t
Pr oce ss che ma v a n e en f a briek v oor de aluminiumbere iding en zu ivering door
I
\
J . v , Wil l i ge n
Duy v e1s ga t ,2 4 , DELFT '1'e 1 . : 20 524
lIJ
- ~ ~-
I
-
"
bil j
r- ~ ~ -
fff
l:::=' I -
~
. i
~:J
I
L-Jj
iI.
_
I
J
-i~-
r----t
..
I'
L_
.-.:::J
i
~ :-'r
.i L
.........
.:.L_ __
=-== ,~
_.
'. r
-- - .
'J~r-
I1
r ,/
-=u
,
-
I
LJ
. ~ : ~J ~!
~
.r
I :
INHOUD.
Sp e cifi ca tie van de aluminium fa briek te Sa u d a (Noorwegen) .
/
Sp e c i f i c a t i e v an de aluminium raffina ge cel .
,<
Hoofd stuk I
J
De aluminium b e r e i d i ng
,
Inleiding
3
Plaats der f ab r i e k
J
Fabrica ge meth oden
J;
Be s c h rU v i ng van h e t p r o c e s
:r
De productie capa citeit der fabriek
1
Voo r - e n nadelen van ee n Söderbe rg e l e ct r o d e De Sö d e rb e rg electrode
.1 10
De r eactie aB n de kat hode
10
De re a ctie van d e a n o d e
I1
De afstand d e r e lectroden en d e stroo mdic htheid
IJ
Het ano de e f f e ct
/3
Materiaalbalans Wa r mt e b a l a n s
15 I§
To eli chtin g o p á.e s pec . v .d . aluminium f éibriek t e Sa ud a
/6
Hoofdstuk 11
De al uminium r affina ge .
In leiding Bes ch r ~ v ing
van enife processen
Het Gad eau p roces IIIa t e r i a a l b a l a n s Warmte balans .
Li teratuu r l ijst •
•
3
--------
-
1 -
Sn e c i f i c a t i e van de Al uffi ini um f ab r i ek te Sah da s j Be n (Noor wegen) .
praktijkwa a rd e Jaarp roductie
be r ek en d
litera tuur
4 8 70 t on
aantal ovens
20
s :troo msterkte
10 0 . 0 00 A
Electro den : SBderber e a n o d e , ro nd, g e s t a mp t e ka thode stroo mtoevoer : v an b oven oven b ijvullen Al
pe r d a g 20 3 a f t a p p e n Al p e r we e k
Al
20 3 kWh/k g Al
2 à
k g Al
80
%
70 - 90
20
%
30 - 10
1 , 91 16 ,9
1 7 - 20 0 ,03 -0 , 10
0, 0 5
V rend ement
%
S r e n d e me n t
83
E r e n J e me n t
40 ,5
35, 2
%
ca . 38
91
% %
c a.
%
ontledingss panning
1 ,65 V
ohm se spamnin gsvol .
1,9
bads panning
3,5 5 V
Cel spanning
4,7 V
an odeëffect I
st r o omd i ch theid in A/cm
2
bad hoev eel heid k ryo l i e t
5 cm '- - 3 2 , b::: ' m
badtemperatuur
9 60
specifieke we erstand v . h . ba d in ohm cm
0 ,445
b a ds a me n s t e l l i ng
Na AIF
3
°c
A IF~
6 8
%
./
Ca F s , g . Al v loeibaar in g/ cm 3
s .g . Al
3 v a s t in g/ cm
~
20 3 s .g . bad vloei baar in g/ cm/
2
1,7 V
4,7
V
0 ,3
V
4 ,5 - 6 V 0 ,2 V 0, 8-1,0
>
4 cm
2 ,6 5 m3 960
°c
c a. 9 50 ° C 0 ,44 5
% %
86
6
% 90 % 35 %
V
0 , 68
0, 85
ele c trodeafstand
% %
1 , 90 -1 , 92
1 6, 9
kryoliet k g/kg Al
4 x
3 à 7 x
7 x
ovengassen k g/
5 x
4 à 5 x
8 5 - 90
°
10
5 -
12
2 ,3
2 ,3
~
,9
3, 9
2,1
2,1
% % %
.
- --- ..
_-
- •. - -I
f
e Ie.e f.-r t!enériLle
N~ AI ~
-+=Al l)
o psl o.g d~0.ge
n
AI;. o~
~
o p!' It:t.f!
I I
I
,,
fl~id'"
~e IYkrich ter o(>.f/4.~
I
BiAS
I toe t til' ter
)
~ e '~ tt t"CJ I ~If
ee r rt\ff' ho..ge cel
a,n"de
~
k o ol
~
~ieter~ '
A I...
1-(89'9%)
o p-r lA.g ops 1().8 ~ g I He ,.~
st ~ ' i l\tl w ().. I" m U. I '-node ver tic 5
vilt
9t
l .g o.sse n
'ti dll"IS
I
Pro c es s~h e rtto... door
1.
II
Y.v .Wd l, gPrJ
-------------- ----
- 2 -
Spe c i f i c a t i e van de aluminium raffina g e cel . J a.arproductie
72 ton
a an tal ovens
1
s troomsterkte zu i v e r h ei d Al: Electroden:
250 00 A ge r a f f i n e e rd
99 , 5 % 99 , 99 %
k a th ode Al
99 , 99
ruw
Al (99 , 5
a n ode b Uvullen Al pe r we e k
2 x
aft a ppen Al pe r we ek
2 x
kwh/ kg Al
21
elect rolyt k g/k g Al
0,1
gr a f i e t consumptie kejkg Al
0 ,035
S re nde ment
Cel s p a nr. ä.ng
96- 98 6, 9 V
s t r oomd i c h t hei d
0,40 A/cm
ele ctro deaf stand
20 cm
b a dh o ev e e Lh e i.d
1
baà.temper atuur
740 °c 0,75 - 0,85 23 %
spec . we e r s t a n d v .h . bad i n ohm cm badsamen stel li ng BaCl ,
A
, 25
2
60
s . g . ba d vlo ei ba ar i n g/ cm) s . g.ano delaag in g/cm 3
3 , 14
z
z
%
2, 3 2,7
s . g . kathodel a a g i n gj cm/
%
m"
17 %
Na F
~
%
67
33 %
Cu
I
%)
r;
2
.~,
\J .
\IJ i lli. \~
AI , --:::-
'~ r
'1 J Jj ''v '' ~\
. \ \ ,".
AI
' J ut.<
\{ x..
~-t .
'10 A 4 (J-
• _, /" I
,\'\ :.. . h
~......
tA""~
1\\
-<.A.
-,; _ \tv-.-:", ~ \ :-r..:itY ~/.) i) wl..1..t
,~
'; .: {....,
; ':U f i A.. '
v
•
\ -:
-
k"
\(.,-~.
'r
.:L.t ~/ \-- : vt.~'yw\o\..vI-. ~~ d ./ ~\,' ~{,J_.;k- liL ~ ! C ' ~ \ , ~t"" t.r j ~ o .J-e.']) J.. J V ~ ""'~ r:t.r.:"\ , .r...... AI ... ':' ~ (j
t
l.
(~vu '-'. x--
1' •
d .J-UA- ft \ ...., ':' .) -..) tL,-,J~(,,- -:L.... : ~~ C~ f.t"J t
.A.
T\: I. . •#
' '>1
,u.u,
~u rt i.c.I; (
'. -<Ji.~"" ,
: - - - - - - - - -_ .__.._
..__ .
C1~ .
[' ) 0'I '' .{,., A~ . . . ,""" ~ ~ ,~ _
,' , ~"1 . '" \
A
..
"-
HOOFD STUK I De alum inium bereidin g .
Inleidin g Vanwe ge d e g r o t e o xy deerb a arh eid van h e t aluminium, ko mt h e t in d e natuur niet metallisch v o or, mas r alt ijd in de v orm v a n e en g ehy dr a teerd oxyde . Van deze wor d t he t b a ux i e t ho o fd z a k e lij k g eb ru i k t v oor de
A19 3 1) .
bere iding v an zo zuiver r;,ogeLjk He t
z ou co mmercieel a antr e kke l Uk z ijn, wa n n e e r de verwerk ing van
b au xiet tot ( ge ra f fi n ee ~ d ) a l umin i u m vl a k b ij de wi n n i n g s p l a a t s ui tge voerd z ou ku nn en wo r d e n . In de
~ r a k t~ k
zu l l en w.j dit z elde n aantreffen ,
vanwe ge de ve r s c hille n d e e i s e n di e s e s te l d mo et e n wo r d e n a a n het p r o ces om van oaux i e t to t a l u n.i. n i u m t e k ome n . De A1 0 fe.1lrieken z ijn gro 2 3 te warmteverbru i ke Ls e n v ragen dus a ls g Fe n ds t o f ~ o e d k o p e k o l e n , aard g a s of stookoli e , t e rw UI d e Al
oe rei d i n g e n ra f fina ge g o e dk o p e electri-
cite it e is t , du s wa t e r k r a c h t - o f Een co mbi nat i e van dez e d at men me es ta l d e
AI ~0 3 L
t r u i nk ool c en t r a l e s .
t ~ ee
f a b r~ e k
e n e rg ie b r o n n e n k Ouc t we i n i g voor , z o b ij d e b a ~ x ie t ve l d en vindt,
b uu r t v an go e dk op e steenk o ol en a ardgas , te r wijl de Al
in de
~ ere i ding
en raf -
fina ge pl aats vi ndt da ar , wa a r wij g o e dk o p e electriciteit vi nden . o-------~-----o
P l a a ts de r f ab r i e k . De g roo ts te p r odu ctie van ~ l v inde n wU momen t e e l i n Amerika (USA en Canada ) tot ee n totaal van
c~ .
101 0 x 10 6 ton in 1 9 50
2) .
6
Eu r o pa vol gt h i e r op me t 4 86 x 10 tot in 1 9 50 , wa ar van de USSR c a. 6 6 2 30 x 10 ton , ter wijl Az i ë slecht s 3 8 , 3 x 10 ton maak t . Hi e r u i t blijkt , dat, wil Europa ni et no g ver d e r a c h terbl ijven me t de pr o du c t i e van Al t .ov . Amerika, d e hui d i ge c a p ac i teit aan merkel Uk moet worden uit ge b reid en/o f nieu we fa b r iek en moe t e n wor d e n ge bouwd . Om nati ona a l e c on omi s c he- e n st rateg i s ch e r e de nen, is e en p l a a t si n g v a n de fa b r iek in Europa dus we l a a n t r ek k e lD k . Gek o zen is Noo r we gen , v a nwege de l a ge p rij s van d e ele ct riciteit . In Sau d a s j ä e n , een p l aa t sj e v a n e e n pa a r dui zend i nwoners, aan de we stkust v a n Noo rw ege n ter h o og t e v a n Oslo , he a ben de dui tsers in de oorlo g r ee d s ee n Al . fa briek g e b ou wd . De z e ligt nu e chter stil , doc h kan zo we e r i n g e r ic h t werden .
- 4 -
Vervoe r over l and en wa t er i s mog e lijk . Ee n ,
Veor ~
Noo rweg e n snel le , ve r -
bindin g overze e e n d oor d e l uc ht i s aa n we z ig . He t ar beids kr ac hten a anb od is vo ldo ende g r o o t en d cor het klein stee ds e karak t er van het pl aatsj e , t a mel ijk go e dk oop . En i n
Sa~da ,
s le cht s e n k e l e km ver d e r o p, st aat een electriciteits cen -
tr ale, d i e v o or u i tbr ei d i n g v a t b a ar is .
0-- -- -- ---- ---0 Fa b r i c a g eme th o d e n . S ind s d e on tdekking , d a t Al als metaal te v e rkrijgen is , door het A I ~ O~
e:.
-/
o p gelost i n k r y ol ie t , a a n e en e l ectr ol yse te on d e r wer pe n, h eb -
b e n vel e n g epr oo e e r d , d it
~r o c e s z
t e ve r v an gen d oor e en ander .
P . Rönt g e n e n H. b o r c k e r s ~) f i n g e n b U hu n ex peri men ten uit van Al
2S 3 i .p .v . A1 0 . Ze l o s t e n di t o r in k ryo lie t en ele c t r o ly s e e rd e n . Het 2 3 voordeel van deze me tho de is , dat de ijE'. d s p a n n i n g c a . 1 V lager is , en dat g ee n anode nkoo l c ons u mfti e o p t re e d t . He t bl Jk t ec hter moe i lijk h et
no odzakel ijke Al S te maken , te rw ijl d i t o ok n o g ~€ro sc op i s c h is . Bo 2 3 ve n d i e n i s nog g e ~n b e sch ik t e me tho6 e g e v o n d e n om d e , a an d e anode a f g es cheiden z wave l, Ho e we l me n t e
v e y ~ ~ d eren.
~ i t t e rf e l d
g e s t o p t me t d e De z e l f d e
te
~it
~roces
h e ef t
toegepast, is me n nader hand
e x p er i ~e nt e n .
R ön t ~en
pu bliceerd e in 1941 een me th o d e 4) om i . p .v .
Al 0 he t AI Cl t e n eme n . ~ e t e le c t r o ly t be s t on d u i t e 8n me n g s e l van 2 3 3 Na CI , KC I e n K2CO ~ . De elc tr ol yse ~ e m pe ra tu ur la g eve n be n e d e n de s melt t e mperat u ur v a n
Ai( =660 °C ) . Gro t e moeil Uk h ede n v eroo rzaak t e d e a f-
s c h e id ing van ' het Al, z od at d i t
, r e c e s no g s te e d s ni et in d e
ind~ s t r i e
w o rd t;f; o e ge ~ . a s t . On d er z o e k inge n op di t g eb i e d word en no g s t e e d s g e daa n . ' POgi n g e n om Al i n een li c h t b oo g t e fabric eren 5) leden s ch i pbr e u k o p de vormin g van fr o t e h oev e elhede n Ale . Si b l e e k dit bezwaar te k un nen onderva n ge n . En e en eu tectis ch e Al - S i zel fs
gie t te ch ~is c h s
v o o r d e l e n. I n de
le geri ng
~ r ak t 0 k
(± 13 % Si
) bezit
is d e z e eut ecti sche sa-
me n s t e l l ing n iet te be r ei ken : h e ~ Si g e~ a l t e word t te hoo g ( 30 -6 0
% Si )
Me n men g d e h e t uaa rom me t elect rol yt is ch be rei dt Al o r: d e g ew e n s t e Al - Si ver houdin g t e
k r ~ gen .
ce s is d i t dus bep a al d nie t .
Ee n v erv a n ger van het electrolytisc he pr o -
- 5 6) ~ en
pr o ces d at i n d e t o e k omst mog e l Uk e e n er nsti ge concurrent
v pn h e t electrisch e p ro cé d é z a l wor d e n , is o n tw ikke l d na de ontdekk ing v a n de Al subver bi n di n ge n . Ve rh i t men Al
bij 1400 oe i n vacuum , d an vormt 20 3 z i ch e e n v lu c h t i g oxy d e ( AIOo f AI 0 . Di t v alt da n wee r uiteen in Al 2) 0 en A1 0 . Be n e d e n 10 0 0 e k an men h e t Al me t AI F v ervluc ht i gen . Er 2 3 3 o ntst aat Al F d at i n de ga s t o es tar. d s t a biel i s e n bU l a g e tem peratuur
weer in AI F
3
le g er in gen me t A1
e n Al uitee nvalt . Ui tein d e l ijk b l e e k h e t AI C1
3
i n de p r a k -
t Uk h e t me e s t te v old o e n .
U i t ga~ n d e van Al - ert s , b ~ ~ O mm ~g en 1 30 0 oe k r ~ g t me n me t h a l oge n e n i nderda ad Al . He t pro c es is ec ht er no e n i e t ui t het p r o e f s t a d i u m t e kom en . ~u
moe t en to t de c o n c l us i e kon e n , d at g e e n de r b ov en be s c h re v e n
pr o c esse n i n aa nme r ': i ng k omt v o o r pr a k t i s ch e
u itvoe ~ ing .
Wij kozen vo or
ons f a b r i ek ss c h ema da a ro lli h e t elect rolyt is c h e p r o c é d é d a t s i n d s h e t e i nd va n de v or i g ~ eu w p r ak tis c h al le , tot nu t o e g e p ro du c e e r d e Al ge leverd he eft .
0- - - - - - - - - - - - -0 Be s ch r Uv i ng van h e t
pr o c es .
De ele ctroche mi sc he b e r e i di ng van Al , h e t z g n .Hall - Héraul t pro c es , berust o p de ontde kk in~an de o pl osbaarheid van A1
i n k ry oliet 20 3 en de moge lij k r e i d , me t a l l i s c h Al h i e r u i t neer te s laan zonder a anme rke l ijke o n t l e d ing
v ~n
het oplos mid de l .
In d e ov en h ebb e n wij g e s mo l t e n k ry o l i e t
( v a n c a . 950 oe) wa a raan
op g ez e tt e t ~de n (o n gev e er 2 à 4 x p e r da g) v an bovenaf voor 99 z uiver A1 ma a l
20 3 t ot 1 2
wor d t
%8 )
%
toe gev o e gd . Djt lo s t dan op i n h e t Na AI F , ma x i -
d o c h mee sta l
tot c a .
5
%. He t
3
6
ove r g eb l e ven A1
20 3 bo v en o p de smel t l i g en . He t wor dt h i e r g e d r o ogd , en z org t t e v e n s
bl~ ft
voor de wa r mt e is o l a t ie . ~~
I n e n k ele bed r Dve n i s dit t o evo e g eh 'A1
g eme cha n i s ee r d en geau t o 20 3 ma t i s e e r d . De z e a ut omati s eri n g 9) i s ech t e ~ niet g ehe e l zonde r g e v a a r . D
Lo s t n ie t a ll e A1 0 o p, dan zal h e t ov e r gèl e ve n , e n in de smelt g e 2 3 st o ken o xyde op d e bo d em zakken , wa t ver groti n g van de stro omd ic ht heid g e e f t , en desa st reuze g e v o l g e n v o or de kathod e (A le vo rm ing , p laats e l Uk i n b r a n den) .
- 6 -
~
(C á.
Het s .g versc hil tu s s en s melt
2,1 g/cm /) en A1
3
(ca . 3 ,9 g/cm )
20 3 wor d t daarom zo k l e i n moge lij k geh ou de n , en du s de tem per atu ur van he t
bad zo laag mo gel Dk, wat dan t evens gu n s t ig is voor de on t l e di ngs po tentiaal . Daarmee mag de visc os iteit echter n iet te veel st.ij gen . Me e s t al voe gt men da 2ro m a nd e r ~flu o r i d e n a an de smelt toe, zoals AIF
3
en
CaF . De ze beinvloeden het s . g ., de vis cositeit en h e t stol punt v a n
3
de s me lt. De samenstelling van de t e genwoordi g ge br u ik t e e l e c t r ol y t e n i s derhalve :
-
0, 5 -
80
° 8
%
Na AI F
10
10
AIF
1 2l
%
Ca F~
5
%
A1 0
90
3 3
6
é.
2 3 Onder i nvloed van he t el Ectrisc he v eld gaa t het Al +++ naar de
kat h ode, wordt daar ontl a den en ve rzamel t zich -vloeibaar - op de bodem . Afhanke l ij k van de gr oo t t e v an de ov en en de bedr Ufsomstandigheden wo rd t het Al dan
2-7 x pe r week uit de oven verwiJderd .
Door de g'o \I: t e tur bule ntie van de s melt t u s s e n de electroden c i rculer en ook kleine Al dru p pelt jes rr: e e . Dit v ersch ijnsel wor d t " f og" ge noemd . Ze is
sc hadel~ k
v oer d e e lectrolyse, want ze br e ng t het Al i n
cont act met de a n ode ga ssen (C0 ) d i e nu ge r e du c e er d wor de n tot CO. 2
Het Al oxydeert weer t ot A1 0 • HJerm e e wo r d t dus h e t stroomrendeme n t 2 3
ve r l a a gd. Een ho ge ba d t empera tuu r , een gr o t e stro omdichtheid en een Na F r ijk electrolyt b ev ord e r en de f ogv orming . Te voorko men is z U ech t e r no oit, z oda t n aa s t CO troffen in een verhouding 70- 90 De z e ga ss e n
verdw ~nen
% CO2
2 tegen 10- 30
a l tj d CO wor dt aange -
%CO .
in een open ov e n in het ovenhuis, me t no g iets
AIF , dat bij de s meltte mperatu ur a l me rkbaa r vervluchti gt .
3
. ~YJ' Y
In een ge s l o t en oven wo rd e n ze, met w~t ve,rstoven A1
2
93 ,
afgez ogen •
Via ~en reini gings me th ode ka n me n er nu weer het A1 20 en d\,!. :ert t 3 halen . Aan het bad moe t men dus Al F 3 to evoegen . ~ lJ.. dk Bove ndien bl ijkt, dat AlF , NaF e n CaF zich langzaam in de kat hode in 2 3 dringen en deze zo verni e l en . Hier ào or neemt de ovens panning met ca . 0,05 V/ j a ar toe , en moet de ov e n om de 2 jaren -een enkele maal 3 jaarui t
b ed r~ f
ge n om e n wo r de n e n ge r epar e e r d .
Om dit indri ngen ec hter z ov ee l
mo gel ~k
te voorko û,en wor d t de warm -
te isolatie der oven zo uit gev oer d, dat aan de wande n het electroly t ge s t o l d is . Deze vor mt een beschermende laag, ook rondom de anode .
- 7 -
Ze verrr,indert het vervluc hti gen van de fluoriden en de aantasting v a n de anode doo r de buitenluc ht . s ta ~r t t e n
Te r wUI de eerst e ove n s
me t een c a p acit e i t van c a. 50 0 0 A,
was dit vl ak voor de l aat ste o orlo g al o p gelop en tot 30 . 0 0 0 A. Te genwoordig p a s t men oven s t oe v a n 100 . 000 A 10 ), g eb ouwd
z ~n
t e rw~l
re ed s ov e n s
v o o r 1 25 .000 A. De h oge stroo msterkten heb ben echte r wee r
een ho gere te mper atuur in d e k a t ho d e t engevol ge , en veroo rzaken bo ven dien s te r k e ma g n e e t v e l d e n . Hi e r d o or
~ e r a ak t
h e t Al me t aal opp e r v l a k in b e we g i n g , wat res ul teer t
in ve ra nderende electr ode a f s t a n d e n , en êaa r mee in energi everliezen . ~ i erme e
BU de bou w van de ov en mo e t
d e rh a l v e r e ke ni n g
~orden
gehoud en .
0- - -- - - - -- - - - -0 De productie capaci teit d er fa briek .
i
De wereldpro d u ctie van a Lunri n i um nam van
' 49~
•
me t c a.
200 .000 ton Al , wa arv an i n Eu ro p a 60 . 10 0 ton 2 ) . In Noo r we ge n en I t ali ë , de gro o t s t e e ur ope se produ c e n t en , stee g de Al pr o du c t i e me t c a . 1 1. 0 0 0 ton . st e e ~
In datzelfde j a ar
d e we re l d pro du c t i e van A1
20 3
met ca .
6 20 . 0 00 t on ( i n Eur opa 22 . 0 00 ton ) . Ge z i e n deze c Jfers zou een
n ~euwe
fabriek in Noorwegen zeke r 10 .00 ton
kunnen g a a n pr o du ce re n . Een a n d e r e f actor : d e b e s ch ik t a r e ho evee l heid electricit eit s pee lt ec hter oo k ee n rol h U de
v asts tel ~ in g
v a n d e jaa r pr o du c t i e .
De centr ale d i e di t moet l e v ere n , h e e f t een c a pacit eit van 10 5 k wh Dezeffie r gi e wo rd t
h o ofdzake l ~k
g ele v e r d aan de E.F . F . Ltd in Sauda .
Voor e en eventuele Al pr odu c t ie was nog 10
%v an
de to t ale c apacitei t ,
zonde r uitbreiding e n , c ontinu e leverbaar . Vo orlopi g moe ten
Wü
F) .
du s d e pr o du ctie b ep e r k e n to t 10 4 kwh , wat
o v e r e enko mt met c a . 5 .000 t on Al/j aar .
0- - --- - - - - - - - -0 F) Fers conl Uke med edelin g ~ . F .F . Lt d , Sau d a .
- 8 -
Bouw der oven
11 )
De oven , waarin de electrolyse plaats vindt, bestaat in principe uit 2 onderdelen : I
het kathode gedeelte
11
het anode gedeelte
I In de prak tUk z Jn vo er de kathode twee uitvoerings wijzen mogelijk : a een oven met een gestampte kathode b een oven met een blok kathode a . De ovenbodem wor d t met kiezel goerstenen geïsolee rd . Hierop word t een laag electrode materiaal, dat p l a s t i s ch vervormbaar is , gelegd di e vastgestampt wor d t . Dit materiaal be s t a a t uit een pe k -kooks massa , me t
ae
een samenstelling die Q0 8r
verscr.il lende fabrieken geheim wor dt
gehouden .
\. ~ /
b . De kool blokken ,
f~r~a~riceerd,
samenstelling gehe ie , worden naas t
e l k a ar gelegd op de gei soleerde vloe r . De spl e ten t ussen de b l okken worden opgevuld met een speciale vervormbare koolstofmassa . Het maakt niet v e e l uit , we l k e kathode gekozen wordt. Gezien h e t feit, dat de fabriek in Noorw efe n staat, waar veel fabrieken voo r Sö derberg
electrodeQateria~l
staan , i s de voorkeur ge geven aan de gestaep -
te kathode. Bovendien z Jn deze iets go e dk ope r (
cU
een oven van 30.000 A ca. 10-1 5% 12 )
Een nadeel is dat b D het stampen, het kathodemateriaal ui tgebrei d ,- ',I
v.20rgebrand moet worden . Dat er b.j cie ingebruikneming een onaangenam e wal m zich ont wikkeld mag, 11
B~
het
anode~
b~
een g e s l o t e n oven ,geen bezwaar he ten .
gedeelte kunnen
w~
ook twee typen onderscheiden :
a . de voorverhitte of blokanode b . de continue, zel fbak ken de of
~öderberg
elec trode .
a . In een aparte fabriek is het electrode materiaal , bes taande u i t p ek , te er en petroleumkooks, tot blokken Ván bepaalde
af~etingen
gebakken .
Deze blokken '!"lorden me t vier te gelijk in een ophanginrichting v a n de oven gemonteerd . b . De elec trode kool wordt in een aparte fabriek
gemaak t en naa r de
Al fabriek afgevoerd in pakken van 30 kg . Deze pakken worden in een ijzeren trechter boven de cel gegooid . T0dens het proces zakken ze naar beneden en verwe ken dan, door de warmte
van de oven . Nog lage r gekomen
waa r de temperatuur weer hoger is, hakt alles samen . De electro demass a heef t nu
dus hetzelfde bakproces ondergaan a ls de blokanode i n ee n
aparte fabriek .
-
- -- - - - - - - -
- 9 -
Vo o r - en nadelen van de SBder terg anode . 7) De v o or d e l e n van een 3 ö d erbe rg ano ae t .o . v . een blokanode
,r
SBd e rbe rg elect rode
blok e l e c t ro d e
G e~n
monta g e vraa g t arb e i d
montage arb eid
z ~n :
Con t inue e l ec t r ode
ver wissel en geef t o p o n t h oud
S t r o omon de rbr ek ingen to t max . 6 uur
stroomonderbreking t o t ma x . 3 uu r .
De onts tane gassen kunn en gema kke l Dk af g ezo gen worden , wa ardoor è e verl iezen a an s t o f terug g ewo n n e n k unne n worden .
o v e n s me e s t a l o p en , niet g e ma k k e l Uk d i ch t te co~r u e re n . El e c t r o lyt verliez en ( F ) n a ar de b u i ten luc ht . Sc h ad e a a n v ee , land e . d . mo e t word e n ve r g oed.
Le n dicht e oven h e ef t mi n d e r warm - alle af ge voerde war~te kom t i n de t eu itstra li n g naar de fabrie ks h al . f ab r i ek sha l t e r ec h t . Ook de s cha Ve r Nar mde ga ss e n word e n a f g evoerd . ó e lJk e ga s s e n . De n ad ele n v a n de SBde rb e rg el e c t rod e t .o .v . een blokano d e
Söd e rber g electrode
blok anode
M o e i l~ k
makke l~ k
in s tel baar
~ ~ n:
i n st el baar
Elec trod e ma t e r i aa l van g e r i n g e r e k waliteit g eeft gro ter e k o o l s t o f c o n s u mp ti e
ge rin~e
Val t d e s t.r-oo n.vo o r a i e ni n g é edeel t el ijk uit , dan moet d e ove n h e l e ma a l s t op g e z e t word en .
.Dij ge d e e l t e L ii k e str o omvo or z i e n i n g \ "? ;.{ .< a n de oven do o r we r k en doo r e en \~(: to
Bij he t in ~e b ru ik n e men van d e ov e n k u n n e n doo r te e ronLi k kel in g e x p lo s ie s on t s t a a n
D~ h e t in geb ru ik n eme n moe t n auwk eurig g ewaak t wo r d e n v o or overb el as t i ng d e r b l okk e n .
net
b l ~kt
koo ls t ofc on s ump t i e
of mee r b l okken u it te s chak elen .
i n de p rak ttk , d a t bU klein e s troo mst er kten -tot 4 0 . 0 00 A-
de b lokanod en goed vol doen . Daarb ov en wo r d e n SBd erbergel e c t ro d en ge koz en .
0- --- - ------------- --0
_t -
- 10 -
De Sö d e rb erg e l e é tr o d e? ) Oor s pronkel ~k
mon tee r6 e Söde r be rg
~
a no d en pe r ov e n . De middelste
straa ld e echter tev ee l wa r mt e u it en co r ro d ee rd e d a ar om te makkel ijk . ~'\
.
Na ex peri ment en me t 2 anode n p e r ove n , we e s de prak tijk uit , dat
~~ n
..
'
I
an o d i g e ovens h e t lli e e s t ec o n omi sc h z Jn e n met d e g e r in g s t e ins tallat i e \
kosten . 13 ) De st r o omt o e v o e r a an de an ode g e s ch i e dt d oo r pennen , die in de a n o d e k o o l wor d e n g e st ok en : van o pz ij
a. .
b . van b ov e n a . Kor t na de
ont wik ~eling
van d e Sö d e r be r g a n o d e werd d e st r o om s t e e d s
van 0 pz J aan gev oer d . Di t ver eiste, om construct i ev e red enen , ee n vier k an t e anode . Op dat d e v a s t h e i d n i et te klei n wo r d t , en de
s troomtoev o ~
rende pennen niet onh ande l baer (gr oo t) wor d e n , ma g de anode niet b r e d e r dan ca . 1 ,1 0 m zij n . E i e rm e e
z ~n
c a paciteit e n str oomdic h t h eid der oven
bep e rk t . b . De ze b ep erk in g k~n nen
ni et
t o e v o e r van o p z ij h eb b e n e En
c a ~ acit eit
T erw ~l
hU toev oer
v a n b o v e n . Ov e ns me t stroom -
v a n maximaa l van 30 à 40 . 0 0 0 A.
re e r s ov ens met een ca pac i t e it v an 1 25 .000 A [ ec ou wd z ijn met
st roo mtoevoer v a n bove n . Hi e r b U b l eek v o or al de ronde vorm gun s t ig : 1e .
omdat de a p p/ v e l . ve rho u d i n g kl ein e r o r dt , ze da t mi nd e r warm te uit gestraald wo r rit e n d e a f br and g e r inge r is .
2e .
omdat d e omtre k / e pp verh oudi n g guns t ige r wo r d t , waar d o o r de st r o om. hee n er gle . dichtheid v e r l a ag d ka n worden, wa arme eW3 e I ect rlsc sparen .
3 e . omdat d e eve n a fs cherr ing v e e l e env oud ige r wor d t . De moderne ove n s , me t e e n c ~ r ac it e it gr ot e r dan 50 à 6 0 .0 0 0 A h eb b e n daarom
~~n
rond e Sö derb erga n ode me t stro o mtoevoer van boven . De p i n n e n ,
di e de ze str oo mt o ev oe r v erz or gen, wor d e n
t e gel ~kert ~d
g e bru i k t om de
anode o p t e hangen en de el e ctr o de afstand te re gelen . 0- - - - - - - - - - - - - 0 De r e ac t i e aan de ka t h o d e . Vroe ge r interprete erde me n d e g a ng van de elctrolyse zo , dat e r ontl adin g v a n h et al ka li me taal io n plaats vond . He t on tstan e metaal reduceert d a n de , d oor d issociatie van
A120~
on tstane aluminiumionen .
- 11 -
Ui t metingen v an de on tleuin gs pctentialen va n Na AIF , K AIF
3
l i AIF
3
6
3
6
en
6 i n aan - en af we z i gheid van A1 20 3 , b leek , dat de ze on a f h anke l Dk 14
was v a n h e t ka t ion , maar n i e t v a n de te mpera tuu r .
)
Te g 2n woor di g nee mt me n dus a an , dat Al toch het e e rs t e on tle di n gsp rodu c t is . Het Na kan we l ont s taan , dus on tl a cen wor d en , a l l e en of t e za me n me t Al , wa nn e er btzonde re
om s tand i € ~e d e n
o ptreeen .
0- - - - - - - - - - - - - - 0
De re a c t i e a En de a no de . ~oew el
i s he t
de st r oom in de s melt do or
t och .n e t
.
A IF~
111
ge t r a n sp or t e e r d wor d t ,
AI 0 2, III d at ont lee d wor d t . '1' 5 ) . · ..ïj kunn en on s h e t on t
-
.»
stasn
dit i on als v o l g t vo orst ellen : A120 ~ ~ AI0 21 + Al O+ ~ AI0 2 1 + 1 1 2Al 0 2 ~ Al 20 + 2 02 + 2 e ~an
+
Al+ ++
3
De zo vr Jkome nd e zuurs tof ox yde er t dan de anodenk o ol . He t bl jk t du s , da t v e r s c h i l l e n d e Al -
° verbi nd i ngen
in de s melt a a nwe z ig zijn .
Dez e r e a g e r e n don we e r De t d e aa nwezige f l u or wa a rb ~ Al - O-}' v e r b i n di n g en ~ t a a n a I s .. AIO 2 f2 ~3 - en Al G' 2 ~~ 4 (Al f~ )\ 2 9- • 16 ) onLS S Hi ermee wor d t de s amenstelli n g van h e t ba d , en de stro c m ~e le idin g noga l g e c on.p Lt c e e r d ,
1 en pu n t v a n dis cu s sie is o ok ste e d s gewee s t , of CO of CO h e t pr i - ' 2 ma i r e oxy da t i e pro du c t bD de anode reac t i e is . l ege nwo or dig nee mt men a a n , da t , on afhankel ijk v a n h e t st r o omrendement , de koo l g e oxy d e e r t wor d t to t CO . Dit ga s kan da n do or de o ptre dende fog ge r e du c e er d wor de n to t 2 CO, wa a r door het s tr oo mrend e ment kleiner dan 100 wordt .
%
To t
d e ~e
z ien swJze he eft ook bjg ed rage n het fe it , da t
b~
lab or a to r i um-
ex peri me nt e n h et g ewi ch t s v e r l i e s v a n de an od e onafhank e l ijk was v a n he t s t .r-oo mr end emen t en s t e e ds ge l :jk a a n he t ver wac ht è gewich t s ve:rlies bij een s tro omrendem e n t v a n 100 %. 1 5 ) 0- - - - - - - - - - - - - - 0
De afs tand d er elect roden
e~
de
str o c ~dic ht hei d .
De fun c t ie v an h e t k ry ol i e t i s a l s p p l o s mi dde l te d i e nen voor h e t
• ~ r moe t du s w? rm t e aa n de c e l t oe ge voe gd wo rd e n , om h e t k ry ol i e t 20 5 in de v l oe i bar e f a s e te houden . ~o vendie n mo e t d e ho ev e elh e i d gr oo t g e -
A1
noe g z Un. Ande r s zou d e t ijd t u s s e n het o ptr e den V2n h e t anode ä ffe ct t e ko rt z ün , en de ov en on r end s oel . ~en
zou ge n e i g d
verl ies t e vco rkolli en .
~Dn ,
d e ov en zo go e d moge lUk t e iso l e r e n om war mt e -
- 12 -
Dit is echter onmogelUk, da 2r verschillende, el kaar te genwerkende fac toren een warmteontwi kkelin g veroorzaken , die nood zakel ijk moet wor d e n afgevoerd . Onderstaand tabelletje illustreert dit . 17) Spanningsval en g e di s s i p e e rd e wa rm t e b ij een 40 kA oven . Volt
kW
1
electrolyse
1,7
68
2
anode effect
0,2
8
./
z
anod e kool
0 ,45
18
4
kathode kool
0 ,45
18
5
ohmse we e r s tan d
1,6
64
6
over tangs weerstanden e . d ,
0 ,4
16
4,8
192
Som
Wij zien hieruit , dat de fa c toren 2 t/m 6 de spannin gs - en dus verm ogensverliezen a angeven . i /J mo e te n dus in ieder g ev a l de spannings verlieze n in de elect risc he l e idin gen zo ge r ing mo gel Uk maken . Bij 3 , 4 e n 6 wordt dit b e pe rk t , door de mat eriaa lkosten en de onvermijde lijke sp anni ggs verliezen b ij contact pu n t e n . He t bl ijkt ec hter , dat de gr oo ts t e s panningsval optreedt door d e ohmse we er s ta n d van het ele ctrol yt . Om deze te verkleinen , zou d e n wij de afstand 1 tus sen de elec tro de n ku nne n verminderen . He l a a s neem t he t stroomr ende ment sterk a f , wann e e r 1 klei ner wordt , v anwege d e met a a l fog . In de pr a k tij k blUkt dat 1 1
~
4 cm , zoda t de meeste ovens we rk e n b ij
= 5 c m. Ook de stro omdic htheid ku nn e n wij niet naa r believen verklein e n .
Een l a g e st roomdic hthei d impliceert een gro te oven en ovenhuis , en g e e f t bov endien moeil ijkheden met de s tabilite it van de Söderberg elec trode . ca. 1, 5 , t e g e nwoor d i g 18 ) dank zij de Söde rb e rg electrode , ko mt men al t pt d = 0 ,8 - 1 ,0 .
~e rk t e
men in h e t begi n van d ez e eeuw met d
0--- -------- -- - 0
=
) i
,", \
,[
- 13 -
~e t
anode effect . 7) Ee t
~n o d e
e f fect is e en v er sc h Unsel ,
electroly se . Aan de an ode wordt ko ols to f
d ~t
t yperend is voor u e AI -
G e ~ xy d e e r d
door de zuurstof
• Is ec hter Al concentratie ter plaats e te 20 3 20 3 g e r i n g , wat meestal wi l ze g gen, dat h e t bad uit geput is , dan treedt a a n
afko[lsti g van h et A1
de anode een ander reactiemec h ani s me op , waardoor vrU fluo r o n t s t a at. De F r e a g e e r t met de anodekool sto f tot CF 1 en
verdw~nt
als de ande re
gass e n . Er on t s t a a.t een isolerend gaSlaagje , de smel i;-bevoc hti gO
e
a node niet meer , zod at de bads pannin g plotseling toeneemt t o t c a. 40 Volt . In het b edr Uf is dit een ze k er teken , dat nieuw A1
20 3
aan de oven
moet wo r d e n toe gev oegd . Afhankel ijk v an de gr oo t t e v a n de oven , ko mt het e ffect 2 à
4 maal pe r
~t f h.J. 11 ke ! 9"
dag voor . He t duurt meestal ma a r enkele minuten , natuurI Jk van de ge oef endheid d e r b edieL ing . Do o r ee n l amp , die
t ~ de n s
h e t op t r ed e n van li e t anode e f fect , t .g .v .
c e ver hoo gde span ning gaa t b ran d e n , p a r a l l e l me t de ove n t e sc hake len , worden de a r b e i d e r s g ewaars chuw d . Is de Al 0 t o e v o egi ng g e a u t oma t i s e e r d , dan maak t me n wel geb ru ik 2 3 van een hul panode , die de lamp al d oet br a n d e n , voordat het b ad geheel uit geput is . Dit voorkomt d an veel
fluO~fnergie- e n tijdver l i e s .
0- - - - -- - - - - - - -0
Ma t e r i a a l b a l a n s totaal : In : Al 0 " ..., Na AI F
10 6 2 k g/u u r
./
3
Al F
6
6
anode nk ool
2 8 k g/uur 2 1 , 24 kg/ u u r 3; 0
k g/uur
Uit Al ó.node g a s s e n
556 k g/uur //uu t 20 0 .000 rn "
- 14 -
Ma te ri aalba lans vo or F . In :
28 kg [ a _Al F , k .o .m . :; 0 21 ,2 4 kg AIF k .o .m . 3
15, 21 kg F/uu r 14, 42 k g F/u u r
totaal
29 ,63 kg F/uu r
rit a ls f l u or i d e in h e t gas
19,7 6 k g F/u u r 9, 87 kg F/uur
totaal
29 ,63 k g F/uur
als Na AIF
3
6
Ma t e r iaa lb al a ns vo or Al . In:
1062 kg ruw A1 0 k .o .m . 2 3 21 ,24 kg AIF k .o .ru . 3 28 kg Na I F 6 k . o .m . 3A
556 ,8 1 kg Al/ u u r 6 ,83 kg Al/uu r 3 ,60 kg Al / uur
t o taa l
567 ,211 kg Al/u u r
afge tap t
k g Al/uu r 556 6 ,56 kg Al/uur
Vi t
a l s o xy d e e n flu o r iden in het gas al s Na AlF
3
4 ,68 k g Al /uur
6
A I ~O~
Sam e n s telling v a n het g e b r u i k t0
<::.
Al 0 2 3 :fITa
567 , 24 k g Al/uur 1 ):
-'
99 ,30
%
0 ,35
% %
20
0 ,05 0 ,03
Ca O Si 0
2 Fe 0 2 3 v l u c h ti g e bestand oelen
%
0 ,02 ;{
0 ,25 100, 00
% %
Samenste l l ing van d e anode g a s s e n : 2;
Al
62 ,0 mg/lil/ 51 ,9 mg/m 3
20 3
HF + teer , Si0
2,
S03 en F e 2 0 3
0- ------ ------0
- 15 -
'!/a r m t àba lans
n in lte a l
El e c t r i s c h e ener gie Verb ran d ing anoden koo l
( 80
% CO 2
+ 20
%CO)
totaE.l
opwarmen v a n A1 0 , AIF en N a 3 ~ l F 6 2 3 3 ~va rm e n anodenkoo l ( t,~ , \ smel twarm te Al F) en Na AI F 6 3 verwar min g van de a no den g as ~ e n
%
6 . 1 2 1 ." 6 0 0
7 9 ,4
2 . 103 .000
20 ,6
10 . 2 24 . 6 0 0
e ne r gie , n o di g v o or de rea ct ie
in
100
4 . 14 1 .800
4 0 ,5
18 0 . 0 0 0
1,8
70 .000
0,7
4 ·5 00
(0 , 04)
4 .96 0 . 000
48 ,5
af koele n va n Al
1 20 . 0 00
1,2
ove ri ge war n.t e , af ge g ev en a an de c m €
748 . 300
7,3
totaal
10 . 2 24 . 6 0 0
0- - - - - - - - - - - - - 0
100
1é
-
-
Toelichting op de s necificatie van de a l u mi n i u mf a h r i e k . Voor het ener gie - en s t.r-oomr-end e men t der electrolyse kunnen wij
•
afleiden : 19)
fi;
. _ ~"J_ l
xf,.
I EI'
---' -
~"-~5..
r
E
4 ,0 x 0,7 dl + 6 ,85 0 , 7 1/dl
r
1/dl
goSr Technisch is van belang het produ c t
x S • Dit heeft een maxim um bij r
2,6 met Er
J
I ~
I I
36 , 1
I
= 5 cm
88 ,2 '7~ .
r
70Dit betekent
1
30
%en
=
b~
d
= 0 , 52
1
wat tec hnisch niet t e ver 't i e z enl ~j k e n
r 1 I
valt . Aangeh ou d en is
I
= 4 , 25
6° d l
Sr = 91
da ~rom
%en
d
0 , 85
=
Er = 33 , 3
%.
I I I
)
I
s.
I
Sr I Er e 11 hu"
.3
tW<,>dlLc L;-
Voor dl
afA.
V ·HI
4 ,2 5 i s de
sy an ~ ings v a l
over de s melt uit te rekenen .
~ ,~ 5 ohm cm)
( 1/ 0
"'kr y o l i e t Esmelt = I x R = I x
r x 0I
=
f x
1 0
x 1
px
dl
1,9 V
De s melttemperatuur v a n h e t ba d is a fhankel ijk v a n de s amenstelling . '! c: l€ e ~ s
de f iguur is
c a . 990
: ; ~j
bJ
ALO ~ L
)
20 =
°c
'l'oe v oe gen van Ca J<' 2 verlaagt dez e met r ui m 30 °C . Dus de bad tempe ratuu r moet z tn 960 ° C.
f 2 t>" o
' - - _L . - _ ' - - _ ' - - - - - ' ' - - - - ' _ - - ' I, ol" JI-
J) ...
v
s-,.
~·'n,zlt" t:"" ..,~ , ,;. h . h.... c( ·'f h .
d . Jc. m ' Y> .f t:e ll j ", .5 I,
) 0 ,5
%
- -- - - -- --
-
_L
-
--
- 17 -
Uit
E Al E
•
E
2 ,33 7
- 5, 65
x 10- 4( T
1 ,0 276
-
x 10- ( T - 1000)
1,0417
4(T + 4 ,/51 x 10 -
20 3
CO
2
CO
me t T
=
% CO 2
en 20
%CO
-
1000)
12 3 3 ok v i. n d en
1,09 V Voor 80
21)
1000)
6
2 , 75
( 960 + 2 73 ) o k
-
E
CO
=
.,
WIJ
1,1 9 V
in d e a n o d e g a s s e n wo r d t ECü2-CO = 1 ,1 Volt
(literatuur : 1 ,1 2 V en 1, 07 V ) . De ontledings pot entiaal
~o r d t du ~
Deze waar den, b e r e k e n t u it
.
~
" ""A1
20 3
ECO
2
- CO
1 , 11 V
me ti n g e n , k l o pp e n niet met de wa a r d e n , g e v orld e n uit de Thom s onsen verQ 0 gel ijking : E AI 0, 2 3 9 x n x F 2 3 waarin Q = 1 90,1 k Cal v o or Al + i: 02~
F
=
96500 C en n
Wij berekenen d an
E
a
=
t
A12 9 ~ + Q .»
3 2 ,7 5 V en dus de ontledin gsspanning
1 ,65 V
Het ano de effect duurt c a . 5 mi n . e n tre edt om d e ca . 5 uur o p. Het ge e f t een spann i ng s v e r h ogi ng van ca . 3 5 Volt . Da a r de strooms te rk t e te gel J kert ijd tot b Una de h alve wa arde a f n e e mt, b e r e k en e n wij voor é én uur g e mi d d e l d ee n s p a nn ing s v e r h og i ng van 0 ,3 V •
•
-
1 -
Hoofdstuk 11 De al uminium raffinage •
• I nl ei d in g.
7)
Bij de b e reiding van Al op electrochemische verheden van het toegevoerde
Al rO~,
L
./
w ~z e ,
kom en de on zui-
v an het kryoliet , en van d e ele c -
tr o de (anode) in het afgescheiden Al . De zuiv erhe id hie r van li gt dus ge wo onl~k t u s se n
99 ,5
99 ,9
en
%,
hoewel O\j een goed we rk ende ce l
zui-
v e r de r Al te bereiden is . Omdat d e anticor rosieve ei gensc h ap pen van h e t Al progres si ef t o e nemen met
zuiver heid, hee ft me n al g a u w po gingen in het werk g e -
z ~n
steld om de verkre gen Al te r affineren . Al u mi n i u m is evenwel z o reacti ef , e n h e e f t zo 'n hoog kookpun t dat het niet geraffinec;rd ka n
~ orden
( 2 500
oC),
door d e convent ionele methoden ,
als gecontroleerde oxidatie der verontreini gi n gen , ele ctrolyse in wa te ri ge oplossingen of destillatie .
•
Jar enl ang hee ft men g e z o c h t om g e s ch i k t e r affinage meth ode n te v i nden • Men loste het Al op in kwik . De verontreinig ingen blJ ven d a n a ls v aste bestan dde len achter . Ze wo rd e n af ge filtree rd waarna h et Hg d oo r des t i l latie ver wDd e r t word t . Dit bleek h e t
zwakke pu n t
0
0
te z tn : b D 6 50 -S0 0 C
em 15 mmHg wa s t oetre den va n zuurs to f h aast niet te v o orko men. Me n ve rvin g da 9rop het k wik door lood . Het Al lost h ier in bij 1000
0C
op, om bD afkoelen wee r uit te k ristal l iseren . Helaas ble ek het l o odge ha lte van het Al tenminste 0,1
%te
zijn ; waardoo r het pro ces ni e t toe-
p asbaar bleek te zDn . ~ e tho d en
Ba r e n d i t men h e t Al
t~
het afko elen
van physische a ard , o p chemische basis tr achtte
r af fineren d oor to evoe g en van kg aan gesmolt en Al . Bij ~J rd e n
d an de verontreini gingen Fe , f n , Cr , Ce , Ti , V en
Ma als alumin iden af gescheid èn en h e t Si als k g
. 2Si Bij de hie ropvol gende v acuumdestil latie vervluchti gen het Zn , Cd , Ca , Bi , Pb , Ba en Sb e n blijft Al c:.r Mv _ met Cu , Ni en Sn a chte r . Het Mg k an dan we g g e n ome n worden door toevoe gin g AIF z : ~ c:.
.J
3 Ivl g + 2
AU'3 -~
3 Mg F 2 +
:2 Al
en d a ar Cu , Ni en Sn praktisch nooit in Al voo r k omt , h oud en WD dus het zuiver e Al ov er .
- 2 -
I n derè aa d b leek d it proces t e c h n i s c h e n comme r c i e e l ui t te voe ren
..
te
z ~n ,
~i ts
v o or he t
~g
a ls drager , magn e s i um sch r o t we rd geb r u ik t ,
om t ege lijker t Ud het k Ë te raf fin eren . Hie rm ee ba a t de aan t re kkel Ukheid v a n dit
p roc ~s
t el o or .
Een me t h o d e die in de toek pmst mog ei Jk v a n b el ang wo rdt , is d ie
6
d er SUbo x yd en . ) Mome n t e e l b lU f t e r n ie ts anàers over dan het t e raffinere n Al o pnieuw te e le c t ro ly s e ren .
0- - - - - - - - - - - - - 0 Bes chr ~v ing
van
eni ~e
2rocessen .
:t mo e t e n h e t Al dus a n o d i s c h o p l o s s e n en ver vol gens wee r kath od is c h ne e rsla an ,
~ e he e l
analoo g a en de zuivering van Cu en Zn i n wat e r ig
mi li e u .
Nu z Un
de beide e l e c t r o à e n echte r v l o e i b a ar , g e s ch ei d e n do or ee n
vl o e i b a ar t u s se n ele ctrolyt .
.
BU d eze 3
l a g e n r a f f i n a g e bevind t d e anode zich
Hoopes pa s t e dit het e ers t
toe~2)
~ n d er i n
de cel .
He t elec t roly t b es t on d al lee e n uit
fl u ori de n en de badtem ~eratuur was ca . 10 0 0 o e . Dit wa s z o h o o g , d at de wan den van de cel snel aangetast ·e e r d e n . Bov end ien was het ve rsc h i l in s .g . v an de d ri e la € en t e ger ing , waardo or d e g emidd e ld e zui ver h e i qh an h et g e raff inee rde Al te laa g kwa m t e ligg e n . Daa r om i eb r u i k t e de Aluminium Indust r ie A.G . t e lJeuhaus en , Zwi t 2 3) se r l a nd een ander el ec tr o l yt samenstell ing . O.A . werd eaF to e g e voe g d , 2 waa rd oo r g een moeil~khede n mee r we rd onderv on den me t de el ec tr i s ch e iso l a t ie v a n de ce l . De geleidbaarhe id v a n d e ce l is ec hte r v r ij l a a g en d e (k athode) g ra f i e t consump t ie i s vr ij hoo g . De ze nade l e n he e f t h e t Ga d e a u p r o ces nie t , zodat v o o r ons p r o c e s sc h e ma een Gadeau c e l i s g e koz en .
0- - - - - - - - - - - - - - 0
•
Het Gadeau
pro c e s~4 )
..
Via staaf A wo r d t de
el~trische ene rgie t o e gevoe rd a an d e g ra f ie t bodem , die wee r he t electris che contact me t het Al verzor g t . Hie r wordt het Al opge lost, dat , ond e r inv l oe d
a:
~
f!.
~
z:
6=
AI
e = ~l
J:
.-n-~~A..e.--/
zodat via de
. ..
~ML,.e>ü
van het elctris ch e ve l d
d= ~&~ /l>~. 1
naar de ka tho d e wor d t
'/;.t.I'fL-l--V)/ ~! = ,-t'...; 1-. tA I t.t..
g e t ran s po r t e e r d .
1=
g e r ~ff inee r d e
n i e r neemt h e t Al ++ + z Un electronen weer o p ,
Al l a a g e n d 9 g ra f i e t kathode , de ele ctrische
stroo m af kan vl o eie n . Te gen aan tast ing do or de luc h t , i .v . m. de tempe r at ur en, wo rd t d e ka t ho de, welke u it z e er zuiver [ r a f i e t moet b e s t a a n , omgeven door een la a g a l umi n i u m b lik • De an od e i s h e t vero n tr eini g de Al, waa r Cu a an toe gevoegd is om een hoo g s . g . te ve r kr Ug e n . De anod e l ege r i ng r Uk t t ijdens de e l e ct r o lyse a an met verontr eini gingen , nl . d 9 me e r electroposi t i eve best a nd delen, als ij z e r , si l ici u m en ~ an gae n . Wordt h e t g e h a l t e a an Fe ~ dan b egi n t F e Al
7
4
%,
u it t e k ri s ta l lise r e n . De an o de is d an niet l an ger g e -
.)
smolten en F e b ew e eg t zich n a ar de kat hode to e . 1 e n a anr Jken me t Si is v a c k g ew e n s t , d a ar h i e rm ee he t
~ m e l t pun t
o ok da alt .
De me e r electron e gatiev e vero n tr e i n i gi n gen wo r d e n me t h e t Al , u i t me~s te
de anode o pgelo st , e n ko men in de sme l t . De
ku n nen daa r g e e n
kwaad , doch h e t Mg en Zn we l . He t ig verlaagt h et s . g . v a n de middel l aag te veel e n wor d t
ev e ~ al s
he t Zn , a an d e k a t h o d e a fg e s c h e i d e n .
De g ro o t s t e wa rm t ee n tw ikkel in g vi ndt na t u u r l ijk we e r pla ats i n de electrolyt laag . Dit is d a ar om zo jamrrer , omdat de omze t t ing Al-+Al +~Al
..
b Una g e e n e ner gi e vraa gt , zoda t a l dez e wa rm t e we e r a an de omge v ing af gest a an wordt . De s a me n s t e l li n g v a n h e t ba d mo e t stee ds n auwkeurig g e c o n t r o l e e r d worden . Tre e dt een af wijk ing op , dan dient zo snel mogeltk g e c o r r i g e e r d te wor d e n ; me e s ta l doo r e e n meng s e l van AIF te vo e gen .
3
- NaF en Na Cl - Ba C1 2 t o e
•
I
:-=":'~l . , I
. __..J, !
_
:
! !
.._-._----- ~.-_-~-
•
\
- 4 -
AICl
3
is nl . zeer onh andelbaar . Di t electroliet is echter v e e l mind er
a gres sief, zodat magnes iät st enen voor de i s o l a t i e g eb r u i k t kunn en wo r d e n .
• Daar dit on20 3 oplosb aar is in de smelt , rroet dit dus o p g e z e tt e t ijd en verwUde r t wo r Tijden s de elect rolyse o x yd e ert ook eni g Al tot A1
den . 0- - - - - - -- - - - - -0
Ma t e r i a a l b a l a n s . In :
(99 ,5 'l'~ )
8 ,26
kg/uu r
e lectrolyt men gsel
0 ,33
kg/u u r
Cu
0 ,025 kg/uu r
Al
g r-s.f e t
0 ,2 9
k g/uu r
AI(9 9 , 9 9 ~~
8 ,2 1
kg/uur
electrolyt
0 ,8 3
kg/u u r
Cu
0 ,025 kg/uur
grafiet
0,29
á
Ui t :
.
kg/uur
Vla rm t e b a l a n s .
elec trische ener gie
149040 kca l/u u r
v e r ora n d i n g g rafie t
23 40 k c a l/u u r
to ta a l opwarmen Al
• •
1 5 13 80 kcal/uu r 1 50 0 k cal/uu r
o pwarm en ele ctrolyt + Cu
1 50 kc al/uur
smelt warmte Al
650 kcal/uu r
afgegeven aid omge v ing
14 90 80 kca l/uu r
t ot aa l
1 5 13 8 0 k cal/uur
j , - -- --_... L I T E R A T TI U R L I J
l
C re~ .
n a ckgr cund of
t ~e
T
Al . Indus t ry .
The Roy a l Institute of Chemistry ,
Lect ~res ,
~ o n o gr a p h s
and
re ports 1955 no .: . Ul lma nn
Ul lma nn s En c ykl op ä d i e der Techn i s ch e n Chemi e , band
Ki r\:-O t hme r
~ ,
~ ~ n c h e n- B e r l i n
~nc yclopedi a
1.
Pearson , b l z . 3.
2.
Ullma~ n
~
./
"
•
.
,
of Chemi ca l Te chno l ogy
Vol .I , New York , 1947 ,
8 lz . 358 .
P . Rönt ge n , H . Bor c h e r s , lI:etEtlhvirtsschaft.11. , (1 933) 431.
4.
P . Rön tgen , Alumin ium 2 3 , ( 1941) 121.
5·
H. Gro th e , Erz metall 1 , ( 1950) 21 3 ·
6.
Vllmann , blz . 353.
7·
Pearson , Ullmann , Ki rk -Othm e r .
8.
E . Pruvat , Alluminio 22 , ( 1953) 706.
9·
1 . Ferrand , J . f our élec . 60 , ( 1951) 92 .
10 . 11. 12.
62 (1955), 1'1, a,y blz . 117. Ullmann , blz . 335- 338 . Vl l ma nn , b lz . 336 . Ullmann , b lz . 336.
14.
J.~.
15· 16. 17. 18.
Fe a r s 0 n , b Lz • 51.
Ch am , Eng .
C ~ thb er tson and J . ;,a dd i ng t on , I rans . Faraday So c .
T . ?örland ,
u.
Fe a r s on , blz .
1953,
b lz 33 4- 356.
blz . 591 -622 .
I
I
The
Pe arson
~
32 ( 1936) 745 .
5 t or egr a v e n , S . Dr n e s All umi rr i o 22 , (1 95 ~) 631.
58.
B . Lu z za t o , J . lv;etal js ,
168 , ( 1950 ) 10 5 .
Pe arson , b l z . 58 . 19 · C.L . ~ an t e l l , Industr . 0 l e c tro chem~;{ lz . 489. 20. 21. \/ Handb . d . Techn . ~lectr och emie\ band 111 , 2 taf l . b lz . 170. U.S .P . 1,5 34 , 317 - 1 , 534 , )1 6 - 1 ,5 34 , 320 - 1,5 :: 4 , 322 , 1925· 22 . Bi os ~ i n a l Repor t No . 1757 e n B.F . 469, 361. 23 . E . h a v i e r , J . fou r él ec ., §l (1952) 17. 24 ·
