[发明专利]用于防止电解池中的铝热反应的系统和方法

说明书

一种监控电解池的方法，包括检测指示铝热反应的信息、将指示铝热反应的信息与阈值进行比较、根据该比较生成铝热响应信号以及通过调整电解池的操作来对铝热响应信号作出反应。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年8月17日提交的美国临时申请No.61/684,212和于2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/800,649的优先权。美国临时申请No.61/684,212和61/800,649的全部内容通过引用被并入本文，用于所有目的。

版权申明

本申请包括受版权保护的素材。当由任何人对专利公开内容的拓制出现在专利和商标局的文件或记录中时，版权拥有者对其没有异议，但是除此之外在任何情况下都保留所有版权权利。

技术领域

本发明涉及电解池中的铝热反应。更具体而言，本发明涉及用于检测和/或防止电解池中的铝热反应的系统和方法。

背景技术

电解池中氧化铝的电解是用于铝金属的生产的主要工业过程。在铝电解池中，电流在浸在含有溶解的氧化铝的熔融冰晶石浴中的阳极和阴极之间经过。电流造成铝金属在阴极上的沉积。通常，阳极是由碳或石墨材料制成的。碳阳极在铝生产过程中被消耗，产生二氧化碳，而必须被频繁地替换。

在有些电解池中，基本上“非消耗性”或“惰性”阳极的使用提供了对碳阳极的成本有效和更环保的备选方案。但是，当惰性阳极包括金属氧化物时，在电解池中的金属氧化物和铝金属之间存在铝热反应的可能性，从而导致可能的池故障或池喷发。

铝热反应是在存在热的情况下在金属氧化物和另一种金属(诸如铝)之间发生的高度放热的氧化还原反应。

例如，可以在电解池中发生的典型铝热反应由以下的反应式1和2陈述。

M_xO_y(金属氧化物)+2Y/3Al(金属)→XM+Y/3Al₂O₃+热(反应式1)

Fe₂O₃(氧化铁)+2Al(铝金属)→2Fe+Al₂O₃+热(反应式2)

如在反应式2中所示出的，因为与铁相比，铝与氧形成更强的键合，所以铝金属还原氧化铁，以产生氧化铝、铁和大量的热。

如在其它电解金属生产过程中，铝的电解生产涉及电解池中的高热量(例如，高达950℃的温度)和金属(铝)的存在以刺激铝热反应。因而，在某些操作条件下，使用具有金属氧化物的惰性阳极可能造成电解池中的铝热反应。

发明内容

本发明涉及电解池中的铝热反应。更具体而言，本发明涉及用于检测和/或防止电解池中的铝热反应的系统及方法。在有些实施例中，本发明提供了监控电解池中的铝热反应的指示器的方法。

本发明另外的目标和优点将在附图、本发明的具体描述和权利要求书的描述中变得更加清楚。

本发明的以上和/或其它方面和效用可以通过提供监控电解池的方法来实现，该方法包括检测指示铝热反应的信息、将指示铝热反应的信息与阈值进行比较、根据该比较生成铝热响应信号以及对铝热响应信号作出反应。

在另一种实施例中，检测指示铝热反应的信息包括从一个或多个阳极检测指示铝热反应的信息，并且其中这一个或多个阳极包括金属氧化物。

在另一种实施例中，指示铝热反应的信息包括与经过该一个或多个阳极的电流有关的信息。

在另一种实施例中，指示铝热反应的信息包括与该一个或多个阳极关联的磁场、与该一个或多个阳极关联的电场以及与该一个或多个阳极关联的电压中的至少一个。