EP0193491A1 - Electrolytic cell - Google Patents

Electrolytic cell Download PDF

Info

Publication number
EP0193491A1
EP0193491A1 EP86810030A EP86810030A EP0193491A1 EP 0193491 A1 EP0193491 A1 EP 0193491A1 EP 86810030 A EP86810030 A EP 86810030A EP 86810030 A EP86810030 A EP 86810030A EP 0193491 A1 EP0193491 A1 EP 0193491A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolysis
tub
insulation
granulate
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86810030A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Scharpey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcan Holdings Switzerland AG
Original Assignee
Alusuisse Holdings AG
Schweizerische Aluminium AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alusuisse Holdings AG, Schweizerische Aluminium AG filed Critical Alusuisse Holdings AG
Publication of EP0193491A1 publication Critical patent/EP0193491A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/085—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts

Definitions

  • the present invention relates to an electrotysis trough for the production of aluminum by melt flow electrolysis, consisting of an outer steel trough, a heat-insulating insulation and an inner lining consisting essentially of carbon with iron cathode bars, the bottom insulation at least partially consisting of a layer solidified by mechanical means a granulate consists of ground insulation layers with a grain size that varies substantially between 0.01 and 8 mm
  • the productive part of the energy consumption is needed to reduce the Al 3+ cations to metallic aluminum. This productive part of energy consumption cannot be reduced.
  • the energy losses can be divided into various components, all of which affect the environment as heat losses.
  • the heat generated during the electrolysis process always flows to colder parts of the tub, from where it escapes to the surroundings and thus draws energy from the production process. These heat losses can be controlled and must be reduced to a minimum.
  • the voltage drop and thus the energy loss in the electrical circuit can be reduced to a minimum.
  • EP-OS 0 063 547 describes an electrolysis bath in which at least the lower 80% of the floor insulation consists of a solidified volcanic ash layer, the remaining floor insulation consists of a leak barrier which shields the volcanic ash against the bath components penetrating the carbon lining
  • the inventors have set themselves the task of creating an electrolysis trough for the production of aluminum by melt flow electrolysis, in which the production costs for the thermal insulation can be further reduced without the quality of the trough in terms of thermal insulation and service life suffering as a result
  • the side walls of the trough contain mechanically compacted granules of ground insulation layers up to 70% of the height of the cathode bar elements, the curbs lining the thermally and electrically insulated steel trough and the conventional ramming compound sealing the joint between curbs and charcoal elements.
  • the side walls of the electrolysis tub preferably contain mechanically compacted granules up to the level of the upper edges or the uppermost surface line of the iron cathode bars
  • bottom carbon elements made of amorphous carbon, semigraphite or graphite are arranged at a lateral distance in the electrolysis trough and a joint ramming compound which is well known to the person skilled in the art is used in the joints according to a further development of the invention, at most the lower 70% can be obtained from mechanically solidified granules of ground insulation layers to be replaced.
  • the warm or cold, carbon-containing grout is introduced, which is calcined when the electrolytic cell is started up.
  • the grain size of the ground granules is preferably between 0.1 and 4 mm.
  • these four stone layers are broken out of the electrolysis tank to be replaced and processed by grinding. Any coal pieces are mechanically sorted out beforehand, as are the larger pieces of solidified aluminum.
  • the granules can also originate from electrolysis tanks, the insulation of which already contains or consists of ground granules. If the granulate is used several times, an electrolysis tank to be replaced is first dismantled until the mechanically consolidated granulate of the floor insulation is exposed. If this is still good, the electrolysis tank can be rebuilt with the side insulation without any further process steps. Any agglomerations are mechanically crushed, suitably by grinding. Larger pieces of carbon and / or aluminum are removed.
  • the preparation of the granulate can also be done in situ, i.e. in place in the electrolysis bath, for example by moving a vibrating slide back and forth up to 20 times.
  • Granules prepared outside the trough are poured dry into the cell and then mechanically compacted, for example by pounding and / or vibrating. Wet granules are appropriately dried beforehand.
  • the height of the solidified granulate layer of the floor insulation is preferably 250-400 mm.
  • the uppermost area, which corresponds to 0-25% of the total height of the floor insulation can expediently consist of a layer of firebricks, ground firebricks and / or metallurgical clay.
  • the lowest area, which also corresponds to 0-25% of the total height of the floor insulation can consist of Moler or Skamolex stones. Skamolex is an insulating stone from the Danish company SKAMOL.
  • a steel foil or sheet which is expediently connected to an impermeable, flexible graphite membrane (see, for example, TMS Paper No. LM 78/19 or DE-OS 28 17 202), are placed on the granules.
  • the electrolysis trough 10 shown in FIG. 1 has an outer steel trough 12, in which mechanically compacted, ground granules 14 of trough breakouts are embedded. A layer of fireclay bricks 16 is arranged on this granulate, which is covered by 5-10 mm fireclay grain 18. Granules 1 4 , firebricks 16 and firebrick grit 1 8 form the floor insulation.
  • the bottom carbon elements 20 lie horizontally on the chamotte grain 18, they have a height h.
  • the dashed line 22 indicates the level of the upper edges or uppermost surface line of the iron cathode bars, which are not visible in section.
  • the curb 24 (carbon or silicon carbide) is connected via an electrical and thermal insulation layer 25 made of chamotte plates or silicon carbide mortar, which in the present case consists of carbon and / or silicon carbide and up reaches down into the area below the bottom carbon elements 20.
  • the curb 24 is supported on a layer of firebricks 16.
  • the 20-25 cm wide joint 26 between the curb 24 and the bottom coal elements 20 is filled up to the level 22 of the upper edges or the uppermost surface line of the iron cathode bars with the granules 14 of the floor insulation and mechanically compacted.
  • a conventional grout 28 is arranged above it, which protects the granules 14 from the damaging attack by the melt flow contained in the electrolysis tub 10.
  • the side area can be equipped with further insulation materials, not shown in FIG. 1.
  • the bottom carbon elements 20 of height h are arranged at a distance and placed directly on the bottom insulation, which here consists exclusively of the granulate 14.
  • the joints 30 between the bottom carbon elements 20 are up to level 22 of the upper edges of the iron cathode bars 32 with the mechanically compacted granules 14 filled as the floor insulation.
  • the usual grout 28 is arranged above this.
  • the floor insulation of the entire height b shown in FIG. 3 supports the floor carbon elements 20, which rest on an approximately 20 mm thick chamotte grain 18. Underneath is the mechanically compacted granulate 14 made of ground insulation layers, which forms the main component of the floor insulation. The bottom part of the floor insulation consists of a layer of moler stones 34. These have excellent thermal insulation properties, but they are not very resistant to electrolytes. The entire floor insulation is supported by the steel tub 12.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Eine Elektrolysewanne für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse besteht aus einer äusseren Stahlwanne (12), einer wärmedämmenden Isolation und einer im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Innenauskleidung mit eisernen Kathodenbarren (32). Die Bodenisolation besteht mindestens teilweise aus einer mit mechanischen Mitteln verfestigten Schicht aus einem Granulat (14) aus gemahlenen Isolationsschichten mit einer im wesentlichen zwischen 0,01 und 8 mm variierenden Korngrösse. Die Seitenwände der Elektrolysewanne (10) enthalten bis höchstens 70% der Höhe (h) der Kathodenbarrenelemente (20) mechanisch verdichtetes Granulat (14) aus gemahlenen Isolationsschichten. Darüber ist die thermisch und elektrisch isolierte Stahlwanne (12) mit Randsteinen (24) ausgekleidet, und die Fuge (26) zwischen Randsteinen (24) und Bodenkohlenelementen (20) ist mit üblicher Stampfmasse verschlossen.An electrolysis tub for the production of aluminum by melt flow electrolysis consists of an outer steel tub (12), heat-insulating insulation and an inner lining consisting essentially of carbon with iron cathode bars (32). The floor insulation consists at least partially of a layer of granulate (14) made of ground insulation layers that has been solidified with mechanical means and has a grain size that varies substantially between 0.01 and 8 mm. The side walls of the electrolysis tub (10) contain mechanically compressed granules (14) made from ground insulation layers up to a maximum of 70% of the height (h) of the cathode bar elements (20). The thermally and electrically insulated steel trough (12) is lined with curbs (24), and the joint (26) between curbs (24) and charcoal elements (20) is closed with conventional ramming compound.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrotysewanne für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse, bestehend aus einer äusseren Stahlwanne, einer wärmedämmenden Isolation und einer im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Innenauskleidung mit eisernen Kathodenbarren, wobei die Bodenisolation mindestens teilweise aus einer mit mechanischen Mitteln verfestigten Schicht aus einem Granulat aus gemahlenen Isolationsschichten mit einer im wesentlichen zwischen 0,01 und 8 mm varierenden Komgrösse bestehtThe present invention relates to an electrotysis trough for the production of aluminum by melt flow electrolysis, consisting of an outer steel trough, a heat-insulating insulation and an inner lining consisting essentially of carbon with iron cathode bars, the bottom insulation at least partially consisting of a layer solidified by mechanical means a granulate consists of ground insulation layers with a grain size that varies substantially between 0.01 and 8 mm

Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelzffusselektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst die zum grössten Teil aus Kryolith besteht Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO2 und CO verbindet Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940 bis 970°C statt.For the extraction of aluminum by melt-foot electrolysis of aluminum oxide, this is dissolved in a fluoride melt, which largely consists of cryolite. The cathodically deposited aluminum collects under the fluoride melt on the carbon bottom of the cell, the surface of the liquid aluminum forming the cathode being immersed in the melt anodes from above, which in conventional processes consist of amorphous carbon. Oxygen is generated on the carbon anodes by the electrolytic decomposition of the aluminum oxide, which combines with the carbon of the anodes to form CO 2 and CO. The electrolysis takes place in a temperature range of approximately 940 to 970 ° C.

Die durch den Elektrolyseprozess verbrauchte elektrische Energie kann in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:

  • -Produktions-bzw. Reduktionsenergie
  • -Verlustenergie
The electrical energy consumed by the electrolysis process can be divided into two main categories:
  • -Production or. Reduction energy
  • -Loss energy

Der produktive Teil des Energieverbrauchs wird benötigt, um die Al3+-Kationen zu metallischem Aluminium zu reduzieren. Dieser produktive Teil des Energieverbrauchs kann also nicht vermindert werden.The productive part of the energy consumption is needed to reduce the Al 3+ cations to metallic aluminum. This productive part of energy consumption cannot be reduced.

Die Energieverluste dagegen können in verschiedene Komponenten aufgeteilt werden, die sich alle als Wärmeverluste an die Umgebung auswirken. Die beim Elektrolyseprozess erzeugte Wärme fliesst immer zu kälteren Teilen der Wanne, von dort entweicht sie an die Umgebung und zieht so Energie vom Produktionsverfahren ab. Diese Wärmeverluste können kontrolliert und müssen auf ein Minimum reduziert werden.The energy losses, on the other hand, can be divided into various components, all of which affect the environment as heat losses. The heat generated during the electrolysis process always flows to colder parts of the tub, from where it escapes to the surroundings and thus draws energy from the production process. These heat losses can be controlled and must be reduced to a minimum.

Durch die Verwendung von optimal geeigneten Materialien für die Stromleiter kann der Spannungsabfall und damit der Energieverlust im elektrischen Stromkreis auf ein Minimum reduziert werden.By using optimally suitable materials for the current conductors, the voltage drop and thus the energy loss in the electrical circuit can be reduced to a minimum.

Um die Wärme nicht oder nur in geringem Masse durch die Wanne entweichen zu lassen, ist deshalb schon seit langer Zeit ein Wärmeisolationsschicht innerhalb der äusseren Stahlwanne eingebettet worden. Ueblicherweise werden dabei Steine aus Diatomeenerde oder Molerstein verwendet Neue Molersteine haben vorzügliche Isolationseigenschaften, sie sind jedoch gegenüber den die Kohleauskleidung durchdringenden Badkomponenten sehr empfindlich. Deshalb wird oft die dem Bad am nächsten liegende Isolationsschicht aus weniger temperaturempfindlichen, elektrolytresistenten, aber auch schlechter isolierenden Schamottesteinen hergestellt Indem Steine aufeinander gestapelt werden, können sowohl die Seitenwände als auch der horizontale Wannenboden problemlos isoliert werden.In order not to let the heat escape through the trough or only to a small extent, a heat insulation layer has therefore been embedded within the outer steel trough for a long time. Usually stones from diatomaceous earth or moler stone are used. New moler stones have excellent insulation properties, but they are very sensitive to the bath components penetrating the carbon lining. For this reason, the insulation layer closest to the bathroom is often made of less temperature-sensitive, electrolyte-resistant, but also poorly insulating refractory bricks. By stacking stones on top of each other, both the side walls and the horizontal bathtub floor can be easily insulated.

In der US-PS 4 052 288 wird vorgeschlagen, die Auskleidungen von verbrauchten Elektrolysezellen, also Kohleresten und Isolation, zu mahlen und dann mit einer stark alkalischen Lösung zu behandeln, wobei die Fluoride von Natrium und Aluminium entfernt werden. Dem Filtrat wird noch ein Binder, im allgemeinen Petrolpech, zugegeben und so eine Paste zur Auskleidung von neuen Elektro-Iysezellen hergestelltIn US Pat. No. 4,052,288 it is proposed to grind the linings of spent electrolysis cells, ie coal residues and insulation, and then to treat them with a strongly alkaline solution, the fluorides being removed from sodium and aluminum. A binder, generally petroleum pitch, is added to the filtrate, thus producing a paste for lining new electrolytic cells

In der EP-OS 0 063 547 wird eine Elektrolysewanne beschrieben, in welcher mindestens die unteren 80% der Bodenisolation aus einer verfestigten Vulkanascheschicht bestehen, die restliche Bodenisolation aus einer Leckbarriere, weiche die Vulkanasche gegen die die Kohleauskleidung durchdringenden Badkomponenten abschirmtEP-OS 0 063 547 describes an electrolysis bath in which at least the lower 80% of the floor insulation consists of a solidified volcanic ash layer, the remaining floor insulation consists of a leak barrier which shields the volcanic ash against the bath components penetrating the carbon lining

Aus der EP-OS, Publikations-Nummer 0 142 459, ist bekannt, dass mindestens die unteren 75 % der Bodenisolation aus einer mit mechanischen Mitteln verfestigten Schicht aus einem Granulat mit einer im wesentlichen zwischen 0 und 8 mm variierenden Komgrösse hergestellt sein können. Dieses Granulat enthält die vollständig gemahlenen, sonst jedoch unbehandelten Isolationsschichten -ohne die vor dem Mahlen mechanisch aussortierten Kohlereste - von ersetzten Elektrolysewannen. Die restlichen 0 bis 25 % der Bodenisolation werden aus einer Lage Schamottesteinen, gemahlenen Schamottesteinen und/oder Hüttentonerde gebildet Die Seitenwände der Stahlwanne sind ausschliesslich mit Schamottesteinen isoliertFrom EP-OS, publication number 0 1 4 2 459, it is known that at least the lower 75% of the floor insulation can be made from a layer of granulate that has been solidified by mechanical means and has a grain size that varies essentially between 0 and 8 mm . This granulate contains the completely ground, but otherwise untreated insulation layers - without the coal residues mechanically sorted out before grinding - from replaced electrolysis tanks. The remaining 0 to 25% of the floor insulation is made up of a layer of firebrick, ground firebrick and / or metallurgical clay. The side walls of the steel tub are insulated exclusively with firebrick

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Elektrolysewanne für-die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse zu schaffen, bei welcher die Herstellungskosten für die thermische Isolation weiter gesenkt werden können, ohne dass die Qualität der Wanne in bezug auf Wärmeisolation und Lebensdauer darunter leidetThe inventors have set themselves the task of creating an electrolysis trough for the production of aluminum by melt flow electrolysis, in which the production costs for the thermal insulation can be further reduced without the quality of the trough in terms of thermal insulation and service life suffering as a result

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Seitenwände der Wanne bis 70 % der Höhe der Kathodenbarrenelemente mechanisch verdichtetes Granulat aus gemahlenen Isolationsschichten, darüber die thermisch und elektrisch isolierte Stahlwanne auskleidende Randsteine und die Fuge zwischen Randsteinen und Bodenkohlenelementen verschliessende, übliche Stampfmasse, enthalten.The object is achieved according to the invention in that the side walls of the trough contain mechanically compacted granules of ground insulation layers up to 70% of the height of the cathode bar elements, the curbs lining the thermally and electrically insulated steel trough and the conventional ramming compound sealing the joint between curbs and charcoal elements.

Bevorzugt enthalten die Seitenwände der Elektrolysewanne bis höchstens zum Niveau der Oberkanten bzw. der obersten Mantellinie der eisemen Kathodenbarren mechanisch verdichtetes GranulatThe side walls of the electrolysis tub preferably contain mechanically compacted granules up to the level of the upper edges or the uppermost surface line of the iron cathode bars

Falls die Bodenkohlenenelemente aus amorphem Kohlenstoff, Semigraphit oder Graphit in der Elektrolysewanne in seitlichem Abstand angeordnet und in die Fugen nach konventionellen Methoden eine dem Fachmann wohlbekannte Fugenstampfmasse eingesetzt ist, können nach einer Weiterbildung der Erfindung höchstens die unteren 70 % durch mechanisch verfestigtes Granulat aus gemahlenen Isolationsschichten ersetzt sein. Darüber ist die warm oder kalt eingebrachte, kohlenstoffhaltige Fugenstampfmasse eingebracht, welche beim Anfahren der Elektrolysezelle kalziniert wird.If the bottom carbon elements made of amorphous carbon, semigraphite or graphite are arranged at a lateral distance in the electrolysis trough and a joint ramming compound which is well known to the person skilled in the art is used in the joints according to a further development of the invention, at most the lower 70% can be obtained from mechanically solidified granules of ground insulation layers to be replaced. The warm or cold, carbon-containing grout is introduced, which is calcined when the electrolytic cell is started up.

Die Komgrösse des gemahlenen Granulats liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 4 mm.The grain size of the ground granules is preferably between 0.1 and 4 mm.

Wenn eine Elektrolysewanne ersetzt werden muss, wird die Auskleidung herausgebrochen und in den meisten Fällen verworfen. Beim Einsatz von Tonerde als Isolationsmittel ist es möglich, Aluminiumoxid aus der Bodenisolation zu rezyklieren, falls in der Hütte die notwendigen Einrichtungen vorhanden sind.If an electrolysis bath needs to be replaced, the lining is broken out and in most cases discarded. When using alumina as an insulation agent, it is possible to recycle aluminum oxide from the floor insulation if the necessary facilities are available in the hut.

Der Einsatz von Molersteinen und Tonerde als Isolationsmittel stellt für eine Aluminiumhütte einen beträchtlichen Kostenfaktor dar, weil beide Materialien teuer sind. In bekannten Elektrolysewannen werden im allgemeinen Bodenisolationen von drei Schichten Molersteinen und einer Schicht von gegen den Schmelzfluss besser beständigen, aber teureren Schamottesteinen hergestelltThe use of moler stones and alumina as insulation is a considerable cost factor for an aluminum smelter because both materials are expensive. In known electrolysis tanks, floor insulation is generally produced from three layers of moler stones and one layer of firebricks that are better resistant to the melt flow, but more expensive

Zur Herstellung des Granulats werden diese vier Steinschichten aus der zu ersetzenden Elektrolysewanne herausgebrochen und durch Mahlen aufbereitet. Allfällige Kohlestücke werden vorher mechanisch aussortiert, ebenso die grösseren Stücke von erstarrtem Aluminium. Das'gemahlene, jedoch keiner weiteren Behandlung unterworfene Granulat besteht somit hauptsächlich aus Molersteinen, zum geringeren Teil aus Schamotte, und kann auch kleinere Einschlüsse von Aluminium haben.To produce the granulate, these four stone layers are broken out of the electrolysis tank to be replaced and processed by grinding. Any coal pieces are mechanically sorted out beforehand, as are the larger pieces of solidified aluminum. The ground granules, but not subjected to any further treatment, thus consist mainly of moler stones, to a lesser extent chamotte, and can also have smaller inclusions of aluminum.

Das Granulat kann jedoch auch aus Elektrolysewannen stammen, deren Isolation bereits gemahlene Granulate enthält oder daraus besteht. Bei mehrmaliger Verwendung des Granulats wird eine zu ersetzende Elektrolysewanne vorerst demontiert, bis das mechanisch verfestigte Granulat der Bodenisolation offen daliegt. Ist diese noch gut, wird die Elektrolysewanne ohne weitere Verfahrensschritte mit der seitlichen Isolation wieder aufgebaut. Allfällige Agglomerationen werden mechanisch zerkleinert, zweckmässig durch Mahlen. Dabei werden grössere Stücke von Kohlenstoff und/oder Aluminium entfernt.However, the granules can also originate from electrolysis tanks, the insulation of which already contains or consists of ground granules. If the granulate is used several times, an electrolysis tank to be replaced is first dismantled until the mechanically consolidated granulate of the floor insulation is exposed. If this is still good, the electrolysis tank can be rebuilt with the side insulation without any further process steps. Any agglomerations are mechanically crushed, suitably by grinding. Larger pieces of carbon and / or aluminum are removed.

Das Aufbereiten des Granulats kann auch in situ, d.h. an Ort und Stelle in der Elektrolysewanne, erfolgen, indem beispielsweise ein Vibrierschlitten bis zu 20 Mal hin-und hergeführt wird.The preparation of the granulate can also be done in situ, i.e. in place in the electrolysis bath, for example by moving a vibrating slide back and forth up to 20 times.

Ausserhalb der Wanne aufbereitetes Granulat wird trocken in die Zelle eingeschüttet und dann beispielsweise durch Stampfen und/oder Vibrieren mechanisch verdichtet. Nasses Granulat wird vorher zweckmässig getrocknet.Granules prepared outside the trough are poured dry into the cell and then mechanically compacted, for example by pounding and / or vibrating. Wet granules are appropriately dried beforehand.

Die Höhe der verfestigten Granulatschicht der Bodenisolation beträgt bevorzugt 250-400 mm. Der oberste, 0-25 % der Gesamthöhe der Bodenisolation entsprechende Bereich kann zweckmässig aus einer Schicht von Schamottesteinen, gemahlenen Schamottesteinen und/oder Hüttentonerde bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann der unterste, ebenfalls 0-25 % der Gesamthöhe der Bodenisolation entsprechende Bereich aus Moler-oder Skamolexsteinen bestehen. Skamolex ist ein Isolierstein der dänischen Firma SKAMOL.The height of the solidified granulate layer of the floor insulation is preferably 250-400 mm. The uppermost area, which corresponds to 0-25% of the total height of the floor insulation, can expediently consist of a layer of firebricks, ground firebricks and / or metallurgical clay. Alternatively or additionally, the lowest area, which also corresponds to 0-25% of the total height of the floor insulation, can consist of Moler or Skamolex stones. Skamolex is an insulating stone from the Danish company SKAMOL.

Zum besseren Schutz der verfestigten Granulatschicht der Bodenisolation gegen die durch die Kohleauskleidung hindurchgedrungenen Schmelzflusskomponenten kann mit Vorteil zusätzlich eine Stahlfolie bzw. ein Stahlblech, die/das zweckmässig mit einer undurchlässigen, flexiblen Graphitmembran verbunden ist (vgl. beispielsweise TMS Paper No. LM 78/19 bzw. DE-OS 28 17 202), auf das Granulat gelegt werden. Die Stahlfolie bzw. das Stahlblech, ggf. mit der Graphitfolie, wirkt als Flusssperre.To better protect the solidified granulate layer of the floor insulation against the melt flow components that have penetrated through the coal lining, it is also advantageous to use a steel foil or sheet which is expediently connected to an impermeable, flexible graphite membrane (see, for example, TMS Paper No. LM 78/19 or DE-OS 28 17 202), are placed on the granules. The steel foil or the steel sheet, possibly with the graphite foil, acts as a flow barrier.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die schematischen vertikalen Teilschnitte zeigen in

  • Fig. 1 eine Elektrolysewanne in deren Querrichtung
  • Fig. 2 mittels einer Stampfmasse verbundene Bodenkohlenelemente in Wannenlängsrichtung
  • Fig. 3 eine Bodenisolation
  • Fig. 4 eine mit einer Graphitfolie beschichtete Stahlfolie.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing, for example. The schematic vertical partial sections show in
  • Fig. 1 shows an electrolysis pan in its transverse direction
  • Fig. 2 by means of a ramming mass connected coal elements in the longitudinal direction of the tub
  • Fig. 3 a floor insulation
  • 4 shows a steel foil coated with a graphite foil.

Die in Fig. 1 dargestellte Elektrolysewanne 10 hat eine äussere Stahlwanne 12, in welche mechanisch verdichtetes, gemahlenes Granulat 14 von Wannenausbrüchen eingebettet ist. Auf diesem Granulat ist eine Lage von Schamottesteinen 16 angeordnet, die von 5-10 mm Schamottekörnung 18 bedeckt ist. Granulat 14, Schamottesteine 16 und Schamottekörnung 18 bilden die Bodenisolation.The electrolysis trough 10 shown in FIG. 1 has an outer steel trough 12, in which mechanically compacted, ground granules 14 of trough breakouts are embedded. A layer of fireclay bricks 16 is arranged on this granulate, which is covered by 5-10 mm fireclay grain 18. Granules 1 4 , firebricks 16 and firebrick grit 1 8 form the floor insulation.

Die Bodenkohlenelemente 20 liegen horizontal auf der Schamottekörnung 18, sie haben eine Höhe h. Mit der gestrichelten Linie 22 ist das Niveau der Oberkanten bzw. obersten Mantellinie der eisernen Kathodenbarren angedeutet, welche im Schnitt nicht sichtbar sind.The bottom carbon elements 20 lie horizontally on the chamotte grain 18, they have a height h. The dashed line 22 indicates the level of the upper edges or uppermost surface line of the iron cathode bars, which are not visible in section.

Mit der Seitenwand der StahlWanne 12 ist der Randstein 24 (Kohlenstoff oder Siliziumkarbid) über eine elektrische und thermische Isolationsschicht 25 aus Schamotteplättchen oder Siliziumkarbid-Mörtel verbunden, der im vorliegenden Fall aus Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid besteht und bis
in den Bereich unterhalb der Bodenkohlenelemente 20 hinunterreicht. Der Randstein 24 ist auf eine Lage von Schamottesteinen 16 abgestützt.With the side wall of the steel tub 12, the curb 24 (carbon or silicon carbide) is connected via an electrical and thermal insulation layer 25 made of chamotte plates or silicon carbide mortar, which in the present case consists of carbon and / or silicon carbide and up
reaches down into the area below the bottom carbon elements 20. The curb 24 is supported on a layer of firebricks 16.

Die 20-25 cm breite Fuge 26 zwischen dem Randstein 24 und den Bodenkohlenelementen 20 ist bis zum Niveau 22 der Oberkanten bzw. obersten Mantellinie der eisernen Kathodenbarren mit dem Granulat 14 der Bodenisolation gefüllt und mechanisch verdichtet. Darüber ist eine übliche Fugenstampfmasse 28 angeordnet, welche das Granulat 14 vor dem schädigenden Angriff durch den in der Elektrolysewanne 10 enthaltenen Schmelzfluss schützt.The 20-25 cm wide joint 26 between the curb 24 and the bottom coal elements 20 is filled up to the level 22 of the upper edges or the uppermost surface line of the iron cathode bars with the granules 14 of the floor insulation and mechanically compacted. A conventional grout 28 is arranged above it, which protects the granules 14 from the damaging attack by the melt flow contained in the electrolysis tub 10.

Selbstverständlich kann der seitliche Bereich mit weiteren, in Fig. 1 nicht dargestellten Isolationsmaterialien ausgestattet sein.Of course, the side area can be equipped with further insulation materials, not shown in FIG. 1.

Nach der Ausführungsform von Fig. 2 sind die Bodenkohlenelemente 20 der Höhe h im Abstand angeordnet und direkt auf die hier ausschliesslich aus dem Granulat 14 bestehende Bodenisolation gelegt Die Fugen 30 zwischen den Bodenkohlenelementen 20 sind bis zum Niveau 22 der Oberkanten der eisernen Kathodenbarren 32 mit dem mechanisch verdichteten Granulat 14 wie die Bodenisolation gefüllt. Darüber ist die übliche Fugenstampfmasse 28 angeordnet.According to the embodiment of FIG. 2, the bottom carbon elements 20 of height h are arranged at a distance and placed directly on the bottom insulation, which here consists exclusively of the granulate 14. The joints 30 between the bottom carbon elements 20 are up to level 22 of the upper edges of the iron cathode bars 32 with the mechanically compacted granules 14 filled as the floor insulation. The usual grout 28 is arranged above this.

Die in Fig. 3 dargestellte Bodenisolation der gesamten Höhe b trägt die Bodenkohlenelemente 20, welche auf einer etwa 20 mm dicken Schamottekörnung 18 aufliegen. Darunter ist das mechanisch verdichtete Granulat 14 aus gemahlenen Isolationsschichten, welches den Hauptbestandteil der Bodenisolation bildet, angeordnet. Der unterste Teil der Bodenisolation besteht aus einer Schicht von Molersteinen 34. Diese haben wohl ausgezeichnete thermische Isolationseigenschaften, sie sind aber nicht sehr elektrolytbeständig. Die ganze Bodenisolation ist von der Stahlwanne 12 gestützt.The floor insulation of the entire height b shown in FIG. 3 supports the floor carbon elements 20, which rest on an approximately 20 mm thick chamotte grain 18. Underneath is the mechanically compacted granulate 14 made of ground insulation layers, which forms the main component of the floor insulation. The bottom part of the floor insulation consists of a layer of moler stones 34. These have excellent thermal insulation properties, but they are not very resistant to electrolytes. The entire floor insulation is supported by the steel tub 12.

Fig. 4 schliesslich zeigt eine Stahlfolie 36, die mit einer Graphitmembran 38 beschichtet ist und für den Einsatz als Flusssperre direkt oberhalb des mechanisch verfestigten Granulats 14 geeignet ist.4 finally shows a steel foil 36 which is coated with a graphite membrane 38 and is suitable for use as a flow barrier directly above the mechanically consolidated granulate 14.

Eine Elektrolysewanne mit der erfindungsgemässen Isolationweist folgende Vorteile auf:

  • -Gegenüber konventionellen Elektrolysezellen mit Isolationen aus Moler-und Schamottesteinen wird eine erhebliche Kosteneinsparung erzielt.
  • -Der Steinausbruch aus zu ersetzenden Zellen kann weitgehend verwendet werden.
  • -Beim Auslegen mit Granulat wird beträchtlich an Arbeitszeit eingespart.
  • -Die gemahlenen Granulate sind an Fluoriden gesättigt, weshalb sie im Betrieb weniger Fluoride aufnehmen. Dadurch wird der Kryolith-und AIF,-Verbrauch geringer.
  • -Es müssen keine neuen Steine zugeschnitten werden.
  • -Die Fahrt in die Deponie und die stets höher werdenden Deponiekosten entfallen- Deponien für Steinausbrüche müssen unten mit Kalziumverbindungen abgedichtet sein.
  • -Aus dem Hüttengelände kann die Lagerhaltung reduziert werden.
  • -Die Fluss-und Metalldurchdringungsmöglichkeiten in der Isolationsschicht sind geringer, weil keine Fugen vorhanden sind, das Schamotte-und Molermaterial vermischt ist und die Ecken und Unebenheiten besser ausgefüllt sind.
An electrolysis bath with the insulation according to the invention has the following advantages:
  • Compared to conventional electrolysis cells with insulation made of moler and firebrick, considerable cost savings are achieved.
  • -The stone excavation from cells to be replaced can be used to a large extent.
  • -When laying out with granules, considerable time is saved.
  • -The ground granules are saturated with fluorides, which is why they absorb fewer fluorides during operation. This reduces the cryolite and AIF, consumption.
  • -No new stones need to be cut.
  • -The trip to the landfill and the ever increasing landfill costs no longer apply- Landfill sites for stone breakouts must be sealed with calcium compounds below
  • -Storage can be reduced from the hut area.
  • -The flow and metal penetration in the insulation layer are less because there are no joints, the chamotte and moler material is mixed and the corners and bumps are better filled.

Temperaturmessungen bei seit längerer Zeit in Betrieb befindlichen Elektrolysezellen haben gezeigt, dass die Böden und Aussenwände von Elektrolysewannen mit erfindungsgemässen Isolationsschichten keine höheren Temperaturen anzeigen als diejenigen von Wannen mit konventionell zugestellten Isolationsschichten. Daher ist die Wärmeisolation mindestens als gleich gut zu bezeichnen.Temperature measurements in electrolysis cells that have been in operation for a long time have shown that the floors and outer walls of electrolysis trays with insulation layers according to the invention do not indicate any higher temperatures than those of trays with conventionally provided insulation layers. Therefore, the thermal insulation can be described as at least equally good.

Claims (9)

1. Elektrolysewanne für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse, bestehend aus einer äusseren Stahlwanne (12), einer wärmedämmenden Isolation und einer im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Innenauskleidung mit eisemen Kathodenbarren (32), wobei die Bodenisolation mindestens teilweise aus einer mit mechanischen Mitteln verfestigten Schicht aus einem Granulat (14) aus gemahlenen Isolationsschichten mit einer im wesentlichen zwischen 0,01 und 8 mm variierenden Komgrösse besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Seitenwände der Wanne (10) bis höchstens 70 % der Höhe (h) der Kathodenbarrenelemente (20) mechanisch verdichtetes Granulat (14) aus gemahlenen Isolationsschichten, darüber thermisch und elektrisch isolierte die Stahlwanne (12) auskleidende Randsteine (24) und die Fuge (26) zwischen Randsteinen (24) und Bodenkohlenelementen (20) verschliessende, übliche Stampfmasse (28) enthalten.1. Electrolysis tub for the production of aluminum by melt flow electrolysis, consisting of an outer steel tub (12), a thermal insulation and an essentially carbon inner lining with iron cathode bars (32), the floor insulation at least partially from a layer consolidated by mechanical means consists of a granulate (14) of ground insulation layers with a grain size that varies essentially between 0.01 and 8 mm,
characterized in that
the side walls of the tub (10) up to a maximum of 70% of the height (h) of the cathode bar elements (20) mechanically compacted granulate (14) from ground insulation layers, thermally and electrically insulated curbs (24) lining the steel tub (12) and the joint ( 26) between conventional stones (24) and bottom carbon elements (20) which contain conventional ramming compound (28). 2. Elektrolysewanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände der Wanne (10) bis höchstens zum Niveau (22) der Oberkanten bzw. obersten Mantellinie der eisernen Kathodenbarren (32) Granulat (14) enthalten.2. Electrolysis tub according to claim 1, characterized in that the side walls of the tub (10) up to at most the level (22) of the upper edges or uppermost surface line of the iron cathode bars (32) contain granules ( 1 4). 3. Elektrolysewanne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fugen (30) zwischen den in seitlichem Abstand angeordneten Bodenkohlenelementen - (20) auf höchstens 70% ihrer Höhe mechanisch verdichtetes Granulat (14) aus gemahlenen Isolationsschichten, darüber übliche Fugenstampfmasse (28) angeordnet ist3. Electrolysis tub according to claim 1 or 2, characterized in that in the joints (30) between the floor carbon elements arranged at a lateral distance - (20) mechanically compressed granules (14) from ground insulation layers, above usual joint ramming compound ( 28) is arranged 4. Elektrolysewanne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gemahlene Granulat - (14) hauptsächlich aus Molersteinen, zum kleineren Teil aus Schamotte, je nach dem Isolationsmaterial der zu ersetzenden Elektrolysewanne/n (10), und geringen Einschlüssen aus Aluminium besteht4. Electrolysis bath according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ground granules (14) mainly from moler stones, to a smaller extent from chamotte, depending on the insulation material of the electrolysis bath (s) to be replaced (10), and small inclusions There is aluminum 5. Elektrolysewanne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (14) aus aufbereitetem Granulat einer demontierten Wanne besteht, vorzugsweise in situ aufbereitet.5. Electrolysis tub according to one of claims 1 to 4, characterized in that the granulate (14) consists of processed granulate of a dismantled tub, preferably processed in situ. 6. Elektrolysewanne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stahlwanne - (12) und den Randsteinen (24) eine Isolationsschicht (25) angeordnet ist, welche vorzugsweise aus Schamotteplättchen oder Siliziumkarbid-Mörtel besteht6. Electrolysis tub according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the steel tub - (12) and the curbs (24) an insulation layer (25) is arranged, which preferably consists of fireclay tiles or silicon carbide mortar 7. Elektrolysewanne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Randsteine - (24) eine Schicht aus Schamottesteinen (16) angeordnet ist7. Electrolysis bath according to one of claims 1 to 6, characterized in that a layer of firebricks (16) is arranged below the curbs (24) 8. Élektrolysewanne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oberste, 0-25% der Gesamthöhe der Bodenisolation entsprechende Bereich aus einer Lage Schamottesteinen (16), einer Schamottekömung (18) und/oder Hüttentonerde besteht8. electrolysis tub according to one of claims 1 to 7, characterized in that the uppermost, 0-25% of the total height of the floor insulation corresponding area consists of a layer of firebricks (16), a fireclay ( 1 8) and / or metallurgical clay 9. Elektrolysewanne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der unterste, 0-25% der Gesamthöhe der Bodenisolation entsprechende Bereich aus Moler-und/oder Skamolexsteinen (34) besteht9. Electrolysis bath according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lowest, 0-25% of the total height of the floor insulation corresponding area consists of moler and / or Skamolex stones (3 4 )
EP86810030A 1985-02-15 1986-01-21 Electrolytic cell Withdrawn EP0193491A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH720/85 1985-02-15
CH72085 1985-02-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0193491A1 true EP0193491A1 (en) 1986-09-03

Family

ID=4193611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP86810030A Withdrawn EP0193491A1 (en) 1985-02-15 1986-01-21 Electrolytic cell

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4673481A (en)
EP (1) EP0193491A1 (en)
AU (1) AU5339186A (en)
IS (1) IS3076A7 (en)
NO (1) NO860521L (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989002490A1 (en) * 1987-09-16 1989-03-23 Eltech Systems Corporation Composite cell bottom for aluminum electrowinning
US6692620B2 (en) * 2002-04-27 2004-02-17 Moltech Invent S.A. Aluminium electrowinning cell with sidewalls resistant to molten electrolyte
CN101302629B (en) * 2008-07-04 2011-06-15 河南神火铝业股份有限公司 Novel aluminum cell furnace building process
RU2449060C2 (en) * 2010-08-13 2012-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Electrolysis unit bottom for obtaining aluminium
CN103668329A (en) * 2012-08-31 2014-03-26 沈阳铝镁设计研究院有限公司 Side block composite filling material structure
RU2608942C1 (en) * 2015-09-10 2017-01-26 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Primary aluminium production reduction cell cathode lining
CN112831803B (en) * 2021-01-05 2021-11-16 中南大学 Double-layer closed aluminum electrolytic cell and upper heat-insulating cover thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1553345A (en) * 1967-02-01 1969-01-10
DE2740340A1 (en) * 1976-09-07 1978-03-09 Mitsubishi Light Metal Ind METHOD FOR REDUCING HEAT RADIATION FROM A CELL FOR THE ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXIDE
FR2388901A1 (en) * 1977-04-25 1978-11-24 Union Carbide Corp LINING OF THE BOTTOM OF THE OUTER STEEL SHELL OF AN ELECTROLYTIC ORE REDUCTION TANK
GB2103657A (en) * 1981-07-18 1983-02-23 British Aluminium Co Ltd Electrolytic cell for the production of aluminium

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2338336A1 (en) * 1976-01-13 1977-08-12 Pechiney Aluminium NEW PROCESS FOR BRAZING TANKS FOR IGNEE ELECTROLYSIS
CH653711A5 (en) * 1981-04-22 1986-01-15 Alusuisse ELECTROLYSIS PAN.
US4411758A (en) * 1981-09-02 1983-10-25 Kaiser Aluminum & Chemical Corporation Electrolytic reduction cell
CH657629A5 (en) * 1983-08-25 1986-09-15 Alusuisse ELECTROLYSIS PAN.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1553345A (en) * 1967-02-01 1969-01-10
DE2740340A1 (en) * 1976-09-07 1978-03-09 Mitsubishi Light Metal Ind METHOD FOR REDUCING HEAT RADIATION FROM A CELL FOR THE ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM OXIDE
FR2388901A1 (en) * 1977-04-25 1978-11-24 Union Carbide Corp LINING OF THE BOTTOM OF THE OUTER STEEL SHELL OF AN ELECTROLYTIC ORE REDUCTION TANK
GB2103657A (en) * 1981-07-18 1983-02-23 British Aluminium Co Ltd Electrolytic cell for the production of aluminium

Also Published As

Publication number Publication date
AU5339186A (en) 1986-08-21
IS3076A7 (en) 1986-08-16
NO860521L (en) 1986-08-18
US4673481A (en) 1987-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69809202T2 (en) ALUMINUM MANUFACTURING CELL AND CATHODE
DE69532052T2 (en) Horizontal cathode surface drained with recessed grooves for aluminum electrical extraction
DE2105247C3 (en) Furnace for the fused aluminum electrolysis
EP0517100B1 (en) Electrolytic cell for the production of aluminum
DE2817202A1 (en) EXPANDED GRAPHITE BARRIER ON THE BOTTOM OF AN ELECTROLYTIC CELL
DE3015244A1 (en) CATHODE POWER SUPPLY ELEMENT FOR CELLS FOR ELECTROLYTIC REDUCTION OF ALUMINUM
CH643885A5 (en) ELECTRODE ARRANGEMENT OF A MELTFLOW ELECTROLYSIS CELL FOR PRODUCING ALUMINUM.
EP0063547B1 (en) Electrolysis vat
EP0193491A1 (en) Electrolytic cell
DE3506200A1 (en) CATHODE TUB FOR AN ALUMINUM ELECTROLYSIS CELL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF THE COMPOSITE BODIES THEREOF THE SIDE WALL
EP0552402B1 (en) Refractory material for an electrolysis cell, process for the production and use thereof
DE3405762C2 (en) Cell for refining aluminum
DE3880940T2 (en)
CH496932A (en) Liner for furnace furnaces to hold molten metal
EP0142459B1 (en) Electrolysis vat
DE69837966T2 (en) CELL FOR ALUMINUM MANUFACTURE WITH DRAINABLE CATHODE
DE1146259B (en) Process for lining the walls of the cathode trough of an aluminum electrolysis cell and cathode trough manufactured using this process
DE3828280C2 (en) Electric melting furnace for solidifying highly radioactive waste in glass
EP0099331B1 (en) Aluminium electrolysis cell pot
DE1153538B (en) Aluminum electrolytic furnace
EP0109358A1 (en) Cathode for a molten bath electrolytic cell
DE1092216B (en) Current-carrying elements and their use in electrolytic cells for the extraction or refining of aluminum
DE3435200A1 (en) ALUMINUM OXIDE REDUCTION CELL
AT208090B (en) Cell for the melt-flow electrolysis of compounds of such metals, the density of which is greater than the density of the electrolysis bath, in particular of Al2O3
EP3350358B1 (en) Cathode bottom for producing aluminum

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT CH DE FR GB IT LI NL

17P Request for examination filed

Effective date: 19870216

17Q First examination report despatched

Effective date: 19880229

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19880802

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: SCHARPEY, WILHELM