BR112015021941B1

BR112015021941B1 - Célula de eletrólise, conjunto e método para proteger paredes laterais de célula de eletrólise

Info

Publication number: BR112015021941B1
Application number: BR112015021941-1A
Authority: BR
Inventors: Xinghua Liu; Douglas A. Weirauch; Frankie E. Phelps; Joseph M. Dynys; Robert A. Dimilia; Jonell M. Kerkhoff
Original assignee: Alcoa Usa Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2022-08-16
Also published as: CA2901615C; AU2018267670A1; CA2901615A1; EP2971257A4; AU2014248631A1; RU2642782C2; WO2014165203A1; EP2971257B1; AU2014248631B2; BR112015021941A2; CN104047025B; AU2016247228A1; RU2015143603A; BR112015021941A8; CN203999841U; US20140262807A1; US9771659B2; EP2971257A1; CN104047025A

Abstract

SISTEMAS E MÉTODOS PARA PROTEGER PAREDES LATERAIS DE CÉLULA DE ELETRÓLISE. A presente descrição refere-se a um sistema que inclui uma célula de eletrólise configura-da para reter um banho de eletrólito fundido, o banho incluindo pelo menos um compo-nente de banho, a célula de eletrólise incluindo: uma parte inferior, e uma parede lateral que consiste essencialmente em pelo menos um componente de banho; e um sistema alimentador, configurado para prover um material de alimentação, incluindo pelo menos um componente de banho para o banho de eletrólito fundido de tal modo que o pelo menos um componente de banho está dentro de 2 % de saturação, em que, através do material de alimentação, a parede lateral é estável no banho de eletrólito fundido.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido é um Pedido não provisório de e prioridade de reivindicações ao Pedido US No. de Série 61/780,493, intitulado "Systems and Methods of Protecting Electrolysis Cells" depositado em 13 de março de 2013, que é incorporado por referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] Tradicionalmente, as paredes laterais de uma célula de eletrólise são construídas de materiais termicamente condutores, para formar uma borda congelada ao longo de toda a parede lateral (e superfície superior do banho) para manter a integridade celular.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0003] Em termos gerais, a presente invenção refere-se às características de parede lateral (por exemplo, parede lateral interna ou face quente) de uma célula de eletrólise, que protege a parede lateral do banho eletrolítico, enquanto a célula está em operação (por exemplo, produzindo metal na célula eletrolítica). Mais especificamente, as características de parede lateral interna para prover um contato direto com o metal, banho, e / ou vapor em uma célula eletrolítica na ausência da borda congelada ao longo da totalidade ou de uma parte da parede lateral interna.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO

[0004] Através das várias modalidades da presente descrição, a parede lateral da célula de eletrólise, é substituída, pelo menos em parte, por uma ou mais modalidades da parede lateral da presente descrição.

[0005] Em algumas modalidades, um material da parede lateral estável é provido, que é estável (por exemplo, substancialmente não rea-reativo) no eletrólito fundido (por exemplo, o banho de célula) através da manutenção de um ou mais componentes na química de banho a uma certa porcentagem de saturação. Em algumas modalidades, a química de banho é mantida através de pelo menos um dispositivo de alimentação localizado ao longo da parede lateral, o que provê um material de alimentação para dentro da célula (por exemplo, que é mantido como um depósito de proteção localizado adjacente à parede lateral da célula). Em algumas modalidades, o depósito de proteção descreve pelo menos um componente de banho (por exemplo, alumina) para o banho (por exemplo, ao banho imediatamente adjacente à parede lateral). Como um exemplo não limitativo, com o depósito de proteção é dissolvido lentamente, a química de banho adjacente à parede lateral está em ou perto da saturação para esse componente de banho, protegendo, assim, a parede lateral da dissolução (por exemplo, solubilizante / corrosão) através da interação com o eletrólito fundido / banho. Em algumas modalidades, a porcentagem de saturação do banho para um componente de banho particular (por exemplo, alumina) é uma função da concentração do material de alimentação (por exemplo, alumina) nas condições de operação de células (por exemplo, temperatura, velocidade do banho, e banho e / ou teor).

[0006] Em algumas modalidades, as paredes laterais da presente descrição proveem uma economia de energia de: pelo menos cerca de 5 %; pelo menos cerca de 10 %; pelo menos cerca de 15 %; pelo menos cerca de 20 %; pelo menos cerca de 25 %; ou, pelo menos cerca de 30 % em relação ao pacote de material condutor térmico tradicional.

[0007] Em algumas modalidades, o fluxo de calor (ou seja, perda de calor através da parede lateral da célula durante a operação da célula) é: não mais do que cerca de 5 kW / m2; não superior a cerca de 4 kW / m2; não superior a cerca de 3 kW / m2; não superior a cerca de 2 kW / m2; não superior a cerca de 1 kW / m 2; não superior a cerca de 0,75 kW / m2.

[0008] Em algumas modalidades, o fluxo de calor (ou seja, perda de calor através da parede lateral da célula durante a operação da célula) é: pelo menos cerca de 5 kW / m2; pelo menos cerca de 4 kW / m2; pelo menos cerca de 3 kW / m2; pelo menos cerca de 2 kW / m2; pelo menos cerca de 1 kW / m2; pelo menos cerca de 0,75 kW / m2.

[0009] Em forte contraste, as células de salão comercial operam com um fluxo de calor através da parede lateral dentre cerca de 8 a 12 kW / m2.

[0010] Em um aspecto da presente descrição, é provido um sistema, que compreende: uma célula de eletrólise configurada para reter um banho de eletrólito fundido, o banho incluindo pelo menos um componente de banho, a célula de eletrólise incluindo: uma parte inferior (por exemplo, catodo ou almofada de metal) e uma parede lateral que consiste essencialmente no pelo menos um componente de banho; e um sistema alimentador, configurado para prover um material de alimentação, incluindo o pelo menos um componente de banho para o banho de eletrólito fundido de tal modo que o pelo menos um componente de banho esteja dentro de cerca de 2 % de saturação, em que através do material de alimentação, a parede lateral esteja estável no banho de eletrólito fundido.

[0011] Em algumas modalidades, o banho compreende um material de alimentação (por exemplo, alumina), com um teor superior ao seu limite de saturação (por exemplo, de tal modo que não haja partículas presentes no banho).

[0012] Em algumas modalidades, o componente de banho (por exemplo, alumina) compreende um teor médio de banho: dentro de cerca de 2 % de saturação; dentro de cerca de 1,5 % de saturação; dentro de cerca de 1 % de saturação; dentro de cerca de 0,5 % de saturação; na saturação; ou saturação acima (por exemplo, partículas não dissolvidas do componente de banho estão presentes no banho).

[0013] Em algumas modalidades, a saturação do componente de banho é: pelo menos cerca de 95 % de saturação; pelo menos cerca de 96 % de saturação; pelo menos cerca de 97 % de saturação; pelo menos cerca de 98 % de saturação; pelo menos cerca de 99 % de saturação; a 100 % de saturação; ou saturação acima (por exemplo, partículas não dissolvidas do componente de banho estão presentes no banho).

[0014] Em algumas modalidades, a saturação do componente de banho é: não superior a cerca de 95 % de saturação; não superior a cerca de 96 % de saturação; não superior a cerca de 97 % de saturação; não superior a cerca de 98 % de saturação; não superior a cerca de 99 % de saturação; ou não superior a 100 % de saturação.

[0015] Em algumas modalidades, o componente de banho compreende uma porcentagem de saturação do teor de banho medida como uma média ao longo da célula. Em algumas modalidades, o componente de banho compreende uma porcentagem de saturação de teor de banho medida em um local adjacente à parede lateral (por exemplo, material de parede lateral não reativo / estável).

[0016] Em algumas modalidades, o local adjacente à parede lateral é o banho: tocando na parede; não superior a cerca de 2,25 cm (1") a partir da parede; não superior a cerca de 5,08 cm (2") a partir da parede, não superior a cerca de 10,16 cm (4") a partir da parede; não superior a cerca de 15,24 cm (6") a partir da parede; não superior a cerca de 20,32 cm (8") da parede; não superior a cerca de 25,40 cm (10") a partir da parede; não superior a cerca de 30,48 cm (12") a partir da parede; não superior a cerca de 35,56 cm (14") a partir da parede; não superior a cerca de 40,64 cm (16") a partir da parede; não superior a cerca de 45,72 cm (18") a partir da parede; não superior a cerca de 50,80 (20") a partir da parede; não superior a cerca de 55,88 cm (22") a partir da parede, ou não superior a cerca de 60,96 cm (24") a partir da parede.

[0017] Em algumas modalidades, o local adjacente à parede lateral é o banho: tocando na parede; menos do que cerca de 2,25 cm (1") a partir da parede; menos do que cerca de 5,08 cm (2") a partir da parede, menos do que cerca de 10,16 cm (4") a partir da parede; menos do que cerca de 15,24 cm (6") a partir da parede; menos do que cerca de 20,32 cm (8") a partir da parede; menos do que cerca de 25,40 cm (10") a partir da parede; menos do que cerca de 30,48 cm (12") a partir da parede; menos do que cerca de 35,56 cm (14") a partir da parede; menos do que cerca de 40,64 cm (16") a partir da parede; menos do que cerca de 45,72 cm (18") a partir da parede; menos do que cerca de 50,80 (20") a partir da parede; menos do que cerca de 55,88 cm (22") a partir da parede, ou menos do que cerca de 60,96 cm (24") a partir da parede.

[0018] Em um aspecto da presente descrição, é provido um sistema, que compreende: um corpo da célula de eletrólise configurado para reter um banho de eletrólito fundido, o banho incluindo alumina, a célula de eletrólise incluindo: uma parte inferior (por exemplo, catodo ou almofada de metal) e uma parede lateral que consiste essencialmente em alumina; e um sistema alimentador, configurado para prover um material de alimentação, incluindo alumina para o banho de eletrólito fundido de tal modo que um teor de banho de alumina esteja dentro de cerca de 10 % de saturação, em que, através do teor do banho, a parede lateral esteja estável no banho de eletrólito fundido.

[0019] Em um aspecto da presente descrição, uma célula de eletrólise é provida, compreendendo: um anodo; um catodo em uma relação espaçada a partir do anodo; um banho de eletrólito em comunicação líquida com o anodo e o catodo, o banho possuindo uma química de banho que compreende uma pluralidade de componentes de banho; um corpo da célula compreendendo: uma parte inferior e pelo menos uma parede lateral em torno da parte inferior, em que a parede lateral é constituída essencialmente por: pelo menos um componente de banho na química de banho, em que a química de banho compreende o pelo menos um componente de banho, dentro de aproximadamente 10 % do limite de saturação para esse componente, de tal modo que, através da química de banho, a parede lateral seja mantida na interface de parede lateral - para - banho (por exemplo, durante a operação da célula).

[0020] Em um aspecto da presente descrição, uma célula de eletrólise é provida, que compreende: um anodo; um catodo em uma relação espaçada a partir do anodo; um banho de eletrólito fundido em comunicação líquida com o anodo possuindo uma química de banho; um corpo da célula que compreende uma parte inferior e pelo menos uma parede lateral em torno da parte inferior, em que o corpo da célula está configurado para entrar em contato com e manter o banho de eletrólito fundido, ainda em que a parede lateral é construída de um material que é um componente da química de banho; e um dispositivo de alimentação configurado para prover uma alimentação incluindo o componente para dentro do banho de eletrólito fundido; em que, através do dispositivo de alimentação, a química de banho é mantida em ou perto da saturação do componente de tal modo que a parede lateral permanece estável no eletrólito de sal fundido.

[0021] Em um aspecto da presente descrição, uma célula de eletrólise é provida, que compreende: um anodo; um catodo em uma relação espaçada a partir do anodo; um banho de eletrólito fundido em comunicação líquida com o anodo e o catodo, em que o banho de eletrólito fundido compreende uma química de banho que inclui pelo menos um componente de banho; um corpo da célula que inclui: uma parte inferior e pelo menos uma parede lateral em torno da parte inferior, em que o corpo da célula está configurado para reter o banho de eletrólito fundido, em que a parede lateral é constituída essencialmente por pelo menos um componente de banho, a parede lateral compreendendo ainda: uma primeira parte da parede lateral, configurada para se ajustar a um pacote de isolamento térmico da parede lateral e reter o eletrólito; e uma segunda parte da parede lateral configurada para estender-se a partir da parte inferior do corpo da célula, em que a segunda parte da parede lateral está espaçada longitudinalmente a partir da primeira parte da parede lateral, de tal modo que a primeira parte da parede lateral, a segunda parte da parede lateral, e uma base, entre a primeira parte e a segunda parte definem uma calha; em que a calha está configurada para receber um depósito de proteção e manter o depósito de proteção separado da parte inferior da célula (por exemplo: almofada de metal); em que o depósito de proteção é configurado para se dissolver a partir da calha para o banho de eletrólito fundido, tal que o banho de eletrólito fundido compreende um nível do pelo menos um componente de banho que seja suficiente para manter a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral no banho de eletrólito fundido.

[0022] Em um aspecto da presente descrição, uma célula de eletrólise é provida, que compreende: um anodo; um catodo em uma relação espaçada a partir do anodo; um banho de eletrólito fundido em comunicação líquida com o anodo e o catodo, em que o banho de eletrólito fundido compreende uma química de banho que inclui pelo menos um componente de banho; um corpo da célula que inclui: uma parte inferior e pelo menos uma parede lateral em torno da parte inferior, em que o corpo da célula está configurado para reter o banho de eletrólito fundido, em que a parede lateral é constituída essencialmente por pelo menos um componente banho, a parede lateral compreendendo ainda: uma primeira parte da parede lateral, configurada para se ajustar a um pacote de isolamento térmico da parede lateral e reter o eletrólito; e uma segunda parte da parede lateral configurada para estender-se a partir da parte inferior do corpo da célula, em que a segunda parte da parede lateral está espaçada longitudinalmente a partir da primeira parte da parede lateral, de tal modo que a primeira parte da parede lateral, a segunda parte da parede lateral, e uma base, entre a primeira parte e a segunda parte definem uma calha; em que a calha está configurada para receber um depósito de proteção e manter o depósito de proteção separado da parte inferior da célula (por exemplo: almofada de metal); em que o depósito de proteção é configurado para se dissolver a partir da calha para o banho de eletrólito fundido, tal que o banho de eletrólito fundido compreende um nível do pelo menos um componente de banho que seja suficiente para manter a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral no banho de eletrólito fundido; e um elemento de direcionamento, em que o elemento de direcionamento está posicionado entre a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral, e ainda em que o elemento de direcionamento está espaçado lateralmente acima da calha, de modo que o elemento de direcionamento é configurado para direcionar o depósito de proteção para dentro da calha.

[0023] Em algumas modalidades, a parede lateral compreende uma primeira parte e uma segunda parte, em que a segunda parte é configurada para se alinhar com a primeira parte da parede lateral em relação ao pacote de isolamento térmico, e ainda em que a segunda parte da parede lateral está configurada para se estender a partir da parede lateral (por exemplo, o perfil da parede lateral) em uma configuração escalonada, em que a segunda parte da parede lateral compreende uma superfície superior / de cima e uma superfície lateral que definem a parte escalonada. Em algumas modalidades, a superfície de cima é configurada para prover uma superfície plana (por exemplo, plana, ou em paralelo com a parte inferior da célula). Em algumas modalidades, a superfície de cima é configurada para prover uma superfície inclinada / angular, que é inclinada na direção da primeira parte da parede lateral de tal modo que a primeira parte da parede lateral e a superfície superior da segunda parte da parede lateral cooperam para definir uma área de reentrância. Em algumas modalidades, a parede lateral inclinada estável é inclinada em direção ao centro da almofada de metal / célula (afasta da parede lateral). Em algumas modalidades, a célula compreende um alimentador configurado para prover uma alimentação para a célula, que é mantida ao longo de pelo menos uma parte da superfície de cima plana e / ou lateral da segunda parte da parede lateral, como um depósito de proteção. Em algumas modalidades, a célula compreende um alimentador configurado para prover uma alimentação para dentro da célula, que é retida ao longo da área de reentrância (por exemplo, a superfície superior da segunda parte da parede lateral).

[0024] Em algumas modalidades, a base compreende o pelo menos um componente de banho.

[0025] Em algumas modalidades, o depósito de proteção compreende um componente de banho (pelo menos um). Em algumas modalidades, o depósito de proteção compreende pelo menos dois componentes de banho.

[0026] Em algumas modalidades, o depósito de proteção estende-se a partir da calha e até pelo menos uma superfície superior do banho de eletrólito.

[0027] Em algumas modalidades, a célula compreende ainda um elemento de direcionamento, em que o elemento de direcionamento está posicionado entre a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral, e ainda em que o elemento de direcionamento está posicionado acima da base da calha, em que adicionalmente o elemento de direcionamento é configurado para direcionar o depósito de proteção na calha. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento é constituído por um material estável (por exemplo, o material não reativo no banho e / ou em fase de vapor).

[0028] Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento é construído de um material que está presente na química de banho, de modo que através da química de banho, o elemento de direcionamento é mantido no eletrólito de sal fundido.

[0029] Em algumas modalidades, a base da calha é definida por um bloco de alimentação, em que o bloco de alimentação é constituído por um material selecionado a partir de componentes na química de banho, em que através da química de banho, o bloco de alimentação é mantido na banho de sal fundido. Em algumas modalidades, o bloco de alimentação compreende um material estável (material não reativo). Em algumas modalidades, o bloco de alimentação compreende alumina.

[0030] Em algumas modalidades, a célula compreende um alimentador (por exemplo, dispositivo de alimentação) configurado para prover o depósito de proteção na calha.

[0031] Em algumas modalidades, o dispositivo de alimentação está ligado ao corpo da célula.

[0032] Em um aspecto da presente descrição, é provido um método, compreendendo: passar a corrente entre um anodo e um catodo através de um banho de eletrólito fundido de uma célula eletrolítica, alimentar um material de alimentação para dentro da célula eletrolítica para prover o banho de eletrólito fundido com pelo menos um componente de banho, em que a alimentação é a uma velocidade suficiente para manter um teor de banho do pelo menos um componente de banho para dentro de cerca de 95 % de saturação; e através da etapa de alimentação, manter uma parede lateral da célula eletrolítica construída de um material, incluindo o pelo menos um componente de banho.

[0033] Em algumas modalidades, o método inclui: concomitante à primeira etapa, manter o banho a uma temperatura não superior a 960 °C, em que as paredes laterais das células são substancialmente isentas de uma borda congelada.

[0034] Em algumas modalidades, o método inclui consumir o depósito de proteção para fornecer íons de metal para o banho de eletrólito.

[0035] Em algumas modalidades, o método inclui produzir um produto de metal a partir do pelo menos um componente de banho.

[0036] Vários aspectos dos aspectos inventivos referidos acima podem ser combinados para produzir aparelhos, conjuntos e métodos relacionados com a produção de metal primário em células eletrolíticas à baixa temperatura (por exemplo, abaixo de 960 °C).

[0037] Estes e outros aspectos, vantagens, e novas características da invenção são apresentados em parte na descrição que se segue e serão evidentes para os versados na técnica após o exame da descrição que se segue e figuras, ou podem ser aprendidas pela prática da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0038] A figura 1 representa uma vista lateral esquemática de uma célula de eletrólise em operação, a célula possuindo uma parede lateral estável (por exemplo, material não reativo), em conformidade com a presente descrição.

[0039] A figura 2 representa uma vista lateral esquemática de uma célula de eletrólise em operação, a célula possuindo uma primeira parte da parede lateral e uma segunda parte da parede lateral com um alimentador provendo um depósito de proteção entre as partes da parede lateral, de acordo com a presente descrição.

[0040] A figura 3 representa uma vista lateral esquemática de uma célula de eletrólise em operação, a célula possuindo uma primeira parte da parede lateral e uma segunda parte da parede lateral com um alimentador provendo um depósito de proteção entre as partes da parede lateral e incluindo um elemento de direcionamento, de acordo com a descrição iminente.

[0041] A figura 4 representa uma vista lateral esquemática de uma célula de eletrólise em operação, a célula possuindo uma parede lateral que tem duas partes da parede lateral estável, a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral configuradas para se fixar ao pacote de isolamento térmico, em que a segunda parte da parede lateral se estende para além da primeira parte da parede lateral (por exemplo, está configurada para prover uma configuração escalonada / estendida), de acordo com a presente descrição.

[0042] A figura 5 representa uma vista lateral esquemática de uma célula de eletrólise em operação, a célula possuindo uma parede lateral que tem duas partes da parede lateral estável, a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral configuradas para se fixar ao pacote de isolamento térmico, em que a segunda parte da parede lateral se estende para além da primeira parte da parede lateral (por exemplo, está configurada para prover uma configuração escalonada / estendida), incluindo um depósito de proteção provido por um alimentador, de acordo com a presente descrição.

[0043] A figura 6 representa uma vista lateral esquemática de outra modalidade de uma célula de eletrólise em operação, a célula possuindo uma parede lateral que tem duas partes da parede lateral estável, a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral configuradas para se fixar ao pacote de isolamento térmico, em que a segunda parte da parede lateral estende-se para além da primeira parte da parede lateral (por exemplo, está configurada para prover uma configuração escalonada / estendida), incluindo um depósito de proteção provido por um alimentador, de acordo com a presente descrição.

[0044] A figura 7 representa uma vista lateral esquemática de uma célula de eletrólise em operação, em conformidade com a presente descrição (por exemplo, parede lateral ativa é uma ou mais das modalidades da presente descrição).

[0045] A figura 8 é um gráfico apresentando a taxa de dissolução de alumina (m / s) no banho eletrolítico por porcentagem de saturação de alumina, representada graficamente em cinco (5) linhas de temperatura diferentes (750 °C, 800 °C, 850 °C, 900 °C e 950 °C).

[0046] A figura 9 é um gráfico de temperatura e fluxo de calor do banho, do líquido de arrefecimento, e uma borda de saída em função de tempo.

[0047] As figuras 10A a H mostram uma vista em corte lateral parcial de vários ângulos do depósito de proteção e da parte inferior da calha / base (às vezes chamado de bloco de alimentação) por baixo do depósito de proteção. Vários ângulos do depósito de proteção estão representados (angulado na direção da segunda parte da parede lateral, angulado na direção da primeira parte da parede lateral, plana, angulada, e similares). Além disso, vários ângulos da parte inferior da calha / base são representados (angulado na direção da segunda parte da parede lateral, angulado na direção da primeira parte da parede lateral, plana, angulado, e similares).

[0048] As figuras 11A a D mostram uma vista lateral em corte parcial das várias configurações de prateleira de cima e / ou segunda parte da parede lateral. A figura 11A representa uma configuração transversal, em ângulo em direção ao centro da célula (para promover a drenagem de células). A figura 11B representa uma configuração transversal, em ângulo em relação à parede lateral (para promover a retenção do material de alimentação no depósito de proteção). A figura 11C ilustra uma configuração angular (por exemplo, apontada). A figura 11D mostra uma região mais superior curva ou arqueada da prateleira ou da segunda parte da parede lateral.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0049] Referência será feita agora em detalhes aos desenhos anexos, os quais, pelo menos, auxiliam a ilustração de várias modalidades relevantes da presente invenção.

[0050] Tal como aqui utilizado, "eletrólise" significa qualquer processo que provoca uma reação química pela passagem de corrente elétrica através de um material. Em algumas modalidades, a eletrólise ocorre quando uma espécie de metal é reduzida em uma célula de eletrólise para produzir um produto de metal. Alguns exemplos não limitativos de eletrólise incluem a produção de metal primário. Alguns exemplos não limitativos de metais produzidos eletroliticamente incluem: metais de terras raras, metais não ferrosos (por exemplo, cobre, níquel, zinco, magnésio, chumbo, titânio, alumínio, e metais de terras raras). Tal como aqui utilizado, "célula de eletrólise" significa um dispositivo para a produção de eletrólise. Em algumas modalidades, a célula de eletrólise inclui um frasco de fundição, ou uma linha de fundição (por exemplo, vários frascos). Em um exemplo não limitativo, a célula de eletrólise está equipada com eletrodos, que agem como um condutor, através do qual uma corrente entra ou sai de um meio não metálico (por exemplo, banho de eletrólito).

[0051] Tal como aqui utilizado, "eletrodo" significa eletrodos carregados positivamente (por exemplo, anodos) ou eletrodos carregados negativamente (por exemplo, catodos).

[0052] Tal como aqui utilizado, "anodo" significa o eletrodo positive (ou terminal), através do qual a corrente entra em uma célula eletrolítica. Em algumas modalidades, os anodos são construídos de materiais eletricamente condutores. Alguns exemplos não limitativos de materiais de anodo incluem: metais, ligas metálicas, óxidos, cerâmicas, cermet, carbono e suas combinações.

[0053] Tal como aqui utilizado, "conjunto de anodo" inclui um ou mais anodo (s) conectado com um suporte. Em algumas modalidades, o conjunto de anodo inclui: os anodos, o suporte (por exemplo, bloco refratário e outros materiais resistentes ao banho), e o trabalho de barramento elétrico.

[0054] Tal como aqui utilizado, "suporte" significa um elemento que mantém outro objeto (s) no lugar. Em algumas modalidades, o suporte é a estrutura que retém o (s) anodo (s) no lugar. Em uma modalidade, o suporte facilita a ligação elétrica entre o trabalho do barramento elétrico para o (s) anodo (s). em uma modalidade, o suporte é construído de um material que é resistente ao ataque do banho corrosivo. Por exemplo, o suporte é construído de um material isolante, incluindo, por exemplo, de material refratário. Em algumas modalidades, vários anodos estão ligados (por exemplo, mecânica e eletricamente) ao suporte (por exemplo, fixado de forma amovível), que é ajustável e pode ser aumentado, reduzido, ou de outro modo movido na célula.

[0055] Tal como aqui utilizado, "o trabalho de barramento elétrico" refere-se aos conectores elétricos de um ou mais componentes. Por exemplo, o anodo, o catodo, e / ou outros componentes da célula de trabalho podem ter barramento elétrico para ligar os componentes em conjunto. Em algumas modalidades, o trabalho de barramento elétrico inclui conectores de pino nos anodos, a fiação para ligar os anodos e / ou catodos, circuitos elétricos para (ou entre) vários componentes celulares, e suas combinações.

[0056] Tal como aqui utilizado, "catodo" significa que o eletrodo negativo ou terminal por corrente que deixa uma célula eletrolítica. Em algumas modalidades, os catodos são construídos de um material eletricamente condutor. Alguns exemplos não limitativos do material do catodo incluem: carbono, cermet, material cerâmico (s), material (s) metálico, e suas combinações. Em uma modalidade, o catodo é constituído por um composto de boreto de metal de transição, por exemplo, TiB2. Em algumas modalidades, o catodo está ligado eletricamente através da parte inferior da célula (por exemplo, barra coletora de corrente e os barramentos elétricos). Como alguns exemplos não limitativos, os catodos são construídos de: TiB2, compósitos de materiais de TiB2-C, nitreto de boro, boreto de zircônio, boreto de hafnio, grafite e suas combinações.

[0057] Tal como aqui utilizado, "conjunto de catodo" refere-se ao catodo (por exemplo, bloco de catodo), à barra coletora de corrente, ao trabalho de barramento elétrico, e suas combinações.

[0058] Tal como aqui utilizado "barra coletora de corrente" refere-se a uma barra que coleta a corrente a partir da célula. Em um exemplo não limitativo, a barra coletora de corrente coleta a corrente a partir do catodo e transfere a corrente para o trabalho de barramento elétrico para remover a corrente do sistema.

[0059] Tal como aqui utilizado, "banho de eletrólito" refere-se a um banho liquefeito possuindo pelo menos uma espécie de metal a ser reduzida (por exemplo, através de um processo de eletrólise). Um exemplo não limitativo da composição do banho eletrolítico compreende: NaF-AlF 3 (em uma célula de eletrólise de alumínio), o NaF, AlF3, CF2, MgF2, LiF, KF, e as suas combinações - com alumina dissolvida.

[0060] Tal como aqui utilizado, "fundido" significa em uma forma fluida (por exemplo, líquida) através da aplicação de calor. Como um exemplo não limitativo, o banho eletrolítico é na forma fundida (por exemplo, pelo menos cerca de 750 °C). Como outro exemplo, o produto de metal que se forma na parte inferior da célula (por exemplo, por vezes, chamado de uma "almofada de metal") está na forma fundida.

[0061] Em algumas modalidades, a temperatura de operação de banho de eletrólito / célula fundida é: pelo menos cerca de 750 °C; pelo menos cerca de 800 °C; pelo menos cerca de 850 °C; pelo menos cerca de 900 °C; pelo menos cerca de 950 °C; ou, pelo menos cerca de 975 °C. Em algumas modalidades, a temperatura de operação de banho de eletrólito / célula fundida é: não superior a cerca de 750 °C; não superior a cerca de 800 °C; não superior a cerca de 850 °C; não superior a cerca de 900 °C; não superior a cerca de 950 °C; ou não superior a cerca de 975 °C.

[0062] Tal como aqui utilizado, "produto de metal" significa o produto que é produzido por eletrólise. Em uma modalidade, o produto de metal forma na parte inferior de uma célula de eletrólise como uma almofada de metal. Alguns exemplos não limitativos de produtos de metal incluem: alumínio, níquel, magnésio, cobre, zinco e metais de terras raras.

[0063] Tal como aqui utilizado, "parede lateral" significa a parede de uma célula de eletrólise. Em algumas modalidades, a parede lateral é executada parametricamente em torno da parte inferior da célula e se estende para cima a partir da parte inferior da célula para definir o corpo da célula de eletrólise, e definir o volume onde o banho de eletrólito é mantido. Em algumas modalidades, a parede lateral compreende: um invólucro externo, um pacote de isolamento térmico, e uma parede interna. Em algumas modalidades, a parede interna e a parte inferior da célula são configuradas para entrar em contato com e manter o banho de eletrólito fundido, o material de alimentação que é provido ao banho (ou seja, para conduzir a eletrólise) e o produto de metal (por exemplo, bloco de metal). Em algumas modalidades, a parede lateral (parede lateral interna) inclui uma parte da parede lateral não reativa (por exemplo, parte da parede lateral estável).

[0064] Tal como aqui utilizado, "transversal" significa um ângulo entre duas superfícies. Em algumas modalidades, as superfícies fazem um ângulo agudo ou um obtuso. Em algumas modalidades, transversal inclui um ângulo a ou que é igual ao ângulo perpendicular ou quase nenhum ângulo, isto é, as superfícies aparecem como contínuas (por exemplo, 180°). Em algumas modalidades, uma parte da parede lateral (parede interna) é transversal, ou em ângulo em direção ao fundo da célula. Em algumas modalidades, toda a parede lateral é transversal em relação à parte inferior da célula. Em algumas modalidades, o material da parede lateral estável tem uma parte superior inclinada (isto é, inclinada em direção à almofada de metal / núcleo da célula (para ajudar na drenagem do produto de metal para a parte inferior da célula)).

[0065] Em algumas modalidades, toda a parede é transversal. Em algumas modalidades, uma parte da parede (primeira parte da parede lateral, a segunda parte da parede lateral, prateleira, calha, elemento de direcionamento) é transversal (ou, inclinado, angulado, curvado, arqueado).

[0066] Em algumas modalidades, a prateleira é transversal. Em algumas modalidades, a segunda parte da parede lateral é transversal. Sem estar limitado por qualquer teoria ou mecanismo particular, acredita-se que por meio da configuração da parede lateral (primeira parte da parede lateral, segunda parte da parede lateral, calha, ou prateleira), de forma transversal, é possível promover certas características da célula em operação (por exemplo, metal do dreno, direção de alimentação de material para dentro da célula / direção do fundo da célula). Como um exemplo não limitativo, ao prover uma parede lateral transversal, a parede lateral está configurada para promover a captura de material de alimentação para um depósito de proteção de uma calha ou prateleira (por exemplo, em ângulo em direção a ou está configurado para promover a drenagem do metal na parte inferior da célula).

[0067] Em algumas modalidades, a primeira parte da parede lateral é transversal (angulada / inclinada) e a segunda parte da parede lateral não está inclinada. Em algumas modalidades, a primeira parte da parede lateral não está inclinada e a segunda parte da parede lateral está inclinada. Em algumas modalidades, tanto a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral são transversais (angulada / inclinada).

[0068] Em algumas modalidades, a base (ou bloco de alimentação) é transversal (inclinado ou angulado). Em algumas modalidades, a parte superior da prateleira / calha ou a segunda parte da parede lateral é inclinada, angulada, plana, transversal, ou curva.

[0069] Tal como aqui utilizado, "ângulo de parede", significa o ângulo da parede lateral interna em relação à parte inferior da célula mensurável em degraus. Por exemplo, um ângulo de parede de 0 grau refere-se a um ângulo vertical (ou qualquer ângulo). Em algumas modalidades, o ângulo de parede compreende: um ângulo (teta) de 0 grau a aproximadamente 30 graus. Em algumas modalidades, o ângulo de parede compreende um ângulo (teta) de 0 grau a 60 graus. Em algumas modalidades, o ângulo de parede compreende um ângulo (teta) entre cerca de 0 a cerca de 85 graus.

[0070] Em algumas modalidades, o ângulo de parede (teta) é: pelo menos cerca de 5 °; pelo menos cerca de 10 °; pelo menos cerca de 15 °; pelo menos cerca de 20 °; pelo menos cerca de 25 °; pelo menos cerca de 30 °; pelo menos cerca de 35 °; pelo menos cerca de 40 °; pelo menos cerca de 45 °; pelo menos cerca de 50 °; pelo menos cerca de 55 °; ou pelo menos cerca de 60 °. Em algumas modalidades, o ângulo de parede (teta) é: não superior a cerca de 5 °; não superior a cerca de 10 °; não superior a cerca de 15 °; não superior a cerca de 20 °; não superior a cerca de 25 °; não superior a cerca de 30 °; não superior a cerca de 35 °; não superior a cerca de 40 °; não superior a cerca de 45 °; não superior a cerca de 50 °; não superior a cerca de 55 °; ou não maior do que cerca de 60 °.

[0071] Tal como aqui utilizado, "revestimento externo" significa uma parte de cobertura de proteção mais externa da parede lateral. Em uma modalidade, o invólucro externo é a cobertura de proteção da parede interna da célula de eletrólise. Como exemplos não limitativos, o invólucro externo é constituído por um material duro, que fecha a célula (por exemplo, aço).

[0072] Tal como aqui utilizado, "a primeira parte da parede lateral" significa uma parte da parede lateral interna.

[0073] Tal como aqui utilizado, "a segunda parte da parede lateral" significa outra parte da parede lateral interna. Em algumas modalidades, a segunda parte é uma distância (por exemplo, espaçada longitudinalmente) da primeira parte. Como um exemplo não limitativo, a segunda parte da parede lateral é um elemento vertical possuindo um comprimento e uma largura, em que a segunda parte está afastada da primeira parte.

[0074] Em algumas modalidades, a segunda parte coopera com a primeira parte para reter um material ou objeto (por exemplo, depósito de proteção).

[0075] Em algumas modalidades, a segunda parte é de uma altura contínua, enquanto que em outras modalidades, a altura da segunda parte varia. Em uma modalidade, a segunda parte é construída de um material que é resistente ao ambiente corrosivo do banho e resistente ao produto de metal (por exemplo, almofada de metal), e, portanto, não quebra ou de outra forma reage no banho. Como alguns exemplos não limitativos, a parede é construída de: TiB2, TiB2-C, SiC, Si3N4, BN, um componente de banho que está em ou perto da saturação na química de banho (por exemplo, alumina), e suas combinações.

[0076] Em algumas modalidades, a segunda parte é convertida, prensada a quente, ou sinterizada para a dimensão desejada, densidade teórica, porosidade, e similares. Em algumas modalidades, a segunda parte é presa a um ou mais componentes da célula, a fim de manter a segunda parte no lugar.

[0077] Tal como aqui utilizado, "elemento de direcionamento" significa um elemento que está configurado para direcionar um objeto ou material de uma maneira particular. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento é adaptado e configurado para direcionar um material de alimentação para dentro de uma calha (por exemplo, para ser retida na calha como depósito de proteção). Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento é suspenso na célula entre a primeira parte da parede lateral e a segunda parede lateral, e por cima da calha, a fim de direcionar o fluxo da matéria-prima para a calha. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento é constituído por um material (pelo menos um componente de banho) que está presente na química de banho em ou perto da saturação, de tal modo que no banho o elemento de direcionamento é mantido. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento é configurado para se ligar a uma estrutura (por exemplo, de material resistente ao banho), onde a armação está configurada para ajustar o elemento de direcionamento na célula (isto é, deslocar o elemento de direcionamento lateralmente (por exemplo, para cima ou para baixo em relação à altura da célula) e / ou deslocar o elemento de direcionamento longitudinalmente (por exemplo, para a esquerda ou para a direita em relação à calha / parte inferior da célula)).

[0078] Em algumas modalidades, a dimensão e / ou a localização do elemento de direcionamento é selecionada para promover uma determinada configuração do depósito de proteção e / ou um padrão de fluxo de material de alimentação predeterminado na calha. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento está ligado ao conjunto de anodos. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento está ligado à parede lateral da célula. Em algumas modalidades, o elemento de direcionamento está ligado ao dispositivo de alimentação (por exemplo, armação que mantém o dispositivo de alimentação dentro da posição). Como exemplos não limitativos, o elemento de direcionamento compreende uma placa, uma haste, um bloco, uma forma de elemento alongado, e combinações dos mesmos. Alguns exemplos não limitativos de materiais do elemento de direcionamento incluem: materiais de anodo; SiC; SiN, e / ou componentes que estão presentes no banho em ou próximo da saturação de modo que o elemento de direcionamento seja mantido no banho.

[0079] Tal como aqui utilizado, "espaçada longitudinalmente" significa a colocação de um objeto a partir de outro objeto, em relação a um comprimento.

[0080] Em algumas modalidades, espaçadas lateralmente (isto é, a segunda parte da parede lateral a partir da primeira parte da parede lateral - ou da calha) significa: pelo menos 2,54 cm (1"), pelo menos 3,81 cm (1/1/2"), pelo menos 5,08 cm (2"), pelo menos 6,35 cm (2 ^"), pelo menos 7,62 cm (3"), pelo menos 8,89 cm (3 ^”), pelo menos 10,16 cm (4"), pelo menos 11,43 cm (4 1/4"), pelo menos 12,70 cm (5"), pelo menos 13,97 cm (5 ^"), pelo menos 15,24 cm (6"), pelo menos 16,51 cm (6 ^"), pelo menos 17,78 cm (7"), pelo menos 19,05 cm (7 1/4"), pelo menos 20,32 cm (8"), pelo menos 21,59 cm (8 ^"), pelo menos 22,86 cm (9"), pelo menos 24,13 cm (9 ^"), pelo menos 25,40 cm (10"), pelo menos 26,67 cm (10 ^"), pelo menos 27,94 cm (11"), pelo menos 29,21 (11 ^"), ou pelo menos 30,48 cm (12").

[0081] Em algumas modalidades, espaçadas lateralmente (isto é, a segunda parte da parede lateral a partir da primeira parte da parede lateral - ou da calha) significa: não superior a 2,54 cm (1"), não superior a 3,81 cm (1/1/2"), não superior a 5,08 cm (2"), não superior a 6,35 cm (2 ^"), não superior a 7,62 cm (3"), não superior a 8,89 cm (3 ^"), não superior a 10,16 cm (4"), não superior a 11,43 cm (4 ^"), não superior a 12,70 cm (5"), não superior a 13,97 cm (5 ^"), não superior a 15,24 cm (6"), não superior a 16,51 cm (6 ^"), não superior a 17,78 cm (7"), não superior a 19,05 cm (7 ^"), não superior a 20,32 cm (8"), não superior a 21,59 cm (8 ^"), não superior a 22,86 cm (9"), não superior a 24,13 cm (9 ^"), não superior a 25,40 cm (10"), não superior a 26,67 cm (10 1/4"), não superior a 27,94 cm (11"), não superior a 29,21 (11 !4"), ou não superior a 30,48 cm (12").

[0082] Tal como aqui utilizado, "espaçada lateralmente" significa a colocação de um objeto a partir de outro objeto em relação a uma largura.

[0083] Tal como aqui utilizado, "pelo menos" significa maior do que ou igual a.

[0084] Tal como aqui utilizado, "não superior a" significa menos do que ou igual a.

[0085] Tal como aqui utilizado, "calha" significa um receptáculo para reter alguma coisa. Em uma modalidade, a calha é definida pela primeira parte da parede lateral, a segunda parte da parede lateral, e a base (ou na parte inferior da célula). Em algumas modalidades, a calha retém o depósito de proteção. Em algumas modalidades a calha retém um material de alimentação na forma de um depósito de proteção, de tal modo que a calha está configurada para impedir o depósito de proteção de mover-se para dentro da célula (isto é, para o bloco de metal e / ou a parte de eletrodo da célula).

[0086] Em algumas modalidades, a calha compreende um material (pelo menos um componente de banho) que está presente na química de banho em ou perto da saturação, de tal modo que é mantido no banho.

[0087] Em algumas modalidades, a calha compreende adicionalmente uma altura (por exemplo, em relação à parede lateral).Como modalidades não limitativas, a altura da calha (como medido a partir da parte inferior da célula para a interface do banho / vapor compreende: pelo menos 6,35 mm (1/4"), pelo menos 12,70 mm (1/2"), pelo menos 19,05 mm (3/4"), pelo menos 25,40 mm (1"), pelo menos 31,75 mm (1 %"), pelo menos 38,10 mm (1 ^"), pelo menos 44,45 mm (1 3/4"), pelo menos 50,88 mm (2"), pelo menos 57,15 mm (2 %"), pelo menos 63,50 mm (2 ^"), pelo menos 69,85 mm (2 3/4"), pelo menos 76,20 mm (3"), pelo menos 82,55 mm (3 %"), pelo menos 88,90 mm (3 ^"), pelo menos 95,25 mm (3 3/4"), pelo menos 101,60 mm (4"), pelo menos 107,95 mm (4 %"), pelo menos 114,30 mm (4 ^"), pelo menos 120,65 mm (4 3/4"), pelo menos 127,00 mm (5"), pelo menos 133,35 mm (5 %"), pelo menos 139,70 mm (5 ^"), pelo menos 146,05 mm (5 3/4"), ou, pelo menos 152,40 mm (6"). Em algumas modalidades, a altura da calha compreende: pelo menos 152,40 mm (6"), pelo menos 304,80 mm (12"), pelo menos 457,20 mm (18"), pelo menos 609,60 mm (24"), ou pelo menos 762,00 mm (30").

[0088] Como modalidades não limitativas, a altura da calha (como medido a partir da parte inferior da célula para o banho / interface de vapor compreende: não superior a 6,35 mm (1/4"), não superior a 12,70 mm (1/2"), não superior a 19,05 mm (3/4"), não superior a 25,40 mm (1"), não superior a 31,75 mm (1 %"), não superior a 38,10 mm (1 ^"), não superior a 44,45 mm (1 3/4"), não superior a 50,88 mm (2"), não superior a 57,15 mm (2 %"), não superior a 63,50 mm (2 ^"), não superior a 69,85 mm (2 3/4"), não superior a 76,20 mm (3"), não superior a 82,55 mm (3 %"), não superior a 88,90 mm (3 ^"), não superior a 95,25 mm (3 3/4"), não superior a 101,60 mm (4"), não superior a 107,95 mm (4 %"), não superior a 114,30 mm (4 !4"), não superior a 120,65 mm (4 3/4"), não superior a 127,00 mm (5"), não superior a 133,35 mm (5 %"), não superior a 139,70 mm (5 ^"), não superior a 146,05 mm (5 3/4"), ou, não superior a 152,40 mm (6"). Em algumas modalidades, a altura da calha compreende: não superior a 152,40 mm (6"), não superior a 304,80 mm (12"), não superior a 457,20 mm (18"), não superior a 609,60 mm (24"), ou não superior a 762,00 mm (30").

[0089] Tal como aqui utilizado, "depósito de proteção" refere-se a uma acumulação de um material que protege outro objeto ou material. Como um exemplo não limitativo, um "depósito de proteção" refere-se ao material de alimentação que é retido na calha. Em algumas modalidades, o depósito de proteção é: um sólido; uma forma de partículas; uma lama; uma suspensão; e / ou suas combinações. Em algumas modalidades, o depósito de proteção é dissolvido no banho (por exemplo, a natureza corrosiva do banho) e / ou é consumido pelo processo eletrolítico. Em algumas modalidades, o depósito de proteção é retido na calha, entre a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral. Em algumas modalidades, o depósito de proteção é configurado para empurrar a almofada de metal (metal fundido) para longe da parede lateral, protegendo, assim, a parede lateral a partir da interface de banho - metal. Em algumas modalidades, o depósito de proteção é dissolvido através do banho para prover uma saturação em ou perto da parede da célula, que mantém o material da parede lateral estável / não reativo (isto é, composto por um componente de banho em ou perto da saturação). Em algumas modalidades o depósito de proteção compreende um ângulo de depósito (por exemplo, o depósito de proteção forma uma forma conforme ele coleta na calha), suficiente para proteger a parede lateral e prover o material de alimentação para o banho para dissolução.

[0090] Tal como aqui utilizado, "material de alimentação" significa um material que é uma fonte que auxilia o acionamento de outros processos. Como um exemplo não limitativo, o material de alimentação é um óxido de metal o qual impulsiona a produção eletrolítica de metais terra rara e / ou não ferrosos (por exemplo, produtos de metal) em uma célula de eletrólise. Em algumas modalidades, o material de alimentação uma vez dissolvido ou consumido, fornece o banho eletrolítico com material de partida adicional a partir do qual o óxido de metal é produzido por meio de redução na célula, formando um produto de metal. Em algumas modalidades, o material de alimentação tem duas funções não limitativas: (1) alimentar as condições reativas das células para produzir o produto de metal; e (2) formar um depósito de alimentação no canal entre a parede na parede lateral interna para proteger a parede lateral interna do ambiente de banho corrosivo. Em algumas modalidades, o material de alimentação compreende alumina em uma célula de eletrólise de alumínio. Alguns exemplos não limitativos de material de alimentação na fundição de alumínio incluem: alumina para fundição (SGA), alumina, alumínio tabular, e suas combinações. Na fundição de outros metais (não alumínio), matérias- primas para conduzir essas reações são prontamente reconhecidas de acordo com a presente descrição. Em algumas modalidades, o material de alimentação é de tamanho e densidade suficientes para viajar a partir da interface de banho - ar, através do banho e para dentro da calha, para formar um depósito de proteção.

[0091] Tal como aqui utilizado, "tamanho médio de partícula" refere- se ao tamanho médio de uma pluralidade de partículas individuais. Em algumas modalidades, o material de alimentação em forma de partículas (sólida) possuindo um tamanho médio de partícula. Em uma modalidade, o tamanho médio das partículas do material de alimentação é suficientemente grande para que se estabeleça na parte inferior da célula (por exemplo, e não ficar suspensa no banho, ou de outro modo "flutuar" no banho). Em uma modalidade, o tamanho médio das partículas é suficientemente pequeno, de modo que exista uma área de superfície adequada para as reações / dissoluções da superfície ocorram (por exemplo, taxa de consumo).

[0092] Tal como aqui utilizado, "taxa de alimentação" significa certa quantidade (ou quantidades) dos alimentos em relação a uma unidade de tempo. Como um exemplo não limitativo, a taxa de alimentação é a taxa de adição do material de alimentação para a célula. Em algumas modalidades, o tamanho e / ou a posição do depósito de proteção é uma função da taxa de alimentação. Em algumas modalidades, a taxa de alimentação é fixa. Em outra modalidade, a taxa de alimentação é ajustável. Em algumas modalidades, a alimentação é contínua. Em algumas modalidades, a alimentação é descontínua.

[0093] Tal como aqui utilizado, "taxa de consumo" significa certa quantidade (ou quantidades) de utilização de um material em relação a uma unidade de tempo. Em uma modalidade, a taxa de consumo é a taxa que o material de alimentação é consumido pela célula de eletrólise (por exemplo, através do banho e / ou consumido para formar o produto de metal).

[0094] Em algumas modalidades, a taxa de alimentação é maior do que a taxa de consumo. Em algumas modalidades, a taxa de alimentação é configurada para fornecer um depósito de proteção acima da interface ar - banho.

[0095] Tal como aqui utilizado, "alimentador" (por vezes chamado um dispositivo de alimentação) refere-se a um dispositivo em que se introduz o material (por exemplo, alimentação) em algo. Em uma modalidade, o dispositivo de alimentação é um dispositivo que alimenta o material de alimentação para dentro da célula de eletrólise. Em algumas modalidades, o dispositivo de alimentação é automático, manual, ou uma combinação dos mesmos. Como exemplos não limitativos, o dispositivo de alimentação é um alimentador de estrangulamento ou um alimentador de cortina. Tal como aqui utilizado, "alimentador de cortina" refere-se a um dispositivo de alimentação que se move ao longo da parede lateral (por exemplo, com uma faixa) para distribuir o material de alimentação. Em uma modalidade, o alimentador de cortina está ligado de maneira móvel de modo que ele se move ao longo de pelo menos uma parede lateral da célula de eletrólise.

[0096] Tal como aqui utilizado, "alimentador estrangulador" refere-se a um dispositivo de alimentação que é estacionário sobre uma parede lateral para distribuir o material de alimentação para dentro da célula. Em algumas modalidades, o dispositivo de alimentação está ligado à parede lateral por um aparelho de fixação. Os exemplos não limitativos incluem ataduras e similares.

[0097] Em algumas modalidades, o dispositivo de alimentação é automático. Tal como aqui utilizado, "automático" refere-se à capacidade de operar de forma independente (por exemplo, como com máquina ou controle por computador). Em algumas modalidades, o dispositivo de alimentação é manual. Tal como aqui utilizado, "manual" significa operado por esforço humano.

[0098] Tal como aqui utilizado, "bloco de alimentação" refere-se ao material de alimentação em forma sólida (por exemplo, fundido, sinterizado, pressionado a quente, ou suas combinações). Em algumas modalidades, a base da calha compreende um bloco de alimentação. Como um exemplo não limitativo, o bloco de alimentação é feito de alumina.

[0099] Tal como utilizado aqui, "parede lateral não reativa" refere-se a uma parede lateral que é construída ou composta de (por exemplo, revestida com) um material que é estável (por exemplo, não reativo, inerte, dimensionalmente estável, e / ou mantida) no banho de eletrólito fundido a temperaturas de operação de células (por exemplo, acima de 750 °C a não superior a 960 °C). Em algumas modalidades, o material da parede lateral não reativa é mantido no banho, devido à química de banho. Em algumas modalidades, o material da parede lateral não reativo é estável no banho de eletrólito uma vez que o banho compreende o material da parede lateral não reativo como um componente de banho em uma concentração em ou perto do seu limite de saturação no banho. Em algumas modalidades, o material da parede lateral não reativo compreende pelo menos um componente que está presente na química de banho. Em algumas modalidades, a química de banho é mantida por alimentação de um material de alimentação para o banho, mantendo, assim, a química de banho em ou perto da saturação para o material da parede lateral não reativo, mantendo assim o material de parede lateral no banho.

[0100] Alguns exemplos não limitativos de materiais de parede lateral não reativos incluem: Al; Li; N / D; K; Rb; Cs; Be; Mg; Ca; Sr; Ba; Sc; Y; La; ou materiais contendo Ce, e combinações destes. Em algumas modalidades, o material não reativo é um óxido de um dos exemplos acima mencionados. Em algumas modalidades, o material não reativo é um sal de halogeneto e / ou fluoreto dos exemplos acima mencionados. Em algumas modalidades, o material não reativo é um oxifluoreto dos exemplos acima mencionados. Em algumas modalidades, o material não reativo é a forma de metal puro dos exemplos acima mencionados. Em algumas modalidades, o material da parede lateral não reativo é selecionado para ser de um material (por exemplo, Ca, Mg) que tem um potencial eletroquímico mais elevado do que (por exemplo, cátions destes materiais são eletroquimicamente mais nobres do que) o produto de metal a ser produzido (por exemplo, Al) , a reação do material de parede lateral não reativo é menos desejável (eletroquimicamente) do que a reação de redução de alumina e de alumínio. Em algumas modalidades, a parede lateral não reativa é feita a partir de materiais moldáveis. Em algumas modalidades, a parede lateral não reativa é feita de materiais sinterizados.

EXEMPLO: Estudo em Escala Piloto: Alimentação Lateral:

[0101] Testes em escala piloto foram concluídos para avaliar a corrosão e erosão de uma célula de eletrólise de alumínio. Os testes de corrosão - erosão mostraram que a alumina, e os materiais de cromo - alumina foram preferencialmente atacados na interface metal - banho. Além disso, determinou-se que a taxa de corrosão - erosão na interface banho - metal é acelerada de forma dramática quando a concentração de saturação de alumina é baixa (por exemplo, abaixo de cerca de 95 % em peso). Com uma barreira física de materiais de alimentação, ou seja, alimentar aumenta a concentração de saturação de alumina, a barreira (por exemplo, de partículas de alumina) operada para manter alumina saturada na interface banho - metal para proteger a parede lateral de ser dissolvida pelo banho. Assim, a parede lateral na interface de banho - metal é protegida contra ataque corrosivo - erosivo e a concentração de saturação de alumínio foi mantida a cerca de 98 % em peso. Depois de realizar a eletrólise durante um período de tempo, a parede lateral foi inspecionada e manteve-se intacta.

EXEMPLO: Teste em Escala Piloto: Alimentação Lateral com Alimentador Rotativo

[0102] Uma célula de sala única foi operada continuamente durante cerca de 700 horas, com uma calha ao longo da parede lateral em torno do perímetro da célula (por exemplo, através de um alimentador rotativo). O alimentador inclui uma tremonha, e girado ao longo da parede lateral para alimentar toda a parede lateral (ao longo de uma parede lateral). Um material de alimentação de alumina tabular foi alimentado para dentro da célula em uma localização a ser retida na calha por um dispositivo alimentador automático. Após a eletrólise estar completa, a parede lateral foi inspecionada e intacta (ou seja, a parede lateral foi protegida pela alimentação lateral).

EXEMPLO: Alimentação Lateral em Teste de Frasco Cheio (Manual)

[0103] Um teste em escala comercial na alimentação da parede lateral foi operado continuamente durante um período de tempo (por exemplo, pelo menos um mês) com uma calha de parede lateral ao longo da via de alimentação manual. Um material de alimentação de alumina tabular foi alimentado manualmente para dentro da célula em uma localização adjacente à parede lateral de tal modo que a alumina foi retida em uma calha na célula, localizada adjacente à parede lateral. As medições do perfil da parede lateral mostraram corrosão e erosão mínima da parede lateral acima da calha, e a medição do perfil da calha indicou que a calha manteve a sua integridade ao longo da operação da célula. Assim, a alumina alimentada manualmente protegeu a interface metal - banho da parede lateral da célula de corrosão - erosão. Uma autópsia da célula foi realizada para ilustrar de forma conclusiva o que precede.

[0104] Embora várias modalidades da presente invenção tenham sido descritas em detalhes, é evidente que modificações e adaptações dessas modalidades irão ocorrer aos versados na técnica. No entanto, é para ser expressamente entendido que tais modificações e adaptações estão dentro do espírito e do âmbito da presente invenção. Números de referência 10 - Célula 12 - Anodo 14 - Catodo 16 - Banho de eletrólito 18 - Almofada de metal 20 - Corpo da célula 22 - Trabalho de barramento elétrico 24 - Conjunto de anodo 40 - Barra coletora de corrente 30 - Parede lateral 38 - Parede lateral (por exemplo, inclui parede lateral ativa e pacote de isolamento térmico) 32 - Parte inferior 34 - Escudo externo 60 - Bloco de alimentação 26 - Interface de banho aéreo 28 - Interface de banho - metal

Claims

1. Célula de eletrólise de alumínio, caracterizada pelo fato de que compreende: um anodo; um catodo em uma relação espaçada a partir do anodo; um banho de eletrólito fundido em comunicação líquida com o anodo e o catodo, em que o banho de eletrólito fundido compreende uma química de banho que inclui pelo menos um componente de banho compreendendo alumina; um corpo da célula que inclui: uma parte inferior e pelo menos uma parede lateral em torno da parte inferior, em que o corpo da célula está configurado para reter o banho de eletrólito fundido, em que a parede lateral consiste essencialmente no pelo menos um componente de banho, a parede lateral compreendendo ainda: uma primeira parte da parede lateral, configurada para se encaixar sobre um pacote de isolamento térmico da parede lateral e reter o eletrólito; e uma segunda parte da parede lateral configurada para estender-se a partir da parte inferior do corpo da célula, em que a segunda parte da parede lateral está espaçada longitudinalmente a partir da primeira parte da parede lateral, de tal modo que a primeira parte da parede lateral, a segunda parte da parede lateral, e uma base entre a primeira parte e a segunda parte definem uma calha; em que a calha está configurada para receber um depósito de proteção compreendendo alumina e reter o depósito de proteção separado da parte inferior da célula; em que o depósito de proteção é configurado para se dissolver a partir da calha para o banho de eletrólito fundido, tal que o banho de eletrólito fundido compreende um nível do pelo menos um componente banho que é suficiente para manter a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral no banho de eletrólito fundido.

2. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de banho compreende um teor médio de banho de: dentro de 1% de saturação.

3. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a saturação do componente de banho é : pelo menos 95% de saturação.

4. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de banho compreende uma porcentagem de saturação de teor de banho medida em um local adjacente à parede lateral.

5. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o local adjacente à parede lateral compreende ainda: não mais que 15,24 cm (6 ") da parede.

6. Célula de eletrólise de alumínio, caracterizada pelo fato de que compreende: um anodo; um catodo em uma relação espaçada a partir do anodo; um banho de eletrólito fundido em comunicação líquida com o anodo e o catodo, em que o banho de eletrólito fundido compreende uma química de banho que inclui pelo menos um componente de banho compreendendo alumina; um corpo da célula que inclui: uma parte inferior e pelo menos uma parede lateral em torno da parte inferior, em que o corpo da célula está configurado para reter o banho de eletrólito fundido, em que a parede lateral consiste essencialmente no pelo menos um componente de banho, a parede lateral compreendendo ainda: uma primeira parte da parede lateral, configurada para se encaixar sobre um pacote de isolamento térmico da parede lateral e reter o eletrólito; e uma segunda parte da parede lateral configurada para estender-se a partir da parte inferior do corpo da célula, em que a segunda parte da parede lateral está espaçada longitudinalmente a partir da primeira parte da parede lateral, de tal modo que a primeira parte da parede lateral, a segunda parte da parede lateral, e uma base, entre a primeira parte e a segunda parte definem uma calha; em que a calha está configurada para receber um depósito de proteção compreendendo alumina e manter o depósito de proteção separado da parte inferior da célula; em que o depósito de proteção é configurado para se dissolver a partir da calha para o banho de eletrólito fundido, tal que o banho de eletrólito fundido compreende um nível do pelo menos um componente de banho que é suficiente para manter a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral no banho de eletrólito fundido; e um elemento de direcionamento, em que o elemento de direcionamento está posicionado entre a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral, e ainda em que o elemento de direcionamento está espaçado lateralmente acima da calha, de modo que o elemento de direcionamento é configurado para direcionar o depósito de proteção para dentro da calha.

7. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o componente de banho compreende um teor médio de banho de: dentro de 1% de saturação.

8. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a saturação do componente de banho é: pelo menos 95% de saturação.

9. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o componente de banho compreende uma porcentagem de saturação de teor de banho medida em um local adjacente à parede lateral.

10. Célula de eletrólise de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o local adjacente à parede lateral compreende ainda: não mais que 15,24 cm (6 ") da parede.

11. Conjunto, caracterizado pelo fato de que compreende: a célula de eletrólise de alumínio conforme definida na reivindicação 1 ou 6, uma parede lateral de eletrólise possuindo uma primeira parte e uma segunda parte, em que a segunda parte é configurada para se alinhar com a primeira parte da parede lateral em relação ao pacote de isolamento térmico, e ainda em que a segunda parte da parede lateral está configurada para se estender a partir da parede lateral em uma configuração escalonada, em que a segunda parte da parede lateral compreende uma superfície superior e uma superfície lateral que definem a parte em escalonada.

12. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a superfície superior é configurada para prover uma superfície plana.

13. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a superfície superior é configurada para prover uma superfície inclinada, em que a superfície inclinada compreende uma inclinação na direção da primeira parte da parede lateral para prover, através de cooperação entre a primeira parte da parede lateral e a superfície superior da segunda parte da parede lateral, uma área rebaixada.

14. Conjunto, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a área rebaixada está configurada para reter um depósito de proteção nela.

15. Conjunto, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o deposito de proteção compreende o pelo menos um componente de banho.

16. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a base compreende o pelo menos um componente de banho.

17. Conjunto de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o componente de banho compreende um teor médio de banho de: dentro de 1% de saturação.

18. Conjunto de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a saturação do componente de banho é: pelo menos 95% de saturação.

19. Conjunto de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o componente de banho compreende uma porcentagem de saturação de teor de banho medida em um local adjacente à parede lateral.

20. Conjunto de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o local adjacente à parede lateral compreende ainda: não mais que 15,24 cm (6 ") da parede.

21. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o depósito de proteção estende-se a partir da calha e até pelo menos uma superfície superior do banho de eletrólito.

22. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de direcionamento, em que o elemento de direcionamento está posicionado entre a primeira parte da parede lateral e a segunda parte da parede lateral, e ainda em que o elemento de direcionamento está posicionado acima da base da calha, e ainda em que o elemento de direcionamento está configurado para direcionar o depósito de proteção para dentro da calha.

23. Conjunto, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o elemento de direcionamento é construído de um material que está presente na química de banho, de modo que através da química de banho, o elemento de direcionamento é mantido no eletrólito de sal fundido.

24. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a base da calha é definida por um bloco de alimentação, em que o bloco de alimentação é constituído por um material selecionado a partir de componentes da química de banho, em que através da química de banho, o bloco de alimentação é mantido no banho de sal fundido.

25. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a célula compreende ainda um alimentador configurado para prover o depósito de proteção na calha.

26. Método para proteger as paredes laterais de uma célula de eletrólise de alumínio, caracterizado pelo fato de que compreende: passar a corrente entre um anodo e um catodo através de um banho de eletrólito fundido de uma célula eletrolítica, alimentar um material de alimentação para dentro da célula eletrolítica para fornecer o banho de eletrólito fundido com pelo menos um componente de banho, em que a alimentação é a uma taxa suficiente para manter um teor de banho do pelo menos um componente de banho para dentro de cerca de 95 % de saturação; e através da etapa de alimentação, manter uma parede lateral da célula eletrolítica construída de um material, incluindo o pelo menos um componente de banho.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: concomitante à primeira etapa, manter o banho a uma temperatura não superior a 960 °C, de tal modo que as paredes laterais das células estejam substancialmente isentas de uma borda congelada.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: consumir o depósito de proteção para fornecer íons de metal para o banho de eletrólito.

29. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: produzir um produto de metal a partir do pelo menos um componente de banho.

30. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o componente de banho compreende um teor médio de banho de: dentro de 1% de saturação.

31. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o componente de banho compreende uma porcentagem de saturação de teor de banho medida em um local adjacente à parede lateral.

32. Método de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o local adjacente à parede lateral compreende ainda: não mais que 15,24 cm (6 ") da parede.