Verslag behorende bij het processchema: Aluminium uit aluinaarde

La b

0 rat or i u m voo r eh e mis c he Tee hno log ie

Verslag behorende bij het processchema

van

...

w. .

.

f2_w .i..t .. VQ.e.t .•... onderwerp: •...•... (:=j. t.t.L. .. 1M\ .l.ltl.~. LA.. • .11\0':1. •••••••• l.d.':" t ... . adres: /VI Q. V'~t 13 J::> ..

e..t

t .

. ... .... . .... J-i Eu..:.Vl."'-tlI..<':.QLe. ... .

J

INHOUD:

l·.Belang van aluminium~ ••••••••••••••••.•.••••• ' ••.••••.•••.•.•

2.0verzicht van het bedrijf ••.•••••••••••••.•.•••.••• ' ••.•.•.•.• 3. Keuze van het proce.s •••••••••••••• · •••••••••••• ' ••••••.•.• 4.Productieéc?pacitei t •••••••••••••.•••••••••••• ' ••.•.•••...•.•

5.Plaats van' de fabriek ••••••••••••••• : ••••••.••••.••.•.•.•.•.•

6.Chem1sche én fys1sche aspecten van de electrolyse ••••• a.Het electrolyt

b'.De electrGden

c·. Opbouw v~n de cellen

d.Stroomdiéhtheid en grootte van de cel

é~ B ad spanning

f·. Het stroomrendement g.Enérg1evèrbrulk h.KoolstofVérbruik·

i. Ont ledingswarmte en react iewarmte

j.concentratiepotentiaa1 en spanning in de cel

. k. Warmte en energiebalans

7.Productieca.pacite1t en verbruik ••.•.••.• • .' ••.••••.•.••.••••• 8.Toevoeging, van aluinaarde.·.·· •••••.•••.•.•.•.•.•.•...•••.•. ~ .•.•••.•

9. Aftappen van ·aluminium····.· ... '. • • •••• ' ... .; .•

10. Anodegasseb· .. · • ... · . · . · ...•...•••..•...•

a.Toevoerleidingen naar de stofafvangers b .St of afv aJ;lgers

c.De koeler

d. Absorptietoren

e.Terugwinning van het natriumfluoride f .Filterpers g.Pompen h. Zuigven~i~ato.r.e.n .. , 1 î I I 2 3 13

13

14 15 L ITTERATutJR ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22

.J..

1. Belang van aluminium.

De voortdurende groei van het aluminiumverbruik vindt haar oorzaak in het feit,dat de aluminiumertsen potentieel in onge-limiteerde hoeveelheden voorhanden zijn en verder doordat alumi-nium een combinatie Van zeer aantrekkelijke eigenschappen heeft.

De be langrijkste hiervan is het lage soort el'ijk gewicht, dat in combinatie met de sterkte van de aluminiumlegeringen de' mogelijkheid opent tot gewichtsbesPäring.Dit laatste is van

be-lang bij de bouw van transportmiddelen,waar door besparing op het dode gewicht het laadvermogen wordt vergroot,de snelheid wordt verhoogd en het brandstofverbruik wordt verlaagd.

Aluminium is ,c'orrosievast, d.vv. z. het kan zonder oppervlakte-behand-eling, zoals verven en galvaniseren, worden gebruikt. Indien het voor decoratieve doeleinden wordt geverfd,dan gaat de verf-laag veel langer mee dan op staal of hout, omdat geen onderroest-ing of ,rottonderroest-ing optreedt. Dit betekent; dat aluminium vri jwel -geen onderhoud vraagt. Dit laat ete ga.at Lv.m. dé steeds hogere arbeids-kosten,een belanrijke factor worden. '

Omdat - aluminium niet: giftig is,kan het als verpakkingsmld-del in de levensmidverpakkingsmld-delenindustrie worden gebruikt.

Aluminium veroorzaa...1{t' weinig slijtage op verwerkingsappa-raten en door zijn goede vervormbaarheid is het zeer geschikt voor massaproductiemethoden.

-In 1954 was de verdeling van het verbruik in Engeland als volgt:

;Verbruikt voor: - Proqent:, Yerbnuikt voor: Procent: Transportmiddelen Export Gebruiksvoorwerpen Emballages Li tt.: 1 en 2. Gebouwen Electriciteit Grote constructies Chemisch gebruik

2. Overzicht van het bedrijf.

7,2

6,3 6,2

1,2

, De oustelling van de apparatuur is weergegeven in (~ Links van de hallen kunnen de schoorsteen,de trafo's en de gelijk-richters worden opgesteld. Rechts van de hallen worden de gieterij en de opslagplaatsen voor aluminium, aluinaarde en kryoliet gebouwd. Tussen de hallen is nog plaats voor een batch-droger.

Litt.: 3.

3. Keuze van het uroces.!.:',=

De productie van aluminium uit aluinaarde wordt tegenwoor-dig uitsluitend electrolitisch uitgevoerd.

4.

Productiecá.uaciteit.

Als prOductiecapaciteit werd 109 ton aluminium per dag ge-nomen.Dit komt overeen met ca.35.ooo ton aluminium per jaar.

Bij de bepaling van de prOductiecapaciteit werd met de volgende factoren rekening gehouden.

1,.

1.Economische procesvoering.

Om

het stroomverbruik per kg. gewonnen aluminium te ver-lagen,gaat men steeds grotere productieëenheden bouwen.Bij grote-re cellen(hogegrote-re stroomsterkte) en hogegrote-re totaalspanningen(meer cellen in serie)worden de stroomtoevoerverliezen kleiner.Men·; werkt tegenwoordig bij de moderne fabrieken met stroomsterkten van ca.loo.ooo Amp.en totaalspanningên Van ca.75o Volt.

~De aluminiumhandelscijfers in Nederland.

De Nederlandse handelscijfers in ruw aluminium zijn: Jaa.Y': I -I :t:nvoer in top: . Vitvo-er in ton: _,

.

1

.

~ ,-1950 4'.400 ₁₇₂ 1951 5'.874 222 1952, 6'.748 ₃₂₆ 1953, 6'.173 546 1954 8'.205 . 434 1955 11.400 3:643

Men rekent, dat de aluminiumbehoefte zich èlke tien jaar zal verdubbelen. In 1970 zou de behoefte dus reeds ca.3o.00o ton zijn.

L i tt.: 2 , 3 e n4 .

5.Plaats van de fabriek.

Als standplaats van' de fabriek werd de omgeving van ~elf­ zijl gekozen.Bij d'e keuze van deze plaats werd het volgende in overweging genomen:

l·De electrolyse van aluinaarde heeft een zeer hoog

ver-b~u1k aan electrische energie.Ze k~n dus alleen daar economisch

worden uitgevoerd waar d~ stroomprijs laag is. Indien het aardgas, d~t in de provincie Groningen rijkelijk aanwezig is,tegen lage

prijs aan de industie wordt geleverd,heeft men daar dus een

goed-kope energiebron. '

2.De aluinaarde moet aangevoerd worden uit Suriname.Pér

kg.gewonnen aluminium worát ca.2 kg.aluinaà.rde verbruikt.Om d'e 0 _. ' . _ '

transportkosten zo laag mogelijk te houden, is het qu's van bèlang, dat d,e fabriek in de omgeving van een zeehaven staat.

J.Bij Delfzijl staat 'een grote' sodafabriek.Op de soda,dá.t men nodig heeft voor de terugwinning Van het fluor uit de anode-gassen,heeft men dus practisch geen transportkosten.

3;

6.Chemische en fysische aspecten van de electro1Y~

a.Het electrolyt.

t:1t',~I,~':~"":' . ·,v;~,ft~)Ij,~!IT'l

Aan het electrolyt voor de áluminiumelectrolyse worden de volgende eisen gesteld:

rooD 900 I IDa

!

t

700 r 600

i

soo 't ~

I.Goede oulosbaarheid van de te electrolyseren aluinaarde.

2.Lage vl~cositeit. . . .

~Het ontbreken van edeler metalen dán aluminium,daar deze

met het a.1uminium afgesoheid"en worden. 4.Zo'n laag mogelijk smeltpunt.

5..:.Bij de werktemperatuur moet de dampspanning zo' laag

moge-lijk zijn,om verdampingsverliezen te vermeiden.

kf!oede electrisohe geleidbaarheid. . . - . > ' . . .

~Het soortelijk gewicht van het electrolyt-moet ~leiner

zijn dan dat van aluminiUIÏl, omdat het afgescheiden alumi-nium in het electrolyt naar de bodem moet zinken.

~Het electrolyt mag noch door de stroomdoorgang,noch door de anode- en kathodeproducten ontleed word·en •

.2..:.

Het electrolyt mag de anode niet aantasten.'

Io.Bet electrolyt moet tenslotte zo goedkoop mogelijk zijn.

HaF 1il3A1ft

I

Omdat het watervrije alumini1l18Rxide een zeer hoog smeltpunt (2'150 C) heeft,is het uitgesloten om het di-rect te electrolyseren.Men moet . daarom een oplosmiddel gebruiken,

~ / '

I

l1ISMifT/t/lStfrung

~

""

/

'('[/~ dtriÄliclten-I ~sNaf.5~fL r-{~ I ~Qr;oIit1r

~

t--t-- iJ.\ 1-_ _i:1W: i\1IilFJAlti.

Ihl

"'~ r" ...

1'1

r--r7~ r-~~ ~ AS' 1 ~ su' t-'l

~

"

zo SI)

Bild 11. System NaF-A1F3 und Löslichkeit

von Al!03 bei 9500 _C

om bij een lagerè temperatuur te kunnen werken. Als oplosmiddel wordt

altijd kryoliet,of'beter gezegd een gesmolten mengsel van natriumfluor-ide en aluminiumfluornatriumfluor-ide gebruikt. De samenstelling van de smelt wijkt namelijk' meestal meer of minder 'af van die van kryoliet (3NaF.AIF3). Het smeltdiagram van het systeem NaF-AIF3 isweergegevenin.bild 11. Uit dit diagram blijkt, dat. een samenstelling die tussen die van chioliet (5 NaF-,MlF3 ) en het eutec-ticUIiI (46,5itmol% AIF3J inligtwegens

, het smeltpunt van slects 7000C ver-kozen moet worden. boven die vän kryoliet .Een nadeel is ecnt er, dat de oplosbaarheid Van aluinaarde, die in bild 11 als isotherm bij 9500C is getekend,bij dit hoge AlF3-gehalte vrij laag is.Boven-qien neemt bij hogere gehaltes aan AlF

3 het verdampingsverlies van AlF3 sterk toe.

smelten met een hoger gehalte aan NaF dan overeenkomt met kryoliet worden door opgeloste aluinaarde tengevolge Van de vor-ming van ntriumaluminaat alkalisch.Hierdoor ontstaat bij de elec-trolyse een storende nevenafscheiding van natrium.

, In de prakt i jk werkt men daarom met smelten, die 25-28 mol% AIF3 bevatten.Dus kryoliet met een geringe ovem'aat AlF

3.Het smelt-punt ligt dan iets beneden de 10000C.

Door toevoegen van vloei'spaat (CaF2) kan men het smeltpunt nog weer iets verlagen.Hierbij treedt echter ook een vermindering van de oplosbaarheid van aluinaarde en een verhoging van de dicht-heid va.n de smelt op.In de praktijk voegt men tot 6 gew.% Ca.F2 to~.

1

'Als aluinaarde in een smelt het smeltpunt-met toenemend

van kryoliet wordttopgelost ,dan zakt·· gehalte aan aluinaarde tot het

eutec-t icum bij 18-19 ge\~.% A1203 en

9350C wordt bereikt.Daarna stijgt het smeltpunt weer.Czie bild 12.) Bij een badtemperatuur"van 950°C'

is dus de verzadigings~encentratie

ongeveer 11 gew.%A1203.In de prak'.':':.

tijk wordt de 7% nooit overschreden_J

omdat het oplossen v'an grotere hoe-veelheden slechts zeer langzaam

gaat.

Uit bild l~ blijkt,dat het'

'-,~T-~~~~~~I~~~ dichtheidsverschil tussen de

zout-, szo '5 10 IS' zo zs 1 1 1 1

. " _. Gew. %.Alz 03 sme t en v oeibaar a urninium k

ein-_. ",' -,,- , " r ; ' : er is,naarmate de temperatuur lager

, ' .•.. _ - Systeni ::;~I~kTo~eráe·"

>'::

is. Onder invloed van de t

oevoeging-'. '" . , , '-,' ,~" en (AlF3, Al2 0 3; ofCa.F2) met een

, " hoger soortelijk gewicht,van de

zich ophopende verontreinigingen' (CaO,MgO) ,van de dalende

temper-atuur, of van' de sterke vlQeistof- I

turbulenties,kan het daarom voor-komen dat het metaal oPstijgt en tot kortsluiting tussen de anode'

en de wanden van het bad aanleid~

ing geeft.Komt de temperatuur bov-en de 10000C,dan stijgbov-en de'ver-dampingsverliezen aan AIF3 zeer snel tot ontoe'laatbaar grote hoe-veelheden.Bij 12600C is de

damp-~,r.uk van AIF3 1 a.tmosfeer.D@

qzl~inaardeelectrolyse moet

daar-om uitgevoerd worden bij een temperatuur van 930-loooo C.

Men neemt aan', dat de geleid":- .... ; baarheid van een NaF- AlF"'7- A1203- '

smelt alleen wordt beDaald door het aandeel van het N aF. Dus het AIF3 en

het A12 03 nemen niet aan het stroom-transport deel.In bild 14 zijn

enkele geleidbaarheidskromrnen

Weer-" 2,3

-

-

~ , l"-r-- , .... !!~%~ '-, -r--r--

-... rfj t'~.1 ... J".{1l " 1 .. r-~ _~"~Q;!

_.I

"-~ ~~-_... .... ~.i'Q d 2,1 ... ... z,o N.!I.: ...

r-r--

-r, , 1,9

i"

n. . . .

",,'e ~ :- §iÎd' 13. Dichte ;onflü~sigern Alümi~iu~"

.~:, . , .'.. !lnd KryolithschrT}dzen;. ' J\~'.

---:-

...

.,. ... ; ...

-.-gegeven.Bij de normale werktempera- ,

tuur van ca.95ooC heeft het electrolyt een specifirk

geleidings-I I I I I /f. ~ , f 900' I I

I

I I I .... \\~ V ...,...-Krvolilli-

f..--"r~f~b-

_r-~~ 1000', 1100'e ·1

vermogen van 1,6 Ohm- •

Uit geleidbaarheidsme,tingen

concludeerde Treadwell, dat het op~ ..

lossen van aluinaarde in kryoliet onder vorming van oxifluoride.Qmplex-en plaats vindt,volgoxifluoride.Qmplex-ens:

2Wa3 AIF6' + 2 A1203 ;:::! 3Na2 ~ 02 A12F4)

Het alka.lische karakter van de smelt, dat ontstaat indien te weinig AIF3

I Bild 14. Spezifische Leitfähigkeit von

in de smelt aanwezig is,wordt vol-gens Treadwell veroorzaakt door het natriumaluminaat.Dit laatste zou ont-st aan volgens:

',;;

6'.

2 Al2 03 + 4NaF '- Na2(02AI2F4) of. 2Na.( AI02)

GrUnert neemt voor het oplossen het volgende réactie-mecha.nisme aan:

5 (AlF6) , ,

'+

Al3 Al06

+

6( AlF50)

""->

3Arf~ _{6 (AIF30)" 3( AlF4) ,}

"

Litt.: 3,5,6,7,8 en

9.

b.De electrode~

De stroomtoevoer in het bad' gebeurt uitsluitend met kool, omdat geen ander materiaal t egen gesmolten fluorlden, vQ.gr,!!l'..E.-nd§.!... , inwerking van een electrlsche stroom, voldoende bestendig is.

- - - Koolwordt ook Wel aanget ast en de anodische oxldat ie ls door de dépolariserende werking zelfs een voordèel,maar de reactie-producten zoals CO,C02,en CF

4

zljn vluchtig en verontreinigen het

ba.d dus niet. , .

Kool werkt alleen dan onaängenaam,wanneer de mechanische stevigheid te gering is en de afàplinterende kooldeeltjes zich met het electrolyt mengen en de viscositeit verhogen.

De anodekool moet zeer zuiver zijn, omdat elke' verontréini-:-:.: glng in het bad ter~cht komt en daardoor de IDlVall:teit Van het v,er-kregen aluminium beinvloedt.Vooral de verbindingen van mangaan,

ijzer en fosfor hebben een schadelijke werJM.ng.Gerlnge hoeveelheden 8i02 zijn niet zo gevaarli jk. CaO en MgO ma.ken het electrolyt op den duur onbruikbaar. '

Enkele' koolsoorten die als grondstof voor de anodes ln aanmerking komen zljn:

1.Petroleumcokes.

- De tegenwoordig gebruikte petroleumcokes wordt gepro-duceerd door raffinaderijen, die de ruwe olie kraken volgens het Dubbs-procédé.De' petroleumcokes is dus een nevenproduct blj de benzineproductie.

In droge toestand ls de samenstelling als volgt: Vluchtige bestanddelen: As Silicium IJzer 9-12

%

.0,12-0,25

%

0~o2

%

0,03

%

Petroleumcokes is de zuiverste grondstof voor de

a.nodes. Alleen het gehalte aan vanadium, dat uit de ruwe olie komt, is vaak vrij hoog. Ret vanadium verlaagt de best endigheid van de anode tegen oxidatie en komt tenslotte als schadelijk spoorele-ment in het aluminium terecht.

2·

Pekcokes. ~

, Deze cokes wordt verkregen door verkoken van

steenkool-teerpek. Ret gebruikte pek heeft een hoog smeltpunt (1500C) • Om het ~,'.: :, .. '''_ schuimen tljdens het verkóken VAn het pek tegen te gaan, wordt tot

25% fijn petroleumcokes toegevoegd. Omdat petroleumcokes zo zuiver is,wordt de kwaliteit Van de verkregen pekcokes hierdoor ook nog verhoogd.

De pekcokes die tegenwoordig wondt gebruikt heeft in droge toestand de volgende samenstelling:

Vluchtige

As

Silicium IJzer bestanddelen:

0,80

%

0,45

%

: 0;02':"0,05%

0,05-0,06%

Het gehalte aan vluchtige bestanddelen is zo laag,dat calcineren van deze cokes overbodig is.

3·

Bruinkoolpekcokes.

Deze cokes wordt bij de destillatie van'brulnkoolteer als residu verkregen en,heeft in droge toestand de volgende samen-stelling: Vluchtige

As

Silicium IJzer best anddelen: • • ,

.

•

8,60

%

0,75

%

0;08 %

o,o~

%

Deze' cokes moet,voordat ze verwerkt wordt tot elec-trodes,worden gecalcineerd.

Bij de bereiding van de electrodenrnassa wordt steen-koolteerpek' als bindmiddel gebruikt. Ook het bindmiddel moet zeer zuiver zijn.

In het schema wordt gebruik gemaakt van de zogenaamde, soederberganode.Deze bestaat uit een mantel van aluminiumblik, waarin de electrodenmassa wordt gestort. Door de hoge temperatuur van het bad wordt de massa tijdens de electrolyse gebakken.

Enkele voordelen van het gebruik van de Soederberga-node t.o.v.de voorgebakken blokaSoederberga-node zijn:

1.Ver.minderlng van de handenarbeid.

2.Er is geen electrodenfabriek meer nodig.

3.

Vermindering van de anodestroomdichtheid bij gelijk bOdemoppervlak,omdat de zelfbakkende grote anode een

groter werkzaam oppervlak bezit dan meerdere kleine blokanodes met hun klèiner oppervlak en lege tussen

ruimten.

4.Verminderlng vän de warmteverliezen door straling.

5.

Mogelijkheld om de cellen helemaal af te dekken.

c.Opbou~ vän de cellen.

De cellèn zijn opgebouwd uit koolstofblokken.Ze zijn aan de buitenkant omgevep door een isolerende laag en een stalen mantel.Ze zi~n opgesteld in betonnen goten.

De stroomtoevoer geschiedt via met alen st aven die in ..: Çle koolstofblokken zijn aangebracht. "

d.Stroomdichtheid en grootte van de cel.

B1j het ontwerpen van een nieuwe aluminiumfabriek is~ naast de keus van de soort electrode (Soederberg- of continue ' \ blokänode) de vaststelling van de stroomdichtheid en de grootte

van de cellen de belangrijkste beslissing.

Lage anodestroomdichtheden verbeteren de werkings-graad. Ze betekenen echt er ook een kleinere aluminiumproduct ie per m2 anodeoppervlak en vergroten dus de investeringsko'sten en de benodigde ruimte voor een' bepaalde aluminiumproductie.Deze twee elkaar tegenwerkende invloeden van de stroomdichtheid op de kostprijs moeten tegen elka~r worden afgewogen. Anodestroomdicht-heden lager dan 0,6-0,8A1cm zijn volgens Ginsberg niet economisch.

. In het schema wordt als stroomdichtheid 0,7 A/cm 2 ge-nomen.

Bij gegeven stroomdichtheid isde werkingsgraad van de cellen beter,naarmate de anode-kathode-afstand kleiner is.De yerkleining van deze afstand is door verschillende omstandigheden

aan een grens gebonden. Vooral door het feit,dat het alurni~ium­ oppervlak tijdens de electrolyse niet volkomen vlak blijft,maar door de electrodynamisçhe krachten van de grote electrolysestroom plaatselijk opgestuwd wordt(Buchel-effect).Boven deze plaatsen is de electrolytlaag kleiner en dientengevolge de stroomdichtheid groter geworden. Deze grotere stroomdichtheid heeft weer een

snellere anodeverbranding tot gevolg. .

Door. verscillende maatregelen (Railgeleiding,magneti-sche af(Railgeleiding,magneti-scherming en een betere aanpassing van de warmteisolatie aan de warmtehuishouding van de cellen) is het gelukt~ook bij ver-groten van de cellen,ondanks de hogere stroomsterkten,de anóde-kathode-afstand vrijwel gelijk te houden. Daardoor komen de voor-delen van de celvergroting, zoals relatief kleine lengte van de

stroomtoevoerleidingen,betere benutting van de beschikbàre ruim-te, lagere inv'esteringskosten .en lagere bedieningskosten, ten volle

tot hun recht:· . . "

De nechnisohe ontwikkeling heeft dan ook tot de bouw van steeds grotere eenheden geleid,zodat cellen van 70-140 kA tegenwoordig ·eer·regel dan uitzondering'zijn.

In het schema ~s als stroomsterkte 100.000

Amp.

ge- '. nomen.

De afmetingen van de anode zijn 2 bij 7 meter.Die van de cel zijn (binnenwerks) 3 bij 8 meter:

~.De badspanning.

Voor de badspanning'wordt in de moderné litteratuur steeds minder dan 5 Volt opgegeven~Mantell geeft 4,7 Volt,

Drossbach 4,924 Volt'en Winnacker 4,8 Volt. .

Over de verdeling van de spanning OVer de verschil-lende delen van de èel geeft Drossbaoh de meest gedéta1lleerde tabel.Ze luidt als volgt:

, " " . , . " • • • • • • • • • • • • # • • # • •

1. Anoderail ••• ~ •••

ï

. ... ...

~

... · · ... ' ..

·.·e·. ' •.•.• o~ 048 V'. 2.Contact anoderal1 bulgzame bam,den .•.•.••.•.•.•.•• ·.0,0036V·. 3'.Buigzame banden •••••••••••••••••••• · •• ·.·.·.·.·.·.·.0; 079 V'. 4. Cont act banden/anodeverdeltngsral1s ' •• '. ~' •.•.• ' ••

ó;

0084V·. 5.Verdelinsrails •••••••••• ••••••• · ••• ·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.0;134 V'.

Contact anoderailslkoperen handen •· ..••. · •.••• ·.·.0; 009

v.

7. Koperen band en •••••• • 1' •••••. ~ •.•.• ' •.•.•.•• ' •.•.•.••.•.•• 0; 0057V • 8. Contact koperen band'en 'staven' .. '.

. .

.

.

.

.

. ... o' 006 V'

.

.

. .

. .

.

..,

.

9.Staven ... / ... '.' ... ' ... ' ... ' .. ' ... ·.·.·.0,130 V'.

10·.Cotact· 'stav'en 'anode . . . .. . .' ... , ... ,.. '1 _{• • • • • • • • • • • • • • • • . . . • . • . . • 0, 00} V' _.

11.Anode . . . • . . . ~ .•..••...•...•..• 0,270 V.

12.Electrolyt .••••.••••••••..•.•••••••..••. · ••.• l.403 V.'

13'. Alumtni1lID. ...•••..••... " . .. '. ' ... '.

°.

0 ; oooo5V .

14.Bodemblokken •...••.•..•••• " •••••.••.. ' •. '.·.·.·.0,196 V'. ls.Contact blokken/gietijzer •...•..•.•. ·.·.·.·.0;060 V. 16.-Gont act gieti jzer/ stroomtoevoer •.•.••• ' •.•.• '. '. '.'.0; ooISV'. 17. Kè,thodestroomt oevoer ••••••••••••••••••••••• '.0'; 164 V'. 18. Contact kathod'estroomtoevoer/koperen banàen. 0; 0140v·. 19. Koperen banden •••••••••••••••••••. ' ••• ' ••••• '. '.0, 0390V·. 20. Contact koperen' handen/kathode·r·ail •••• ' •• ' •.•.• '.0, 01S8V. 21. Kathoderail ••••••• '. ' ... ' •• '. ' •• '. ' •.•.• '. ' ••.•.• ' •• ' •.•.• '.0, 0432V·. 22. Ontled ings spanning •••• ~ ••••••••• '. ~ •• ' •• ' ... :~. '. '.1,785 V'. 23. Verbindingsrail tussen de cellen ••••••••••• '.0;200 V. 24.Gem.spanningsverhoging voor het anodeeffectYo,250 V. genomen.

Totaal ....• 4,924 Volt~

In het schema wordt een badspanning van 4,8 Volt

aan-f.Ret stroomrendement.

Het stroomrendement bereikt de theoretische waarde niet, omdat een deel v'a.n het geproduceerde aluminium in de cel weer wordt geoxideerd.Dit gebeurd bijvoorbeeld, indien een deel van het aluminium in de vorm van druppelt jes aim het badopper-vlak komt en daar verbrandt tot aluminiumoxide,of als lucht in

het bad diffundeert en daar een deel van het aluminimm oxideert. t;f;,

~e heroxidatie is te bewijzen met behulp van een

y.

~ anodekool-balans.Hierdoor wordt de aanname,dat het electrolyt

belangrijke electronengeleidbaarheid zou hebben, weerlegd.

De heroxidatie van het aluminium maakt onderscheid tussen het gevormde en het gewonnen aluminium nOOdzakelijk.

gewonnen aluminium

=

gevormd aluminium - geheroxideerd aluminium

=

gevormd aluminium Kstroomrendement •

Het theoretisch stroomverbruik volgt uit onderstaan-de berekening.

Berekening:

Uit de définitie van de interna.tionale ampère volgt:

1 Amp.; 1,118~lo-3gr.zilver,dus

1 Ah. ; 1,118.3,6 gr.Ag

j

a Ah E a. 3,6.1, 118.10- kg

1 kg AI:= 1/27 kgat. Al~

Ag. =a.3,6.1,118.10- 3/108 kgat.Ag.

. -=a.3,6.1,118.10- 3/3.108 kgat.Al.

Per kg aluminium is dus theoretisch

3. 108/27.3,6.1,118.10- 3

=

298oAh. nodig.

In de praktijk worden rendementen van ca.85

%

bereikt.In ',,'

werkelijkheid wordt dus

g.Energieverbruik.

Hoewel de electrolyse van alu1äarde tot op heden in wezen niet is veranderd, is het toch gelukt de electrolyse steeds

economischer uit te voeren.Dit blijkt zeer duidelijk uit het volgende tabellet je;

Jaar: Verbrulk per kg Al:

1888 42 kWh.

1900 25 kWh.

1920 22 kWh.

1930 20 kWh.

Tegenwoordig kan men in gunstige gevallen een ener-gieverbruik van ca.16 kWh :per kg aluminium bereiken~

In het schema wordt 'een verbruik van 16,8 kWh per kg gewonnen a~uminium aangenomen:

h.Koo19tofverbrulk,C02T~n

ce

ontwikkeling.

Bij een stroomdichtheid van 0,7 A/cm 2 ontstaat aan

ltP.

de anode een gas, dat voor 90 Vol.% uit 602 en voor 10 Vol.% u i t , •. CO bestaat. Als bruto koolverbruik wordt 0,44 kg.kool per kg.

gewonnen aluminium aangenomen. - ~~\\w.u

Door afdruppelen en verbranden aan de lucht ontstaat een koolverlies van ongeveer 6

%.

Het netto koolverbru1k is dus:

0,44 X 0,94 -:- 0,413 kg.kool per kg.gewonne,n aluminium,

of 0,413 xo,85

=

0,315 kg.kool per kg.gevormd aluminium. Als aan de anode alleen CO,of C02 zou ontstaan,dan was het koolverbrulk 0,667 kg. koolst of resrect ieveli jk 0,3335

kg. koolstof per kg. gevormd aluminium.

Zowel het koolverbruik,als ook de gemeten 002/CO-verhouding komen overeen met d~ volgende reaotievergelijking:

Al2 03 + 1,58 C ='" 2 Al ... 0,158 00 +1,422 002

, Bij een gasdruk van 1 atm. zou aan de anode een gas ontstaan,dat voor 1,25 Vol~% uit 002 en voor 98,75 Vol.% uit CO bestaat.Bij deze C02/CO-V~f!houding is de ontledingsspanning namel ijk minimaal.

De 002/CO-verhouding van 90/1e kan men verklaren door aan te nemen, dat aan de anode door zeer sterke

adsorptie-krachten een gaslaag'ontstaat,wa_arin een z~er~oge~dr~heerst. ~

Uit de evenwichtsbetrekking van het Boudouardeven-=-wicht bij 950 00 ,

~p

=

8,9 =PCO/PCO~,volgt

ptot • pCO

+

_pC02

=

713

+

6430

=

7143 atm. De compressiearbeid bedraagt volgens,

10.

A

=

RT lnP,per formuleomzettlng: ~~.,

1,422 RT, ln643?

+

0,158 RT ln7l3

=

~3,

1 kc al

=

~38'.5 oOW~ec'. ~

A=

Dit komt overeen met een anodeoverspann1ng van:

138.50016.96490

=

0,239 Volt.

De C02/00-verhouding,het koolstqfverbruik en de anode-overspanning zi jn afhankeli jk van de stroomd"ichthe1d.

1.0ntledlngewarmte en reactiewarmte.

De verandering van de vrije enthalpie per formule-omzetting is voor de verschillende reaoties:

A12030pgelost ~ 2, AlL

+

_{3/2 °2; AGO} = 295,6kcal oH= 363,3 0,1580

+

_{0,079 °2} -... 0,158 00

,

.

_aGo-'= - 8,3kcal oH=- 4,3

1,4220

+

_{1,422 °2} ----.1,422 0°2

,

• AGo=-134,5 kcal oH=-134,6

,

Al2030pgeloet + 1,5800 ~2AlL+o,15800 +1, 422C02,)4Go=152, 8 Dit komt, overeen met:

oH

=

224,4kcal

, , .

152800

x

4,185Wsec./6~96490Asec.

=

1,104 Volt.

. Deze reaotiespanning stelt de normaalpotèntiaal van de reactie voor.Datis de potentiaal bij een'gasdrukvan 1 atm. en een Al-i~Eepactiviteit ciC=l.De activiteit van de eventueel' aanwezige ° -ionen heeft geen invloed op de reactiespanning.

Dat de, gasdruk afwijkt van 1 atm.werd reeds als'. anodeoverspanning 'in rekening gebracl1t;De, at:wijking van 0(:=1 van de a1uminiumionenactiviteitwordt door middel van de

concentra-tiepotentiaal in rekening gebracht ~ "

Indien de reaotie zo uitgevoerd wordt, dat ze om-keerbaar is, dan bedraagt de reactiewarmte per for.muleomzett1ng:

. ' . - .

TS}S:-· H.;; Go = 224,4 - 152,8

=

71,6 kcal~

Er moet dus aan d~ reaotie worden toegevoerd:

, - ,

71 ,6.1?00/54 = 13,26 kcal per k,g~gevormd aluminium, dat is 1326/0,85 : 1560 kcal Per kg. gewonnen aluminium

=1,815 kWh per kg. gewonnen aluminium.

1.De concentratiepotentiaal en de spanningen in de cel. Omdat aan de kathode alUminium wordt afgescheiden, moeten in de electrolyt (naast de complexe ionen) ook Al3~ionen

con~-centratiepotentiaal in rekening gebracht.Dus door een electro-motorische kracht, die de aotiviteit van deze ionen van e~n waar-de 0( op een waarde 1 brengt. ,

Omdat de Al-ionen-concentratiepotentlaal de enige on-bekende deelspanning van de oeI is, kan .. ze' worden berekend. '

De oe1spanning bastaat uit de volgende vier deel-spanningen:

1; Anodeoverspannin,g.:: ,': .::: .. :: .... : :::: :,: ,':: ,.: o~ 239 Vol~

2.Reaotiespanning •••••••••••••• ; ••••••••••••• 1,104 Volt _{. . ,. . ..}

.. , . . . ,~ .

3.0hmse spanningsverlies ••..•..•..•••••..•.•• 1~900 _Volt

4.Concentratiespanning van de Al~ionen •..•••• o,257 Volt Totale o el spanning. •••••••••••• •••••••••• 3,500 Volt.

UIt'de concentratlepotentiaal volgt voor de aotivi-teit van de Al-ionen:

0,257V.3.96490Aseo. = 7~500 Wseo.

=

17,8 koal

=

-RT In a. =-5590 log a

,

. - 4

a =-6,6.10

k.Warmte en energiebalans.

, .

Warmtebalans voor 1 kg. gewonnen aluminium in kWh/kg: Geen voelbare warmte wordt geleverd door:

Reaotiespanning

x

stroomverbruik:(1,~04 3,51) ••.••• 3,87

, , .

E.M.K.van de kool x stroomverbruik(2,14~1,104).3,51 •• 3,64 Voelbare warmte wordt geleverd door:

Reoxidatie van 15

%

van het gevormde aluminium •••••• 1,4 Anodeoverspanning

x

stroomverbruik ••••••••••••••••••• o,84

C~noentratiepotentlaal x stroomverbruik •••••••••••••• 0,90

Ohmse spanningsverlies x stroomverbru1k ••••••.••••••• 6,67 Som van de verkregen voelbare warmte~ •• ~ ••••••••••••• 9,81 Voelbare warmte wordt verbruikt door:

Reaotiewarmte ••••••• ;~.; •• ;;~.;~~;;;;;~:; •••••••••••••• ;1,815 Verwarmen van het t<:>e te voegen aluminiumoxide tot 9500.0,63

;ti

Verwarmen van

0,44

kg. kool tot

Wa.nd en stralingsverliezen va.n de cel •...•• ' .•••.• 7,2

Som van, de verbru1kte voelbare warmte •...•...•••••.• 9,81.

De warmtéisolatie vàn de cel moet zodanig zi jn, dat bi j

de badtemperatuur van

9500C

de som van de verbruikte warmte ge-lijk is aan de som van de verkregen voelbare warmte.Bij een

gé-geven stroomdichtheid kan men door de kathode-anodeafstand te varieren nog enigszins bijregelen.

Energiebalans voor 1 kg. gewonnen aluminium. K001stofverbrulk:

kg.

%

Electrolytisch proces •••..•••.•.••••••..•...•.•.. 0,413 94 Verlies door verbranden aan de lucht en afdruppelen

0,027

6

Totaalverbrulk ••••••••••.••••••••••••••••• ' •••••••••

0,440

100

Electrische energieCtotaalverbruik

16,8

kWh per kg.Al)

,

• • • , • • • # • f • ,

Leidingverliezen .••••••• ,; ••••••..•••. , ••••••••

kWh •

1,82 10,9

%'

Verlies aan de anodetoevoer en de anode •.•••• 1,35:'8,6

Verlies aan de ~ath?detoevoer en de kathode ••.• 1~,35 8,0

Som van de tmevoerverliezen ••••.••••••.•...•

4,52

26,9

De overige ,12,28 kWh wordt als volgt verbruikt: Arbeid Arbeid ! Arbeid

I

Arbeid

kWh

r eact ie spanning •••••••..•.•.• ~ • • . •• 3 ~ 87 anodespanning •••.. ~ ....••..•... 0,84 concentratiepotentiaal , •..•..••••.. 0,90 Ohmse spanningsverlies ••.• .••..•.... _{,. . .}

6,67

%

23,0

5,0

5,4

39,

l;.

Tb~ aal . . . 12,28 73,1

I

I Verbruikte energie:

I

React iearbeid ! Re act lewarmte i

VePwarmen van koolstof en aluinaarde

1 ' I 1 kWh

%

3,87 23 1,815 11 0,795 4,7.

t3

Ovenverllezen-reoxidatiewarmte(7,2-1,4kWh) 5,8 34,4

T ot a al . . . ... 12, 28 73, 1

I

De wand en stralingsverliexen van de cel. word,en ge-deeltelijk door de heroxidätiewarmte gedekt.

Litt.: 3,4,5,6,10 en 11. Ilo.

7.productiecapaciteit en verbruik.

Per kg.gewónnen aluminium wordt '3510 Ah verbruikt.Voor één cel Van 100.000 Amp.betekent dlt een productie van:

100.000/3510 = 28,5 kg. aluminium/uur Dus voor 160 cellen:

160

x

28,5 = 4560 kg.alumlni~/uur

24 X 4560 =' ca.l10 ton aluminIum/dag.

, Indien het aanta.l productie'dagen per jaar op 320 wordt· gesteld,dan geeft.dit een jaarproductie Van 32.200 ton aluminium.

Per kg.gewonnen aluminium wordt verbruikt: ca.2 kg. aluinaarde

ca.o,44 kg.anodekool ca.o,05 kg.fluor1de ca. 16 , 8 kWh.

Dit,geeft dus per jaar een verbruik van: ca.64;400 ton aluinaarde

ca'.14.168 ton anodekool

ca~ 1~6lo ton fluoride ca.540.960 kWh.

Li tt.: 3

8.Toevoeging van aluinaarde.

Het toevoegen van aluinaarde kan continu gebeûren.Daar-bij probeert men dan de aluinaardeconcentratle zo goed mogelijk

constant te houden~ ,

Meestal wordt de aluinaarde echter discontfnu toegevoegd. dit gebeurt dan, wanneer de aluminiumoxideconcentratie bene'den de minimum toelaatbare concentratie van ca.2 g~w.% is gedaald:

Dezè verarmin~ van het bad aan aluminiumoxide herkent' men aan het zoger.îaamde I Anodeefféct", of het "Vonken'" van de cel ~

Hierbij stijgt de bad spanning plotseling van 4,8-5 Volt tot 25

+

30 Volt. Aan de anode Ontstaat dan een lichtgevende laag.Deze plotse-linge stijging van de badspanning kan zichtbaar worden gemaakt, door een gloeilampje of een voltmeter paralel aan de cel te scha-,kelen.

Il(o

Indien het anodeeffect optreedt, wordt de korst aan het oppervlak stukgestot,en, het bäd met de hand of mechanisch gereerd en aluinaarde toegevoegd.Er wordt geroerd totdat de spanning weer

4,8 Volt is. "

De voordelen van deze discontinue metho~e ten opzichte van de continue methode zijn de automatische contröle van de voor het bad benodigde hoeveelheid aluinaarde en de mogelijkheid door langer of korter te laten vonken de badtemperatuur bij te regelen.

,

2"

. /fl

Litt.: 3·

~

,y'

'

~&' ~

9.AftaDPen van het aluminium.

Het aft aPpen van het aluminium gebeurt om de 2-4 dagen. men maakt daarbij gebruik van mobiele afzuigapparatêm'.

. Gedurende de electrolyse komt de hoogte van het af-branden van de' anode ongeveer overeen met de stijglbg van het

aluminiumoppervlak.Als het aluminium wordt weggezogen moet de anode-kathodeafstand dus worden bijgeregeld.

I~

lo:De anodegassen.

Aan de anodegassen werd vroeger practisch geen aan-dacht besteedt. In de loop der tijd werd men er zich echter van bewust, dat deze gassen zeer gevaarlijk zijn. Dit gevaar geldt zo-wel voor het personeel in de fabriek als voor de bevolking en 'd€

dieren in de omgeving. '

De gevaarlijkste verontreiniging van de anodegassen is hetfluor.Een te,hoog fluorgehalte heeft namelijk tanduitval en afwijkingen in het skelet tot gevolg. ' '

Er ontstaat ca.l m3 anodegas per kg. gewonnen aluminium. Dit' betekent, dat éé~ cel,die werkt' met een stroomsterkte van

100.000 Amp.,28,5 manodegas per uur produceert.Deze anodegassen zijn verontreinigt met:

ca.5o gr.stof en teer per m3 ca. 7 gr.flu?r per m3

ca. 5 gr.zwaveldioxide per m3 •

De gassen worden tegenwoordig bij de meeste aluminium-fabrieken afgezogen en'via een gaszu1veringsinställatie en een schoorsteen in de omgeving gespu1d~

Aan een goede 'afzuiginstallatie worden de volgende eisen gesteld:

1. De af te zuigèn ru~mte moet zo klein mogeli jk zi jn.

2~Er moet zo weinig mogelijk valse lucht wworden

aan-, gezogen. '

3.De constructie van de cel en van de afzu1g aPparatuur moet zodanig zijn, dat het werken aan de cel (b.v.het toevoegen Van aluinaarde)zo weinig mogelijk wordt bemo,eili jkt_.

,

?

In he~; schema worden de cellen geheel afgedekt met

ç'?h-+

'

pla.ten.Om de magnetische invloeden uit t'e' schakelen, worden deze'-'

afdekplaten uit een, alumini:tlIIllegering (b.v.Pà.ntal)-~gèd,ón~~~~erd.f\,JY'~"'"

Door deze cellen op deze manier af te dekken,is het ~o~doeuae I ~~ als men bi~ een cel,die werkt met een stroomsterkte van 100.000

Amp.,120 m per uur afzuigt.Dit betekent dus een verdunning met 91,5 m3 lucht per 28,5 m3 anodegas. ' ,

ZOä~S uit de tekenimg'blljkt,worden de gassen

achter-eenvolgens door een stofafvanger,een koeler en een apsorptie-toren gezogen.Het fluor wordt inde absorptieapsorptie-toren geabsorbeerd door een sadaoplossing.Deze sOdaoplossing wordt over de toren gecirculeerd, totdat een bépaald gehalte aan NaF ls berelkt.Het natriumfluoride wordt teruggewonnen als kryoliet door het met aluminiumfluoride neer te slaan en de suspensie te filtreren. De aPparatuur voor de gas afzuiging en berekeningen: a.Toevoerleidingen naar de stofafvangers.

In deze leldingenwordt een gassnelheid Van 7m/sec.' aangenomen.Door de l~idlngen,die dlreotop de cel zijn aan~e­

....

,.

Het oppervlak van een dwarsdoorsnede van de leiding moet dan zijn: 333/70

=

0,474 dm2

1/4

îT d2 = 0,474 d2 = 4 x 0,

474/TI ::

0,603 dm 2 d ~. ca.7,5 cm.

De leidingen van 7,5 cm doorsn'ede komen uit op leiding,waarop 20 cellen zijn aangesloten,Hirdoor stroomt 20 120 2400 m3_{/uur.Dat komt overeen met 666dm3/sec.Het} vlak van een dwarsdoorsnede van deze leiding is dan:

666/70 ~ 9,514 dm2

1/4

TT d2

=-

9,514 d2 .:: 4 x

9,514/tr ::::

11,8 dm 2 d = ca.35 cm. een dus

opper-De leidingen met een dwarsdoorsnede van 35 cm.komen uit op een verzamelpijp.Op deze verzamelpijp zijn Bo'cellen aan-gesloten.Er stroomt dus 9600

m3/uur

door. Dit komt overeen met

2666 dm31 sec .Het oPPervlak Van een dwarsdoorsnede van deze

verzamel-pijp moet dan zijn: ~.

2666/70 := 38,086 dm 2

1/4

ITd2 - 33,086 d2 = 4 x 38,086/rr =48,51 dm2

d =- ca.7o cm.

b.De stofafvangers.

Omdat het fluor als kryoliet zO zuiver mogelijk moet worden teruggewonnen,moet het gas eerst van stof en teer worden gezuiverd.De'ze zuivering kan op verschillende manieren worden uit-gevoerd (b.v.electrisch).In het schema wordt gebruik gemaakt van een zogenaamde wire mesh demister.

Hoewel'deze<demisters bijna altijd worden aanbevolen voor het afscheiden van vloeistofdruppeltjes (entrainment) uit gassen,is het ook mogelijk er stof en teer mee af te scheiden. alleen moet het stof-en teeraanslag dan regelmatig met stoom worden verwijderd.

De gassnelheid moet in dez~ demisters niet boven de ca.o,5 m/sec.komen.ln hejr ,scerna is een snelheid van c'a.o,4 m/sec.

gekozen.Op een installatie zijn 80 cellen aangesloten. Door een

installatie wordt dus 9600 m3 gas per uur gezogen. Deze belasting werd werd verdeeld' over twee stofäfVangers.Dus 4800 m3 per uur per

afvanger,of 1,333 m3 per seconde.Het oppervlak van een dwarsdoor-snede is dan: '

1,333/4

=

333,25 dm2

1/4 1T d 2

=

333,25 dm2 _{d 2}

=

₄ x 333, 25/rr

In de stofafvangers worden twee lagen wire mesh pak-( king vàn een halve meter dikte aangebracht.Het wire mesh is ge-maakt van

~~Lon.Het

is dus bestend1g tegen chemische corrosie

I

en ka.n tegen vrij hóge temperaturen. . Litt:

c.De koeler~

Berekening van de temperatuur van de afgezogen gas-sen:

Per uur wordt van 80 cellen 2280 m3 anodegas en

7320 m3 lucht weggezogen. De 2280 m3 anodegas bestaat voor 90 Vol.

%

uit C02 en voor 10 Vol~% uit CO~

De lucht weegt; 1,3 K 7320

Het CO2 weegt 0~9 x 2280 x 2

= 9516 kg.

=

4104 kg. Het CO weegt : 0,1 x 228~ x 1,25

=

285 ~g.

9516 kg.lucht heeft een warmtecap.van:o,24 x 9516 .::2283,8 kcal/oC. 4104 kg.C02 heeft een warmtecap.van :0,2 ~ 4104 ~ 820,8 ~caljOC.

285 kg.CO heeft een warmtecap.van :0,25 x 285.

=

71,3 kcal/~C.

De totale warmtecapaciteit 31'(6 kcal/OC.

In het schema wordt aangenomen, dat de temperatuur van de lucht 200C en die van de a.nodegassen 8000C is.

De warmte1nhoud'van de lucht 1s dan: 20 )( 2283,8 = 45676 kcal.

De warinteinhoud van het C02 is dan :800 x 820,8

=

656640 kCàl. De wannteinhoud van het CO is dan :800 x 71,3

₌

57040 kcal. De warmteinhoud van de totale hoeveelheid gas: 759356 kcal.

De temperatuur van het gasmengsel 1s:

" q

759356/3176 .= c.a.240. °C. \

te.

~~'

UIO....-In het schema wordt verder aangenomen, dat de temp-eratuur in de stófafvangers nóg ca.40 °C' daalt'.Als de gassen in de koeler komen is de temperatuur dus ca.2000a~

Berekening van de koeler:

In de koeler wordt de temperatuur van de gassen van 200 op 100°C gebracht.Het koelwater komt binnen met een temp-peratuur van 20°C en verlaat de koeler met een temtemp-peratuur van 60°C.

De warmtestroom (cb_{w )} 1s:

. I

I fY.

Voor de warmteoverdrachtscoefficient werd U - 30 ge-kozen.Het log. gemiddelde van 4 t

=

140 en ot ~ 8000 is lö8~

. . . . \ .

A e éPJ(UXtat .d 386~000,{30 x 108 e 119 m2 :

.

"

Indien pi~pen van" 25-32 mm worden gebrui~t,betekent

dit een lengt~ van:

119/0,0785

=

15~5 m.pijp.

. Als lengte van een pijp werd 4 m.gekozen.Dit betekent dat het aantal pi~pen 1515/4

=

380 is.

Er is aan koe1w.at er nOdig:

4'/4190 x40 ': 2,31 l/seo.

=

3600 x2,3l =: 8320 I/uur. "Indien wordt" aangenomen dät door 1 pijp 760 liter gaat (Re lo.ooo),dan zijn er per pass:

3600 )(2,31/760 :: 11 pijpen.

Hieruit volgt dat het aantal passes is: 380/11

=

35 passes.

I

D e diameter koeler

=

2a+ Dl'" diameter

pijp + aant • passes ;tI 0 .

cL " . ~ Dl

=

m x t • t : : 1, 4 "32 ::. 45, mm. Dl :: 20,3 x45 2a

=

2 x 45 d pijp aant.passes - 915 mm'.

=

90 mm'.,

=

32 mm'~ 10=350 mme m :: 20,3.

Di~eter koeler: 1387 mm ~ oa.140 cm.

" I

I

:

~--"-- ~f.-

-

-J

I

L

J

J

d~De absorptietoren.

Als absorptietoren werd een gepakte kolom gekozen.Een 5-%igesodaoplossing wordt gedurende 24 uur over de kolom geoir-culeerd.De SOdaoplossing blijft het fluor goed opnemen,zolang de natiumfluorideconcentratie niet hoger wordt dan 30 - 35 gram NaF per liter. Indien 27000 liter wordt opgeslagen in de tanks,dan moet deze hoev"eelheid het fluor absorberen dat in 24 uur per 80 cellen vrij komt.Dat is:

7 )( 80 )( 28,5 x 24 ::: 383000 gr, fluor. Uit 383000 gr.fluor ontstaat:

_.

(42/19)><. 383000

=

845000 gr.NaF.

.

.

• I

I

In 1 liter sOdaoplossing is dan na 24 uur opgelost: 845000/27000

=

ca.31 gr.NaF.

De 27000 sodaoplossing wordt per 24 uur 5 keer gecir-culeerd.De vloe~stofstroom is dan:

Dan is:

27000 )( 5/24

=

5625 I/uur

=

ca; 2, 2 x 5625 ~ 12400 lb/uur. De tot ale gasstroom is: _{, ,}

Gt ~ 960~3/uur _.

=

_. 13905 kg./uur _{. .} ~ 2,2 )( 13905 : 33000 lb/uur.

. f'g

=

13~05/~60~,: 1~39 ~g./m?

=

1,39xo,0624 ':- 0,08671b/cft.

~

=

~0~086970,0751::.

V

1,156 1

=

1,072

Lt,

x _{4>/Gt ::. 12400}( 1,072/33060 ::. 0,404}

Het p~kimgmateriaal bestaat' uit Rasch1gringen van 2".

~

=

1400 g ::. 1400 xl, 072 :i 1500: De totale gasstroom was:~3000 lb/uur.

F ~ Gt/g ::. 33000/150~

,=

20~2 feet2 ::. ~,D2/4

D

'=f20,2X4/rr'~,

25,7

~

5,06 feet

~

5,06 x30,5 ::. èa.155 cm.

Genomen'werd: D

=

160 cm:' Hoogte van de ko.-1om:

Aangenomen wred,dat een verblijf tijd ván 15' sec.nodig '_ ~ I

was om het gehalte aan fluor in de gassen tot 3 p. p.m. te laten dalen. Als de 'gassen rnax~3 p~p.m. aan fluor be'Vlatten, dan worden ze niet meer als giftig besèhouwd. . , ,

" Per uur wordt 9600 rn3 anodegas door de absorptietoren gezogen. Dat is 2, 66~/ seo. Als we een porositeit van 0,6 aannemen dan moet de hoogte van de kolom zijn:

h :. 2,66 ~15 / 2 ;<0,6

=

ca. 33 m.

Als h?ogte van de pakking werd 35 m.genomen. e .Terugwinning van het Natrlumfluoride~

Door a1umlnlumfluoride toe,te voegen kan ult de

soda-opl~ssing het NaF worden neergeslagen als kryoliet volgens de

volgende reactievergelijking: 3 NaF

, Als AlF

water

gebruikt,da~

toegevoegd. Tijdens

wordt een waterhoudend product met ca.30 in fijngemale~toestand aan de oplossing

het toevoeren ?en daarna wordt geroerd.De

- '

gew.% wordt

reactie-•

.

"

\ '

\.\ .. I

l

duur is ca.l/2 ~ur. Aangenomen wordt, dat ~e tempera~uur van de , oplossing 70-80' C is.Het fluorrendement 1S ca.85

%.

Nä een half uur wordt het roeren gestaakt om het kryo-liet te laten bezinken. Om deze bezi"nking sneller te doen verlopen is het reactieva.t scheefg~zet (15 0 ).

. De heldere vloeistoflaag wordt afgevoerd via. een

scharnierende afloop met \Plotter.De kry.olietsuspensie wordt door een filterpers gepompt .Het neerslag wor~t ged~oogd in een batch-(:.~

drog~ . . .

De samenstelling van het gedroogde neerslag is als volgt: 84

%

Na3AlF6 10

%

AlF '1 3 5

%

Na2S04 0,2

%

Fe203 0,4

%

8i0₂ 0,4

%

CaO~

Van 80mcellen komt 35275 gr.natriumfluoride/uur.Dat is 24 x 35275 e' 846600 gr./dag e ca.85o kg~/dag.

3 NaF.f. AlF; - Na3A1F6

. Op 850 kg. NaF moet dus 567 kg. AlF3 worden toegevoegd. Er ontstaat 1417 kg.kryoliet.Bij een rendement van 85

%

geeft dit:

85/100 x 1417 = 1205 kg.kryoliet~ f. Filt er'Oers.

. 'In het schéma wordt een Eimco-Burrwell-filter ge-bruikt.Dit fllter"heeft twee stel uitdraaibare koekramen en is volautomat lsch. De. koekdikte per plaat ls 25 mm. De dlamet.er van de

platen is ca.5~ cm.,indlen 11 platen worden gebruikt. g.Pompèn.

Pomp om de sodaoplosslng over de wastoren te clrcu-leren:

M1ddeldrukc entrifugaalpompi type Begeman, XMJ.

zuiglelding:75 mmo persleiding:65 mmo

opvoerhoogte 40 m. - - . vermogen:5,8 pK. 200 I/min. ---+ aantal toeren:1600 dlamet er: 3~ cm.

Pomp om de kryolietsuspensie door de filterpers te pompen:

Stel dat· 2700 1. slurry in 10 min.door het filter moet worden gep?mpt,en dat de opvoerhoogte 30.meter moet zijn.

MiddeldrUk centrifugaalpomp;type Begeman,XM3.

..

. In 10 r . ~

..

JU . 'p'ensleiding; 65 mm. 300 I/min. 1460 toeren. 3 atm. 5,3 pK. di ameter: 36 cm.

Pomp om de SOdaoplosslng in de reactortank te min.moet 9a.15 m5 _{oploss~ng worden verpompt.}

buiswijdte:125 mmo Maximaal: 1500 I/min. opvoerpoogte 5 m. . vermogen:2,8 pK. aantal toeren:825/min. diameter :44 cm. h.Zuigventilatoren. _{. .} Type :LPR no: 11 •. stat. druk: 120 mme WK.'

P d

=

dynam i sche druk ,." 16; 8 mm'. WK.

Pt : totale druk :136,8mm:WK.

Wu

=

ultstroomsnelheid : 16,3 m/sec.

Q in m31mln.: 215 .

aantal toeren: 1020/min. Vermogen: 10,9 pK.

Diameter zuigopening: 650 mme

Riemschijf: diameter breedte

=

220 xloo uitlaathóogt e breedte -= 470 x 470.

Nettë gew.in kg.: ca.210.

Litt.:3,4,13,14,15,16 •

\ . • '\I"

..

~. Geraadnleegde litteratuur:

k

Jager,A. ,

Enige nieuwe ontwikkelingen van de a1uminmum~echno10gie en hun betekenis voor de aluminiumverbruiker.

Metalen (1961) pag·312. R!. Van 0 s 9, J • F • en Van 0 ss, C ; J.

Warenkennis en Techno10gie,Dee12,zesde druk (1956) 9ag.128 •

..:b. Winnacker, K. und Küchler, L. .

Chemische Technologie,Band 5,Metal1urgie/ A11gemeines, (1961). .,

!h.

FUlda,W.und Ginsberg,H. .

Tonerde und A1uminium,Ergebnisse und Erfahrungen aus der

Be-tri~bspraxi9 (1920-1952) ,Zweite tel1,Dàs Aluminium (1953).

~ Winnacker,K.und Welngaertner,E. . .

C~mische Techno1ogie,Band 5,Met a11urgi'e/ A11gemeines (1955).

~ Eger,G. .

Handbuch der Technischen E1ectrochemie,Dritter Band,Die .

Technische Electrolyse im Schmelzfluss,Zweite aUflage (1955).

~ Arndt,K.und Ka1ass,W.

E~ectrochemie ~(1924) pag.12.

~ T\eadwe11,W.D.

Scweizer Archiv.6 (1940)Nr.3,pag.74.

fu

Grünert, E. Z.Electrochemle 48 (1942) pag.398. : . .È.2..!, ·Ginsberg, H. MetaltI 12 ,173 (1958) 11. Boner', J.E. Helv.Chim.Acta.TI ,1137

(195.0)-.l2.!.

Drossbach, P.

Grundriss der allgemeinen technischen Electrochemie (1952) p.25o .

. 13.:.

Landua,'R and Raphael, R.

F1uorine Disposa1,Ind.Eng.Chem.40 (2) 1948 p~1389.

~.. . .

14. Landau,B.and'Ros~n,R.

Industrial Hand11ng of F1u?rine~Ind .• Eng.Chem:.3.2 (1947) p.285.

~ Turnbu11,S.G.,Benning,A.F.,e.a.;Ind.Eng.Cheml22 (1947) p.288.

16. Advertise of 'the otto H~York Campany Inc. Chemica1 Eng.1rog.52 No.2,pag~1;

"

.

-.

n n

, !::=!t::=Jttn: .. I~ I~ ft=-JI=::JI=.I=-U , '

. : , " : ' J

1I--'--iII . .,-'--II-'-tI-"'"'==I'-=:::::iI: '-\1"""'--\1--'--11 ~ --'-i P=ir;:±::Jr' . 1--'-II-'-lI-'---ld . I ===I'

n'

--

--

nU n

~

~ : : 'Epf . ' : : : : . =~ L.=::tt=t=L' I ~~---II.=:1 .

-

-

-

r

- -

- u u

-

u u

-.

+--:-LCJ....CJrO~ -~ 1-, ..0: _{~ldl[ J}

s<LP

0 0

SCHAAL-1-200 ... -C

_IPll

_I

s<LP

_{0 0}

i I i i _1.. J.. 1.. ; i i

-~~~I"';I-

" I

~~~~

--r-H-,-:

)V~ ~ ~~

"

I~

1~I-'-tI~1 J

~

n

~~~~~

_[ti

:I--'-II-'-il--'-ll--'-il I --'-::::Il=-:IL . il --'--11 --'-11 --'-Il --'-11 - ' - i t = !

n~ ~ ~

~~

Ir' u _u _u

--

--

u u u

..JJ, ....Il. ..IJ

I~ - 1!--"c\CT" _{t:::c.==J't . :rt=FJ~~}

, : : . ; . J _{1 1I}

1I

I'

1I J..LUJlLlJ LtLiLLU U_JJJllLlU

1---II-'-tI-'-tI-'----IL""""'::::l( :1--'-11 """'--\I--'--II--'-i I""'=ï.::'::::l ,I --'-11 --'--II--'-II--'---fl I t = !

~ SCHAAL-l-SÓO SCHAAL-1-S0

~1

stoom I

. ..:t::!::r...

_{·1~ ~} ~ ~ ~ ----....

~

~"---"" -------- -- ---..-.::

~

:--)"

I-<::::':::~---_: = ~::..

---

--\

~

r---:.=--.::~ --- ----.

:;:;'rr--

r I \ ,""""""<..-<;.----_..:~ ;0'----= -._.---_. _, ,---.---

_.

~.

r

I

I ,

1

~ ---.~ _r---

_._.

.~ t ;-~-2:::_~?"; __ =~;.~ ...

I

---:..----_.~ .. -~---" ,

~"'''t''"

i _koelw. -.. --,< p..

_p..-l

_\J ..

-'-l'

1 :

$

1':/ J stoom voór

T

• I _{• regenereren} naar bátch.droger ANQQEQA5 I L

.

_• spui : sodaopl. /

f-

beluchten beluchten

*

----~- _ ... -.z-~~~~_-..::-~~..z_.~~~ • ..r-.... -u--=--=-~--~~.;-.::.r"-- -- --_-...-r...P'".r-~_-'"'_--- --_. -.... -' . -. _ .. JI.:. •

~~'--l

_C

-

₎ ~

\

AL UM I NIUM \ Uit

t

-fJ

ALUINAARDE W.C.WITVOET ~---20 SCHAAL -1-20 _...c

DATUM AUG."-63 SCHAA I-SC

T t::!

'---._- ---_

....

- - --- --'-SC\J

,

I