JPS6325077B2 - - Google Patents
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- JPS6325077B2 JPS6325077B2 JP55049091A JP4909180A JPS6325077B2 JP S6325077 B2 JPS6325077 B2 JP S6325077B2 JP 55049091 A JP55049091 A JP 55049091A JP 4909180 A JP4909180 A JP 4909180A JP S6325077 B2 JPS6325077 B2 JP S6325077B2
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- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は低温電解浴(B)でアルミニウムを含む種
種の原料(R)からアルミニウムを電解により製
造する独特な系に関する。本発明の基礎は陰極(H)
に析出させるアルミニウムの唯一源である独特の
陽極(A)である。この陽極(A)はアルミニウム源、通
常はアルミナAl2O3と炭素のような還元剤との組
合せを含む。陽極の伝導率を増すために導体(D)が
陽極(A)と合体され、また原料(R)を入れるため
膜(M)が使用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a unique system for electrolytically producing aluminum from various aluminum-containing raw materials (R) in a low temperature electrolytic bath (B). The basis of this invention is the cathode (H)
A unique anode (A) that is the only source of aluminum deposited on This anode (A) comprises a combination of an aluminum source, usually alumina Al 2 O 3 and a reducing agent such as carbon. A conductor (D) is combined with the anode (A) to increase the conductivity of the anode, and a membrane (M) is used to contain the raw material (R).
陽極(A)と陰極(H)を含む電解槽(C)は傾斜壁電極ま
たは垂直壁電極を有する種々の構造形態をとるこ
とができる。好ましい具体例においては、当該独
特の陽極で低温で使う場合は、傾斜壁電極が一層
経済的で実際的である。 The electrolytic cell (C) containing the anode (A) and the cathode (H) can take various constructional forms with inclined wall electrodes or vertical wall electrodes. In a preferred embodiment, a sloped wall electrode is more economical and practical when used at low temperatures with the unique anode.
電解浴(B)は塩化物またはフツ化物またはその混
合物からなることができ、当該浴にアルミニウム
塩の初期添加を必要としない。本発明の1形態で
ある塩化アルミニウムサイクルでは、塩化アルミ
ニウムを浴中に存在させ、浴中の複合陽極(A)の反
応により塩化アルミニウムを一定濃度に維持して
陰極での還元のためのアルミニウムイオンを形成
する。全フツ化物浴を使う本発明の別の形態で
は、陰極(H)で析出さすため陽極(A)でもアルミニウ
ムをイオン化する。 The electrolytic bath (B) can consist of chlorides or fluorides or mixtures thereof and does not require the initial addition of aluminum salts to the bath. In the aluminum chloride cycle, which is one form of the present invention, aluminum chloride is present in the bath, and the aluminum chloride is maintained at a constant concentration by the reaction of the composite anode (A) in the bath, and aluminum ions are used for reduction at the cathode. form. In another version of the invention using a total fluoride bath, the aluminum is also ionized at the anode (A) for deposition at the cathode (H).
電解槽
本発明の電解系は、アルミニウムの独特の連続
式製造のため添付図面に示した電解槽(C)を利用す
る。Electrolytic Cell The electrolytic system of the present invention utilizes an electrolytic cell (C) shown in the accompanying drawings for the unique continuous production of aluminum.
第1〜6図において、電解槽構造の1形態は一
般に10で示され、単に熱絶縁体としてまたは絶
縁体と電極の両者として役立つことのできる耐火
内張り14を有する外側鋼シエルからなつてい
る。この耐火内張りは溶融電解浴16の作用に耐
える材料のいずれであつてもよい。通常の垂直側
面15および底17を有する耐火内張りは当該槽
の操作で望む熱平衡を維持するように設計され、
したがつて耐火物表面上の凝固塩の薄層および鋼
シエル12の表面上の熱い外壁の両者で生じる小
さな温度勾配を達成さすために断面をごく薄くす
ることができる。鋼シエル上の冷却表面で生じる
耐火内張り内に塩の凝固析出層を達成するために
耐火内張は全く厚くすることもできるが、これは
第1〜6図の垂直側面槽では不必要である。これ
に対し、第7図の傾斜側面電極槽では、陰極19
は陽極の両側面に形成された導電性内張りであ
る。望むときは陰極19とシエル12の間に熱お
よび電気絶縁内張りを置くことができる。塩の固
体層が電極の両側面上に集まるのを防ぐために、
凝固線はこの導電性内張または陰極19の境界内
にあるべきである。このような塩の層は電気絶縁
体として働らき、有効な電流を妨げる。 In Figures 1-6, one form of electrolyzer construction is shown generally at 10 and consists of an outer steel shell with a refractory lining 14 that can serve solely as a thermal insulator or as both an insulator and an electrode. This refractory lining may be any material that withstands the action of the molten electrolytic bath 16. A refractory lining with conventional vertical sides 15 and a bottom 17 is designed to maintain the desired thermal balance in the operation of the vessel;
The cross section can therefore be made very thin in order to achieve a small temperature gradient created both in the thin layer of coagulation salt on the refractory surface and in the hot outer wall on the surface of the steel shell 12. The refractory lining can be made quite thick to achieve a solidified precipitation layer of salt within the refractory lining that occurs at the cooling surface on the steel shell, but this is unnecessary in the vertical sided vessels of Figures 1-6. . On the other hand, in the inclined side electrode tank of FIG. 7, the cathode 19
are conductive linings formed on both sides of the anode. A thermal and electrical insulating lining can be placed between cathode 19 and shell 12 if desired. To prevent a solid layer of salt from collecting on both sides of the electrode,
The coagulation line should be within the boundaries of this conductive lining or cathode 19. Such a salt layer acts as an electrical insulator and prevents useful electrical current flow.
気密閉鎖を得るために当該槽の頂部にふた18
をつけ、これは塩化物含有浴にだけ必要である。
こうして空気または水分が槽内に洩れまたは塩組
成物16の蒸気が洩れ出て環境と反応するのを防
ぐ。ふた18は耐火材料20で内張りでき、この
耐火材料は耐火内張り14と同一であることがで
き、または槽の温度平衡を維持しかつ塩組成物1
6に対し化学的に不活性なことをみたす他の耐火
材料であることができる。シール22がふた18
に支持されており、電極24,25,26に対し
固着され大気の空気および水分が槽内に洩れるこ
とまたは槽から蒸気が環境に出るのを防ぐ。ふた
18および電極のまわりのシーリングは蒸気の洩
れを防ぐどの手段であることもでき、操作温度に
耐えることができまた電解液蒸気に耐える標準の
または通常のパツキングおよびガスケツト材料で
あることができる。このようなパツキングガスケ
ツト用の許容される材料はアスベスト、繊維状セ
ラミツクス、テフロン、ビトロン、シリコーン、
液体金属シールたとえば水銀、液体はんだ、ス
ズ、鉛などを含む。 A lid 18 is placed on the top of the tank to obtain an airtight closure.
, which is only necessary for chloride-containing baths.
This prevents air or moisture from escaping into the vessel or vapors of the salt composition 16 from escaping and reacting with the environment. The lid 18 can be lined with a refractory material 20, which can be the same as the refractory lining 14, or which maintains the temperature equilibrium of the vessel and contains the salt composition 1.
The refractory material may be any other refractory material that is chemically inert to 6. The seal 22 is the lid 18
and is secured to the electrodes 24, 25, 26 to prevent atmospheric air and moisture from leaking into the tank or vapor from the tank to the environment. The sealing around the lid 18 and electrodes can be any means to prevent vapor leakage and can be standard or conventional packing and gasketing materials that can withstand operating temperatures and withstand electrolyte vapors. Acceptable materials for such packing gaskets include asbestos, fibrous ceramics, Teflon, Vitron, silicone,
Liquid metal seals such as mercury, liquid solder, tin, lead, etc.
電極24,25,26は陽極、陰極、または復
極電極であることができる。これらは槽操作に対
し電流をはこぶため固体または被覆導体を含むこ
とができる。これらの導体は150〜1060℃の範囲
である槽内温度に耐えることができ、ハロゲン化
組成物16に対し安定で、良好な電気導体である
どの材料であることもできる。この目的に有用な
材料は伝熱平衡のため適当な大きさにした炭素、
黒鉛、炭化チタン、窒化チタン、またはホウ化チ
タン、アルミニウム金属である。これらの導体用
の好ましい材料は、復極方式で操作する場合は黒
鉛および二ホウ化チタンであることがわかつた。 Electrodes 24, 25, 26 can be anodes, cathodes, or depolarized electrodes. These can include solid or coated conductors to carry current for cell operation. These conductors can be any material that can withstand bath temperatures ranging from 150 to 1060°C, is stable to the halogenated composition 16, and is a good electrical conductor. Materials useful for this purpose are carbon, suitably sized for heat transfer balance;
Graphite, titanium carbide, titanium nitride, or titanium boride, aluminum metal. Preferred materials for these conductors have been found to be graphite and titanium diboride when operated in a depolarized manner.
塩化アルミニウムサイクル槽は、煙突からのガ
ス状エレメントの流れを制御しまた連続操作のた
め槽内に圧力の蓄積を確保するために弁30を有
する煙突または出口管28も含む。槽から出るガ
ス状蒸気は酸化された還元剤の蒸気であり、とり
わけ塩化アルミニウム含有塩からは少しも塩素ガ
スは検出されない。たとえ塩素が生成しても、こ
れは陽極26で反応し、塩化アルミニウムとして
再循環される。溶融アルミニウム32は通常のせ
ん34により出され、または当該技術でよく知ら
れた真空標準サイホン法より抜き出される。 The aluminum chloride cycle tank also includes a chimney or outlet pipe 28 having a valve 30 to control the flow of gaseous elements from the chimney and to ensure pressure buildup within the tank for continuous operation. The gaseous vapor leaving the tank is that of the oxidized reducing agent, and in particular no chlorine gas is detected from the aluminum chloride-containing salt. Even if chlorine is produced, it reacts at the anode 26 and is recycled as aluminum chloride. The molten aluminum 32 is discharged by a conventional screw 34 or by vacuum standard siphoning techniques well known in the art.
第4図は第1図の槽設計の変形を示し、再び垂
直側面電極19を示している。シエル12と耐火
物14を含む槽構造は前記と同一であり、陽極と
して働らく電極44は第2図、第2A図または第
2B図に示した陽極の一つであることができる
が、好ましくは第3図の陽極である。陽極44は
フツ化物塩または塩化物質またはその混合物を含
む電解液に浸漬され、一般に670〜810℃の温度に
加熱される。槽の底で、耐火絶縁物14上に置か
れた陰極棒45上にブロツク46があり、これは
好ましくは陽極44よりわずかに広くて、陰極棒
45への適当な電気接続により陰極として働ら
く。ブロツク46は前記電極材料のどれからもつ
くることができる。ブロツク46は陽極の浸食の
唯一の表面である陽極44の基部50の近くにの
びるべきである。このような電極配置に対する一
層近接した陽極―陰極間隔は、ブロツク46が溶
融アルミニウム32の水準以上に上るときも可能
である。アルミニウムは陰極ブロツク46上に析
出すると、その表面はぬらされ、アルミニウムは
ブロツクから槽の底でプール32に流出し、望む
ときは34で出される。 FIG. 4 shows a variation of the cell design of FIG. 1, again showing vertical side electrodes 19. FIG. The tank structure including shell 12 and refractory 14 is the same as described above, and electrode 44 serving as an anode can be one of the anodes shown in FIG. 2, FIG. 2A or FIG. 2B, but is preferred. is the anode in Figure 3. The anode 44 is immersed in an electrolyte containing fluoride salts or chlorides or mixtures thereof and heated to a temperature typically between 670 and 810C. At the bottom of the vessel, on a cathode rod 45 placed on the refractory insulation 14, there is a block 46, which is preferably slightly wider than the anode 44, and which by means of a suitable electrical connection to the cathode rod 45 serves as a cathode. . Block 46 can be made from any of the electrode materials mentioned above. Block 46 should extend near the base 50 of anode 44, which is the only surface of anode erosion. Closer anode-cathode spacing for such electrode arrangements is also possible when block 46 rises above the level of molten aluminum 32. As the aluminum is deposited on the cathode block 46, its surface is wetted and the aluminum flows from the block into a pool 32 at the bottom of the bath and is removed at 34 when desired.
第4図は又模式的に示された、浴水準の上方し
かし好ましくは下方で陽極の底に隣接して陽極4
4と接触していて陽極の抵抗による電力損失を最
小にする電力取付けクランプ47を示している。
陽極44はたとえば第3図、第12図、第13図
に示した構造であることができる。複合陽極は優
先的に浴に溶解するから、クランプは陽極として
働らかない。クランプ47は連続的に浴内に供給
できるように陽極44を部分的にまたは完全に囲
むことができる。クランプは導電性の適当な不活
性材料からなる。この材料としては黒鉛、炭素、
TiB2またはその混合物がある。クランプと陽極
間の電気接続は突出た接点またはこぶ48によ
る。クランプ47への電力の取付けは槽頂部上方
にのびている適当な割れた円筒形導体49によ
る。 FIG. 4 also schematically shows an anode 4 adjacent to the bottom of the anode above but preferably below the bath level.
A power attachment clamp 47 is shown in contact with 4 to minimize power loss due to anode resistance.
The anode 44 can have the structure shown in FIGS. 3, 12, and 13, for example. Since the composite anode preferentially dissolves in the bath, the clamp does not act as an anode. Clamp 47 can partially or completely surround anode 44 for continuous feeding into the bath. The clamp is made of a suitable inert material that is electrically conductive. This material includes graphite, carbon,
There is TiB 2 or a mixture thereof. The electrical connection between the clamp and the anode is by a raised contact or nub 48. Attachment of power to clamp 47 is by means of a suitable split cylindrical conductor 49 extending above the top of the tank.
新しいアルミニウム物質を供給するため陽極を
定期的に変える代りに、本発明は第5図に示した
ような連続操作のための供給機構または予備焼成
型またはゼーダーベルグ型の第4図に示したよう
な電極の連続供給に適合できる。 Instead of periodically changing the anode to supply fresh aluminum material, the present invention uses a feed mechanism for continuous operation as shown in FIG. Can be adapted to continuous supply of electrodes.
第5図の槽(C)を通し上方に突出て陽極52があ
り、この陽極は溶融体16内に深く浸入している
が、アルミニウムの溶融アルミニウムプール32
または陰極ブロツク46の上方に留まつている。
陽極52のまわりには、アルミニウム物質と還元
剤とからなる一般に(R)で示した陽極原料があ
る。この陽極混合物は0.025〜約25.4mm(0.001〜
約1.0インチ)またはそれ以上の小さな粒度に形
成でき、押出し、成形などで形成したものである
ことができ、ホツパー54により槽に供給され
る。アルミニウム物質と還元剤の原料粒子は特に
58で見分けられ、陽極52に密接に接触してア
ルミニウムと還元剤の必要源となる。 Projecting upwardly through the tank (C) of FIG.
Or it remains above the cathode block 46.
Surrounding the anode 52 is an anode material, generally designated (R), consisting of an aluminum material and a reducing agent. This anode mixture ranges from 0.025 to about 25.4mm (0.001 to
The particles can be formed into small particle sizes (about 1.0 inch) or larger, and can be formed by extrusion, molding, etc., and are fed to the tank by a hopper 54. Raw particles of aluminum material and reducing agent are particularly identified at 58 and in intimate contact with the anode 52, providing the necessary source of aluminum and reducing agent.
これらの陽極原料は陽極52を囲む多孔膜容器
60に入れることによつて互にまた陽極52と密
接に接触して保たれる。陽極物質58が使い果さ
れまたその水準が実質上溶融浴16の水準以下に
下るときは、フイード54を操作して追加の陽極
物質58を多孔性膜容器60に添加する。 These anode materials are kept in intimate contact with each other and the anode 52 by placing them in a porous membrane container 60 surrounding the anode 52. When the anode material 58 is used up and its level falls substantially below the level of the molten bath 16, the feed 54 is operated to add additional anode material 58 to the porous membrane vessel 60.
第6図の具体例では、復極式電槽が示されてい
る。また、同一の数字によつて類似の構造を指定
してある。 In the specific example of FIG. 6, a bipolar type battery case is shown. Also, similar structures are designated by the same numerals.
当該槽のどちらかの端で適当な電源に接続され
た1対の電極が存在する以外は、復極式電槽の操
作には同一の基本原理が存在する。電極の一つ6
4は陰極であり、反対端に陽極66がある。電極
64と66の間には、互に未接続のまたは電源に
接続していない間隔を置いた電極群68がある。
電極68および陽極66の各々には、第5図の6
0に記載したものと同一型の多孔性膜容器60が
固定されている。しかし、復極式電槽の多孔性膜
60は1側面として電極66または68の一つを
有して陽極原料58の囲いを形成している。 The same basic principles exist for the operation of depolarized cells, except that there is a pair of electrodes connected to a suitable power source at either end of the cell. One of the electrodes 6
4 is a cathode, and at the opposite end is an anode 66. Between electrodes 64 and 66 are spaced apart electrodes 68 that are not connected to each other or to a power source.
Each of the electrode 68 and the anode 66 has a
A porous membrane container 60 of the same type as that described in 0 is fixed. However, the porous membrane 60 of the depolarized cell has one of the electrodes 66 or 68 on one side to form an enclosure for the anode material 58.
復極式電槽においては、陽極66に最も近い電
極の側面は負に荷電し、陰極64に面した電極6
8の側面は正に荷電するようになる。電極68の
この側面72は陽極として働らき、また陽極原料
58と接触する側面である。ついで電解は電極6
8の負側にアルミニウムを生じ、同一電極の正ま
たは陽極側にCO2を生じる。アルミニウムは底の
プール32に落下し、常法で集められる。 In a depolarized battery case, the side of the electrode closest to the anode 66 is negatively charged, and the side of the electrode 6 facing the cathode 64 is negatively charged.
The side of 8 becomes positively charged. This side 72 of electrode 68 serves as an anode and is the side that contacts anode raw material 58 . Next, electrolysis is done at electrode 6.
8 produces aluminum on the negative side and CO 2 on the positive or anode side of the same electrode. The aluminum falls into the bottom pool 32 and is collected in the conventional manner.
第7〜11図には、傾斜側面電極―電解槽が示
され、これは本発明の陽極組成物と組合せてアル
ミニウムの電解析出において実質上の経済性を生
じる。 7-11, a sloped side electrode-electrolyzer is shown which, in combination with the anode composition of the present invention, yields substantial economies in the electrolytic deposition of aluminum.
典型的ホール槽(Hall cell)操作においては、
アルミニウム還元槽はアルミニウムプールのうね
りによる磁場効果と「逆反応」を考慮に入れる必
要のある陽極―陰極間隔をもつ。このような考慮
は、すべての浸食が起る陽極の底表面とアルミニ
ウムプールまたは陰極の頂部との間に約38.1およ
び50.8mm(1.5および2.0インチ)より近い間隔を
妨げる。垂直側面を使うホール槽構造においてま
たは傾斜側面電極を使う試みにおいて、陰極およ
び陽極間に一層大きい間隔を必要とするさらに同
等に重要な理由は、要求される高温とアルミナの
溶解のため高温を保持するため必然的に含まれる
浸食性塩により寸法安定性を維持することの著し
く困難なことである。傾斜側面電極の槽とアルミ
ニウムの唯一の源を与えるため酸化アルミニウム
と還元剤を利用する陽極との組合せにおいては、
アルミニウムの溶融温度のちようど上程度の低い
温度を使つて寸法不安定性に関する問題を最小に
し、したがつて本発明の槽は過去には達成できな
かつた一層近い陽極―陰極間隔で構成できる。そ
こで、傾斜壁間に許される近い間隔および陽極電
流密度の減少により塩において一層低いIR電力
降下を達成するのは、当該陽極と槽構成のための
傾斜壁の特定の組合せである。 In typical Hall cell operation,
The aluminum reduction tank has an anode-cathode spacing that must take into account magnetic field effects and "reverse reactions" due to the undulation of the aluminum pool. Such considerations preclude a spacing closer than about 1.5 and 2.0 inches between the bottom surface of the anode and the top of the aluminum pool or cathode, where all erosion occurs. A further equally important reason for the need for greater spacing between the cathode and anode in hole tank configurations using vertical sides or in attempts to use sloped side electrodes is the high temperature required and the maintenance of high temperatures due to the dissolution of the alumina. This makes it extremely difficult to maintain dimensional stability due to the corrosive salts that are necessarily present. In combination with a sloped-sided electrode bath and an anode that utilizes aluminum oxide and a reducing agent to provide the sole source of aluminum,
Low temperatures, just above the melting temperature of aluminum, are used to minimize problems with dimensional instability, so the cells of the present invention can be constructed with closer anode-to-cathode spacings not achievable in the past. Thus, it is the particular combination of sloped walls for the anode and cell configuration that achieves lower IR power drop in the salt due to the close spacing allowed between sloped walls and the reduction in anode current density.
本質的に、第7〜11図の槽は前記と類似であ
るが、ただし傾斜表面が電極を形成している。こ
の槽構造においては、陽極74は図示したように
外面にあり下方におよび内側に向いた傾斜側面7
6を有しているが、角度の方向は少しも重要では
ない。この側面の傾斜は浴(B)の水準からどの方向
またはどの角度であることもできる。この角度は
浴水準から10〜80度またはそれ以上変化できる。
傾斜側面電極の陽極底および浴16に浸漬される
傾斜陽極側面のその部分を使うことにより、陽極
は一層大きい表面積にわたり浸食し、陰極で最終
的に析出するアルミニウムを供給する。 Essentially, the vessels of Figures 7-11 are similar to those described above, except that the sloped surfaces form the electrodes. In this tank construction, the anode 74 is on the outer surface as shown with downwardly and inwardly facing slanted sides 7.
6, but the direction of the angle is not of any importance. The slope of this side can be in any direction or at any angle from the level of the bath (B). This angle can vary from 10 to 80 degrees or more from the bath level.
By using the anode bottom of the sloped side electrode and that portion of the sloped anode side immersed in bath 16, the anode erodes over a larger surface area, providing aluminum that is ultimately deposited at the cathode.
陰極78は陽極の傾斜側面76に相互に補足す
る形状の表面79を有して、間隔(Y)によつて
示されるような側面に電極間隔を与える。この間
隔は6.35〜63.5mm(0.25〜2.5インチ)であること
ができる。一層大きい間隔は一層大きいエネルギ
ー消費を生じる。第7図の陽極74の底80とア
ルミニウムプール84の一部分を形成するアルミ
ニウム層82の表面の間の間隔は(X)で示さ
れ、6.35〜63.5mm(0.25〜2.5インチ)であること
ができる。好ましくは間隔(X)および(Y)は
6.35〜25.4mm(約0.25〜1.0インチ)であるべきで
ある。 The cathode 78 has a complementary shaped surface 79 on the sloped side 76 of the anode to provide electrode spacing on the sides as indicated by spacing (Y). This spacing can be 6.35-63.5 mm (0.25-2.5 inches). Larger spacing results in greater energy consumption. The spacing between the bottom 80 of the anode 74 and the surface of the aluminum layer 82 forming a portion of the aluminum pool 84 in FIG. 7 is shown (X) and can be between 0.25 and 2.5 inches. . Preferably the spacing (X) and (Y) are
It should be 6.35-25.4mm (approximately 0.25-1.0 inch).
固化浴層86の上方の陽極および陰極の間の間
隔は本発明の有用性に対し重要ではない。しか
し、陽極と陰極の間の間隔(X)および(Y)は
望む電流密度および陽極浸食に依存して等しいか
または異なることができるが、上記のように近く
セツトするとき実質上エネルギー消費の節約を生
じる。 The spacing between the anode and cathode above solidified bath layer 86 is not critical to the usefulness of the present invention. However, the spacing (X) and (Y) between the anode and cathode can be equal or different depending on the desired current density and anodic erosion, but there is a substantial savings in energy consumption when set close as above. occurs.
当該槽の陰極を形成する内張り78は炭素、二
ホウ化チタンなどのような電解槽で使われる典型
的材料からなることができ、陽極74の外形に適
合するよう前述のような形状である。さらに、こ
の内張りの底はアルミニウムの捕集井戸92に導
びくアルミニウムプール用の傾斜床90を有して
いる。みられるように、傾斜床90はアルミニウ
ム層の限られた深さのみを保持するようなもので
あり、上記深さは捕集井戸からのアルミニウムを
とり去る手段(図示してない)により調節でき
る。陽極の底80の下のアルミニウム薄層の目的
は、槽内の磁力効果による溶融アルミニウム層の
波状のうねりを実質上除くことである。 The lining 78 forming the cathode of the cell can be comprised of typical materials used in electrolytic cells, such as carbon, titanium diboride, etc., and is shaped as described above to match the contour of the anode 74. In addition, the bottom of this lining has a sloped floor 90 for an aluminum pool leading to an aluminum collection well 92. As can be seen, the sloped bed 90 is such that it retains only a limited depth of aluminum layer, which depth can be adjusted by means (not shown) of removing aluminum from the collection wells. . The purpose of the thin aluminum layer under the bottom 80 of the anode is to substantially eliminate undulations in the molten aluminum layer due to magnetic effects within the bath.
他の点では、ふた18がシエル12の一部分で
ある排出口28と共に備えつけられている点で、
第7図の槽は第1図の槽に類似している。14で
示されるような適当な形状の耐火絶縁物も含める
ことができる。 Otherwise, the lid 18 is provided with an outlet 28 that is part of the shell 12.
The tank of FIG. 7 is similar to the tank of FIG. A suitably shaped refractory insulator such as that shown at 14 may also be included.
本発明の陽極の使用と傾斜陽極に適合した傾斜
側面との組合せは、当該槽と陽極の形態を第8〜
11図に示したように実質上変えることを可能に
する。 The combination of the use of the anode of the present invention and the sloped side surface adapted to the sloped anode allows the configuration of the tank and the anode to be
As shown in FIG.
第8図および第9図においては、陽極74の形
状を変え、陽極に頂点96を形成する中央に位置
した末広の傾斜側面94を有している。陰極とし
て働らく炭素またはTiB2などのような他の内張
り材料は、第8図に示したように陽極の内部形状
を補い合うために上方に突出している。第8図お
よび第9図に示したような槽の操作は、特に増加
した浸食表面94に関し第7図に記載したものと
本質的に同じである。 In FIGS. 8 and 9, the shape of the anode 74 has been changed to include a centrally located, diverging sloped side surface 94 that forms an apex 96 on the anode. The carbon or other lining material, such as TiB2 , which acts as the cathode, projects upwardly to complement the internal shape of the anode, as shown in FIG. The operation of a bath such as that shown in FIGS. 8 and 9 is essentially the same as that described in FIG. 7, particularly with respect to the increased eroded surface 94.
第10図および第11図では、逆形の傾斜側面
104,106を有する二つの陽極100および
102が夫々、第8図に記載のものと本質的に同
じ形状の陰極98と共に槽内に置かれている。 In FIGS. 10 and 11, two anodes 100 and 102, each having inverted sloped sides 104, 106, are placed in a bath with a cathode 98 having essentially the same shape as that shown in FIG. ing.
第7〜11図に示した電解槽の傾斜した陰極概
念の使用は、浴に浸漬し陽極表面の一部分と向い
合う傾斜陰極壁の表面上に凝固塩層を許さないこ
とが必要なことがわかつた。さもないと、陰極お
よび陽極の間に望む間隔を維持することができな
い。さらに、陰極の壁に付着する凝固塩は良好な
電気絶縁体であつて、そこで陽極から傾斜陰極側
壁への電流を抑制する。上記傾斜壁電極の従来の
使用においては、当該側面上に凝固する塩の問題
および内張りの寸法不安定性がこのような槽の広
範な使用を妨げた。しかし、本発明の陽極組成物
と一層低い浴温とによつて、側壁上に凝固析出し
ない種々の低融点塩組成物を容易に利用できる。
理想的には、当該塩の凝固線が内張りまたは陰極
―浴界面ではなくてむしろ内張内または鋼シエル
にあるように、塩の融点と槽の熱平衡を調節す
る。凝固線が内張り内にあり、また塩が浴に浸漬
した陰極内張りの表面上で液状を保つ限り、凝固
線の位置は重要ではない。このような場合は、困
難なしに適当な陰極―陽極間隔が維持される。 It has been found that the use of the sloped cathode concept of the electrolytic cell shown in Figures 7-11 requires not allowing a coagulated salt layer on the surface of the sloped cathode wall immersed in the bath and facing a portion of the anode surface. Ta. Otherwise, the desired spacing between the cathode and anode cannot be maintained. Furthermore, the coagulated salt that adheres to the walls of the cathode is a good electrical insulator, thus suppressing current flow from the anode to the sloped cathode sidewalls. In previous uses of the inclined wall electrodes, problems with salt congealing on the sides and dimensional instability of the lining prevented widespread use of such vessels. However, with the anode compositions of the present invention and lower bath temperatures, a variety of low melting point salt compositions that do not solidify and precipitate on the sidewalls are readily available.
Ideally, the melting point of the salt and the thermal balance of the bath are adjusted such that the line of solidification of the salt is within the lining or the steel shell rather than at the lining or cathode-bath interface. The location of the coagulation line is not critical as long as the coagulation line is within the lining and the salt remains liquid on the surface of the cathode lining immersed in the bath. In such cases, a suitable cathode-anode spacing is maintained without difficulty.
方 法
(a) 塩化物含有浴
陽極におけるアルミニウムイオンの独特な連続
生成に対する本発明の電解法は第1図に示した頂
部を閉じた電解槽を利用するか、または気化浴塩
を含むときは頂部を閉じるかまたは適当な設備を
して(a)水分が塩化物電解液と接触するのを防ぎ、
または(b)塩化アルミニウムの酸化を防ぐならば、
ここに示した他のどの槽も利用する。塩化物含有
浴を使用する本発明の利点は、陽極でアルミニウ
ムイオンが連続的にその場で生成するだけでな
く、実質的に一層低いエネルギー要求の使用で当
該槽から出る塩素ガスの全くの不在で高品位アル
ミニウムを製造することができることである。Method (a) Chloride-Containing Baths The electrolysis method of the present invention for the unique continuous production of aluminum ions at the anode utilizes a closed-top electrolytic cell as shown in FIG. by closing the top or by providing suitable equipment (a) to prevent moisture from coming into contact with the chloride electrolyte;
or (b) if the oxidation of aluminum chloride is prevented;
Use any of the other vessels shown here. The advantage of the present invention of using a chloride-containing bath is not only the continuous in situ production of aluminum ions at the anode, but also the complete absence of chlorine gas leaving the bath using substantially lower energy requirements. This means that high-grade aluminum can be manufactured using aluminum.
陽極におけるアルミニウムイオンの連続生成
は、酸化アルミニウム含有アルミニウム物質と還
元剤とから当該陽極を形成することによりもたら
せれる。塩化アルミニウムを浴中に存在させると
きは、どの組成のアルカリ金属および(または)
アルカリ土類金属のハロゲン化物塩を含む溶融浴
にも上記陽極を浸漬する。電解により、浴中のイ
オン化したアルミニウムは陰極にアルミニウム金
属として析出し、一方陽極における反応はアルミ
ニウムイオンのほかにCO2も生成する。このアル
ミニウムは溶融アルミニウムとして集められ、取
去られるが、本発明の重要な部分を構成するのは
アルミニウムイオンを再生する陽極での反応であ
る。 Continuous production of aluminum ions at the anode is provided by forming the anode from an aluminum material containing aluminum oxide and a reducing agent. When aluminum chloride is present in the bath, which composition of alkali metal and/or
The anode is also immersed in a molten bath containing an alkaline earth metal halide salt. Due to electrolysis, the ionized aluminum in the bath is deposited as aluminum metal at the cathode, while the reaction at the anode produces CO2 as well as aluminum ions. This aluminum is collected and removed as molten aluminum, but an important part of the invention is a reaction at the anode that regenerates the aluminum ions.
塩化物イオン、原子状塩素、または塩素ガスで
あるハロゲン塩素が、陽極のアルミニウム原料の
酸化アルミニウムおよび還元剤との塩化物反応に
関係して、アルミニウムイオンおよび還元剤酸化
物を形成することが可能である。陽極からのアル
ミニウムはサイクル連続のため溶融浴でイオン化
され、塩化物、酸化物などであることのできる陰
イオンはアルミニウムイオンとの電荷の均衡を保
つ。 Chloride ions, atomic chlorine, or halogen chlorine, which is chlorine gas, can be involved in a chloride reaction with aluminum oxide and a reducing agent in the aluminum feedstock of the anode to form aluminum ions and reducing agent oxides. It is. Aluminum from the anode is ionized in the melt bath as the cycles continue, and anions, which can be chlorides, oxides, etc., balance the charge with the aluminum ions.
当該陰極で生成するアルミニウムは一般に陽極
を形成するアルミニウム物質と同程度純粋であ
る。ごく純粋のアルミナ源を利用することによ
り、本発明に従つて超純度のアルミニウムを製造
することが可能であり、またはボーキサイドのよ
うなアルミニウム鉱石またはカオリンのようなア
ルミニウム含有粘土、またはこれら鉱石の混合物
を直接使うことにより、わずかに不純のアルミニ
ウムを製造することができる。 The aluminum produced at the cathode is generally as pure as the aluminum material forming the anode. It is possible to produce ultra-pure aluminum according to the present invention by utilizing very pure alumina sources, or aluminum ores such as boxide or aluminum-containing clays such as kaolin, or mixtures of these ores. can be used directly to produce slightly impure aluminum.
ホール―エルー槽(Hall―Heroult cell)反応
において、陽極の炭素がAl2O3の分解電圧を下げ
ることによりアルミニウムを採取する総反応に寄
与することは公知である。たとえば白金陽極上の
氷晶石中のAl2O3の分解は約2.2ボルトであるが、
約50容量%のCOと50容量%のCO2が生じると考
えられる炭素電極上ではその分解電圧は約1.2ボ
ルトである。メタンを白金陽極下に注入して主と
してCO2を生成させるときは、Al2O3からほぼ同
一の分解電圧が得られる。 It is known that in the Hall-Heroult cell reaction, carbon at the anode contributes to the overall reaction to extract aluminum by lowering the decomposition voltage of Al 2 O 3 . For example, the decomposition of Al 2 O 3 in cryolite on a platinum anode is about 2.2 volts,
The decomposition voltage is about 1.2 volts on a carbon electrode, where about 50% by volume CO and 50% by volume CO2 are thought to be produced. Almost the same decomposition voltage is obtained from Al 2 O 3 when methane is injected under the platinum anode to produce primarily CO 2 .
本発明においては、当該複合陽極の使用によ
り、陽極でCl2ガスを排出してAlCl3を分解して得
られる分解電圧より低い分解電圧を生じる。電流
電圧曲線が電流Oに外挿されるならばいずれの電
気化学反応において、分解電圧に近似する数字が
得られる。黒鉛陽極を使うときの塩化アルミニウ
ム電解法では、1.8〜2.0ボルトの分解電圧が得ら
れ、これは文献に報告された値および数力学から
計算した理論値と一致する。 In the present invention, the use of the composite anode produces a decomposition voltage lower than that obtained by decomposing AlCl 3 by discharging Cl 2 gas at the anode. For any electrochemical reaction, if the current-voltage curve is extrapolated to the current O, a number approximating the decomposition voltage is obtained. The aluminum chloride electrolytic method when using graphite anodes yields decomposition voltages of 1.8 to 2.0 volts, which are in agreement with values reported in the literature and theoretical values calculated from mathematical mechanics.
本発明の分解電圧は電解液組成と共にわずかに
変化することがわかつた。純粋なNaAlCl4では、
分解電圧は最小であるが、電解液のAlCl3成分が
減るにつれ分解電圧はわずかに増す傾向がある。
得られた最低分解電圧は0.5ボルトで、最高分解
電圧は1.5ボルトであつた。平均値は1.2ボルトで
あつた。最も一般的な1.2ボルトの分解電圧平均
値を使うと、本発明における分解電圧は塩素を排
出する場合のAlCl3の分解電圧より0.6ボルト低
く、現在得られている値はAl2O3と炭素の値に近
似しており、これはホール―エルー槽と本発明の
両者で同一の総反応機構が起ることを暗示してい
る。塩素を陽極で排出する古典的塩化アルミニウ
ム系とくらべるだけでなく、またAl2O3、炭素、
および塩素からAlCl3を製造するのに必要な追加
のエネルギーを考慮するとき、上記の一層低い分
解電圧はアルミニウムの電解製造に対しかなりの
エネルギー節約を生じる。 It was found that the decomposition voltage of the present invention varies slightly with electrolyte composition. In pure NaAlCl4 ,
Although the decomposition voltage is minimal, the decomposition voltage tends to increase slightly as the AlCl3 content of the electrolyte decreases.
The lowest decomposition voltage obtained was 0.5 volts and the highest decomposition voltage was 1.5 volts. The average value was 1.2 volts. Using the most common decomposition voltage average value of 1.2 volts, the decomposition voltage in the present invention is 0.6 volts lower than the decomposition voltage of AlCl3 when releasing chlorine, and the currently obtained value is is close to the value of , which implies that the same overall reaction mechanism occurs in both the Hall-Heroux tank and the present invention. Compared to the classical aluminum chloride system, which discharges chlorine at the anode, it also eliminates Al 2 O 3 , carbon,
When considering the additional energy required to produce AlCl 3 from chlorine and chlorine, the lower decomposition voltage described above results in considerable energy savings for the electrolytic production of aluminum.
アルミニウムの電解製造のプロセス条件は、印
加電圧または電流密度に関し重要であることはわ
かつていなかつた。当該浴温はかなり変化でき、
単に浴を溶融状態に維持することが必要であり、
これは存在するハロゲン化物塩の組成に依存して
150〜1000℃の範囲内に達成できるが、一般には
アルミニウムの融点と槽成分の沸点の間の範囲で
あることができ、好ましくはアルミニウムの融点
以上10〜400℃、最も好ましくはアルミニウムの
融点以上10〜150℃から250℃以下までである。従
来の当該技術の塩化アルミニウム塩法におけるよ
うに塩素ガスが逃げない限り、閉じた槽内の圧力
条件は特に重要ではない。COまたはCO2または
両者が本法から発生できるが、このガスは塩素ほ
ど腐食性ではない。圧力条件は重要ではないが、
常圧ないし0.70Kg/cm2(ゲージ)またはそれ以上
の範囲であり得る。 The process conditions for the electrolytic production of aluminum have not been found to be important in terms of applied voltage or current density. The bath temperature can vary considerably;
It is simply necessary to keep the bath in a molten state;
This depends on the composition of the halide salts present.
It can be achieved within the range of 150 to 1000°C, but generally can be in the range between the melting point of aluminum and the boiling point of the bath components, preferably 10 to 400°C above the melting point of aluminum, most preferably above the melting point of aluminum. From 10 to 150℃ to below 250℃. The pressure conditions within the closed vessel are not particularly important as long as chlorine gas does not escape as in prior art aluminum chloride salt processes. Although CO or CO2 or both can be generated from this process, this gas is not as corrosive as chlorine. Pressure conditions are not important, but
It can range from normal pressure to 0.70 Kg/cm 2 (gauge) or higher.
(b) 全フツ化物含有浴
ホール槽はアルミナが950〜1000℃で氷晶石―
フツ化物塩浴に溶解するという事実に基づき化学
的に作動する。バイヤーアルミナは少なくとも
900℃の最低温度又はそれ以上で氷晶石含有浴に
可溶である。約900℃以下のフツ化物含有浴はど
れも通常処理したバイヤーアルミナを容易に可溶
化しないのでアルミニウム源としてのアルミナは
還元反応に入ることができないか、またはアルミ
ニウムを陰極に析出することができない。フツ化
物塩浴においてはアルミナのこの一般溶解度なし
には、アルミニウムの電解採取は可能ではない。(b) Total fluoride-containing bath In the Hall bath, alumina is cryolite at 950-1000℃.
It works chemically based on the fact that it dissolves in fluoride salt baths. Bayer alumina is at least
Soluble in cryolite-containing baths at a minimum temperature of 900°C or above. Any fluoride-containing bath below about 900° C. will not readily solubilize normally processed Bayer alumina, so the alumina as an aluminum source cannot enter into the reduction reaction or the aluminum cannot be deposited on the cathode. Without this general solubility of alumina in fluoride salt baths, electrowinning of aluminum is not possible.
本発明の1面として、全フツ化物含有浴におい
て、当該温度はアルミニウムの融点と槽成分の沸
点との間の範囲、好ましくはアルミニウムの融点
以上10〜400℃、最も好ましくはアルミニウムの
融点以上10〜150℃で250℃以下までであることが
発見された。相当する酸化物または他の酸素含有
化合物からアルミニウムを電解採取するために
は、浴温の範囲は一般に約670〜800℃、好ましく
は700〜750℃である。 As an aspect of the invention, in a fully fluoride containing bath, the temperature is in a range between the melting point of aluminum and the boiling point of the bath components, preferably 10-400°C above the melting point of aluminum, most preferably 10°C above the melting point of aluminum. It was discovered that the temperature is ~150℃ and below 250℃. For electrowinning aluminum from the corresponding oxide or other oxygen-containing compound, the bath temperature range is generally about 670-800°C, preferably 700-750°C.
ホール―エルー槽の通常操作と区別されるこの
発見の重要面は、酸化アルミニウムと還元剤の混
合物を含む複合陽極が酸化アルミニウムの変態に
作用し、低温フツ化物浴でイオン性アルミニウム
を生じることである。しかし、総反応は前述のよ
うにホール槽反応と本質上同一と考えられる。ア
ルミニウムは陰極として働らく液体金属プール上
に液体の形で生成される。反応は独特の方式で陽
極表面で起り、酸化アルミニウムが反応して、温
度はアルミニウムの融点のごくわずか上にすぎな
いが、ホール槽で起る機構と同様にアルミニウム
イオンを生成すると考えられる。 An important aspect of this discovery, which distinguishes it from the normal operation of a Hall-Heroux tank, is that a composite anode containing a mixture of aluminum oxide and a reducing agent acts to transform the aluminum oxide, producing ionic aluminum in a low-temperature fluoride bath. be. However, the overall reaction is believed to be essentially the same as the Hall tank reaction, as described above. Aluminum is produced in liquid form on a liquid metal pool that acts as a cathode. The reaction occurs in a unique manner at the surface of the anode, where the aluminum oxide reacts to produce aluminum ions, similar to the mechanism that occurs in Hall baths, although at temperatures only slightly above the melting point of aluminum.
本発明と同一条件だが、炭素または他の非消耗
性陽極を使い、浴に酸化アルミニウムを添加する
と酸化アルミニウムの溶解またはアルミニウムの
電解析出は生じないから、本発明の複合陽極の利
用の重要性は明白である。全フツ化物電解浴と共
に670〜800℃の低温で当該複合陽極を使うと、第
1図に示したような塩化物浴の操作で必要な閉じ
た頂部なしで、第4図のような方式でホール槽を
操作できることは、本発明の著しい特徴である。
浴組成、電流密度、および他のプロセスパラメー
タは塩化物浴またはフツ化物浴含有槽の操作に重
要ではない。 The importance of utilizing the composite anode of the present invention is that under the same conditions as the present invention, but using carbon or other non-consumable anodes and adding aluminum oxide to the bath, no dissolution of aluminum oxide or electrolytic deposition of aluminum will occur. is obvious. Using the composite anode at low temperatures of 670 to 800°C with a total fluoride electrolytic bath, it can be used in the manner shown in Figure 4 without the closed top required for operation with chloride baths as shown in Figure 1. The ability to manipulate the hole tank is a significant feature of the present invention.
Bath composition, current density, and other process parameters are not critical to the operation of chloride or fluoride bath-containing vessels.
陽 極
本発明の利点を達成する主要な支えは、酸素含
有アルミニウム化合物、ふつうは酸化アルミニウ
ムと還元剤とからなる独特の複合陽極の使用にあ
る。Anode The primary support for achieving the advantages of the present invention lies in the use of a unique composite anode consisting of an oxygen-containing aluminum compound, usually aluminum oxide, and a reducing agent.
当該陽極は陰極でアルミニウムに電解還元する
ためのアルミニウムイオンの唯一の供給源を与
え、また炭素還元剤によつて、電流を誘電体酸化
アルミニウムを通して電解液と接触しこれに浸漬
している酸化アルミニウムの反応点につたえる手
段を与えている。当該陽極はまた少なくとも一部
分は、アルミニウム金属として陰極で析出するア
ルミニウムを生成するため酸化アルミニウムが陽
極環境で反応できるようにする還元剤の必要な供
給源を与えることが好ましい。 The anode provides the sole source of aluminum ions for electrolytic reduction to aluminum at the cathode, and the carbon reducing agent allows current to pass through the dielectric aluminum oxide to the aluminum oxide immersed in the electrolyte and in contact with the electrolyte. It provides a means to reach the reaction point of Preferably, the anode also provides, at least in part, the necessary source of reducing agent that allows aluminum oxide to react in the anode environment to produce aluminum, which is precipitated at the cathode as aluminum metal.
当該還元剤は好ましくは少なくとも一部分酸化
アルミニウムと混合されて、還元剤と酸化アルミ
ニウムとの間に密接な接触を与える。適当に選べ
ば、導電性である当該還元剤は酸化アルミニウム
と混合するときは、酸化アルミニウムの反応点へ
の電流の導体の機能もみたす。電解液と接触しま
た電流を有している特定の点で酸化アルミニウム
の各粒子の反応について、同じ点の別の粒子は被
覆されていず、反応できる。このパタンが陽極の
表面ぢゆうで起り、もはや酸化アルミニウムが反
応しなくなるまで続く。当該還元剤が導電性でな
くまた酸化アルミニウムと混合されていないとき
は、酸化アルミニウムを反応点で陽極的に維持す
るために導体棒によつて電気導体機能を達成する
必要がある。 The reducing agent is preferably at least partially mixed with the aluminum oxide to provide intimate contact between the reducing agent and the aluminum oxide. If suitably chosen, the electrically conductive reducing agent, when mixed with aluminum oxide, also serves as a conductor of electrical current to the reaction sites of the aluminum oxide. For each particle of aluminum oxide reacting at a particular point that is in contact with the electrolyte and has an electric current, another particle at the same point is uncovered and can react. This pattern occurs across the surface of the anode and continues until no more aluminum oxide reacts. When the reducing agent is not electrically conductive and is not mixed with aluminum oxide, it is necessary to perform the electrical conductor function by means of a conductor rod in order to keep the aluminum oxide anodic at the reaction site.
塩化アルミニウム塩浴においては、陽極はアル
ミニウム源と塩化物または酸素または両者との理
論反応を助けて塩化アルミニウムの一定濃度を維
持する還元剤を提供する機能をもつ。塩化アルミ
ニウムの一定濃度の維持は電解される塩化アルミ
ニウムを外部から補給する必要性または陽極での
塩素の排出の必要性をはぶくから本発明の塩化物
サイクルの重要部分である。 In an aluminum chloride salt bath, the anode functions to provide a reducing agent that aids in the stoichiometric reaction of the aluminum source with chloride or oxygen or both to maintain a constant concentration of aluminum chloride. Maintaining a constant concentration of aluminum chloride is an important part of the chloride cycle of the present invention since it eliminates the need for external replenishment of electrolyzed aluminum chloride or the need for chlorine removal at the anode.
全フツ化物浴法では、塩化物サイクルの場合の
ように本発明の陽極は、フツ化物浴で反応し670
〜800℃の範囲の独特の低温でアルミニウムイオ
ンを形成する酸化アルミニウムを提供する。当該
槽は第4図、第5図、または第7図のように開放
であることもできる。 In the all-fluoride bath method, the anode of the present invention is reacted in a fluoride bath as in the chloride cycle and the 670
Provides aluminum oxide that forms aluminum ions at uniquely low temperatures ranging from ~800°C. The tank can also be open as in FIG. 4, FIG. 5, or FIG. 7.
当該アルミニウム源はアルミナ、Al2O3である
が、ボーキサイド、またはカオリンのような粘
土、またはフツ化物または塩化物サイクル法にお
けるように陽極で反応して陰極で溶融金属に還元
されるアルミニウムイオンを生成する他の物質の
ような酸化アルミニウム含有物質であることがで
きる。 The aluminum source is alumina, Al 2 O 3 , but also boxide, or clays such as kaolin, or aluminum ions that react at the anode and are reduced to molten metal at the cathode, as in fluoride or chloride cycle processes. Other materials produced can be aluminum oxide-containing materials.
当該混合物が当該陽極を形成する場合、還元剤
の1重量部当り当該アルミニウム物質中の酸化ア
ルミニウムは少なくとも1.5重量部の範囲で、許
容される上限は7.5,20.0,または50.0重量部また
はそれ以上の割合である。好ましくは、本発明の
目的には、アルミニウム物質の当該混合物中の酸
化アルミニウム量は、還元剤1重量部当り2.0〜
6.5重量部、最も好ましくは2.5〜6.0重量部であ
る。 Where the mixture forms the anode, the aluminum oxide in the aluminum material ranges from at least 1.5 parts by weight per part by weight of reducing agent, with permissible upper limits of 7.5, 20.0, or 50.0 parts by weight or more. It is a percentage. Preferably, for purposes of the present invention, the amount of aluminum oxide in the mixture of aluminum material is between 2.0 and 1 part by weight of reducing agent.
6.5 parts by weight, most preferably 2.5 to 6.0 parts by weight.
本発明に従い使用できる還元剤は特定の物質に
限定されず、酸化アルミニウムとの反応に有効な
ことが知られている物質であることができる。フ
ツ化物および塩化物浴中の反応は明らかにはされ
ていないが、還元剤はAl2O3と反応して最後には
陰極に析出するアルミニウムイオンと陽極でCO2
を生成する反応であり得る。反応機構は全塩化
物、全フツ化物、または混合塩化物/フツ化物塩
電解液で同一であることができる。 Reducing agents that can be used in accordance with the present invention are not limited to particular materials, but can be materials known to be effective in reacting with aluminum oxide. The reactions in the fluoride and chloride baths have not been clarified, but the reducing agent reacts with Al 2 O 3 and eventually forms CO 2 at the anode with aluminum ions precipitated at the cathode.
It can be a reaction that produces The reaction mechanism can be the same for all chloride, all fluoride, or mixed chloride/fluoride salt electrolytes.
アルミナおよび他の酸化物に対し特に有用な還
元剤として、混合物に使われる炭素または還元性
炭素化合物がある。硫黄、リン、またはヒ素を独
立にまたは炭素と組合せて使用することもでき
る。炭素は特性的に酸化アルミニウムの反応点に
電流をはこぶ能力と還元機能を維持して陽極でガ
ス状生成物を与える能力の二つをもつから、炭素
が特に好ましい。 Particularly useful reducing agents for alumina and other oxides include carbon or reducing carbon compounds used in the mixture. Sulfur, phosphorus, or arsenic can also be used independently or in combination with carbon. Carbon is particularly preferred because of its two properties: the ability to carry current to the reaction sites of the aluminum oxide, and the ability to maintain a reducing function and provide a gaseous product at the anode.
当該混合物中の炭素源はどの有機物質であるこ
ともでき、特に化石源を有するもの、たとえばタ
ール、ピツチ、石炭、石炭製品、還元ガス、たと
えば一酸化炭素であることができ、また天然およ
び合成の樹脂状物質、たとえばワツクス、ゴム、
フエノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂など
も含むことができ、これらは望むときはアルミニ
ウム物質の存在でさえもコークス化される。酸化
アルミニウム化合物と混合した炭素源のコークス
化は、ホール―エルー槽で利用される予備焼成陽
極において使われるような既知の当該技術の方法
で遂行できる。望む比の、たとえば酸化アルミニ
ウム6.5部対炭素1部のAl2O3―ピツチのような複
合陽極をコークス化条件で流し込み、成形、押出
しを行ない、成形陽極を非酸化雰囲気で700〜
1200℃のコークス化温度に徐々に加熱することに
より、上記コークス化は遂行される。コークス化
後、複合陽極はすぐ使える状態にある。 The carbon source in the mixture can be any organic substance, in particular those with fossil sources, such as tar, pitch, coal, coal products, reducing gases such as carbon monoxide, and also natural and synthetic resinous substances such as wax, rubber,
Phenolic resins, epoxy resins, vinyl resins, etc. may also be included, which can be coked even in the presence of aluminum material if desired. Coking of the carbon source mixed with the aluminum oxide compound can be accomplished by methods known in the art, such as those used in pre-calcined anodes utilized in Hall-Heroux tanks. A composite anode such as an Al 2 O 3 pitch in the desired ratio, e.g. 6.5 parts aluminum oxide to 1 part carbon, is poured under coking conditions, molded and extruded, and the formed anode is heated to 700°C to 700°C in a non-oxidizing atmosphere.
The coking is accomplished by gradual heating to a coking temperature of 1200°C. After coking, the composite anode is ready for use.
たとえば、電解前および電解中に溶融電解浴中
で炭素源をコークス化することにより、酸化アル
ミニウムとの混合物中の還元剤としての炭素をつ
くることも、本発明の範囲内に意図されている。
代表的には670〜850℃の範囲の浴温が、炭素源を
コークス化して必要な炭素とするのに適当であ
る。このコークス化を達成する時間は重要ではな
いが、溶融浴の温度およびアルミニウム源と還元
炭素源との混合物の塊に依存して数分ないし数時
間を必要とし得る。 It is also contemplated within the scope of this invention to produce carbon as a reducing agent in a mixture with aluminum oxide, for example, by coking the carbon source in a molten electrolytic bath before and during electrolysis.
Bath temperatures typically in the range of 670-850°C are suitable for coking the carbon source to the required carbon. The time to achieve this coking is not critical, but may require minutes to hours depending on the temperature of the melt bath and the mass of the mixture of aluminum source and reduced carbon source.
第4図の取付けクランプを使い、その頂部に1
個の陽極を導入し、消耗が起るにつれ陽極が完全
に消耗されるまで陽極を連続的に下げ、次の陽極
を同じ場所に置くことにより、連続コークス化は
可能である。伝統的なゼーダーベルグ電極の場合
のように、生状態で陽極を連続して槽に送ること
ができる。この場合、伝統的には接触さすために
鋼ピンを使うが、この接触は黒鉛、炭素、TiB2、
アルミニウム、またはこれらの複合物であること
もできる。生の複合陽極物質は槽の熱により徐々
にコークス化され、そこで塩中の陽極の端は槽の
操作温度に対し常に十分にコークス化される。
627℃〜850℃の槽でのゼーダーベルグ方式のコー
クス化は、一層高温で予備焼成した複合陽極に比
べ低い導電率の陽極を生じる。 Using the mounting clamp shown in Figure 4, attach the
Continuous coking is possible by introducing several anodes, lowering the anode successively as depletion occurs until the anode is completely consumed, and placing the next anode in the same location. As in the case of traditional Soederberg electrodes, the anode can be delivered continuously to the bath in the green state. In this case, traditionally a steel pin is used to make the contact, but this contact can be made using graphite, carbon, TiB2 ,
It can also be aluminum or a composite thereof. The raw composite anode material is gradually coked by the heat of the bath, such that the end of the anode in the salt is always fully coked for the operating temperature of the bath.
Soederberg coking in a bath at 627°C to 850°C produces an anode with lower conductivity than composite anodes prefired at higher temperatures.
前述のように、全還元剤源は望むときは陽極を
形成するため酸化アルミニウムと混合する必要は
ない。たとえば、還元剤に対する唯一の要求は陽
極酸化アルミニウムと接触していて、陰極でアル
ミニウム金属を生成するのに十分な量で存在する
ことであることがわかつた。しかし反応を進める
ためには電流が反応点に伝わる必要があることは
明白である。 As previously mentioned, the entire reducing agent source does not need to be mixed with the aluminum oxide to form the anode when desired. For example, it has been found that the only requirement for the reducing agent is that it be in contact with the anodized aluminum and present in a sufficient amount to produce aluminum metal at the cathode. However, it is clear that in order for the reaction to proceed, a current must be transmitted to the reaction point.
炭素のような還元剤を電流をはこぶため混合し
ないときは、当該槽およびその内容物と相容性の
別の導体を使用できることが考えられる。たとえ
ば、アルミニウムまたは貴金属および高融点導電
性酸化物たとえば銀―スズ酸化物またはTiB2の
組合せを単独で、または炭素または黒鉛との複合
物で、反応点に電流をはこぶのに十分なだけの量
で酸化アルミニウムと混合できる。酸化アルミニ
ウムがその反応点で陽極的にされる限り、上記量
は重要ではない。酸化アルミニウム1部当り導電
性物質約0.001部程度の少量から少なくとも約
0.75部までの量を使用できる。多量は反応性物質
の利用度を犠性にして導電率を増すが、実際の上
限はなくすることができる。勿論、必要な反応を
達成するため還元剤を存在させる必要がなおあ
る。 It is contemplated that when a reducing agent such as carbon is not mixed to carry the current, another conductor compatible with the vessel and its contents may be used. For example, a combination of aluminum or a noble metal and a refractory conductive oxide such as silver-tin oxide or TiB2 , alone or in combination with carbon or graphite, in an amount sufficient to carry a current to the point of reaction. Can be mixed with aluminum oxide. The amount is not critical as long as the aluminum oxide is made anodic at the reaction site. from as little as about 0.001 part of conductive material per part of aluminum oxide to at least about
Amounts up to 0.75 parts may be used. Larger amounts increase conductivity at the expense of reactive material availability, but there can be no practical upper limit. Of course, it is still necessary to have a reducing agent present in order to achieve the necessary reaction.
アルミニウム物質としてアルミナの場合は、水
和またはか焼アルミナを使用できる。水和アルミ
ナからつくつた陽極はか焼アルミナに比較し改良
された導電率を示し得るが、水和アルミナ、
Al2O3×3H2OまたはAl(OH)3は予備焼成コーク
ス化中および熱浴に入れるときコークス化操作中
追出される水によつてひび割れる傾向がある。水
和アルミナの浴コークス化を利用する塩化アルミ
ニウム含有塩では、追出される水が望ましくなく
AlCl3を加水分解できる。 In the case of alumina as the aluminum material, hydrated or calcined alumina can be used. Although anodes made from hydrated alumina can exhibit improved conductivity compared to calcined alumina, hydrated alumina
Al 2 O 3 ×3H 2 O or Al(OH) 3 tends to crack during precalcined coking and when placed in a hot bath by the water displaced during the coking operation. For aluminum chloride-containing salts that utilize bath coking of hydrated alumina, expelled water is undesirable.
Can hydrolyze AlCl 3 .
第5図に示したような膜が陽極を囲んでいると
きは、追出された水分による陽極のひび割または
砕けは困難をまねかない。落下する陽極粒子は続
く反応のため膜内に含まれる。ひび割を最小にす
るため、陽極は水和酸化物とか焼酸化物とをある
割合にすることもできる。使用できる水和酸化物
の最大量はか焼におけるエネルギー節約に影響す
る。 When a membrane such as that shown in FIG. 5 surrounds the anode, cracking or fracturing of the anode due to expelled moisture is not difficult. Falling anode particles are contained within the membrane for subsequent reaction. To minimize cracking, the anode can also have a proportion of hydrated and calcined oxides. The maximum amount of hydrated oxide that can be used affects energy savings in calcination.
酸化アルミニウム含有陽極を構成する粒子の寸
法および表面積は、陽極反応速度に関し敏感性を
示さなかつた。本発明のこの特性は、炉における
気―固体反応としてのAl2O3および炭素と塩素と
の反応における従来の当該技術の経験と対照的で
ある。過去においては、反応温度と速度とが粒度
と粒子表面積に著しく敏感なことがわかつてい
た。 The size and surface area of the particles making up the aluminum oxide-containing anode were not sensitive to the anodic reaction rate. This feature of the present invention is in contrast to prior art experience with the reaction of Al 2 O 3 and carbon with chlorine as a gas-solid reaction in a furnace. In the past, reaction temperatures and rates were found to be extremely sensitive to particle size and particle surface area.
従来の当該技術では、AlCl3反応に10〜125
m2/gの範囲の表面積を有するアルミナを使うこ
とが一般に望まれる。しかし、本発明において
は、粒度または表面積に基づく陽極の反応速度に
関し敏感性は検出されなかつた。すなわち、0.5
m2/gまたはそれ以下の表面積を有するAl2O3が
100m2/gの表面積を有するAl2O3と同程度に容
易に反応した。これらの結果は異なる表面積と寸
法を有する粒子をもつアルミナ含有陽極での実験
に基づいている。塩素検出のためデン粉―ヨウ素
指示薬に連結した排気ラインを有する槽で、0.31
〜6.20アンペア/平方cm(2〜40アンペア/平方
インチ)の範囲の陽極電流密度を使つた。電流密
度またはアルミナの表面積に関係なく、塩素は検
出されなかつた。これは塩素が陽極で生成して
も、塩素はすべて反応して塩化アルミニウムを再
生するか、またはAl2O3からは陽極でアルミニウ
ムイオンだけが生成し、一方Al2O3からの酸素は
炭素と結合してCO2を生成することを暗示してい
る。陽極で塩素を生成するためには、AlCl3の分
解電位に打勝つように高く電位を上げる必要があ
ると考えられるが、そのときでも生成塩素は陽極
で塩素を発生するよりもたぶんAl2O3および炭素
と反応してさらにAlCl3を生成するだろう。 In the conventional technology, 10 to 125
It is generally desirable to use alumina with a surface area in the range of m 2 /g. However, in the present invention, no sensitivity was detected with respect to the reaction rate of the anode based on particle size or surface area. i.e. 0.5
Al 2 O 3 with a surface area of m 2 /g or less
It reacted as easily as Al 2 O 3 with a surface area of 100 m 2 /g. These results are based on experiments with alumina-containing anodes with particles with different surface areas and dimensions. A tank with an exhaust line connected to a starch-iodine indicator for chlorine detection.
Anodic current densities ranging from 2 to 40 amps per square inch (~6.20 amps per square inch) were used. No chlorine was detected regardless of current density or alumina surface area. This means that even though chlorine is produced at the anode, all of the chlorine reacts to regenerate aluminum chloride, or from Al 2 O 3 only aluminum ions are produced at the anode, while oxygen from Al 2 O 3 is converted to carbon It is implied that it combines with CO2 to produce CO2 . In order to generate chlorine at the anode, it is thought that it is necessary to raise the potential high enough to overcome the decomposition potential of AlCl 3 , but even then, the generated chlorine is probably more Al 2 O than the chlorine generated at the anode. 3 and will react with carbon to further produce AlCl3 .
電解槽で使う陽極は種々の形態でまた種々の製
造法で製造できる。酸化アルミニウム物質と還元
剤の混合物は慣用手段で陽極に形成される。たと
えば、第2図に示したように当該混合物は代表的
電極に結合されて電極のすべてまたは1側面を囲
むコーテイングを形成する。陽極物質を適当な形
に成形して、これに第3図に示した方式で電極棒
またはピンの一端を結合させて陽極を形成するこ
とも意図されている。電極に直接物理的結合をも
つ他の方式で陽極を形成することも、本発明の要
求に合うことができる。しかし、アルミニウム物
質が炭素質物質または他の還元剤と密接に物理的
接触をしていることが望ましい。後者の概念は、
アルミニウム物質と還元剤の混合物が粉末の均一
混合物形である場合、成形または抽出によつて
0.025〜25.4mm(0.001〜1インチ)またはそれ以
上の種々の寸法に成形された当該混合粉末の小ペ
レツトまたは当該混合物質の大きな複合団塊(ブ
リケツト)にすることができる。溶解または電解
下の反応中、最大の陽極効率を得るためには、炭
素と酸化アルミニウムの均一な分布が望ましいこ
とがわかつた。 The anodes used in electrolytic cells can be manufactured in various forms and by various manufacturing methods. A mixture of aluminum oxide material and reducing agent is formed into an anode by conventional means. For example, as shown in FIG. 2, the mixture is bonded to a representative electrode to form a coating that surrounds all or one side of the electrode. It is also contemplated that the anode material may be formed into a suitable shape and one end of an electrode rod or pin may be coupled thereto in the manner shown in FIG. 3 to form the anode. Forming the anode in other ways with direct physical bonding to the electrode may also meet the requirements of the present invention. However, it is desirable that the aluminum material be in intimate physical contact with the carbonaceous material or other reducing agent. The latter concept is
If the mixture of aluminum material and reducing agent is in the form of a homogeneous mixture of powder, it may be
Small pellets of the mixed powder or large composite briquettes of the mixed material can be formed into various sizes of 0.025 to 25.4 mm (0.001 to 1 inch) or larger. It has been found that during reactions under dissolution or electrolysis, a uniform distribution of carbon and aluminum oxide is desirable for maximum anodic efficiency.
陽極材料を形成するアルミニウム物質と還元剤
を電極の領域に保ち、こうして陽極を組合せた形
で保つためには、多孔性膜形の容器を利用するこ
とができる。 In order to keep the aluminum material forming the anode material and the reducing agent in the area of the electrode and thus the anode in combination, a porous membrane type container can be utilized.
満足する商業用には、当該陽極はできるだけ導
電性でなければならない。本発明の陽極はホール
槽で通常使われるような中実または純粋の炭素で
はないから、アルミニウム化合物の存在のため導
電性が一層小さい。当該陽極が塩電解液程度に抵
抗性となることを許すと、同一電流を一層抵抗性
の陽極に通す結果として起り得る過熱によつて熱
均衡が影響を受け得る。たとえば、第1図の槽で
第3図に示したような中実の複合陽極を使う場
合、電流が頂部から底部へ陽極を通り流れること
が必要であり、電力損失は浴の加熱に変形する。
それ故、陽極をできるだけ高い導電率をもつよう
に構成することが望ましい。明らかに、陽極材料
が導電性となるほど、金属採取に対する電力消費
は一層低くなるが、いかなる場合でも最適操作に
は陽極の導電率は塩の導電率よりも大きくすべき
である。特に最小の電力を使つて最大のアルミニ
ウム製造の目的を達成することが望まれるとき
は、陽極の抵抗が重要となる。 For satisfactory commercial use, the anode must be as conductive as possible. Since the anode of the present invention is not solid or pure carbon as is commonly used in Hall tanks, it is less conductive due to the presence of the aluminum compound. If the anode is allowed to become as resistive as the salt electrolyte, the thermal balance can be affected by overheating that can occur as a result of passing the same current through a more resistive anode. For example, when using a solid composite anode such as that shown in Figure 3 in the bath of Figure 1, current is required to flow through the anode from top to bottom, and power losses translate into heating of the bath. .
It is therefore desirable to construct the anode to have as high a conductivity as possible. Obviously, the more conductive the anode material, the lower the power consumption for metal extraction, but in any case for optimal operation the conductivity of the anode should be greater than that of the salt. Anode resistance is important, especially when it is desired to achieve maximum aluminum production objectives using minimum power.
当該陽極の導電率は製造法によつてかなり変化
することがわかつた。導電率に影響することがわ
かつたパラメータは、還元剤源として複合陽極に
含まれているピツチ、炭素、またはコークス粒子
のような結合剤炭素物質の比および酸化アルミニ
ウムの型である。酸化アルミニウム対還元剤の前
記で規定した比以内で、陽極の炭素含量が大きく
なるほど、導電率は大となる。たとえば、4/1〜
6/1の酸化アルミニウム対炭素の比を使うと、標
準ホール―エルー陽極の導電率の少なくとも1/10
を有する中実の複合陽極をつくることが可能であ
る。 It has been found that the conductivity of the anode varies considerably depending on the manufacturing method. Parameters that have been found to influence conductivity are the ratio of binder carbon material, such as pitch, carbon, or coke particles, and the type of aluminum oxide included in the composite anode as the reducing agent source. Within the above defined ratio of aluminum oxide to reducing agent, the greater the carbon content of the anode, the greater the electrical conductivity. For example, from 4/1
Using an aluminum oxide to carbon ratio of 6/1, it is possible to create a solid composite anode having at least 1/10 the conductivity of a standard Hall-Hellou anode.
当該複合陽極を通る電力損失を減らすために、
幾つかの別法を第2,2A,2B,4A図にも示
した。 In order to reduce the power loss through the composite anode,
Some alternatives are also shown in Figures 2, 2A, 2B, and 4A.
予備焼成した複合陽極を通し一層高い導電率を
達成しかつ電力損失を減らすためには、別の具体
例は第2,2A,2B図に示したように陽極内に
置かれた1つまたはそれ以上の導電性芯36また
は37を利用するか、または第4A図に示したよ
うに多数の垂直に配置した導体ピン39を利用す
る。 In order to achieve higher conductivity and reduce power loss through the pre-fired composite anode, another embodiment may include one or more of the pre-fired composite anodes placed within the anode as shown in Figures 2, 2A and 2B. Either the conductive cores 36 or 37 described above may be used, or a number of vertically arranged conductor pins 39 may be used as shown in FIG. 4A.
第2図に示した複合陽極26Aは予め形成され
た導電性芯の形状に成形または被覆された複合陽
極または複合陽極材料組成物38に成形された炭
素または黒鉛であることができる導電性中央芯3
6を有している。この中央芯36は析出されるも
のと同一金属、たとえばアルミニウムのような金
属であることもできる。導体36の外側は、前記
のように酸化アルミニウムと還元剤の混合物から
なる複合陽極材料のマトリツクス38によつて、
復極用では1側面が、或は単極用では両側面が被
覆される。1つの側面を被覆するときは、復極操
作が予定されている。「酸化物」なる用語はしば
しば当該金属酸化物と酸化ケイ素の組合せである
ケイ酸塩または析出させるアルミニウムの他の酸
素含有化合物を含むものと了解すべきである。 The composite anode 26A shown in FIG. 2 is a composite anode formed or coated in the shape of a preformed conductive core or a conductive central core which can be carbon or graphite molded into a composite anode material composition 38. 3
6. This central core 36 can also be the same metal as that to be deposited, such as aluminum. The outside of the conductor 36 is provided with a matrix 38 of composite anode material consisting of a mixture of aluminum oxide and a reducing agent as described above.
For depolarization, one side is coated, or for unipolar use, both sides are coated. When coating one side, a depolarization operation is planned. It is to be understood that the term "oxide" includes silicates or other oxygen-containing compounds of precipitated aluminum, which are often a combination of the metal oxide and silicon oxide.
大きな寸法の陽極に対しては、別の具体例を第
2A図、第2B図に示す。導電率を改良するため
に、予備焼成のまたはゼーダーベルグ型であるこ
とのできる複合陽極組成物のマトリツクス38内
と電気伝導母線として一級純度のアルミニウム棒
36および37を使うのが好ましい。導体棒形成
に一級アルミニウムを使うから、このアルミニウ
ムは陽極が消耗されるにつれ溶融し、連続サイク
ルのため陰極金属と結合する。電圧降下が複合陽
極の導電率に対し最小となるように上記棒は隔置
される。第2B図には、導体棒36が中心導体4
1によつて支持された板40に連結していること
が示されている。 For large size anodes, alternative embodiments are shown in FIGS. 2A and 2B. To improve electrical conductivity, it is preferred to use first grade aluminum rods 36 and 37 as electrically conductive busbars and within a matrix 38 of a composite anode composition, which can be precalcined or of the Soederberg type. Since first grade aluminum is used to form the conductor bars, this aluminum melts as the anode is consumed and bonds with the cathode metal for continuous cycles. The bars are spaced such that the voltage drop is minimal relative to the conductivity of the composite anode. In FIG. 2B, the conductor bar 36 is connected to the center conductor 4.
It is shown connected to a plate 40 supported by 1.
アルミニウム導体36と37は陽極のマトリツ
クス38が消耗されるのと同一速度で溶融するよ
うに、陽極寸法、陽極の電流密度、槽の寸法、操
作温度、伝熱に基づいて導体36と37の数と寸
法を選ぶ。第2A図および第2B図に示した陽極
具体例の独特の利点は、比較的高抵抗の陽極にお
いて大きな電圧降下を避け、そこで実質上減少し
た電力消費でプロセスを操作できることである。
このアルミニウム棒の寸法は1.59〜76.2mm
(0.0625〜3.0インチ)の直径範囲内であることが
でき、好ましくは3.18〜50.8mm(0.125〜2.0イン
チ)、最も好ましくは6.35〜25.4mm(0.25〜1.0イ
ンチ)である。 The number of conductors 36 and 37 is determined based on the anode dimensions, anode current density, bath dimensions, operating temperature, and heat transfer so that the aluminum conductors 36 and 37 melt at the same rate as the anode matrix 38 is consumed. and choose the dimensions. A unique advantage of the anode embodiment shown in FIGS. 2A and 2B is that large voltage drops are avoided at the relatively high resistance anode, allowing the process to operate there with substantially reduced power consumption.
The dimensions of this aluminum rod are 1.59~76.2mm
(0.0625 to 3.0 inches), preferably 3.18 to 50.8 mm (0.125 to 2.0 inches), most preferably 6.35 to 25.4 mm (0.25 to 1.0 inches).
当該陽極で望ましい導電率を達成するために
は、第2,2A,または2B図のような複合陽極
38の外表面とアルミニウム棒の表面との間の間
隔および第2Aおよび第2B図におけるこれらア
ルミニウム棒の外表面間の相互の間隔は重要では
なく、3.18〜609.6mm(0.125〜24インチ)の範囲、
好ましくは25.4〜152.4mm(1.0〜6.0インチ)、最
も好ましくは38.1〜101.6mm(1.5〜4.0)インチで
あることができる。1例として、複合陽極の導電
率が標準の予備焼成のホール槽陽極のほぼ0.1で
あるときは、約76.2mm(3.0インチ)のアルミニ
ウム棒間隔が許容できる電圧降下を生じる。 In order to achieve the desired electrical conductivity in the anode, the spacing between the outer surface of the composite anode 38 and the surface of the aluminum rods as in FIGS. 2, 2A, or 2B and the aluminum bars in FIGS. The mutual spacing between the outer surfaces of the bars is not critical and ranges from 3.18 to 609.6 mm (0.125 to 24 inches),
Preferably it can be 1.0 to 6.0 inches, most preferably 1.5 to 4.0 inches. As an example, when the conductivity of the composite anode is approximately 0.1 of a standard pre-fired Hall bath anode, an aluminum bar spacing of about 3.0 inches produces an acceptable voltage drop.
当該槽の操作温度はふつう700〜750℃の範囲で
あるから、アルミニウム棒が陽極が消耗される速
度とほぼ同一速度で溶融しそこで電力を陽極の底
に伝えるように、アルミニウム棒の大きさをきめ
ることができる。アルミニウム棒の直径が大きす
ぎると、アルミニウムは溶融せず、塩がその表面
上に凝固し、陽極を進めるとき陰極に短絡するア
ルミニウムスタブを残して消耗する陽極を生じ
る。当該棒の直径が小さすぎると、アルミニウム
棒は陽極内で遠くまでメルトバツク(melt
back)し、長い導電率通路によつて大きすぎる
圧力降下をきたす。陽極の底表面と平になつて残
るよりもわずかな程度までアルミニウム棒が陽極
内にメルトバツクすることが望ましい。こうする
と、アルミニウム棒の陽極酸化が最小になる。望
ましいメルトバツク距離は、アルミニウム棒の最
小陽極酸化と組合せた最小電圧降下を与える距離
による。当該棒が陽極の底表面と平になつて残る
と、アルミニウムイオンが棒から(精製操作にお
ける場合のように)および複合陽極材料から浴内
に通る傾向があり、そこで槽のフアラデー効率を
下げる。浴から陽極までのコンダクタンスおよび
導体を通し発生する電力を均衡させて導体アルミ
ニウム棒の望む量の溶融が得られるように熱を均
衡させることができる。 Since the operating temperature of the cell is typically in the range of 700-750°C, the size of the aluminum rod is such that it melts at approximately the same rate as the anode is consumed and thus transfers power to the bottom of the anode. You can decide. If the diameter of the aluminum rod is too large, the aluminum will not melt and salt will solidify on its surface, resulting in an anode that wears out leaving an aluminum stub that shorts to the cathode as the anode is advanced. If the diameter of the rod is too small, the aluminum rod will melt far inside the anode.
back), resulting in too large a pressure drop due to the long conductivity path. It is desirable that the aluminum rod melt back into the anode to a lesser extent than remain flush with the bottom surface of the anode. This will minimize anodization of the aluminum rod. The desired meltback distance is the distance that provides the minimum voltage drop combined with the minimum anodization of the aluminum bar. If the rod remains flush with the bottom surface of the anode, aluminum ions tend to pass from the rod (as in purification operations) and from the composite anode material into the bath, where they reduce the faradic efficiency of the bath. The conductance from the bath to the anode and the power generated through the conductor can be balanced to balance the heat to obtain the desired amount of melting of the conductive aluminum rod.
第3図は26Bで示すように陽極組成物の別の
具体例を示している。この具体例では、電極26
Bは第2図のコーテイング38と同一であること
ができる複合物38からなるが、電極として使う
ため適当な形状に成形される。この電極形態を、
通常の電気回路に接続するため電極26Bのボデ
ーの上端から外に突出ているスタブまたはピン電
極42のまわりに成形できる。または電極26B
を成形し、ついで予備焼成のホール槽陽極で使わ
れるような当該技術で既知の方法によつてスタブ
42を挿入する。 FIG. 3 shows another embodiment of the anode composition, designated 26B. In this specific example, electrode 26
B consists of a composite 38 which can be identical to the coating 38 of FIG. 2, but shaped into a suitable shape for use as an electrode. This electrode form is
It can be molded around a stub or pin electrode 42 that projects out from the top end of the body of electrode 26B for connection to a conventional electrical circuit. or electrode 26B
is formed and then the stub 42 is inserted by methods known in the art, such as those used in pre-fired Hall tank anodes.
別の具体例は第4A図に示されたもので、ここ
では前述と同一組成を有する陽極26Bが示され
ているが、複数の対の垂直に配置された導体ピン
39を備えており、下の1対のピンに母線39A
がゼーダーベルグ型接続のように直接結合してい
る。ピン39の配置は重要ではなく、陽極軸に対
し直角または図示のように角度をもつことができ
る。複合陽極材料が消費されると、母線接続39
Aは次に高い1対のピンまで上方に移動される。
一級(Primary grade)アルミニウムからなるピ
ンも消費され、前述のように析出アルミニウムの
プールに加えられる。一方、上記ピンはゼーダー
ベルグ接続で典型的に使われるような鉄からなる
ものであることができ、このピンは陽極が消費さ
れると除去される。 Another embodiment is shown in FIG. 4A, in which an anode 26B is shown having the same composition as previously described, but with a plurality of pairs of vertically disposed conductor pins 39, Connect the bus bar 39A to a pair of pins.
are directly connected like a Soederberg type connection. The placement of pin 39 is not critical and can be perpendicular to the anode axis or at an angle as shown. Once the composite anode material is consumed, the busbar connection 39
A is moved up to the next higher pair of pins.
Pins made of primary grade aluminum are also consumed and added to the pool of deposited aluminum as described above. On the other hand, the pin can be made of iron, as typically used in Soederberg connections, and is removed when the anode is consumed.
第12図および第13図の具体例は陽極の作用
表面に電気エネルギーを伝える変形を示す。図示
のように複合陽極(A)のブロツク94はアルミニウ
ム金属のシート108で積層されている。これら
のシートは第2A図および第2B図のアルミニウ
ム棒と全く同じように働らく。積層の形状と数は
重要ではない。このブロツクは連続形態で存在し
て、第4図のようにクランプ47により槽内に供
給でき、クランプにはアルミニウムシート108
と共に電気接続がなされている。 The embodiments of FIGS. 12 and 13 illustrate modifications that transfer electrical energy to the working surface of the anode. As shown, the block 94 of the composite anode (A) is laminated with sheets 108 of aluminum metal. These sheets work in exactly the same way as the aluminum bars of Figures 2A and 2B. The shape and number of layers are not critical. This block is present in continuous form and can be fed into the tank by means of a clamp 47, as shown in FIG.
Electrical connections are also made.
アルミニウムシート108の数、間隔、厚さ
は、導体36および37に関し記載したものと同
一の因子により決定される。一般にアルミニウム
シートの厚さは0.025〜12.7mm(0.001〜0.5イン
チ)、好ましくは0.25〜9.53mm(0.010〜0.375イン
チ)、最も好ましくは0.25〜6.35mm(0.010〜0.25
インチ)の範囲である。このアルミニウムシート
は大きな電圧降下を避けるため必要な電流をつた
え、また陽極が消費されるとき陰極プールに溶融
するのに十分な厚さでなければならない。アルミ
ニウムシート108の間隔は、導体36および3
7に関し述べたように複合ブロツクを通し過度の
電圧降下を避けるような間隔である。一般に、こ
の間隔は3.18〜609.6mm(0.125〜24.0イインチ)、
好ましくは25.4〜152.4mm(1.0〜6.0インチ)、最
も好ましくは38.1〜101.6mm(1.5〜4.0インチ)の
範囲である。 The number, spacing, and thickness of aluminum sheets 108 are determined by the same factors described for conductors 36 and 37. Generally the thickness of aluminum sheet is 0.025-12.7mm (0.001-0.5 inch), preferably 0.25-9.53mm (0.010-0.375 inch), most preferably 0.25-6.35mm (0.010-0.25 inch)
inches). This aluminum sheet must be thick enough to carry the necessary current to avoid large voltage drops, and to melt into the cathode pool when the anode is consumed. The spacing between the aluminum sheets 108 is the same as that between the conductors 36 and 3.
7, the spacing is such as to avoid excessive voltage drops across the composite block. Generally, this spacing is 3.18 to 609.6 mm (0.125 to 24.0 inches),
Preferably it ranges from 1.0 to 6.0 inches, most preferably from 1.5 to 4.0 inches.
膜
第5図に示したような膜は三つの機能をもつよ
うに設計される。Membranes Membranes such as the one shown in Figure 5 are designed to have three functions.
第1に、この膜は溶融陰極金属相と電解される
陽極材料源の間のセパレーターまたは静止障壁と
して働らく。本発明の膜の使用により、効率また
はアルミニウム製品の品位の低下を生じ得る乱流
効果なしに、当該間隔を実質上減少することがで
き導電性および効率において著しい増加を達成で
きる。 First, the membrane acts as a separator or static barrier between the molten cathode metal phase and the source of the electrolyzed anode material. By using the membrane of the invention, the spacing can be substantially reduced and significant increases in conductivity and efficiency can be achieved without turbulence effects that can result in a reduction in efficiency or the quality of the aluminum product.
第2に、本発明においては、当該膜はたとえば
アルミニウム原料および還元剤を含むことができ
る複合陽極の物質を物理的に拘束する。この拘束
は最も効率よい方式でアルミニウムイオンを生成
する陽極を形成するように上記物質を電極近くに
保つ。この膜は又当該原料が槽底で溶融アルミニ
ウムと混合することも防ぐ。水和アルミナのよう
な水和金属酸化物を陽極材料の一つとして使うと
きは、当該膜は浴のコークス化中、アルミナから
の水分の発生によりひび割れ落ちることのある陽
極片を保持する。これらの片は膜内の陽極回路内
にある限り、還元反応によりアルミニウム源とな
り続ける。 Second, in the present invention, the membrane physically constrains the material of the composite anode, which can include, for example, an aluminum raw material and a reducing agent. This restraint keeps the material close to the electrode to form an anode that produces aluminum ions in the most efficient manner. This membrane also prevents the feedstock from mixing with the molten aluminum at the bottom of the tank. When a hydrated metal oxide, such as hydrated alumina, is used as one of the anode materials, the membrane retains the anode pieces which may crack and fall off due to the evolution of moisture from the alumina during coking of the bath. As long as these pieces remain in the anode circuit within the membrane, they continue to serve as a source of aluminum through a reduction reaction.
第3に、当該膜は電解液中のイオン性物質およ
び溶解固体を自由に通過させるが、溶融アルミニ
ウムおよびアルミニウム源中に存在する通常の不
純物を構成する不溶解の固体物質を実質上排除
し、陰極析出の汚染を防ぐ。 Third, the membrane freely passes ionic substances and dissolved solids in the electrolyte, but substantially excludes undissolved solid substances that constitute the usual impurities present in molten aluminum and aluminum sources; Prevent contamination of cathodic deposition.
当該膜の外形は重要ではなく、その全体又は一
部分が円筒形、プリズム形などであることができ
る。たとえば、この膜は底を有する3または4側
面形をもつことができ、そこで閉じた容器を形成
することができる。この容器は塩浴における反応
のため陽極原料を保持するように設計される。 The external shape of the membrane is not critical; it can be cylindrical, prismatic, etc. in whole or in part. For example, the membrane can have a three- or four-sided shape with a bottom, where it can form a closed container. This vessel is designed to hold the anode raw material for reaction in the salt bath.
溶融塩浴の腐食性のために、当該膜を形成する
材料の選択が、槽の寿命とプロセスの成功にとり
重要である。使用電解液が全塩化物浴であるとき
は、フツ化物を含む浴に比較して上記浴の減少し
た腐食性のために膜の選択は幾分一層広い。しか
し、低揮発性のために若干のフツ化物を含む浴が
好ましい。全フツ化物浴は前述のような他の利点
を有する。フツ化物浴で使うのに適した材料は勿
論一層低い腐食性の塩化物浴でも有用である。 Due to the corrosive nature of molten salt baths, the selection of materials forming the membrane is critical to bath life and process success. When the electrolyte used is an all-chloride bath, the choice of membranes is somewhat wider due to the reduced corrosivity of the bath compared to baths containing fluoride. However, baths containing some fluoride are preferred due to their low volatility. Full fluoride baths have other advantages as mentioned above. Materials suitable for use in fluoride baths are of course also useful in less corrosive chloride baths.
有用なことがわかつた材料には、多孔性固体と
してのガラス質炭素フオーム(vitreous carbon
foam)、炭素、または黒鉛、または耐火性硬質金
属の多孔性固体たとえばホウ素、アルミニウム、
ケイ素(オキシ窒化物を含む)、チタン、ハフニ
ウム、ジルコニウム、タンタルの窒化物、モリブ
デン、タンタル、タングステンのケイ化物、ハフ
ニウム、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、チタ
ン、ケイ素、ホウ素、タングステンの炭化物、ハ
フニウム、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、チ
タン、ケイ素のホウ化物が含まれる。当該技術で
既知の他の耐火硬質金属が当該溶融塩浴に耐性で
あれば当該膜形成に有用なこともわかる。 Materials that have been found to be useful include vitreous carbon foam as a porous solid.
foam), carbon, or graphite, or porous solids of refractory hard metals such as boron, aluminum,
Silicon (including oxynitrides), titanium, hafnium, zirconium, tantalum nitrides, molybdenum, tantalum, tungsten silicides, hafnium, tantalum, niobium, zirconium, titanium, silicon, boron, tungsten carbides, hafnium, tantalum , zirconium, niobium, titanium, and silicon borides. Other refractory hard metals known in the art may also be useful in forming the film if they are resistant to the molten salt bath.
本発明の膜を形成する耐火硬質金属は布、マツ
ト、フエルト、フオーム(foam)、多孔性焼結固
体ベース、または単に上記ベース上のコーテイン
グの形態につくることができ、そのすべては他の
目的のため当該技術で既知である。当該膜は通過
多孔度および連絡細孔径の特定の標準に合格する
ことも必要である。 The refractory hard metal forming the membrane of the present invention can be made in the form of cloth, mat, felt, foam, porous sintered solid base, or simply a coating on said base, all of which serve other purposes. is known in the art for. The membrane must also pass certain standards for passage porosity and communicating pore size.
これらの2つの特性は次のように定義できる。 These two properties can be defined as follows.
通過多孔度―膜の1側面から他方へ通過する通
路を構成する膜の全容量のパーセント。 Passage Porosity - The percentage of the total volume of a membrane that constitutes passageways from one side of the membrane to the other.
連絡細孔径―膜の通路の最小直径。 Connecting pore diameter - the smallest diameter of a passageway in a membrane.
通過多孔度は膜材料の性質、溶融浴の温度、塩
組成と共に変るが、有用な膜の共通の特性は不溶
解不純物を通すことなく、アルミニウムのような
金属イオンのすべてと電解液塩のすべてを通すの
に十分な多孔度でなければならないものである。
多孔度が大きいほど電流の流れが大きく、したが
つて槽の電気効率が大きくなることがわかつた。
多孔度は1〜97%またはそれ以上に変化できる
が、一般には30〜70%の範囲である。最大の効率
を達成する好ましい多孔度は90〜97%の範囲にあ
る。たとえばガラス質炭素フオーム(foam)は
そのような高い多孔度を生じまた十分な機械的強
度を保持できる。 Passage porosity varies with the nature of the membrane material, temperature of the melt bath, and salt composition, but the common properties of useful membranes are that they pass all of the metal ions, such as aluminum, and all of the electrolyte salts, without passing undissolved impurities. The porosity must be sufficient to allow the passage of.
It was found that the greater the porosity, the greater the current flow and therefore the electrical efficiency of the cell.
Porosity can vary from 1 to 97% or more, but generally ranges from 30 to 70%. The preferred porosity to achieve maximum efficiency is in the range of 90-97%. For example, vitreous carbon foam can produce such high porosity and retain sufficient mechanical strength.
連絡細孔径は溶けていない固体不純物を排除す
るのに十分小さく、しかしイオン性および溶解し
た粒子を通すのに十分大きくなければならない。
一般に、許容できる細孔径は1ミクロン〜1cmの
間である。 The communicating pore size must be small enough to exclude undissolved solid impurities, but large enough to pass ionic and dissolved particles.
Generally, acceptable pore sizes are between 1 micron and 1 cm.
膜材料の厚さはその多孔度、細孔径、不溶解の
不純固体および溶融金属を保持する能力の関係で
ある。明らかに膜が厚いほど、電気抵抗は大きく
なる。そこで、多孔度と細孔径の標準および槽内
に置いた膜の機械的強度に実際上かなうような薄
さの膜を使うのが望ましい。好ましい厚さは3.18
〜12.7mm(0.125〜0.5インチ)であるが、50.8mm
(2.0インチ)またはそれ以上の厚さであることも
できる。 The thickness of the membrane material is a function of its porosity, pore size, and ability to retain undissolved impure solids and molten metal. Obviously, the thicker the film, the greater the electrical resistance. Therefore, it is desirable to use a membrane that is thin enough to practically meet standards for porosity and pore size and the mechanical strength of the membrane placed in the bath. Preferred thickness is 3.18
~12.7mm (0.125~0.5 inch) but 50.8mm
(2.0 inches) or thicker.
有用なことがわかつた代表的膜材料は多孔性固
体、フエルト、または布の形態のガラス質炭素フ
オーム、炭素、または黒鉛、多孔性固体、布とし
て、またはガラス質炭素フオームまたは多孔黒鉛
の表面上のコーテイングとしての窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ窒化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化チタンを含むが、これに限
定されない。窒化アルミニウムが最も望ましい材
料にみえる。まず多孔性アルミナ構造をつくり、
それから炭素を含浸し、ついで窒素雰囲気下で
1750℃に加熱してアルミナを窒化アルミニウムに
変えることにより、窒化アルミニウムは多孔性構
造に便利に形成できることがわかつた。このよう
な操作は腐食性塩環境および溶融アルミニウムと
化学的に相容性の強い多孔性構造を生ずる。 Typical membrane materials found to be useful are vitreous carbon foam, carbon, or graphite in the form of porous solids, felts, or cloths, or on the surface of vitreous carbon foams or porous graphite. including, but not limited to, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, silicon oxynitride, boron nitride, titanium nitride as a coating. Aluminum nitride appears to be the most desirable material. First, create a porous alumina structure,
It is then impregnated with carbon and then under a nitrogen atmosphere.
It was found that aluminum nitride can be conveniently formed into porous structures by heating to 1750°C to convert the alumina to aluminum nitride. Such operations create a corrosive salt environment and a porous structure that is chemically compatible with molten aluminum.
溶融浴組成
本発明の電解浴は典型的ホール槽塩組成に比較
しかなり変化できる。本発明においては、浴組成
はどのハロゲン化物塩も含むことができ、特に塩
化物およびフツ化物が好ましい。アルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属、たとえば特にナトリウ
ム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシ
ウム、バリウムなどをハロゲン化物塩形成に使用
できる。重要な組成、または望む或は必要な割合
の範囲はない。当該複合陽極を使い電解でアルミ
ニウムを製造するのに、アルミニウム塩をはじめ
に電解液に存在させる必要のないことが認められ
た。たとえば、アルカリおよび(または)アルカ
リ土類ハロゲン化物のみを含む塩電解液が、当該
複合陽極を使い「陽極効果」なしに陰極でアルミ
ニウム金属を生成する。Molten Bath Composition The electrolytic baths of the present invention can vary considerably compared to typical Hall bath salt compositions. In the present invention, the bath composition can include any halide salt, with chlorides and fluorides being particularly preferred. Alkali metals or alkaline earth metals, such as sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium, barium, among others, can be used for halide salt formation. There is no critical composition or desired or necessary range of proportions. It has been found that in order to produce aluminum electrolytically using the composite anode, there is no need for an aluminum salt to be present in the electrolyte at the outset. For example, a salt electrolyte containing only alkali and/or alkaline earth halides uses the composite anode to produce aluminum metal at the cathode without an "anodic effect."
本発明の実施に対し必要ではないが、塩浴がは
じめにハロゲン化アルミニウムを含むのが一般に
好ましい。塩化物陰イオンのみまたは塩化物およ
びフツ化物イオンの両者を含むことのできる
AlCl3含有浴の場合には、塩化アルミニウム濃度
はAlCl32〜60重量%であり得るが、1〜95重量
%の範囲であることもできる。全フツ化物浴は上
記と同一のフツ化物塩を含むことができるが、同
様に望む割合でフツ化アルミニウムを含むことが
できる。 Although not required for the practice of this invention, it is generally preferred that the salt bath initially contain aluminum halide. Can contain only chloride anions or both chloride and fluoride ions
In the case of AlCl3- containing baths, the aluminum chloride concentration can be between 2 and 60% by weight AlCl3 , but can also range from 1 to 95% by weight. The all-fluoride bath can contain the same fluoride salts described above, but can also contain aluminum fluoride in any desired proportions.
種々の電解液型の利点および欠点として、全塩
化物浴は酸化物汚染に対しごく低い許容度をもつ
が、著しく高い導電率を有し、耐火物および槽成
に対し腐食性が最も小さい。フツ化物含有電解液
においては、アルミニウムは凝集し容易にたまる
液滴として析出するが、耐火物および槽成分に対
する当該電解液の腐食性が著しく増す。 Among the advantages and disadvantages of the various electrolyte types, all chloride baths have very low tolerance to oxide contamination, but have significantly higher electrical conductivity and are the least corrosive to refractories and bath structures. In fluoride-containing electrolytes, aluminum precipitates as droplets that aggregate and easily accumulate, but the corrosivity of the electrolyte to refractories and bath components increases significantly.
電解液のリチウム成分は導電率を増すが、高価
で電解液の費用を増す。電解液の費用、電解液の
導電率、得られるアルミニウム製造の電力消費に
関し、操作において上記を均衡させる必要があ
る。 The lithium component of the electrolyte increases conductivity, but is expensive and adds to the cost of the electrolyte. The cost of the electrolyte, the conductivity of the electrolyte, and the power consumption of the resulting aluminum production must be balanced in operation.
好ましい電解液は塩成分の経済性、導電率、耐
火物および槽成分に対する腐食性、酸化物汚染に
対する許容度、容易に採取するための析出アルミ
ニウムのプールへの凝集の均衡である。 Preferred electrolytes balance economy of salt components, electrical conductivity, corrosiveness to refractories and bath components, tolerance to oxide contamination, and agglomeration of precipitated aluminum into a pool for easy harvesting.
実施例 1
第1図において、陽極は黒鉛板であり、陰極は
二ホウ化チタン板である。陽極は第2図に示した
ようにコーテイング38によりつくつた。このコ
ーテイングはコークス化段階でAl2O35部対炭素
1部の重量割合で混合した1000℃でか焼したバイ
ヤー法精製のAl2O3からなつていた。このAl2O3
とフエノール樹脂を混合し、フエノール樹脂を炭
素にコークス化するため不活性雰囲気で1000℃に
徐々に加熱することにより、上記炭素を得た。こ
のAl2O3とフエノール樹脂を混合し、この混合物
を電極にこてで塗るかまたは他の方法で塗り、コ
ークス化温度に加熱することにより電極コーテイ
ングをつくつた。Example 1 In FIG. 1, the anode is a graphite plate and the cathode is a titanium diboride plate. The anode was created with a coating 38 as shown in FIG. The coating consisted of Bayer-refined Al 2 O 3 calcined at 1000° C. mixed in a weight ratio of 5 parts Al 2 O 3 to 1 part carbon in the coking stage. This Al 2 O 3
The above carbon was obtained by mixing and gradually heating the phenolic resin to 1000° C. in an inert atmosphere to coke the phenolic resin into carbon. The electrode coating was created by mixing the Al 2 O 3 with the phenolic resin, troweling or otherwise applying the mixture to the electrode, and heating to coking temperature.
電解液は約150℃で複塩NaAlCl4を形成するア
ルミニウムと塩化ナトリウムの等モル混合物から
なつていた。槽の温度を700℃に上げ、Al2O3の
電解を数時間行なつて、槽の底に溶融アルミニウ
ム層を得た。陽極を検査したところ、コーテイン
グが溶解しており、アルミニウムが陰極に析出し
ていることがわかつた。このアルミニウムの析出
は陽極で溶解したAl2O3のアルミニウム含有量に
等しかつた。総活律速反応は陽極でAl2O3がイオ
ン化し炭素が反応して主にCO2を生成する反応と
考えられる。電解中、陽極および出口管内に塩素
ガスが遊離した証拠はなかつた。排出ガスを分析
し、主としてCO2であることがわかつた。 The electrolyte consisted of an equimolar mixture of aluminum and sodium chloride forming the double salt NaAlCl 4 at about 150°C. The temperature of the tank was raised to 700°C, and Al 2 O 3 electrolysis was performed for several hours to obtain a molten aluminum layer at the bottom of the tank. Inspection of the anode revealed that the coating had dissolved and aluminum had deposited on the cathode. This aluminum precipitation was equal to the aluminum content of the Al 2 O 3 dissolved at the anode. The total activity-limited reaction is considered to be a reaction in which Al 2 O 3 is ionized at the anode and carbon reacts to mainly produce CO 2 . There was no evidence of chlorine gas being liberated in the anode or outlet tube during electrolysis. Analysis of the exhaust gas revealed that it was mainly CO 2 .
実施例 2
電解液組成はNaCl63%、LiCl17%、LiF10%、
AlCl310%からなつており、Al2O3対炭素(コー
クス化したとき)比5.7対1を生じるようにコー
クス化した標準ボーキサイトAl2O3と石油タール
ピツチから第2回の電極コーテイングをつくつ
た。第1回の槽で750℃で電解を実施した。陽極
と陰極の間隔は12.7mm(1/2インチ)であつて、
これは印加電圧2.5ボルトで2.32アンペア/cm2
(15アンペア/平方インチ)の電極電流密度を生
じた。陽極から遊離する塩素ガスは検出されなか
つた。アルミニウムが析出した。採取したアルミ
ニウムは8.09kwh/Kg(3.67kwh/ポンド)のエ
ネルギー消費で92%のフアラデー効率で生成し
た。Example 2 Electrolyte composition is NaCl 63%, LiCl 17%, LiF 10%,
A second electrode coating is made from standard bauxite Al 2 O 3 consisting of 10% AlCl 3 and coked to yield an Al 2 O 3 to carbon (when coked) ratio of 5.7:1 and petroleum tar pitch. Ivy. Electrolysis was carried out at 750°C in the first tank. The spacing between the anode and cathode is 12.7 mm (1/2 inch),
This is 2.32 amps/cm 2 at an applied voltage of 2.5 volts.
(15 amps per square inch). No chlorine gas liberated from the anode was detected. Aluminum was precipitated. The extracted aluminum was produced with an energy consumption of 8.09 kwh/Kg (3.67 kwh/lb) and a faradaic efficiency of 92%.
実施例 3
電解液塩組成はNaCl10%、CaCl250%、
CaF220%、AlCl320%からなつていた。Example 3 Electrolyte salt composition was NaCl 10%, CaCl 2 50%,
It consisted of 20% CaF 2 and 20% AlCl 3 .
第2図の電極コーテイングを実施例2のように
してつくつたが、電極の1側面だけにつくつた。
出口管に隣接した陽極を正端子に接続し、負端子
を出口管から最も遠い電極に接続するように電気
的接続を行なつた。電極25および26の被覆し
た側は各々出口管とはむきあわずに陰極に面して
いた。陰極24は被覆しなかつた。これは直流電
力供給体に物理的に接続していない電極25を生
じる。この電極は復極となる。Al2O3―C混合物
で被覆した側はそこで正に荷電される。出口管に
最も近い復極電極25の側は負に荷電されるよう
になり、その上にアルミニウムが析出し、溶融プ
ールに沈む。アルミニウムは負に荷電した電極2
4にも析出し溶融プールに沈む。槽操作温度は
800℃で、印加電圧は各電極に対し3ボルトで、
端子を横切り合計6ボルトであつた。電極間隔3/
4インチでこの印加電圧は1.86アンペア/cm2(12
アンペア/平方インチ)の電極電流密度を生じ
た。 The electrode coating of Figure 2 was made as in Example 2, but on only one side of the electrode.
Electrical connections were made such that the anode adjacent the outlet tube was connected to the positive terminal and the negative terminal was connected to the electrode furthest from the outlet tube. The coated sides of electrodes 25 and 26 each faced the cathode without facing the outlet tube. Cathode 24 was uncoated. This results in electrode 25 not being physically connected to the DC power supply. This electrode becomes depolarized. The side coated with the Al 2 O 3 --C mixture is then positively charged. The side of the depolarizing electrode 25 closest to the exit tube becomes negatively charged and aluminum is deposited on it and sinks into the molten pool. Aluminum is negatively charged electrode 2
4 also precipitates and sinks into the molten pool. The tank operating temperature is
At 800°C, the applied voltage was 3 volts to each electrode,
There was a total of 6 volts across the terminals. Electrode spacing 3/
At 4 inches, this applied voltage is 1.86 amperes/cm 2 (12
This resulted in an electrode current density of amps per square inch).
実施例 4
陽極は二ホウ化チタン棒からなり、陰極も二ホ
ウ化チタンであつた。600℃でか焼し、フエノー
ル樹脂と混合し、800℃でコークス化したボーキ
サイトで第2図のように陽極を被覆した。コーク
ス化後のボーキサイト中の酸化アルミニウム対炭
素の比は6対1であつた。電解液塩組成は
NaCl20%、CaCl230%、CaF210%、AlCl336%で
あり、750℃で15アンペア/平方インチの電流密
度で操作した。これは約19.05mm(3/4インチ)の
電極間隔で4ボルトを生じた。塩素ガスは認めら
れなかつた。溶融プールに析出したアルミニウム
の組成は97%の純度で、Si0.5%、Fe1.5%、
Ti0.9%、および少量の他の成分を含んでいた。Example 4 The anode consisted of a titanium diboride rod and the cathode was also titanium diboride. The anode was coated with bauxite calcined at 600°C, mixed with phenolic resin and coked at 800°C as shown in Figure 2. The ratio of aluminum oxide to carbon in the bauxite after coking was 6:1. The electrolyte salt composition is
20% NaCl, 30% CaCl 2 , 10% CaF 2 , 36% AlCl 3 and operated at 750° C. and a current density of 15 amps/in 2 . This produced 4 volts with approximately 3/4 inch electrode spacing. No chlorine gas was detected. The composition of the aluminum deposited in the molten pool is 97% pure, with 0.5% Si, 1.5% Fe,
Contained 0.9% Ti, and small amounts of other components.
実施例 5
第5図の槽は多孔度50%、細孔径12〜24ミクロ
ンの範囲を有し、厚さ4.76mm(3/16インチ)の窒
化アルミニウム材料の多孔性膜を利用した。アル
ミナ多孔性ボデーを炭素で含浸し、窒素雰囲気中
で1750℃に加熱して、当該窒化アルミニウムを得
た。陽極導体は黒鉛棒であり、陽極アルミニウム
物質は6対1のバイヤーAl2O3と炭素の混合粉末
であつた。電解液塩組成はNaCl20%、LiCl25%、
LiF30%、AlCl325%であり、電解を720℃で実施
した。膜とアルミニウムプールの間隔は約12.7mm
(1/2インチ)で、1.55アンペア/cm2(10アンペ
ア/平方インチ)の陽極電流密度で電解を実施し
た。これは2.8ボルトの電圧を生じた。アルミニ
ウムは92%の効率で生じ、99.5%の純度を有し
た。Example 5 The vessel of Figure 5 utilized a porous membrane of aluminum nitride material having a porosity of 50%, a pore size ranging from 12 to 24 microns, and a thickness of 4.76 mm (3/16 inch). An alumina porous body was impregnated with carbon and heated to 1750° C. in a nitrogen atmosphere to obtain the aluminum nitride. The anode conductor was a graphite rod and the anode aluminum material was a 6:1 Bayer Al 2 O 3 and carbon powder mix. Electrolyte salt composition is NaCl20%, LiCl25%,
LiF was 30%, AlCl 3 was 25%, and electrolysis was carried out at 720°C. The distance between the membrane and the aluminum pool is approximately 12.7mm
(1/2 inch) and an anodic current density of 1.55 amps/cm 2 (10 amps/in 2 ). This produced a voltage of 2.8 volts. Aluminum was produced with 92% efficiency and had a purity of 99.5%.
実施例 6
NaF12%、LiF25%、NaCl28%、LiCl15%、
AlF310%、AlCl310%からなる塩組成物を垂直な
側壁を有する槽内で溶融した。50.8mm(2イン
チ)厚さのアルミニウムパツドを槽の底上で溶融
し、操作温度を700℃に調節した。第2A図に示
したような陽極を使い、陽極の底部とアルミニウ
ムパツドの間隔を44.5mm(13/4インチ)にセツ
トした。0.93アンペア/cm2(6アンペア/平方イ
ンチ)の陽極電流密度で、槽電位は3.5ボルトで
あつた。Example 6 NaF12%, LiF25%, NaCl28%, LiCl15%,
A salt composition consisting of 10% AlF 3 and 10% AlCl 3 was melted in a vessel with vertical side walls. A 50.8 mm (2 inch) thick aluminum pad was melted on the bottom of the vessel and the operating temperature was adjusted to 700°C. Using an anode as shown in Figure 2A, the spacing between the bottom of the anode and the aluminum pad was set to 44.5 mm (13/4 inch). At an anodic current density of 0.93 amps/cm 2 (6 amps/in 2 ), the bath potential was 3.5 volts.
8時間電解後、陽極を槽から除去し、第7図に
示したような45度の側壁を有する槽に入れた。数
時間電解後、陽極側面は陰極側壁に平行となるよ
う浸食した。塩中の陽極浸漬深さは76.2mm(3イ
ンチ)であつた。垂直な側壁と同一の全電流を使
い、電位は2.45ボルトであつた。90%電流効率で
および一定製造速度での側面陽極腐食によるこの
低下した電位は電力消費を11.57kwh/Kg
(5.25kwh/ポンド)から8.11kwh/Kg
(3.68kwh/ポンド)に減らし、これは
3.46kwh/Kg(157kwh/ポンド)の減少である。 After 8 hours of electrolysis, the anode was removed from the cell and placed in a cell with 45 degree side walls as shown in FIG. After several hours of electrolysis, the anode side surface eroded to become parallel to the cathode side wall. The anode immersion depth in the salt was 76.2 mm (3 inches). The same total current was used as for the vertical sidewalls, and the potential was 2.45 volts. This reduced potential due to side anodic corrosion at 90% current efficiency and constant production rate reduces power consumption to 11.57kwh/Kg
(5.25kwh/lb) to 8.11kwh/Kg
(3.68kwh/lb), which is
This is a decrease of 3.46kwh/Kg (157kwh/lb).
実施例 7
NaCl20%、LiCl25%、LiF25%、NaF10%、
AlF310%、AlCl310%からなる塩組成物を垂直側
壁を有する槽で溶融した。厚さ50.8mm(2イン
チ)のアルミニウムパツドを槽の底上で溶融し、
操作温度を700℃に調節した。通例の方式で一端
につけた銅母線棒を有する長さ304.8cm(12イン
チ)の複合陽極12を使い、陽極―陰極間隔を
44.5mm(13/4インチ)に調節した。0.93アンペ
ア/cm2(6アンペア/平方インチ)の陽極電流密
度で、平衡に達した後の槽電位は5.75ボルトであ
つた。Example 7 NaCl20%, LiCl25%, LiF25%, NaF10%,
A salt composition consisting of 10% AlF 3 and 10% AlCl 3 was melted in a vessel with vertical side walls. A 50.8 mm (2 inch) thick aluminum pad is melted on the bottom of the tank,
The operating temperature was adjusted to 700°C. Using a 12 inch long composite anode 12 with a copper busbar attached to one end in the customary manner, the anode-cathode spacing was
Adjusted to 44.5mm (13/4 inch). At an anodic current density of 0.93 amps/cm 2 (6 amps/in 2 ), the bath potential after reaching equilibrium was 5.75 volts.
同一だが母線棒の反対端で45度の傾斜を有する
陽極を、第7図に示したような45度の側壁を有す
る槽に挿入した。塩中への陽極の浸漬深さは76.2
mm(3インチ)であつた。陽極の角度が槽の側壁
と同一であることを確めるため数時間電解後、垂
直側壁で使つたものと同一全電流を達成するに要
した電位は4.4ボルトであつた。90%の電流効率
および二つの型の槽間の一定の製造速度における
側面陽極の腐食によるこの低下した電位は電力消
費を19.03kwh/Kg(8.63kwh/ポンド)から
14.55kwh/Kg(6.6kwh/ポンド)に減らし、こ
れは4.48kwh/Kg(2.03kwh/ポンド)の減少で
ある。 An identical anode, but with a 45 degree slope at the opposite end of the bus bar, was inserted into a vessel with 45 degree side walls as shown in FIG. The immersion depth of the anode in the salt is 76.2
mm (3 inches). After several hours of electrolysis to ensure that the angle of the anode was the same as the side wall of the cell, the potential required to achieve the same total current as used on the vertical side wall was 4.4 volts. At 90% current efficiency and a constant production rate between the two types of baths, this reduced potential due to side anode corrosion reduces power consumption from 19.03 kwh/Kg (8.63 kwh/lb)
reduced to 14.55kwh/Kg (6.6kwh/lb), which is a reduction of 4.48kwh/Kg (2.03kwh/lb).
陽極の底のみを浸食させる通例の槽で使われる
ものに比較し傾斜した陰極槽で使われる一定電流
における電力消費の減少はこの実施例から明らか
である。 The reduction in power consumption at constant current used in a tilted cathode cell compared to that used in a conventional cell which erodes only the bottom of the anode is evident from this example.
実施例 8
コールタールピツチおよびフエノール樹脂と混
合し、閉じたダイス型で成形し、加熱してフエノ
ール樹脂成分を硬化したアルコアA―1Al2O3を
使つて陽極をつくつた。コークス化後複合陽極は
炭素17%およびAl2O383%を含むような成分比で
あつた。電解液はNaCl20%、LiCl25%、LiF30
%、NaF25%であり、700℃で操作した。第7図
に示したような槽を使つたが、アルミニウムパツ
ドを添加しなかつた。約700℃で数時間電解後、
アルミニウムが井戸(well)に集まり、当該複合
陽極は電解液にアルミニウム塩を最初に使わなく
ても電解でアルミニウムを生成することを示して
いる。Example 8 An anode was made using Alcoa A-1 Al 2 O 3 which had been mixed with coal tar pitch and phenolic resin, molded in a closed die, and heated to harden the phenolic resin component. After coking, the composite anode contained 17% carbon and 83% Al 2 O 3 . Electrolyte is NaCl20%, LiCl25%, LiF30
%, NaF25%, and operated at 700°C. A bath such as that shown in Figure 7 was used, but no aluminum pads were added. After electrolysis at approximately 700℃ for several hours,
Aluminum collects in the wells, indicating that the composite anode can produce aluminum electrolytically without first using an aluminum salt in the electrolyte.
実施例 9
第5図に示したような垂直側面槽を使つたが、
膜68と陽極棒52はなかつた。その代りに、炭
素円筒を塩電解液層のちようど上に置き、そのな
かに第2A図で示したような短かい陽極部分を挿
入した。予備焼成した短かい陽極の頂部および導
体棒37のまわりに、Al2O3、石油コークス粉、
タールとピツチ混合物の混合物を添加した。740
℃の塩電解液温度でコークス化したとき炭素18%
とAl2O382%を生じるようなAl2O3、コークス粉、
タール/ピツチの混合物であつた。NaF10%、
LiF25%、NaCl20%、LiCl15%、AlF320%、
AlCl310%からなる塩電解液を使つた。炭素同筒
内のゼーダーベルグ型陽極組成物の水準の上方の
冷たい区域でクリツプにより導体棒37に電気接
続をした。アルミニウムプールと陽極の間隔
31.75mm(11/4インチ)で、1.55アンペア/cm2
(10アンペア/平方インチ)の陽極電流密度で電
解を実施した。炭素円筒にAl2O3―炭素―ター
ル/ピツチを添加し、陽極を連続的に供給して電
解を続けた。陽極は塩電解液に入ると硬化し、コ
ークス化した。陽極が消費されるとアルミニウム
導体棒は溶融し、アルミニウムの陰極プール32
と結合した。Example 9 A vertical side tank as shown in Fig. 5 was used.
Membrane 68 and anode rod 52 were missing. Instead, a carbon cylinder was placed just above the salt electrolyte layer and a short anode section, as shown in Figure 2A, was inserted into it. Al 2 O 3 , petroleum coke powder,
A mixture of tar and pitchch mixture was added. 740
Carbon 18% when coked at salt electrolyte temperature of °C
and Al 2 O 3 , coke powder, which yields 82% Al 2 O 3 .
It was a tar/pitch mixture. NaF10%,
LiF25%, NaCl20%, LiCl15%, AlF3 20%,
A salt electrolyte consisting of 10% AlCl 3 was used. Electrical connections were made by clips to conductor rods 37 in the cold area above the level of the Soederberg anode composition in the carbon cylinder. Spacing between aluminum pool and anode
1.55 amps/cm 2 at 31.75 mm (11/4 inch)
Electrolysis was carried out at an anodic current density of (10 amps/in²). Al 2 O 3 -carbon-tar/pitch was added to the carbon cylinder, and an anode was continuously supplied to continue electrolysis. The anode hardened and coked when it entered the salt electrolyte. Once the anode is consumed, the aluminum conductor rod melts and forms an aluminum cathode pool 32.
combined with.
第13図に示したような炭素の長方形の予備焼
成ブロツクおよびアルミニウムシートを使つて、
類似の実験を行なつた。アルミニウムシートは厚
さ1.52mm(0.060インチ)で、予備焼成ブロツク
は厚さ50.8mm(2.0インチ)であつた。各アルミ
ニウムシートにローラーを使つて電気接続をし
た。陽極が進むにつれて、アルミニウムシート間
に追加の予備焼成ブロツクを挿入した。 Using a rectangular prefired block of carbon and an aluminum sheet as shown in Figure 13,
A similar experiment was conducted. The aluminum sheet was 1.52 mm (0.060 inch) thick and the prefired block was 50.8 mm (2.0 inch) thick. Electrical connections were made to each aluminum sheet using a roller. As the anode progressed, additional prefire blocks were inserted between the aluminum sheets.
次に本発明の実施の態様を示す。 Next, embodiments of the present invention will be described.
(1) 当該陽極が電解中アルミニウムを供給するの
に十分な量のアルミニウムの酸素含有化合物と
当該アルミニウムの酸素含有化合物と接触して
おりかつ陽極で反応しその後陰極でアルミニウ
ム金属を形成するのに十分な量で存在させた還
元剤とを含んでおり、Al2O3で表わした当該酸
素含有化合物対当該還元剤の重量比が少なくと
も約1.5であることよりなる溶融電解後、電流
源、アルミニウム析出用陰極からアルミニウム
の電解析出のための電解槽に用いる電極。(1) the anode is in contact with an oxygen-containing compound of aluminum in an amount sufficient to provide aluminum during electrolysis and to react at the anode and subsequently form aluminum metal at the cathode; a reducing agent present in a sufficient amount such that the weight ratio of the oxygen-containing compound to the reducing agent, expressed as Al 2 O 3 , is at least about 1.5; From the deposition cathode to the electrode used in the electrolytic bath for electrolytic deposition of aluminum.
(2) 当該電解液が塩化物、フツ化物、またはその
混合物からなる群から選ばれるイオンを含んで
おり、当該化合物が陽極で反応して陰極で金属
に還元するアルミニウムイオンを生成できる、
前記第(1)項記載の電極を含んでいるアルミニウ
ム電解析出用電解槽。(2) the electrolyte contains ions selected from the group consisting of chlorides, fluorides, or mixtures thereof, and the compound is capable of reacting at the anode to produce aluminum ions that are reduced to metal at the cathode;
An electrolytic cell for aluminum electrolytic deposition, comprising the electrode described in item (1) above.
(3) 電解液の温度がアルミニウムの融点と槽内の
液体の沸点の間である前記第(2)項記載の電解
槽。(3) The electrolytic cell according to item (2) above, wherein the temperature of the electrolytic solution is between the melting point of aluminum and the boiling point of the liquid in the cell.
(4) 電解液の温度が当該金属の融点以上約10〜
150℃である前記第(1)項記載の電解槽。(4) The temperature of the electrolyte is about 10 to above the melting point of the metal.
The electrolytic cell according to item (1) above, which has a temperature of 150°C.
(5) 当該還元剤が炭素含有化合物または元素、硫
黄、リン、ヒ素からなる群から選ばれる前記第
(1),(2),(3)または(4)項記載の発明。(5) The reducing agent is selected from the group consisting of carbon-containing compounds or elements, sulfur, phosphorus, and arsenic.
The invention described in paragraph (1), (2), (3) or (4).
(6) コークン化前の当該還元剤がコークス化で炭
素を生成する有機物質からなる群から選ばれる
前記第(1),(2),(3)または(4)項記載の発明。(6) The invention according to the above item (1), (2), (3), or (4), wherein the reducing agent before coking is selected from the group consisting of organic substances that generate carbon upon coking.
(7) 還元剤1重量部当りAl2O3少なくとも1.5重量
部の量で当該アルミニウムの酸素化合物を当該
還元剤と相互混合する前記第(1),(2),(3)または
(4)項記載の発明。(7) or (1), (2), or (3) above, wherein the aluminum oxygen compound is intermixed with the reducing agent in an amount of at least 1.5 parts by weight of Al 2 O 3 per 1 part by weight of the reducing agent.
The invention described in (4).
(8) 当該電解液が実質上全フツ化物塩から形成さ
れ、当該化合物が陽極で反応して陰極で金属に
還元されるアルミニウムイオンを生成できる前
記第(1),(3)または(4)項記載の発明。(8) Paragraph (1), (3) or (4) above, wherein said electrolyte is formed substantially entirely of fluoride salts, and said compound is capable of reacting at the anode to produce aluminum ions which are reduced to metal at the cathode. The invention described in Section 1.
(9) 当該電解液が実質上全フツ化物塩であり、当
該化合物がアルミニウムを含んでいて陽極で反
応し陰極でアルミニウム金属に還元されるアル
ミニウムイオンを生成でき、電解液の温度が約
700〜800℃である前記第(1),(3)または(4)項記載
の発明。(9) the electrolyte is substantially all fluoride salts, the compound contains aluminum and can react at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum metal at the cathode, and the temperature of the electrolyte is approximately
The invention according to item (1), (3) or (4) above, wherein the temperature is 700 to 800°C.
(10) 当該還元剤が炭素および炭素含有化合物から
なる群から選ばれ、当該金属の酸素含有化合物
がアルミナ、ボーキサイト、粘土、当該金属含
有酸化物からなる群から選ばれる前記第(9)項記
載の発明。(10) The above item (9), wherein the reducing agent is selected from the group consisting of carbon and carbon-containing compounds, and the oxygen-containing compound of the metal is selected from the group consisting of alumina, bauxite, clay, and the metal-containing oxide. invention of.
(11) 不溶解固体が当該膜を通過するのを実質上防
ぐために膜を当該化合物と接触させて配置す
る、前記第(1)項記載の電極を含むアルミニウム
の電解析出用の電解槽。(11) An electrolytic cell for electrolytic deposition of aluminum, comprising an electrode according to paragraph (1) above, wherein the membrane is placed in contact with the compound to substantially prevent insoluble solids from passing through the membrane.
(12) 当該膜が当該化合物を含んでおり陽極を形成
している前記第(11)項記載の電解槽。(12) The electrolytic cell according to item (11) above, wherein the membrane contains the compound and forms an anode.
(13) 当該膜がガラス質炭素フオーム、黒鉛また
は炭素固体、ホウ素、アルミニウム、ケイ素
(オキシ窒化物を含む)、チタン、ハフニウム、
ジルコニウム、およびタンタルの窒化物;モリ
ブデン、タンタル、およびタングステンのケイ
化物;ハフニウム、タンタル、ニオブ、ジルコ
ニウム、チタン、ケイ素、ホウ素、およびタン
グステンの炭化物;ハフニウム、タンタル、ジ
ルコニウム、ニオブ、チタン、およびケイ素の
ホウ化物からなる群から選ばれる材料で形成さ
れ、当該材料がイオン性物質および溶解固体を
含む当該電解液浴中の溶融アルミニウム以外の
すべての液体物質を通しまた不純物を構成する
不溶解固体を実質上排除するのに十分な通過多
孔度を有しそれによつて電流の流れをつくり出
し、また当該材料が不溶解粒子をさえぎるのに
十分な小さい直径の連絡細孔径を有している前
記第(11)または(12)項記載の電解槽。(13) The film may contain glassy carbon foam, graphite or carbon solids, boron, aluminum, silicon (including oxynitrides), titanium, hafnium,
nitrides of zirconium and tantalum; silicides of molybdenum, tantalum, and tungsten; carbides of hafnium, tantalum, niobium, zirconium, titanium, silicon, boron, and tungsten; carbides of hafnium, tantalum, zirconium, niobium, titanium, and silicon formed of a material selected from the group consisting of borides, which material passes all liquid substances other than molten aluminum in the electrolyte bath, including ionic substances and dissolved solids, and substantially frees undissolved solids constituting impurities. said (11) material having a through porosity sufficient to exclude the upper and lower parts thereof, thereby creating a current flow, and having communicating pores of sufficient small diameter to occlude undissolved particles. ) or the electrolytic cell described in (12).
(14) 当該通過多孔度が約1〜97%であり、連絡
細孔径が1ミクロン〜1cmである前記第(13)
項記載の電解槽。(14) The above-mentioned item (13), wherein the passage porosity is about 1 to 97% and the communicating pore diameter is 1 micron to 1 cm.
Electrolytic cell described in section.
(15) 膜が多孔性であり、陽極として反応するた
めの当該化合物および当該還元剤を含むように
当該電解液中に配置する前記第(11)項記載の電解
槽。(15) The electrolytic cell according to the above item (11), wherein the membrane is porous and is arranged in the electrolytic solution so as to contain the compound for reacting as an anode and the reducing agent.
(16) 当該化合物および当該還元剤を当該膜内に
連続して補給するため当該槽上に配置された供
給装置を含んでいる前記第(15)項記載の電解
槽。(16) The electrolytic cell according to the above item (15), which includes a supply device disposed on the tank for continuously replenishing the compound and the reducing agent into the membrane.
(17) 当該陽極が中心導電性芯から形成され、芯
上に当該アルミニウム化合物のコーテイングを
有している前記第(7)項記載の発明。(17) The invention according to item (7) above, wherein the anode is formed from a central conductive core and has a coating of the aluminum compound on the core.
(18) 当該陽極が電気母線に接続のため複数の対
になつた垂直に配置された導体ピンを有してい
る前記第(1)または(3)項記載の発明。(18) The invention according to item (1) or (3) above, wherein the anode has a plurality of pairs of vertically arranged conductor pins for connection to an electric bus bar.
(19) 当該電解液が実質上全フツ化物塩から形成
され、当該化合物が陽極で反応して陰極でアル
ミニウムに還元されるアルミニウムイオンを生
成できる前記第(13),(14),(15)または
(16)項記載の電解槽。(19) Items (13), (14), and (15) above, wherein the electrolyte is formed substantially entirely of fluoride salts, and the compound is capable of reacting at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum at the cathode. Or the electrolytic cell described in (16).
(20) 当該槽がガスの損失および電解液の加水分
解を防ぐために槽の頂部を密閉するためのふた
を有している前記(2),(3)または(4)項記載の電解
槽。(20) The electrolytic cell according to paragraph (2), (3) or (4) above, wherein the cell has a lid for sealing the top of the cell to prevent loss of gas and hydrolysis of the electrolyte.
(21) 陽極と陰極の間隔が約25.4mm(1インチ)
以下である前記第(2),(3)または(4)項記載の電解
槽。(21) The distance between the anode and cathode is approximately 25.4 mm (1 inch)
The electrolytic cell according to the following item (2), (3) or (4) above.
(22) 陽極と陰極の間隔が約12.7mm(0.5インチ)
以下である前記第(21)項記載の電解槽。(22) The distance between anode and cathode is approximately 12.7 mm (0.5 inch)
The electrolytic cell according to the above item (21), which is as follows.
(23) 当該陽極がアルミニウム化合物を含む陽極
物質により囲まれた少なくとも1個の内部に配
置された導電性材料からなつている前記第(1),
(2),(3)または(4)項記載の発明。(23) Item (1) above, wherein the anode is comprised of at least one internally disposed conductive material surrounded by an anode material containing an aluminum compound;
The invention described in paragraph (2), (3) or (4).
(24) 当該陽極がアルミニウム化合物を含む陽極
物質により囲まれた少なくとも1個の内部に配
置された導電性材料および不溶解固体が当該膜
を通るのを実質上防ぐため当該アルミニウム化
合物と接触して配置された膜からなつており、
当該電解液は実質上全フツ化物塩であり、当該
化合物はアルミニウムを含んでいて陽極で反応
し陰極でアルミニウム金属に還元されるアルミ
ニウムイオンを生成でき、電解液の温度が約
700〜800℃である前記第(2),(3)または(4)項記載
の電解槽。(24) the anode is surrounded by at least one internally disposed conductive material containing an aluminum compound and in contact with the aluminum compound to substantially prevent undissolved solids from passing through the membrane; Consists of arranged membranes,
The electrolyte is substantially all fluoride salts, the compound contains aluminum and can react at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum metal at the cathode, and the temperature of the electrolyte is approximately
The electrolytic cell according to item (2), (3) or (4) above, which has a temperature of 700 to 800°C.
(25) 当該膜が当該アルミニウム化合物と当該還
元剤の混合物を含み陽極を形成している前記第
(24)項記載の電解槽。(25) The electrolytic cell according to the above item (24), wherein the membrane contains a mixture of the aluminum compound and the reducing agent and forms an anode.
(26) 当該膜がガラス質炭素フオーム、黒鉛また
は炭素固体、ホウ素、アルミニウム、ケイ素
(オキシ窒化物を含む)、チタン、ハフニウム、
ジルコニウム、およびタンタルの窒化物;モリ
ブデン、タンタル、およびタングステンのケイ
化物;ハフニウム、タンタル、ニオブ、ジルコ
ニウム、チタン、ケイ素、ホウ素、およびタン
グステンの炭化物;ハフニウム、タンタル、ジ
ルコニウム、ニオブ、チタン、およびケイ素の
ホウ化物からなる群から選ばれる材料から形成
され、当該材料がイオン性物質と溶解固体を含
んでいる当該電解液浴中の溶融アルミニウム以
外のすべての液体物質を通過しまた不純物を構
成する不溶解固体を実質上排除するのに十分な
通過多孔度を有しそれによつて電流の流れをつ
くり出し、また当該材料が不溶解粒子をさえぎ
るのに十分な小さい直径の連絡細孔径を有して
いる前記第(25)項記載の電解槽。(26) The film may contain glassy carbon foam, graphite or carbon solids, boron, aluminum, silicon (including oxynitrides), titanium, hafnium,
nitrides of zirconium and tantalum; silicides of molybdenum, tantalum, and tungsten; carbides of hafnium, tantalum, niobium, zirconium, titanium, silicon, boron, and tungsten; carbides of hafnium, tantalum, zirconium, niobium, titanium, and silicon formed from a material selected from the group consisting of borides, which material contains ionic substances and dissolved solids, which pass through all liquid substances other than molten aluminum in the electrolyte bath and which constitute impurities; said material having a through-porosity sufficient to substantially exclude solids, thereby creating a current flow, and said material having communicating pore sizes of a sufficiently small diameter to occlude undissolved particles; The electrolytic cell described in paragraph (25).
(27) 当該通過多孔度が約1〜97%であり、連絡
細孔径が約1ミクロン〜1cmである前記第
(26)項記載の電解槽。(27) The electrolytic cell according to item (26), wherein the passage porosity is about 1 to 97% and the communicating pore diameter is about 1 micron to 1 cm.
(28) 陽極として反応するため当該アルミニウム
化合物と当該還元剤の混合物を含むように当該
電解液中に配置された多孔性膜を含む前記第
(2),(3)または(4)項記載の電解槽。(28) said first cell comprising a porous membrane disposed in said electrolyte to contain a mixture of said aluminum compound and said reducing agent to react as an anode;
Electrolytic cell described in paragraph (2), (3) or (4).
(29) 当該陽極がアルミニウム化合物を含む陽極
物質により囲まれた少なくとも1個の内部に配
置された導電性材料からなつている前記第(9)項
記載の発明。(29) The invention according to the above item (9), wherein the anode comprises at least one conductive material disposed inside the anode material surrounded by an anode material containing an aluminum compound.
(30) 当該膜が当該アルミニウム化合物と当該還
元剤の混合物を含む仕切を形成し、復極電極を
形成している前記第(24)項記載の発明。(30) The invention according to the above item (24), wherein the film forms a partition containing a mixture of the aluminum compound and the reducing agent, and forms a depolarizing electrode.
(31) 当該槽が当該膜および当該陰極の下方に置
かれた金属捕集仕切を含んでいる前記第(30)
項記載の発明。(31) Said paragraph (30), wherein said tank includes a metal collection partition placed below said membrane and said cathode.
The invention described in Section 1.
(32) 当該膜仕切が保持された不純物を含んでお
り、また復極電極を形成している前記第(30)
または(31)項記載の発明。(32) The above-mentioned (30) wherein the membrane partition contains retained impurities and also forms a depolarizing electrode.
Or the invention described in paragraph (31).
(33) 当該電解液が塩化物、フツ化物、またはそ
の混合物からなる群から選ばれるイオンを含
み、当該化合物が陽極で反応して陰極で金属に
還元される金属イオンを生成できる前記第
(30)または(31)項記載の発明。(33) Said electrolyte contains ions selected from the group consisting of chloride, fluoride, or a mixture thereof, and said compound can react at the anode to produce metal ions that are reduced to metal at the cathode. ) or the invention described in paragraph (31).
(34) 電解液の温度がアルミニウム金属の融点と
槽内の液体の沸点の間である前記第(30)また
は(31)項記載の発明。(34) The invention according to item (30) or (31) above, wherein the temperature of the electrolytic solution is between the melting point of aluminum metal and the boiling point of the liquid in the tank.
(35) 電解液の温度が当該金属の融点以上約10〜
150℃であり、当該電解液が実質上全フツ化物
塩から形成され、当該金属が陰極で溶融金属に
直接還元される前記第(30)または(31)項の
発明。(35) The temperature of the electrolyte is about 10 to above the melting point of the metal.
150°C, the electrolyte is formed substantially entirely of fluoride salts, and the metal is directly reduced to molten metal at the cathode.
(36) 電流源、電流を伝えるための溶融電解液、
アルミニウム析出のための陰極を有する電解槽
を使うアルミニウムの電解析出法において、電
解中アルミニウムを供給するのに十分な量のア
ルミニウムの酸素含有化合物と当該化合物と接
触しており陰極でアルミニウム金属を生成する
ため陽極で反応するのに十分な量で存在させた
還元剤との組合せを陽極として形成し、ただし
Al2O3として表わした当該アルミニウム化合物
対当該還元剤の重量比は少なくとも約1.5対1
であり、当該化合物を陽極で反応させ、陰極で
アルミニウム金属を得、ついで陰極でこのアル
ミニウムを集めることより成る改良。(36) Current source, molten electrolyte for transmitting current;
In the electrolytic deposition process of aluminum, which uses an electrolytic cell with a cathode for aluminum deposition, an oxygen-containing compound of aluminum is in contact with the compound in an amount sufficient to supply the aluminum during electrolysis, and the aluminum metal is deposited at the cathode. The combination with a reducing agent present in sufficient quantity to react at the anode to form an anode, but
The weight ratio of the aluminum compound to the reducing agent expressed as Al 2 O 3 is at least about 1.5 to 1.
an improvement consisting in reacting the compound at the anode, obtaining aluminum metal at the cathode, and then collecting this aluminum at the cathode.
(37) 当該電解液が塩化物、フツ化物、またはそ
の混合物からなる群から選ばれるイオンを含
み、当該化合物が陽極で反応して陰極でアルミ
ニウムに還元されるアルミニウムイオンを生成
できる前記第(36)項記載の方法。(37) Said electrolyte contains ions selected from the group consisting of chloride, fluoride, or mixtures thereof, and said compound is capable of reacting at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum at the cathode. ) method described in section.
(38) 当該化合物がアルミナ、ボーキサイト、粘
土、アルミニウム含有酸化物からなる群から選
ばれる前記第(36)項記載の方法。(38) The method according to item (36) above, wherein the compound is selected from the group consisting of alumina, bauxite, clay, and aluminum-containing oxides.
(39) 電解液の温度がアルミニウムのほぼ融点と
槽内の液体の沸点の間である前記第(36)項記
載の方法。(39) The method according to item (36) above, wherein the temperature of the electrolyte is approximately between the melting point of aluminum and the boiling point of the liquid in the tank.
(40) 電解液の温度が当該金属の融点以上約10〜
250℃であり、電解液が全フツ化物を含んでい
る前記第(36),(37),(38)または(39)項記
載の方法。(40) The temperature of the electrolyte is about 10 to above the melting point of the metal.
The method according to item (36), (37), (38) or (39), wherein the temperature is 250°C and the electrolyte contains total fluoride.
(41) コークス化前の当該還元剤がコークス化で
炭素を生成する有機物質からなる群から選ばれ
る前記第(36),(37),(38)、または(39)項
記載の方法。(41) The method according to item (36), (37), (38), or (39) above, wherein the reducing agent before coking is selected from the group consisting of organic substances that generate carbon upon coking.
(42) 還元剤1重量部当りAl2O31.5〜50.0重量部
の量で当該アルミニウムの酸素含有化合物を当
該還元剤と相互混合する前記第(36),(37)、
または(39)項記載の方法。(42) the above-mentioned (36) and (37), wherein the aluminum oxygen-containing compound is intermixed with the reducing agent in an amount of 1.5 to 50.0 parts by weight of Al 2 O 3 per 1 part by weight of the reducing agent;
or the method described in paragraph (39).
(43) 当該化合物と当該還元剤を密接に混合して
実質上互に接触させる前記第(36)項記載の方
法。(43) The method according to the above item (36), wherein the compound and the reducing agent are intimately mixed and brought into substantially contact with each other.
(44) 当該還元剤が炭素含有化合物または元素、
硫黄、リン、ヒ素からなる群から選ばれ、当該
化合物がアルミナ、ボーキサイト、粘土からな
る群から選ばれる前記第(36)または(39)項
記載の方法。(44) The reducing agent is a carbon-containing compound or element,
The method according to item (36) or (39), wherein the compound is selected from the group consisting of sulfur, phosphorus, and arsenic, and the compound is selected from the group consisting of alumina, bauxite, and clay.
(45) 当該還元剤をコークス化するのに十分な温
度と十分な時間当該還元剤を当該電解液に浸漬
する前記第(36)項記載の方法。(45) The method according to the above item (36), wherein the reducing agent is immersed in the electrolytic solution at a temperature sufficient to coke the reducing agent for a sufficient time.
(46) コークス化前の当該還元剤をコークス化で
炭素を生成する有機物からなる群から選ぶ前記
第(45)項記載の方法。(46) The method according to the above item (45), in which the reducing agent before coking is selected from the group consisting of organic substances that generate carbon during coking.
(47) 当該有機物質がタール、ピツチ、石炭、石
炭製品、天然または合成の樹脂状物質からなる
群から選ばれる前記第(46)項記載の方法。(47) The method according to the above item (46), wherein the organic substance is selected from the group consisting of tar, pitch, coal, coal products, and natural or synthetic resinous substances.
(48) 当該電解液が実質上全フツ化物塩から形成
され、当該化合物が陽極で反応して陰極でアル
ミニウムに還元されるアルミニウムイオンを生
成させ、当該電解液温度がアルミニウムの融点
以上10〜150℃である前記第(36)項記載の方
法。(48) The electrolyte is formed substantially entirely of fluoride salts, the compounds react at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum at the cathode, and the electrolyte temperature is 10 to 150°C above the melting point of aluminum. The method according to item (36) above, wherein the temperature is °C.
(49) 電解液の温度が当該金属の融点以上約10〜
150℃であり、当該電解液が実質上全フツ化物
塩から形成され、当該化合物が陽極で反応して
陰極でアルミニウムに還元されるアルミニウム
イオンを生成できる前記第(42)項記載の方
法。(49) The temperature of the electrolyte is about 10 to above the melting point of the metal.
150° C., wherein the electrolyte is formed substantially entirely of fluoride salts, and wherein the compound is capable of reacting at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum at the cathode.
(50) 陽極で反応するため当該化合物と当該還元
剤を含むように当該電解液に配置された多孔性
膜を有している前記第(36)項記載の方法。(50) The method according to item (36) above, comprising a porous membrane disposed in the electrolyte so as to contain the compound and the reducing agent for reaction at the anode.
(51) 全フツ化物含有電解液を用意し、当該還元
剤が陽極で反応して陰極で金属に還元される金
属イオンを生成できる前記第(36)項記載の方
法。(51) The method according to item (36) above, wherein a total fluoride-containing electrolytic solution is prepared, and the reducing agent reacts at the anode to generate metal ions that are reduced to metal at the cathode.
(52) 当該温度が700〜800℃の範囲であり、当該
金属の化合物源がアルミナである前記第(48)
項記載の方法。(52) No. (48) above, wherein the temperature is in the range of 700 to 800°C and the source of the metal compound is alumina.
The method described in section.
(53) 電流源、電流を伝えるための塩化アルミニ
ウム含有電解液、アルミニウムを析出するため
の陰極を有する電解槽を使い塩化アルミニウム
からのアルミニウムの電解析出法において、電
解中アルミニウムを供給するのに十分な量のア
ルミニウムの酸素含有化合物と当該化合物と接
触している還元剤との組合せを陽極として形成
し、ただしAl2O3として表わして当該アルミニ
ウム化合物対当該還元剤の重量比は少なくとも
約1.5対1であり、電解液からのアルミニウム
イオンを電解して陰極でアルミニウムを析出さ
せ、当該アルミニウム化合物と還元剤とを陽極
で反応させることにより電解されるアルミニウ
ムイオンを連続的に補給することより成る改
良。(53) To supply aluminum during electrolysis in the electrolytic deposition of aluminum from aluminum chloride using an electrolytic cell having a current source, an electrolyte containing aluminum chloride for transmitting current, and a cathode for depositing aluminum. A combination of a sufficient amount of an oxygen-containing compound of aluminum and a reducing agent in contact with the compound is formed as an anode, provided that the weight ratio of the aluminum compound to the reducing agent, expressed as Al 2 O 3 , is at least about 1.5. It consists of electrolyzing aluminum ions from an electrolytic solution to precipitate aluminum at the cathode, and continuously replenishing the electrolyzed aluminum ions by reacting the aluminum compound and a reducing agent at the anode. Improvement.
(54) 当該アルミニウム化合物が陽極で還元剤と
反応してアルミニウムイオンを生成できるアル
ミニウムの酸素含有化合物である前記第(53)
項記載の方法。(54) No. (53) above, wherein the aluminum compound is an oxygen-containing compound of aluminum that can react with a reducing agent at the anode to generate aluminum ions.
The method described in section.
(55) 当該アルミニウム化合物がアルミナ、ボー
キキサイト、粘土からなる群から選ばれる前記
第(53)項記載の方法。(55) The method according to item (53) above, wherein the aluminum compound is selected from the group consisting of alumina, bauxite, and clay.
(56) 当該比が還元剤1重量部当り1.5〜50.0重量
部である前記第(53),(54)または(55)項記
載の方法。(56) The method according to item (53), (54) or (55), wherein the ratio is 1.5 to 50.0 parts by weight per 1 part by weight of reducing agent.
(57) コークス化前の当該還元剤がコークス化で
炭素を生成する有機物質からなる群から選ばれ
る前記第(53),(54),(55)、または(56)項
記載の方法。(57) The method according to item (53), (54), (55), or (56), wherein the reducing agent before coking is selected from the group consisting of organic substances that generate carbon upon coking.
(58) 当該有機化合物がタール、ピツチ、石炭、
石炭製品、天然または合成の樹脂状物質からな
る群から選ばれる前記第(57)項記載の方法。(58) The organic compound is tar, pitch, coal,
The method according to the above item (57), which is selected from the group consisting of coal products, natural or synthetic resinous substances.
(59) 当該アルミニウム化合物と当該還元剤を密
接に混合して実質上互に接触させる前記第
(53),(54),(55)、または(56)項記載の方
法。(59) The method according to item (53), (54), (55), or (56), wherein the aluminum compound and the reducing agent are intimately mixed and brought into substantially contact with each other.
(60) 当該還元剤が炭素含有化合物または元素、
硫黄、リン、ヒ素からなる群から選ばれ、当該
アルミニウム化合物がアルミナ、ボーキサイ
ト、粘土からなる群から選ばれ、当該アルミニ
ウム化合物と当該還元剤を密接に混合して実質
上互に接触させる前記第(53)項記載の方法。(60) The reducing agent is a carbon-containing compound or element,
the aluminum compound is selected from the group consisting of alumina, bauxite, and clay, and the aluminum compound and the reducing agent are intimately mixed to substantially contact each other; 53) Method described in section 53).
(61) 当該還元剤をコークス化するのに十分な温
度および十分な時間当該還元剤を当該電解液に
浸漬する前記第(53)項記載の方法。(61) The method according to the above item (53), wherein the reducing agent is immersed in the electrolytic solution at a temperature and for a sufficient time to coke the reducing agent.
(62) コークス化前の当該還元剤がコークス化で
炭素を生成する有機物質からなる群から選ばれ
る前記第(61)項記載の方法。(62) The method according to the above item (61), wherein the reducing agent before coking is selected from the group consisting of organic substances that generate carbon upon coking.
(63) 当該有機物質がタール、ピツチ、石炭、石
炭製品、天然または合成の樹脂状物質からなる
群から選ばれる前記第(62)項記載の方法。(63) The method according to the above item (62), wherein the organic substance is selected from the group consisting of tar, pitch, coal, coal products, and natural or synthetic resinous substances.
(64) 当該アルミニウム化合物と当該還元剤を密
接に混合して実質上互に接触させる前記第
(25),(26)、または(27)項記載の電解槽。(64) The electrolytic cell according to item (25), (26), or (27), wherein the aluminum compound and the reducing agent are intimately mixed and brought into substantially contact with each other.
(65) 不溶解固体が当該膜を通過するのを実質上
防ぐため当該アルミニウム化合物と接触して配
置された膜を含む前記第(25),(26),(27)、
または(28)項記載の電解槽。(65) Paragraphs (25), (26), and (27) above, comprising a membrane disposed in contact with the aluminum compound to substantially prevent undissolved solids from passing through the membrane;
Or the electrolytic cell described in paragraph (28).
(66) 当該膜が当該アルミニウム化合物を含んで
陽極を形成している前記第(25),(26),(27)
または(29)項記載の電解槽。(66) The above-mentioned No. (25), (26), and (27), wherein the film contains the aluminum compound and forms an anode.
Or the electrolytic cell described in (29).
(67) 電解液浴中に塩化アルミニウムを保持する
ことにより槽電圧を下げる前記第(16)項記載
の電解槽。(67) The electrolytic cell according to item (16), wherein the cell voltage is lowered by retaining aluminum chloride in the electrolyte bath.
(68) 当該電解液浴が本質的にNaAlCl4の混合物
を含む前記第(31)項記載の電解槽。(68) The electrolytic cell according to paragraph (31) above, wherein the electrolyte bath essentially comprises a mixture of NaAlCl 4 .
(69) 当該電極が酸化アルミニウム含有アルミニ
ウム物質および当該アルミニウム物質の当該酸
化アルミニウムと接触している還元剤並びに当
該混合物を通し電流を伝えるため当該電極と接
触している少なくとも1個の金属導体の混合物
を含んでおり、当該導体は当該電極内に配置さ
れて当該電解液に挿入される電極の一端に少な
くとも隣接するまでのびていることより成る、
アルミニウムの電解析出においてアルミニウム
源として用いる電極。(69) A mixture of an aluminum material, the electrode of which contains an aluminum oxide, a reducing agent in contact with the aluminum oxide of the aluminum material, and at least one metal conductor in contact with the electrode to conduct current through the mixture. the conductor is disposed within the electrode and extends to at least adjacent one end of the electrode inserted into the electrolyte;
An electrode used as an aluminum source in the electrolytic deposition of aluminum.
(70) 当該金属導体が縦方向に配置された当該電
極の中央芯である前記第(69)項記載の電極。(70) The electrode according to the above item (69), wherein the metal conductor is the central core of the electrode arranged vertically.
(71) 当該金属導体が電極に沿つて横に挿入され
た複数の対のピンである前記第(69)項記載の
電極。(71) The electrode according to item (69), wherein the metal conductor is a plurality of pairs of pins inserted laterally along the electrode.
(72) 当該混合物が少なくとも2個の隣接積層形
状であり、当該金属導体が当該積層の間に配置
されたシート形であつて単一の組合せを形成し
ている前記第(69)項記載の電極。(72) The method according to paragraph (69) above, wherein the mixture is in the form of at least two adjacent laminates and the metal conductor is in the form of a sheet disposed between the laminates forming a single combination. electrode.
(73) 当該アルミニウム物質中の酸化アルミニウ
ム対還元剤の重量比が1.5〜50.0対1である前
記第(69),(70),(71)または(72)項記載の
電極。(73) The electrode according to item (69), (70), (71) or (72), wherein the weight ratio of aluminum oxide to reducing agent in the aluminum material is 1.5 to 50.0:1.
(74) 当該アルミニウム物質中の酸化アルミニウ
ム対当該還元剤の重量比が2.5〜6.0である前記
第(73)項記載の電極。(74) The electrode according to item (73), wherein the weight ratio of aluminum oxide to the reducing agent in the aluminum material is 2.5 to 6.0.
(75) 電極を当該陽極と陰極の間に配置し、当該
電極が復極電解のため当該アルミニウム化合物
および当該還元剤と電気接続されている前記第
(2),(3)、または(4)項記載の電解槽。(75) Said electrode is disposed between the anode and the cathode, and the electrode is electrically connected to the aluminum compound and the reducing agent for depolarization electrolysis.
Electrolytic cell described in (2), (3), or (4).
(76) 還元剤1重量部当りAl2O31.5〜50.0重量部
の量で当該アルミニウムの酸素化合物を当該還
元剤と相互混合する前記第(75)項記載の電解
槽。(76) The electrolytic cell according to the above item (75), wherein the aluminum oxygen compound is mixed with the reducing agent in an amount of 1.5 to 50.0 parts by weight of Al 2 O 3 per 1 part by weight of the reducing agent.
(77) 当該還元剤が炭素および炭素含有化合物ま
たは元素、硫黄、リン、ヒ素からなる群から選
ばれる前記第(75)項記載の電解槽。(77) The electrolytic cell according to the above item (75), wherein the reducing agent is selected from the group consisting of carbon and carbon-containing compounds or elements, sulfur, phosphorus, and arsenic.
(78) 当該電解液が実質上全フツ化物塩であり、
当該化合物がアルミニウムを含み、電解液の温
度が約700〜800℃である前記第(75),(76)、
または(77)項記載の電解槽。(78) the electrolyte is substantially entirely fluoride salt;
(75), (76), wherein the compound contains aluminum and the temperature of the electrolyte is about 700 to 800°C;
Or the electrolytic cell described in paragraph (77).
(79) 当該還元剤が炭素および炭素含有化合物ま
たは元素、硫黄、リン、ヒ素からなる群から選
ばれ、還元剤1重量部当りAl2O31.5〜20.0重量
部の量で当該アルミニウムの酸素化合物を当該
還元剤と相互混合し、当該電解液が実質上全フ
ツ化物塩であり、当該化合物がアルミニウムを
含んでおり陽極で反応して陰極でアルミニウム
金属に還元されるアルミニウムイオンを生成で
き、電解液の温度が約700〜800℃である前記第
(75)項記載の電解槽。(79) The reducing agent is selected from the group consisting of carbon and carbon-containing compounds or elements, sulfur, phosphorus, arsenic, and the aluminum oxygen compound is added in an amount of 1.5 to 20.0 parts by weight of Al 2 O 3 per part by weight of the reducing agent. is intermixed with the reducing agent, the electrolyte is substantially all fluoride salts, the compound contains aluminum and is capable of reacting at the anode to produce aluminum ions which are reduced to aluminum metal at the cathode; The electrolytic cell according to item (75) above, wherein the temperature of the liquid is about 700 to 800°C.
(80) 当該陽極が当該化合物および当該還元剤で
1側面だけ被覆されている前記第(75)項記載
の電解槽。(80) The electrolytic cell according to the above item (75), wherein the anode is coated on only one side with the compound and the reducing agent.
(81) 当該電極が当該化合物および当該化合物と
接触している当該還元剤を含む膜内に配置され
る前記第(75)項記載の電解槽。(81) The electrolytic cell according to paragraph (75), wherein the electrode is disposed within a membrane containing the compound and the reducing agent in contact with the compound.
(82) 当該膜が実質上不溶解固体の通過を防ぐ前
記第(81)項記載の電解槽。(82) The electrolytic cell according to paragraph (81) above, wherein the membrane substantially prevents the passage of undissolved solids.
(83) 電極を当該電極と陰極の間に配置し、当該
電極を当該アルミニウム化合物および当該還元
剤と接触させ、電着中当該電極を復極にさせる
前記第(36)項記載の方法。(83) The method according to the above item (36), wherein an electrode is placed between the electrode and the cathode, the electrode is brought into contact with the aluminum compound and the reducing agent, and the electrode is depolarized during electrodeposition.
(84) 還元剤1重量部当りAl2O31.5〜50.0重量部
の量で当該アルミニウムの酸素化合物を当該還
元剤と相互混合する前記第(83)項記載の方
法。(84) The method according to the above item (83), wherein the aluminum oxygen compound is intermixed with the reducing agent in an amount of 1.5 to 50.0 parts by weight of Al 2 O 3 per 1 part by weight of the reducing agent.
(85) 当該還元剤が炭素含有化合物または元素、
硫黄、リン、ヒ素からなる群から選ばれる前記
第(83)項記載の方法。(85) The reducing agent is a carbon-containing compound or element,
The method according to item (83) above, wherein the method is selected from the group consisting of sulfur, phosphorus, and arsenic.
(86) 当該電解液が実質上全フツ化物塩であり、
当該化合物がアルミニウムを含んでおり陽極で
反応して陰極でアルミニウム金属に還元される
アルミニウムイオンを生成でき、電解液の温度
が約700〜800℃である前記第(83),(84)、ま
たは(85)項記載の方法。(86) the electrolyte is substantially entirely fluoride salt;
(83) or (84) above, wherein the compound contains aluminum and can react at the anode to generate aluminum ions that are reduced to aluminum metal at the cathode, and the temperature of the electrolyte is about 700 to 800 ° C., or The method described in paragraph (85).
(87) 当該還元剤が炭素含有化合物または元素、
硫黄、リン、ヒ素からなる群から選ばれ、還元
剤1重量部当りAl2O31.5〜50.0重量部の量で当
該アルミニウムの酸素化合物を当該還元剤と相
互混合し、当該電解液が実質上全フツ化物塩で
あり、当該化合物がアルミニウムを含んでおり
陽極で反応して陰極でアルミニウム金属に還元
されるアルミニウムイオンを生成でき、電解液
の温度が約700〜800℃である前記第(84)項記
載の方法。(87) The reducing agent is a carbon-containing compound or element,
The aluminum oxygen compound selected from the group consisting of sulfur, phosphorus, and arsenic is intermixed with the reducing agent in an amount of 1.5 to 50.0 parts by weight of Al 2 O 3 per 1 part by weight of the reducing agent, so that the electrolyte is substantially Said No. 84, which is a total fluoride salt, the compound contains aluminum and can react at the anode to produce aluminum ions that are reduced to aluminum metal at the cathode, and the temperature of the electrolyte is about 700 to 800 °C. ) method described in section.
(88) 当該化合物および当該還元剤で当該電極の
1側面だけを被覆した前記第(84)項記載の方
法。(88) The method according to item (84) above, wherein only one side of the electrode is coated with the compound and the reducing agent.
(89) 当該化合物および当該化合物と接触してい
る当該還元剤を含む膜内に当該電極を配置した
前記第(83)項記載の方法。(89) The method according to item (83) above, wherein the electrode is disposed within a membrane containing the compound and the reducing agent in contact with the compound.
(90) 当該陽極の表面に傾斜した表面と当該陰極
に相互に補足する形状の表面を与え、当該陽極
表面と当該陰極表面を予め選んだ距離で間隔を
置いた前記第(36),(39),(48)項記載の方
法。(90) The above-mentioned (36), (39) wherein the anode surface is provided with an inclined surface and the cathode is provided with a surface of a mutually complementary shape, and the anode surface and the cathode surface are spaced apart by a preselected distance. ), the method described in paragraph (48).
(91) 当該相互に補足する形状の表面間の当該間
隔が約63.5mm(2.5インチ)以下である前記第
(90)項記載の方法。(91) The method of paragraph (90), wherein the spacing between the surfaces of the mutually complementary shapes is about 63.5 mm (2.5 inches) or less.
(92) 当該間隔が6.35〜25.4mm(0.25〜25.4イン
チ)である前記第(90)項記載の方法。(92) The method according to the above item (90), wherein the distance is 6.35 to 25.4 mm (0.25 to 25.4 inches).
(93) 当該傾斜表面が当該浴表面に対し約10〜80
度の角度を有する前記第(90)項記載の方法。(93) The inclined surface is approximately 10 to 80 degrees relative to the bath surface.
The method according to paragraph (90) above, having an angle of degrees.
(94) 当該電解液に浸漬した当該陰極表面の温度
を当該陰極表面上で電解液の固化を防ぐのに十
分高く維持し、それによつて当該間隔を維持す
る前記第(90)項記載の方法。(94) The method according to paragraph (90) above, wherein the temperature of the surface of the cathode immersed in the electrolyte is maintained high enough to prevent solidification of the electrolyte on the surface of the cathode, thereby maintaining the spacing. .
(95) 電解液浴に浸漬した前記第(1)項記載の電極
を含んでおり、当該槽が析出のためのアルミニ
ウムを供給するため陽極として当該電極を含
み、当該陽極は当該電解液に浸漬された少なく
とも一つの傾斜表面を有して浸食を受ける陽極
表面を増し、当該陰極は当該傾斜した陽極表面
に対し相互に補足する形の陰極表面の少なくと
も一部分を有し、当該相互に補足する形状の陰
極表面と当該陽極表面とは互に予め選んだ近い
距離で間隔を置き当該析出のエネルギー消費を
実質上減少させるアルミニウム電解析出用電解
槽。(95) The electrode according to paragraph (1) above is immersed in an electrolyte bath, and the bath contains the electrode as an anode for supplying aluminum for precipitation, and the anode is immersed in the electrolyte. the cathode has at least one sloped surface to increase the anode surface subject to erosion, the cathode having at least a portion of the cathode surface having a complementary shape to the sloped anode surface, the mutually complementary shape; An electrolytic cell for aluminum electrolytic deposition, wherein the cathode surface and the anode surface are spaced at a preselected close distance from each other to substantially reduce the energy consumption of the deposition.
(96) 当該相互に補足する形状の表面間の当該間
隔が約63.5mm(2.5インチ)以下である前記第
(95)項記載の電解槽。(96) The electrolytic cell according to paragraph (95), wherein the spacing between the surfaces of the mutually complementary shapes is about 63.5 mm (2.5 inches) or less.
(97) 当該間隔が6.35〜25.4mm(0.25〜1.0インチ)
である前記第(96)項記載の電解槽。(97) The distance is 6.35~25.4mm (0.25~1.0 inch)
The electrolytic cell according to item (96) above.
(98) 当該傾斜表面が当該浴の表面に対し約10〜
80度の角度を有する前記第(95)項記載の電解
槽。(98) The sloped surface is about 10 to
The electrolytic cell according to item (95) above, which has an angle of 80 degrees.
(99) 当該傾斜表面が下方に内側に角度を有して
いる前記第(95)項記載の電解槽。(99) The electrolytic cell according to the above item (95), wherein the inclined surface has an angle downward and inward.
(100) 当該陽極の底表面が当該浴の表面に対し
ある角度で傾斜しており、当該陽極に面した当
該陰極の底表面が当該底陽極面に対し少なくと
も一部分相互に補足する形状である前記第
(95)項記載の電解槽。(100) The bottom surface of the anode is inclined at an angle with respect to the surface of the bath, and the bottom surface of the cathode facing the anode has a shape that is at least partially complementary to the bottom anode surface. Electrolytic cell described in paragraph (95).
(101) 電解液の温度がアルミニウムの融点と槽
内の液体の沸点の間である前記第(95),(96),
(97),(98),(99)、または(100)項記載の電
解槽。(101) No. (95), (96), where the temperature of the electrolyte is between the melting point of aluminum and the boiling point of the liquid in the tank;
The electrolytic cell described in (97), (98), (99), or (100).
(102) 当該陽極がアルミニウム化合物を含んで
いる陽極物質により囲まれた少なくとも一つの
内部に配置された導電性材料からなつている前
記第(95),(96),(97),(98),(99)、または
(100)項記載の電解槽。(102) The above-mentioned items (95), (96), (97), and (98), wherein the anode is comprised of at least one internally disposed conductive material surrounded by an anode material containing an aluminum compound. , (99), or the electrolytic cell described in (100).
(103) 当該陽極の下方に配置されたアルミニウ
ム捕集井戸を含み、当該捕集井戸が当該陽極の
下で傾斜床を有しアルミニウムプールの深さを
最小にする前記第(95),(96),(97),(98)、
または(99)項記載の電解槽。(103) Paragraphs (95) and (96) above, including an aluminum collection well located below the anode, the collection well having a sloped floor below the anode to minimize the depth of the aluminum pool. ), (97), (98),
Or the electrolytic cell described in paragraph (99).
(104) 当該槽の内張が当該電解液浴と接触する
当該陰極表面の一部分を形成し、当該陰極表面
が当該浴の凝固温度以下でない温度であり、そ
れによつて当該の予め選んだ近い距離を維持す
る前記第(95),(96),(97),(98),(99)、ま
たは(100)項記載の電解槽。(104) The lining of the cell forms a portion of the cathode surface in contact with the electrolyte bath, and the cathode surface is at a temperature not below the freezing temperature of the bath, such that the preselected near distance The electrolytic cell according to item (95), (96), (97), (98), (99), or (100), which maintains the following.
(105) ガラス質炭素フオーム、黒鉛または炭素
固体、ホウ素、アルミニウム、ケイ素(オキシ
窒化物を含む)、チタン、ハフニウム、ジルコ
ニウム、およびタンタルの窒化物;モリブデ
ン、タンタル、およびタングステンのケイ化
物;ハフニウム、タンタル、ニオブ、ジルコニ
ウム、チタン、ケイ素、ホウ素、およびタング
ステンの炭化物;ハフニウム、タンタル、ジル
コニウム、ニオブ、チタン、およびケイ素のホ
ウ化物からなる群から選ばれた材料からなり、
当該材料はイオン性物質および溶解固体を含ん
でいる当該電解液浴中のすべての液体物質を通
すが不純物を構成する不溶解固体を実質上排除
するのに十分な通過多孔度を有しそれによつて
電流の流れをつくり出し、また当該材料は不溶
解粒子をさえぎるのに十分な小さい直径の連絡
細孔径を有している、ハロゲン化物塩を含む電
解液浴の腐食に耐えることのできるアルミニウ
ム電解析出用の膜。(105) Glassy carbon foams, graphite or carbon solids, nitrides of boron, aluminum, silicon (including oxynitrides), titanium, hafnium, zirconium, and tantalum; silicides of molybdenum, tantalum, and tungsten; hafnium, consisting of a material selected from the group consisting of carbides of tantalum, niobium, zirconium, titanium, silicon, boron, and tungsten; borides of hafnium, tantalum, zirconium, niobium, titanium, and silicon;
The material has sufficient passage porosity to pass all liquid substances in the electrolyte bath, including ionic substances and dissolved solids, but substantially excludes undissolved solids that constitute impurities. Aluminum electrolytic materials that can withstand corrosion in electrolyte baths containing halide salts, where the material has interconnecting pores of small enough diameter to block undissolved particles. Membrane for use.
(106) 当該通過多孔度が約1〜97%であり、連
絡細孔径が約1ミクロン〜1cmである前記第
(105)項記載の膜。(106) The membrane according to item (105), wherein the passage porosity is about 1 to 97% and the communicating pore diameter is about 1 micron to 1 cm.
(107) 当該膜が厚さ3.18〜50.8mm(0.125〜2.0イ
ンチ)である前記第(105)項記載の膜。(107) The film according to item (105), wherein the film has a thickness of 3.18 to 50.8 mm (0.125 to 2.0 inches).
(108) 当該膜が厚さ3.18〜12.7mm(0.125〜0.5イ
ンチ)である前記第(105)項記載の膜。(108) The film according to item (105), wherein the film has a thickness of 3.18 to 12.7 mm (0.125 to 0.5 inch).
(109) 当該通過多孔度が約30〜70%である前記
第(105)項記載の膜。(109) The membrane according to item (105), wherein the passage porosity is about 30 to 70%.
(110) 当該連絡細孔径が約1ミクロン〜1cmで
ある前記第(105),(107)、または(109)項記
載の膜。(110) The membrane according to item (105), (107), or (109), wherein the communicating pore diameter is about 1 micron to 1 cm.
第1図は塩化物浴を含む本発明の電解槽の断面
概略図で、電極の相対配置と共に槽の密閉頂部を
示している。第2図は陽極として使う、アルミニ
ウム物質と還元剤の混合物を被覆した電極の一部
分を切りとつた概略図である。第2A図は第2図
の電極の別の具体例の概略透視図で、アルミニウ
ム物質と還元剤のマトリツクス内の多数の導体芯
を示している。第2B図は第2A図に示した電極
の変形の概略透視図である。第3図は別の電極の
一部分を切りとつた概略図である。第4図は全フ
ツ化物浴および連続して導入される陽極に電流源
を与える陽極クランプを有する開放頂部の電解槽
の断面概略図である。第4A図は第3図の電極に
類似の別の電極の概略図である。第5図は本発明
の具体例の概略図で、アルミニウム含有物質と還
元剤とを含む種々の陽極材料を入れるため多孔性
膜の使用を示している。第6図は電解槽の別の具
体例の断面概略図で、復極電極の使用を示してい
る。第7図は傾斜側面電極および相互に補足する
形状の複合陽極を有する電解槽の組合せの断面概
略図である。第8図は独特な組合せの電解槽と複
合陽極の変形の断面概略図である。第9図は第8
図の陽極の透視図である。第10図は第8図の組
合せの別の具体例の断面概略図である。第11図
は第10図の陽極の透視図である。第12図は本
発明の複合陽極の別の具体例の概略透視図で、積
層構造を示している。第13図は第12図の陽極
と第4図の陽極クランプの概略透視図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrolytic cell of the invention containing a chloride bath, showing the closed top of the cell as well as the relative positioning of the electrodes. FIG. 2 is a schematic cutaway of a portion of an electrode coated with a mixture of aluminum material and reducing agent, used as an anode. FIG. 2A is a schematic perspective view of another embodiment of the electrode of FIG. 2, showing a number of conductor cores within a matrix of aluminum material and reducing agent. FIG. 2B is a schematic perspective view of the modification of the electrode shown in FIG. 2A. FIG. 3 is a schematic cut-away diagram of another electrode. FIG. 4 is a cross-sectional schematic view of an open top electrolytic cell with an all-fluoride bath and an anode clamp providing a current source to the continuously introduced anode. FIG. 4A is a schematic diagram of another electrode similar to the electrode of FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, illustrating the use of a porous membrane to accommodate various anode materials, including an aluminum-containing material and a reducing agent. FIG. 6 is a cross-sectional schematic diagram of another embodiment of an electrolytic cell, illustrating the use of depolarizing electrodes. FIG. 7 is a cross-sectional schematic view of an electrolytic cell combination with sloped side electrodes and complementary shaped composite anodes. FIG. 8 is a cross-sectional schematic diagram of a unique combination of electrolyzer and composite anode variant. Figure 9 is the 8th
FIG. 3 is a perspective view of the anode shown in the figure. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of another specific example of the combination shown in FIG. 8. FIG. 11 is a perspective view of the anode of FIG. 10. FIG. 12 is a schematic perspective view of another embodiment of the composite anode of the present invention, showing a laminated structure. FIG. 13 is a schematic perspective view of the anode of FIG. 12 and the anode clamp of FIG. 4;
Claims (1)
剤との陽極混合物と、同混合物と物理的に接触す
る前記陽極混合物より高い導電度を有する導体手
段とより成り、 該陽極混合物は、金属酸化物が陰極の対向表面
で溶融金属として回収できる金属イオンに転換さ
れる活性陽極表面を提供するために、陰極の表面
と対向関係に位置するが陰極表面より離されるよ
うに適応させた部分の少くとも1つの活性表面と
ともに適当な電解液に浸漬するように適応させた
混合物の一部を少くとも包含し、 又該導体手段は電源に連結するとき前記混合物
の部分に全陽極電流を実質的に導くように適応さ
れており、而も該導体手段は陽極電流を直接前記
導体手段から少くとも導体手段の一端に隣接する
混合物と、前記表面に伝導するために前記陽極混
合物の部分を通つて内部に伸び、かつ前記の1つ
の活性表面に少くともほぼ隣接して位置するその
一端を有し、それによつて混合物を通つて前記表
面に短かい、低い抵抗の電流通路を付与し、 又前記導体手段はアルミニウム電解製造中に混
合物が消耗されるのと実質的に同じ速度で軸に沿
うて電解液に溶融、沈降するように適応した断面
積を有する少くとも1つのアルミニウム部材より
成り、それによつて前記表面に関連する前記導体
手段の一端は前記陽極混合物が表面で電解工程に
おいて消耗されるとき実質的に変化しないで残存
するアルミニウムの電解製造用陽極。Claims: 1. An anode mixture comprising an anode mixture of an oxygen-containing compound of aluminum and a conductive reducing agent, and conductor means having a higher electrical conductivity than said anode mixture in physical contact with said mixture, said anode mixture comprising: , adapted to be located in opposing relation to, but spaced from, the surface of the cathode to provide an active anode surface where metal oxides are converted to metal ions that can be recovered as molten metal at the opposing surface of the cathode. comprising at least a portion of the mixture adapted to be immersed in a suitable electrolyte together with at least one active surface of the portion, and the conductor means conducts a total anodic current to the portion of the mixture when connected to a power supply. the conductor means being adapted to conduct substantially a portion of the anodic mixture for conducting an anodic current directly from the conductor means to the mixture adjacent at least one end of the conductor means and to the surface; extending inwardly through the mixture and having one end thereof located at least substantially adjacent to said one active surface, thereby providing a short, low resistance current path through the mixture to said surface; The conductor means also comprises at least one aluminum member having a cross-sectional area adapted to melt and settle in the electrolyte along the axis at substantially the same rate as the mixture is consumed during aluminum electrolytic production. An anode for electrolytic manufacturing of aluminum, whereby one end of the conductor means associated with the surface remains substantially unchanged when the anode mixture is consumed at the surface in an electrolytic process.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5257879A | 1979-06-27 | 1979-06-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS565995A JPS565995A (en) | 1981-01-22 |
| JPS6325077B2 true JPS6325077B2 (en) | 1988-05-24 |
Family
ID=21978511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4909180A Granted JPS565995A (en) | 1979-06-27 | 1980-04-14 | Electrolysis precipitated aluminum |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS565995A (en) |
| ZA (1) | ZA801946B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017179488A (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 日立金属株式会社 | Molten salt electrolysis apparatus and molten salt electrolysis method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7264760B2 (en) * | 2019-07-30 | 2023-04-25 | 東邦チタニウム株式会社 | ANODE ARRANGEMENT STRUCTURE, MOLTEN SALT ELECTROLYSIS DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING METAL |
-
1980
- 1980-04-01 ZA ZA00801946A patent/ZA801946B/en unknown
- 1980-04-14 JP JP4909180A patent/JPS565995A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017179488A (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 日立金属株式会社 | Molten salt electrolysis apparatus and molten salt electrolysis method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS565995A (en) | 1981-01-22 |
| ZA801946B (en) | 1981-04-29 |
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