[发明专利]保护电解槽侧壁的系统与方法

说明书

本申请涉及保护电解槽侧壁的系统与方法。提供了一种系统，包括电解槽，该电解槽被配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包含至少一种槽浴成分，该电解槽包括：底部，和基本上由所述至少一种槽浴成分构成的侧壁；和进料，所述进料包括熔融电解液槽浴中的所述至少一种槽浴成分，使得所述至少一种槽浴成分在饱和度的30％之内，其中通过所述进料，该侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。

相关申请的交叉引用

本专利申请是非临时性的，要求2014年9月10日提交的美国专利申请号62/048,391的优先权，通过引用将其整体并入本文。

背景技术

传统上，电解槽的侧壁由热传导材料构成，以沿着整个侧壁(和槽浴的上表面)形成冷帮(frozen ledge)从而维持电解槽的完整性。

技术领域

广义上，本公开涉及电解槽的侧壁特征(如：内部侧壁或热表面)，其在电解槽的操作中(如：在电解槽中生产金属)保护侧壁免受电解浴影响。更具体地，在没有沿整个内部侧壁或者一部分内部侧壁的冷帮的情况下，内部侧壁特征提供与电解槽中的金属、浴和/或蒸气的直接接触。

发明内容

通过本公开的各种实施方案，用本公开的一个或者多个侧壁实施方案至少部分地替代电解槽侧壁。

在一些实施方案中，提供了一种稳定的侧壁材料，通过使槽浴(bath)化学组成中的一种或多种成分维持在特定的饱和度百分比，使得该侧壁材料在熔融电解液(如槽浴)中是稳定的(例如基本上是非反应性的)。在一些实施方案中，在电解槽中通过至少一个进料装置(例如沿着侧壁定位)维持槽浴化学组成，该进料装置向电解槽中提供进料(例如该进料保持为位于电解槽侧壁附近的保护沉积物)。在一些实施方案中，该保护沉积物向槽浴(例如向紧邻侧壁的槽浴中)提供至少一种槽浴成分(例如氧化铝)。作为一个非限制性实例，随着保护沉积物慢慢溶解，邻近侧壁的槽浴化学组成处于或接近该槽浴成分的饱和度，从而保护侧壁免于因与熔融电解液/槽浴相互作用而溶解(例如溶解/侵蚀)。在一些实施方案中，对于特定的槽浴成分(例如氧化铝)槽浴的百分比饱和度在电解槽运行条件下(例如温度、槽浴比率、和槽浴化学组成和/或含量)是进料浓度(例如氧化铝)的函数。

在一些实施方案中，本公开的侧壁相比于传统的热传导材料封装提供如下能量节省：至少约5％；至少约10％；至少约15％；至少约20％；至少约25％；或至少约30％。

在一些实施方案中，热通量(即，在电解槽运行期间跨电解槽侧壁的热量损失)为：不大于约8kW/m²；不大于约4kW/m²；不大于约3kW/m²；不大于约2kW/m²；不大于约1kW/m²；不大于约0.75kW/m²。

在一些实施方案中，热通量(即，在电解槽运行期间跨电解槽侧壁的热量损失)为：至少约8kW/m²；至少约4kW/m²；至少约3kW/m²；至少约2kW/m²；至少约1kW/m²；至少约0.75kW/m²。

与此形成鲜明对比的是，市售的霍尔槽运行时具有约8-15kW/m²的跨侧壁的热通量。

在本公开的一个方面，提供了一种系统，该系统包括：电解槽，该电解槽配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包括至少一种槽浴成分，该电解槽包括：底部(例如阴极或金属垫)和侧壁，该侧壁基本上由所述至少一种槽浴成分构成；和进料系统，该进料系统配置为将包括所述至少一种槽浴成分的进料加入到熔融电解液槽浴中，使得该至少一种槽浴成分在饱和度的约5％内，其中，通过所述进料，使得侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。

在一些实施方案中，槽浴包含的进料(例如氧化铝)含量超过其饱和度极限(例如使得在槽浴中存在微粒)。