[发明专利]电解池的电极结构及其相关方法

说明书

在一实施例中，用于从氧化铝中生产铝的电解池包括：至少一个具有多个阳极的阳极模块；与阳极模块相对的至少一个阴极模块，其中所述至少一个阴极模块包括多个阴极，其中所述多个阳极悬在所述阴极模块上方并向下朝向所述阴极模块延伸，其中所述多个阴极定位成向上朝向所述阳极模块延伸，其中所述多个阳极中的每一个和所述多个阴极中的每一个交替地定位，其中所述多个阳极相对于相邻阴极选择性地可定位在水平方向上，其中所述阳极模块相对于所述阴极模块选择性地可定位在垂直方向上，并且其中每个阳极电极的一部分与相邻阴极的一部分重叠。

分案信息

本申请是2017年3月24日递交的申请号为201780018625.2、发明名称为“电解池的电极结构及其相关方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请案的交叉引用

本申请是非临时专利申请，要求2016年3月25日提交的美国临时专利申请序列号为62/313，266的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及生产铝金属的装置和方法，更具体地，涉及通过电解氧化铝生产铝金属的装置和方法。

背景技术

霍尔赫劳尔特(Hall-Héroult)电解池用于从氧化铝到商业铝生产中制备铝金属，所述氧化铝溶解在熔融电解质(冰晶石“槽”)中，并通过直流电被可消耗型碳阳极还原。用于熔炼氧化铝的传统方法和装置通过使用碳阳极实现，所述碳阳极消耗缓慢并产生CO2—一种“温室气体”。传统的阳极形状和尺寸也会限制反应物(溶解的氧化铝)的电解，所述反应物会移动到阳极底部的中央进行反应。这引起了一种叫做“阳极效应”的现象，这种现象导致了另一种受管制的“温室”气体CF₄的产生。除了传统的商业铝冶炼厂之外，现有技术还包括铝冶炼厂的设计，其中阳极和阴极均具有垂直取向，例如，如授予Dawless的题目名为“电解池的熔融盐槽循环设计”的第5,938,914号美国专利中所描述的那样，其全文通过引用结合于此。尽管如此，替代电极和铝冶炼厂的设计仍然受到该领域的关注。

发明内容

通常，本公开的各个实施例涉及垂直电极结构，其用于在电解池中电解生产有色金属(例如铝)。按本发明中所描述的，阳极模块(例如每个模块配置有多个垂直取向的惰性阳极)被配置(例如附接)到纵梁，其中该梁被配置成横跨电解池开口的上端。所述纵梁被配置成附接到或以其他方式连接到部件/升降机构以调整(例如升高或降低)该梁，并且因此，升高或降低连接到该梁的相应的阳极模块。随着阴极模块沿着电解池底部定位(并附接到电解池底部)，所述梁的垂直调整使阳极-阴极重叠有相应调整(即，升高的梁升高阳极模块并降低ACO，降低的梁降低阳极模块并增加ACO)。此外，在一些实施例中，各个阳极模块被配置成沿着横跨电解池的纵梁在其大致水平位置上是可调整的。由此，阳极模块被设计/配置成在其与模块的连接附接件中被松开，且能够沿着该梁移动模块。因此，阳极被移动以改变经调整的模块中的成组阳极和阴极模块中相应的成组阴极之间的阳极-阴极距离。在一些实施例中，在金属生产的预热或电解期间调整阳极到阴极的距离(例如以促进大致均匀的阳极到阴极的距离)。在一些实施例中，在金属生产期间调整阳极-阴极距离(ACD)。在一些实施例中，在金属生产期间调整阳极-阴极重叠(ACO)。在一些实施例中，在金属生产期间调整阳极-阴极距离(ACD)和ACO。