmer sind, ferner einzelne Elektrolytbestandteile oder 1Vlischungen
einzelner Elektrolythestandteile.