[发明专利]电解池用阴极

说明书

技术领域

本发明涉及电解池用阴极，其用于通过熔盐电解提取铝。

背景技术

目前将Hall-Héroult法用于从铝的氧化物中工业提取铝。这是一种其中将氧化铝（Al₂O₃）溶于熔融冰晶石（Na₃[AlF₆]）中且制得的混合物在电解池中充当液体电解质的电解方法。原理上，在图1a至1c中示意性描绘了用于实施Hall-Héroult法的这种电解池的设计，其中图1a显示了通过常规电解池的横断面，而图1b显示了该电解池的外部侧视图。图1c显示了电解池的透视图。

附图标记1表示阴极，其可以例如由石墨、无烟煤或其混合物制成。备选地，还可使用基于焦炭的石墨化阴极。通常将阴极1嵌入由钢和/或耐火材料等制成的底托2中。所述阴极1可以以整块的形式制成，还可以由单独的阴极块制成。

在电解池的整个长度上，将许多电流供应棒3引入阴极1中，但在图1a的横断面视图中仅能看到一个单独的电流供应棒3。在图1c中能够看到，例如可为每个阴极块提供两个电流供应棒。所述电流供应棒用于向所述电解池供应电解过程所需要的电流。存在多个与阴极1相对的通常棱柱形的阳极4，其中在图1a中示意性描绘了两个阳极4。图1c显示了电解池中阳极的详细配置。在实施所述方法期间，通过在阴极1与阳极4之间施加电压，将溶于冰晶石中的氧化铝分解成铝离子和氧离子，在这种情况中，铝离子向熔融铝移动，从电化学的角度考虑，所述熔融铝实际上是阴极，在这里它们接受电子。由于密度更大，所以铝5聚集在氧化铝和冰晶石的熔融物6下方的液相中。所述氧离子在阳极被还原成氧气，所述氧气与阳极的碳反应。

附图标记7和8分别示意性表示了用于提供电解过程所需要电压的电压源的负极和正极，其值为约3.5V至5V。

如在图1b的侧视图中所能看到的，底托2以及因此的整个电解池具有细长的形式，其中多个电流供应棒3垂直穿过底托2的侧壁。目前使用的电解池的纵向跨度通常为约8m至15m，而宽度跨度为约3m至4m。在例如EP1845174中公开了如此处图1a中所示的阴极。

当通过熔盐电解生产铝时，铝与氧之间的高结合能以及热损耗和电阻损耗使得对能量的要求高。相关的能量成本构成了工艺成本的主要部分。降低这些成本是熔盐电解领域中需要克服的主要问题之一。

关于能量效率低的一个因素是上述电流供应棒，除其它因素外，考虑到熔盐电解期间所发生的高温，所述电流供应棒常规上由钢制成。与能够在低温下用于其它技术应用中的其它电导体如铝和铜相比，钢却具有更高的比电阻。此外，常规地通过电流供应棒在横向水平上供应电流使得电流在阴极中的分布不均匀。

而且，在现有技术中，阴极与电流供应棒的热膨胀系数差可能在启动并运行电解池时造成问题，尤其是在通过所谓的“倾倒”而与液体铸铁接触时未考虑热膨胀系数差而采取合适措施的情况下。

发明内容

本发明致力于解决的一个问题是提供用于提取铝的电解池用阴极，其使得上述现有技术的问题能够被克服，使得与常规电解池相比能够特别提高能量效率，并且同时能够实现更均匀的阴极电流密度分布。

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的阴极来解决该问题。在从属权利要求中提供了优选的实施方式。

根据本发明的实施方式，用于从铝的氧化物中提取铝的具有下侧面的电解池用阴极配备有多个用于电流供应的销子，其中所述销子在运行期间以供应电流的方式从下面接触阴极的下侧面。

在本发明的意义内，术语“阴极”具有非常广泛的解释。其可以为例如（但不限于）所谓的阴极底部，其由多个阴极块制成，从而通过这种阴极底部总体上实现根据本发明的核心方面，即如上所述以供应电流的方式使多个销子从下面接触阴极的下侧面。然而，术语阴极也旨在指形成这种阴极底部的部分结构，如在阴极块中的。在每种情况下无须如下明确解释的情况下，所有与“阴极”相关的可促成本发明的特征，在与“阴极块”相关时以相同方式促成本发明。

与现有技术相比，通过销子从下面向阴极供应电流。利用多个销子从下面向阴极供应电流的设计，比目前为止可能的通过少数电流供应棒从侧面向阴极供应电流的方式均匀得多。