BRPI1011421B1

BRPI1011421B1 - Fundo de catodo, método para produção de um fundo de catodo, e seu uso em uma célula electrolítica para produção de alumínio

Info

Publication number: BRPI1011421B1
Application number: BRPI1011421-1A
Authority: BR
Inventors: Oswin Öttinger; Frank Hiltmann
Original assignee: Sgl Cfl Ce Gmbh
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2019-10-08
Also published as: EP2440688A1; RU2567777C2; JP5832996B2; CN102449202A; EP2440688B1; UA109767C2; RU2011138837A; US20120085639A1; CA2757336C; CN102449202B; ZA201106928B; CA2757336A1; EP2440688B8; WO2010142580A1; AU2010257604B2; JP2012529567A; PL2440688T3; DE102009024881A1; AU2010257604A1; BRPI1011421A2

Abstract

fundo de catodo, método para produção de um fundo de catodo, e seu uso em uma célula electrolítica para produção de alumínio a presente invenção relaciona-se a um fundo de catodo (1) por uma célula eletrolítica para produção de alumínio, compreendendo um material (3), o qual pode ser organizado em pelo menos um bloco de catódo (7), caracterizado pelo fato de que o material (3) compreende uma placa pré-comprimida baseada em um grafite expandido. a presente invenção ainda se relaciona a um método para produzir um fundo de catódo (1), compreendendo as seguintes etapas: fornecer pelo menso um bloco de catodo (7), organizando um material (3) em pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco de catodo (7), em que o material (3) compreende pelo menos uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido. o fundo de catódo (1) é usado em uma célula eletrolítica para produzir alumínio.

Description

Esta invenção relaciona-se a um fundo de catodo, um método para sua produção, e o seu uso em uma célula eletrolítica para produção de alumínio.

Em geral, o alumínio é produzido por eletrólise ígnea nas chamadas células eletrolíticas. Uma célula eletrolítica geralmente compreende uma bandeja feita de uma folha de ferro ou aço, cujo fundo está alinhado com o isolamento térmico. Dentro desta bandeja, até 24 blocos de catodo de carbono ou grafite, que estão conectados com o polo negativo de uma fonte de energia, compõem o fundo de uma outra badenja e a parede que consiste em uma parede de blocos laterais feitos de carbono, grafite, ou carboneto de silício. Entre os dois blocos de catodos, respectivamente uma lacuna é formada. O arranjo de um bloco de catodo e uma lacuna possivelmente preenchida são geralmente chamados de um fundo de catodo. Convencionalmente, as lacunas entre os blocos de catodo são preenchidas com massa refratária de fixação feita de carbono e/ou grafite com alcatrão. Este é usado para vedação contra componentes fundidos e compensar o estresse mecânico durante o comissionamento. Os blocos de catodo e a massa refratária de fixação são usados como um fundo de catodo. Blocos de carbono curtos, que são suspensos de uma estrutura de suporte conectada a um polo positivo da fonte de energia, são usados como um ânodo.

Dentro de tal célula eletrolítica, uma mistura fundida de óxido de alumínio (AI₂O₃) e criolita (Na₃AIF₆), preferivelmente cerca de 15 a 20% de óxido de alumínio e cerca de 85 to 80% de criolita, é sujeita a eletrólise ígnea a uma temperatura de cerca de 960°C. Aqui, o óxido de alumínio dissolvido reage com o ânodo bloco sólido de carbono e forma alumínio líquido e dióxido de carbono gasoso. O composto fundido cobre as paredes laterais da célula eletrolítica com uma crosta protetora, enquanto o alumínio, devido a sua grande densidade em comparação com a densidade da massa fundida, acumula na parte inferior da célula eletrolítica, abaixo da massa fundida, de modo a ser protegido da oxidação pelo oxigênio atmosférico. O alumínio produzido é então removido da célula eletrolítica e refinado.

Durante a eletrólise, o ânodo é consumido, enquanto o fundo de catodo exibe um comportamento quimicamente inerte. Consequentemente, o ânodo é uma peça de desgaste, que será substituído no curso do tempo de operação, enquanto o fundo de catodo é projetado para uma operação de longo prazo e permanente. Apesar disso, os presentes fundos de catodo são sujeitos a desgaste. A camada de alumínio se movendo através do fundo de catodo produzirá abrasão mecânica da superfície do catodo. Além disso, devido a formação de carboneto de alumínio e dispersão de sódio, a corrosão (eletro)química do

2/12 fundo de catodo ocorrerá. Além disso, a adesão de partícula a superfície do catodo vai levar ao seu enfraquecimento estrutural. Como no geral, entre 100 e 300 células eletrolíticas são conectadas em série de modo a obter uma planta econômica para a produção de alumínio, e tal planta é para ser operada, em geral, por pelo menos 4 a 10 anos, a falha e a substituição de um bloco do catodo em uma célula eletrolítica de tal planta pode ser cara e requerer reparos sofisticados, que irá diminuir em grande parte a rentabilidade da planta.

Uma falha da célula eletrolítica ilustrada acima, que tem massa refratária de fixação feita de carbono e/ou grafite com alcatrão, é devido a razões técnicas, como por exemplo, a estabilidade mecânica ou o procedimento de fixação, não é possível fazer camadas finas da grossa massa refratária de fixação, então essas lacunas são aparentes, que por outro lado reduzirá a superfície do catodo, em que o alumínio e as partículas podem se dispersar, por outro lado, portanto, aumentando o desgaste do fundo de catodo.

A massa refratária de fixação de antracito mais usada é menos condutiva eletricamente e termalmente que os blocos de catodo grafitado em particular. Portanto, a efetiva superfície do catodo é perdida e a maior resitência combinada levará a um maior consumo de energia, reduzindo assim a rentabilidade. Além disso, o desgaste do fundo de catodo é aumentado devido à alta vazão específica.

Uma alternativa consiste em colar os blocos juntos em um monolítico fundo de catodo, mas este é um problema que devido a seu estresse termodinâmico é, portanto, dificilmente aplicado.

Consequentemente, esta invenção é baseada no objeto para fornecer um meio para aumentar a superfície do catodo e que seja adequado para formar um fundo de catodo tendo uma larga superfície de catodo. Além disso, a presente invenção é baseada no objetivo de fornecer um método simple para produzir um fundo de catodo tendo uma larga superfície de catodo.

Este objetivo é resolvido por um fundo de catodo tendo as características da reivindicação 1, e por um método tendo as características da reivindicação 8.

De acordo com a invenção, o fornecimento é feito para fundo de catodo para incluir um material, que pode estar arranjado em pelo menos um bloco de catodo, e que é caracterizado pelo material compreender uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido. Depois, a placa pré-comprimida baseada em grafite expandido também será chamada de placa de grafite pré-comprimida. Para a finalidade desta invenção, ambos os termos são intercambiáveis e designa uma placa pré-comprimida feita de grafite expandido, que pode também incluir aditivos adicionais. Portanto, os meios para aumentar a superfície do catodo é o material compreendendo uma placa pré-comprimida de grafite. O material pode não ser conectado positivamente ao bloco do catodo. A placa pré-comprimida de grafite usada de acordo com a invenção pode ser implementada nas áreas de uma célula

3/12 eletrolítica, onde convencionalmente a massa retrataria de fixação é usada, isto é, em particular em lacunas que tenham sido formadas entre os blocos do catodo, mas também nos espaços localizados entre as paredes lateriais da célula eletrolítica e os blocos do catodo. A placa pré-comprimida de grafite é usada particularmente como um meio de vedação entre os blocos do catodo de um fundo de catodo.

Um fundo de catodo tendo uma placa pré-comprimida de grafite tem uma superfície do catodo grande e efetiva devido à possibilidade de amarrar em conjuntos, por meio de uma conexão não positiva, uma pluralidade de blocos de catodo, as dimensões viáveis das que são limitadas são as economicamente e tecnicamente produtíveis.

Um efeito vantajoso é a placa pré-comprimida de grafite não ser nociva à fisiologia do organismo em comparação a massa de carbono convencional contendo piche de alcatrão e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, que são prejudiciais à saúde. Além disso, a respeito da massa de carbono contendo piche de alcatrão, a placa pré-comprimida de grafite tem uma conductividade elétrica e térmica mais alta e, portanto, também aumenta a superfície do catodo.

O grafite expandido tem as seguintes propriedades vantajosas: não é perigoso para a saúde, é compatível com o meio ambiente, macio, compressível, leve, não envelhece, quimica e termicamente resistente, tecnicamente impermeável a gás e líquido, não combustível e fácil de trabalhar. Além disso, não forma uma liga com o alumínio líquido. Por isso, é adequado como um material para um fundo de catodo de uma célula eletrolítica para a produção de alumínio.

O grafite expandido pode ser obtido por tratamento químico e térmico do grafite, tal como, por exemplo, grafite natural. Durante o processo de produção, o grafite pode sofrer um dimensionamento volumétrico por um fator entre 200 e 400, com a condutividade térmica e elétrica sendo preservada.

Por exemplo, o grafite será tratado com uma solução dispersiva, tal como, por exemplo, ácido sulfúrico, de modo a formar um composto de grafite disperso (um sal de grafite). A seguir, a decomposição térmica a cerca de 1000°C é realizada, em que os agentes dispersos serão removidos do grafite expandido. O grafite expandido obtido, portanto pode ser ainda processado, por exemplo, por composição, prenssagem, impregnação, laminação, e calandragem. Por exemplo, o grafite expandido pode ser ainda condensado em filmes ou placas de grafite. Nesta invenção, uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido é preferivelmente usada, que é produzida como mencionado acima. Entretanto, a placa pré-comprimida de grafite também pode ser ainda impregnada com resinas. Grafites expandidos são comercialmente disponíveis, por exemplo, de SGL Carbon SE.

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Para o objetivo desta invenção, uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido compreende grafite expandido, que tenha sido condensado, porém que pode ser ainda condensado. Isto é, uma placa pré-comprimida de grafite destina-se a ser designada placa moldada de grafite expandido, que é parcialmente comprimido, e que, portanto, ambos tinham sido prensados e podem ser prensados.

Preferivelmente, a placa pré-comprimida de grafite é feita de pelo menos uma placa. Para o objetivo desta invenção, a placa pré-comprimida, que inclui mais que uma placa, tem placas empilhadas. As placas empilhadas podem ser coladas juntas por meio de um adesivo, tal como, por exemplo, uma resina fenólica.

Preferivelmente, o material que pode estar arranjado no bloco do catodo consiste de uma placa pré-comprimida de grafite baseada em grafite expandido. Além disso, aditivos orgânicos ou inorgânicos podem ser introduzidos, por exemplo, diboreto de titânio e diboreto de zircônio.

Em uma modalidade preferida, a placa pré-comprimida de grafite é feita como um filme. Filmes são finos, flexíveis, e fáceis para adaptar ao formato dos seus arredores. Por exemplo, o filme pode ser adaptado facilmente às dimensões de uma lacuna entre os blocos do catodo e a condição de superfície dos blocos do catodo. Além disso, um filme tem uma estrutura em forma de folha. Por isso, um filme tem também a vantagem de poder ser empilhado sem criar muitas cavidades.

Em uma modalidade preferida, o fundo de catodo compreende pelo menos um bloco do catodo, que está arranjado em uma distância predeterminada de um outro bloco do catodo de modo que pelo menos uma lacuna é feita entre eles. O material incluindo a placa pré-comprimida baseada em grafite expandido preencherá a lacuna e conectará não positivamente os blocos do catodo. Utilizando uma placa pré-comprimida de grafite ao invés da convencionalmente utilizada massa refratária de fixação de carbono, permite que a extensão da lacuna entre os blocos do catodo seja reduzida, e então para a efetiva superfície do catodo ser aumentada. O material é usado como preenchedor entre os blocos do catodo, não podendo ser vedada a lacuna entre ambos os blocos do catodo, mas também, devido a sua natureza compressível, compensa a expansão dos blocos do catodo, que ocorrerá durante a eletrolise. O material e os blocos do catodo são conectados não positivamente e são preferivelmente nivelado. O material e o bloco do catodo podem ser colados juntos, por exemplo, por meio de uma resina fenólica.

Os blocos do catodo preferivelmente têm maior comprimento que largura, enquanto a largura e a altura são proximadamente as mesmas. Em geral, os blocos do catodo têm um comprimento de até 3800 mm, uma largura de até 700 mm, e uma altura de até 500 mm. Preferivelmente, pelo menos dois blocos do catodo são arranjados de modo que os comprimentos deles sejam paralelos. O espaço predeterminado entre os dois blocos do

5/12 cátodo é de cerca de 1/10 a 1/100 da largura do bloco do cátodo. Reduzir o espaço entre os dois blocos do cátodo é possível pelo uso do material de acordo com esta invenção. Então, por exemplo, quando os blocos do cátodo de 650 mm de largura são implementados, o espaço entre os blocos do cátodo deve ser de pelo menos 40 mm se a massa refratária de fixação convencional é usada como um preenchedor entre eles, enquanto pode ser reduzido para 10 mm se a placa pré-comprimida de grafite é usada. Na tecnologia AP30, por exemplo, com os blocos do cátodo de 650 mm de largura e lacunas de 40 mm, uma redução para 10 mm aumentará a efetiva superfície do bloco do cátodo em cerca de 5%.

Preferivelmente, pelo menos um bloco do cátodo compreende menos um meio para conectar a uma fonte de energia. Por exemplo, o bloco do cátodo tem pelo menos uma reentrância para receber um trilho condutor, que pode ser conectado a uma fonte de energia. Se pelo menos dois blocos do cátodo são alinhados de modo que seus comprimentos sejam paralelos, a reentrância é preferivelmente alinhada na direção longitudinal do bloco do cátodo, isto é, a reentrância se estenderá em paralelo a lacuna formada entre dois blocos do cátodo. Claro que o fundo de cátodo pode ainda ter um elemento do composto entre o bloco do cátodo e trilho condutor, tal como, por exemplo, a massa de contato e afins.

Pelo menos um bloco do cátodo é configurado para ser eletricamente e termicamente condutivo, resistante a altas temperaturas, quimicamente estável a imersão em componentes eletrolíticos, e incapaz de formar uma liga com o alumínio. O bloco do cátodo é preferivelmente feito de grafite, meio grafite, grafitado, meio grafitado e/ou carbono amorfo. Mais preferivelmente, o bloco do cátodo compreende em grafite ou carbono grafitado, porque satisfazem melhor os requerimentos de condutividade térmica e elétrica, e de estabilidade química para formar um fundo de cátodo em uma célula eletrolítica para produção de alumínio.

Na modalidade preferida anterior, incluindo pelo menos dois blocos do cátodo com áreas do bloco do cátodo altamente condutivas e o material compreendendo a placa précomprimida baseada em grafite expandido, o fundo de cátodo compreende áreas que em geral terão menor condutividade que os blocos do cátodo, mas que são capazes de vedar as lacunas formadas entre os blocos do cátodo, de modo que nenhum dos componentes de imersão pode penetrar nas áreas do fundo de cátodo durante a eletrólise. Consequentemente, os dois componentes, isto é, os blocos do cátodo e a placa précomprimida de grafite, irão realizar diferentes funções do fundo de cátodo. Devido a sua construção multifuncional, este fundo de cátodo pode então ser dimensionado para implementação em larga escala. Devido ao arranjo de uma pluralidade de blocos do cátodo, uma larga superfície condutiva do cátodo é obtida, e devido a uma eficiente vedação das

6/12 lacunas entre os blocos do catodo e a placa pré-comprimida de grafite, o desgaste e o rompimento das superfícies do catodo entre os blocos do catodo são impedidos.

Em uma outra modalidade preferida, uma superfície de pelo menos um bloco do catodo, localizada oposta a uma superfície de um outro bloco do catodo, é texturizada. Uma superfície texturizada pode ser criada, por exemplo, pela rugosidade da superfície. Alternativamente, uma superfície de pelo menos um bloco do catodo, localizada oposta a uma superfície de um outro bloco do catodo, tem pelo menos uma ranhura, que pode se estender, por exemplo, em uma forma escalonada. A texturização ou o ranhuramento da superfície do bloco do catodo irá melhorar o encaixe da placa pré-comprimida de grafite na lacuna. A placa pré-comprimida de grafite é arranjada na superfície texturizada ou ranhurada, e possivelmente colada com ela, e assim preencherá a superfície texturizada ou ranhurada do bloco do catodo. Devido à superfície texturizada ou ranhurada ser preenchida pela placa pré-comprimida de grafite, a ultima irá encaixar positivamente na superfície do bloco do catodo. Nesta modalidade, a conexão entre a placa pré-comprimida de grafite e o bloco do catodo é ao mesmo tempo não positiva e positiva. O número e as dimensões das ranhuras na superfície do bloco do catodo dependerão das dimensões of o bloco do catodo. Além disso, o grau de rugosidade da superfície do bloco do catodo dependerá das suas dimensões.

Em uma outra modalidade preferida, o material está arranjado nas duas superfícies opostas de um bloco do catodo, adjacente a lacuna de superfície formada, assim como na e dentro da lacuna, de modo que o material é nivelado. Para o objetivo desta invenção, o material sendo nivelado significa que o material é arranjado nos blocos do catodo de modo que o fundo de catodo terá respectivamente dimensões uniformes juntamente ao seu comprimento, da sua altura e da sua largura. Para um fundo de catodo dentro de uma célula eletrolítica, existe um intervalo entre as paredes laterais da célula eletrolítica e os blocos do catodo. Neste caso, o material está arranjado de modo a preencher as lacunas entre os blocos do catodo assim como as áreas entre os blocos do catodo e as paredes laterais, e as áreas entre as lacunas preenchidas com o material e as paredes laterais. Então, o fundo de catodo forma todo o fundo da célula eletrolítica, isto é, estende-se até todas as paredes laterais da célula eletrolítica, tendo áreas de maior condutividade térmica e elétrica, como os blocos do catodo, e áreas de menor condutividade térmica e elétrica, como o material de grafite expandido. Nesta modalidade, preferivelmente todas as superfícies de um bloco do catodo, que estão em contato com o material incluindo a placa pré-comprimida baseada em grafite expandido, são texturizadas e/ou ranhuradas de modo que o material é conectado com as ditas superfícies não só não positivamente, mas também positivamente.

Um método para produção dos fundos de catodos de acordo com a invenção compreende as seguintes etapas processuais:

7/12 • fornecer pelo menos um bloco do catodo, e arranjar um material em pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco do catodo, em que o material compreende pelo menos uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido.

A produção de um fundo de catodo, tendo uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido, permite que uma superfície do catodo altamente efetiva seja obtida devido a possibilidade de amarrar juntos uma pluralidade de blocos do catodo. A produção do bloco do catodo é realizada de modo que o material é conectado não positivamente a pelo menos um bloco do catodo pelo seu arranjo, além disso, sendo um adesivo empregado se requerido.

Em uma modalidade preferida, o método de acordo com a invenção ainda compreende as seguintes etapas processuais:

• arranjar pelo menos um bloco do catodo adicional a uma distância predeterminada de pelo menos um bloco do catodo de modo que o material preencherá uma lacuna, que é formada pelo arranjo do bloco do catodo adicional na distância predeterminada de pelo menos um bloco do catodo.

Arranjar o bloco do catodo adicional no bloco do catodo permite que uma conexão não positiva seja obtida os blocos do catodo por meio da placa pré-comprimida de grafite. O arranjo do bloco do catodo adicional é feito por pressão hidráulica ou mecânica, possivelmente usando cola. O método de acordo com a invenção permite que a largura da lacuna entre os blocos do catodo seja reduzida em comparação com a largura da lacuna convencional, e assim para que a efetiva superfície do catodo seja aumentada.

A placa pré-comprimida de grafite preenchendo a lacuna é compreensível, mas parcialmente reversível, de modo que pode compensar a expansão dos blocos do catodo. Deve ser notado aqui novamente que para o objetivo desta invenção, a placa précomprimida de grafite é entendida como sendo grafite expandido parcialmente comprimido, que tinha sido comprimido e pode ainda ser comprimido. Quando o bloco do catodo adicional tinha sido arranjado, a placa pré-comprimida de grafite é obtida dentro da lacuna, representando um material de baixa elasticidade vedando a lacuna sem formação de cavidades. Na etapa de arranjo pelo menos um bloco do catodo adicional pode ser realizado antes ou depois do material estar arranjado em pelo menos um bloco do catodo.

Em uma modalidade preferida, a etapa do procedimento de arranjo do material em pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco do catodo compreende na fixação a superfície de pelo menos um bloco do catodo por meio de um adesivo. Por exemplo, uma resina fenólica pode ser usada como um adesivo.

Antes ou depois de serem fornecidos, os blocos do catodo podem ser encaixados com meios para conectar a uma fonte de energia. Por exemplo, antes ou depois de ser

8/12 fornecido, um bloco do catodo pode ser encaixado com pelo menos uma reentrância, na qual pelo menos um trilho condutor é introduzido, que pode ser conectado a uma fonte de energia. Além disso, um bloco do catodo, que tenha sido processado como este antes ou depois de ser fornecido, pode ser encaixado com meios adicionais, por exemplo, é possível arranjar uma masa de contato entre o bloco do catodo e o trilho condutor.

Em uma modalidade preferida, a placa pré-comprimida baseada em grafite expandido, que é implementada no método de acordo com a invenção, é formada como um filme. A implementação como um filme é vantajosa porque o filme pode adaptar ao formato da lacuna ou do acabamento da superfície de um bloco do catodo.

Em uma modalidade preferida, o método de acordo com a invenção compreende nas seguintes etapas processuais:

• adaptar o filme as dimensões de pelo menos um bloco do catodo.

Pela adaptação do filme às dimensões do bloco do catodo, o filme pode ser arranjado otimamente no bloco do catodo, sem criar bordas, bolhas ou outros tipos de irregularidades, que estão adjacentes ou cobrindo áreas do bloco do catodo, ou sem criar um preenchimento irregular de uma lacuna formada entre os blocos do catodo e resultando em cavidades dentro do fundo de catodo. Por exemplo, a adaptação do filme é feita por meio do corte do filme nas dimensões of o bloco do catodo.

Em uma outra modalidade preferida, o método de acordo com a invenção ainda compreende as seguintes etapas processuais antes ou depois de pelo menos um bloco do catodo seja fornecido:

• texturizar pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco do catodo.

A texturização pode ser feita pela rugosidade da superfície ou ranhuras na superfície. Vantajosamente, pelo menos uma superfície de um bloco do catodo será texturizada, que está oposta a uma superfície de pelo menos um bloco do catodo adicional. As ranhuras podem ser feitas, por exemplo, por meio de ferramentas de corte, enquanto a rugosidade é gerada por meio de ferramentas de abrasão.

O fundo de catodo de acordo com a invenção é usado em uma célula eletrolítica para produção de alumínio. Em uma modalidade preferida, a célula eletrolítica compreende uma bandeja geralmente incluindo uma folha de ferro ou aço e tendo uma forma circular ou quadrangular, preferivelmente retangular. As paredes laterais da bandeja podem ser revestidas com carbono, carboneto ou carboneto de silício. Preferivelmente, pelo menos o fundo da bandeja é revestido com isolamento térmico. O fundo de catodo é arranjado no fundo da bandeja ou no isolamento térmico. Pelo menos dois, preferivelmente 10 a 24, blocos do catodo são arranjados paralelos um aos outro em relação a sua dimensão longitudinal com um espaçamento predeterminado, de modo que uma lacuna é formada entre eles, que é preenchida respectivamente por pelo menos uma placa pré-comprimida

9/12 baseada em grafite expandido. Os intervalos entre as paredes laterais e a lacuna preenchida e entre as paredes laterais e os blocos do catodo are opcionalmente preenchidos com material incluindo uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido, ou com uma massa refratária de fixação de antracito convencional. Os blocos do catodo são conectados ao polo negativo de uma fonte de energia. Pelo menos um ânodo, tal como, por exemplo, um eletrodo Soderberg, é suspendido em uma estrutura de suporte conectada ao polo positivo da fonte de energia e projetada na bandeja sem tocar o fundo de catodo ou as paredes laterais da bandeja. Preferivelmente, a distância do ânodo das paredes é maior que a do fundo de catodo ou da camada de aluínio em desenvolvimento.

Para a produção de alumínio, uma solução de óxido de alumínio é sujeita a eletrólise ígnea em criolita fundida a uma temperatura de cerca de 960°C, em que as paredes laterais da bandeja será coberta por uma crosta sólida da massa fundida, enquanto o alumínio será acumulado sob a massa fundida porque é mais pesado que a massa fundida.

Características e vantagens adicionais da invenção serão explicadas referindo-se figuras a seguir, sem que sejam limitadas a elas.

Nas figuras:

A Figura 1 mostra uma visão transversal esquemática de um fundo de catodo de acordo com a invenção;

A Figura 2 mostra uma visão transversal esquemática de um outro fundo de catodo de acordo com a invenção;

A Figura 3 mostra uma visão transversal esquemática de uma parte de uma célula eletrolítica para produção de alumínio, tendo um fundo de catodo de acordo com a invenção;

A Figura 4 mostra uma visão transversal esquemática de uma parte de uma outra célula eletrolítica para produção de alumínio, tendo um fundo de catodo de acordo com a invenção;

As Figuras 5a a 5c mostram uma ilustração esquemática de um procedimento para produção de um fundo de catodo de acordo com a invenção; e

As Figuras 6a a 6c mostram uma ilustração esquemática de um outro procedimento para produção de um fundo de catodo de acordo com a invenção.

A Figura 1 mostra uma visão transversal esquemática de um fundo de catodo 1 de acordo com a invenção. O fundo de catodo 1 tem um material 3 consistindo de uma placa pré-comprimida de grafite e preenchendo a lacuna 5 formada entre dois blocos do catodo 7. Os blocos do catodo 7 exibem suficiente condutividade elétrica e térmica para o uso na eletrólise ígnea, e são feitos, por exemplo, de carbono grafitado. Cada um dos blocos do catodo 7 tem uma reentrância 9 para receber um trilho condutor (não mostrada), permitindo que o último seja conectado a uma fonte de energia. O material 3 e os blocos do catodo 7 são nivelados.

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A Figura 2 mostra uma visão transversal esquemática de um outro fundo de catodo de acordo com a invenção 21. 0 fundo de catodo tem um material 23 consistindo de uma placa pré-comprimida de grafite preenchendo uma lacuna 25 formada entre dois blocos do catodo 27. O material 23 e os blocos do catodo 27 são nivelados. Os blocos do catodo 27 exibem suficiente condutividade elétrica e térmica para o uso na eletrólise ígnea, e são feitos, por exemplo, de carbono grafitado. Cada um dos blocos do catodo 27 tem uma reentrância 29 para receber um trilho condutor (não mostrado), permitindo que o último seja conectado a uma fonte de energia. Além disso, cada um dos blocos do catodo 27 tem duas ranhuras 211. Cada uma das ranhuras 211 está arranjada em uma superfície de um bloco do catodo 27 localizada oposta a uma superfície do outro bloco do catodo 27. O material 23 preencherá a lacuna 25 e as ranhuras 211. As ranhuras 211 irão auxiliar a conexão não positiva entre o material 23 e os blocos do catodo 27 devido a uma conexão positiva com o material 23. Na Figura 2, cada bloco do catodo 27 tem duas ranhuras 211, contudo, o número das ranhuras 211 feitas em um bloco do catodo 27 é escolhido arbitrariamente e dependerá das dimensões do bloco do catodo 27.

A Figura 3 mostra uma visão transversal esquemática de uma parte de uma célula eletrolítica 313 para produção de alumínio. A célula eletrolítica 313 tem uma bandeja 315 feita de aço. As paredes laterais 317 da bandeja 315, uma que é mostrada na Figura 3, são revestidas com blocos 319 de grafite, um dos que são mostrados na Figura 3. O fundo da bandeja 315 é revestido com uma camada de isolamento térmico 321, de modo que é completamente coberto. Um fundo de catodo 31 é arranjado na camada de isolamento térmico 321. O fundo de catodo 31 tem um material 33 e blocos do catodo 37, os dois que são mostrados na Figura 3, que estão arranjados a uma distância predeterminada, assim como uma massa refratária de fixação 34. O material 33 compreende uma placa précomprimida de grafite. A massa refratária de fixação 34 inclui uma massa refratária de fixação convencional feita de carbono. Entre os blocos do catodo 37, respectivamente uma lacuna 35 é formada. O material 33 preenche a lacuna 35, e a massa refratária de fixação 34 preenche o respectivo intervalo entre o bloco do catodo 37 e a parede lateral 317, de modo que a camada de isolamento térmico 321 é completamente coberta pelo fundo de catodo 31 incluindo a massa refratária de fixação 34, o material 33 e os blocos do catodo 37. Como pode ser visto na Figura 3, o material 33 é nivelado com os blocos do catodo 37. Cada um dos blocos do catodo 37 tem uma reentrância 39, que é adaptada para receber um trilho condutor (não mostrado), que pode ser conectado a um polo negativo de uma fonte de energia (não mostrada). Além disso, a célula eletrolítica 313 tem ânodos 323, dois que são mostrados na Figura 3, que são respectivamente suspensos em um suporte 325 conectado a um polo positivo de uma fonte de energia (não mostrada). Dentro da célula eletrolítica 313,

11/12 exite uma solução 327 consistindo de óxido de alumínio em criolita fundida. Durante a eletrolise, o alumínio 329 estará acumulado entre a solução 327 e o fundo de catodo 31.

A Figura 4 mostra uma visão transversal esquemática de uma parte de uma outra célula eletrolítica 413 para produção de alumínio. A célula eletrolítica 413 tem uma bandeja 415 feita de aço. As paredes laterais 417 da bandeja 415, uma que é mostrada na Figura 4, são revestidas com os blocos 419 de grafite, um que e mostrado na Figura 4. Nos blocos 419 de grafite, além do mais, blocos 431 de carbono ou grafite pré-inflamados estão arranjados, um que é mostrado na Figura 4. O fundo da bandeja 415 é revestido com uma camada de isolamento térmico 421, de modo que é completamente coberta por ela. Na camada de isolamento térmico 421, um fundo de catodo 41 está arranjado. O fundo de catodo 41 tem um material 43 e blocos do catodo 47, os dois são mostrados na Figura 4, que estão arranjados em uma distância predeterminada. O material 43 compreende uma placa pré-comprimida de grafite.

Entre os blocos do catodo 47, a lacuna 45 é formada, respectivamente. O material 43 preencherá a lacuna 45, e, além disso, um outro material 43 preencherá um intervalo entre um bloco do catodo 47 e um bloco 431 de modo que a camada de isolamento térmico 421 é completamente coberta pelo fundo de catodo 41 incluindo o material 43 e os blocos do catodo 47. Como mostrado na Figura 4, o material 43 é nivelado com os blocos do catodo 47. Cada um dos blocos do catodo 47 tem uma reentrância 49 adequada para receber um trilho condutor (não mostrado), que pode ser conectado a um polo negativo de uma fonte de energia (não mostrado). Além disso, a célula eletrolítica 413 tem ânodos 423, os dois são mostrados na Figura 4, que são suspensos respectivamente em um suporte 425 conectado a um polo positivo de uma fonte de energia (não mostrado). Dentro da célula eletrolítica 413 existe uma solução 427 de óxido de alumínio em criolita fundida. Durante a eletrolise, o alumínio 429 será acumulado entre a solução 427 e o fundo de catodo 41.

As Figuras 5a a 5c mostram uma ilustração esquemática de um procedimento para produção de um fundo de catodo de acordo com a invenção 51.

A Figura 5a mostra como os dois blocos do catodo 57 são fornecidos, que estão arranjados em um espaço predeterminado, de modo que uma lacuna 55 é formada. A Figura 5b mostra que o material 53 incluindo a placa pré-comprimida de grafite está inserida na lacuna 55. A Figura 5c mostra o fundo de catodo 51 como pode ser usado por uma célula eletrolítica para produção de alumínio. O material 53 preencherá a lacuna 55. A quantidade e as dimensões do material 53 são escolhidas de modo que o material 53 é nivelado com os blocos do catodo 57 e preenche a lacuna 55 completetamente. Deve ser notado que possíveis conexões e meios de conexão do fundo de catodo 51 a uma fonte de energia nas Figuras 5a a 5c têm sido omitidos por razões de clareza.

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As Figuras 6a a 6c mostram uma ilustração esquemática de um outro procedimento para produção de a fundo de catodo de acordo com a invenção 61.

Figura 6a mostra como um bloco do catodo 67 tendo um espaço 69 para receber um trilho condutor (não mostrado) é fornecido. A Figura 6b mostra que o material 63 incluindo uma placa pré-comprimida de grafite está arranjada bidimensionalmente em uma superfície do bloco do catodo 67, com um adesivo sendo usado para fixação, se requerido. Se requerido, um material 63 adicional pode estar arranjado, de modo que uma pilha do material 63 é criada (não mostrada), que está arranjada no bloco do catodo 67. A Figura 6c mostra que um outro bloco do catodo 67 com uma reentrância 69 está arranjado no material 10 63 de modo a ser conectado não positivamente com o bloco do catodo 67 por meio do material 63. A Figura 6c mostra o fundo de catodo 61 como pode ser usado por uma célula eletrolítica para produção de alumínio. Pela repetição das etapas mostradas nas Figuras 6b e 6c, um fundo de catodo com uma pluralidade de blocos do catodo consecutivos pode ser criado. Deve ser notado que possíveis conexões e meios de conexão do fundo de catodo 61 15 a uma fonte de energia têm sido omitidos nas Figuras 6a a 6c por razões de clareza.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Fundo de catodo (1, 21, 31, 41, 51, 61) para uma célula eletrolítica para produção de alumínio compreendendo um material (3, 23, 33, 43, 53, 63), arranjado em pelo menos um bloco do catodo (7, 27, 37, 47, 57, 67) caracterizado por o material (3, 23, 33, 43, 53, 63) compreender uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido, pelo menos um bloco do catodo (7, 27, 37, 47, 57) estar arranjado a uma distância predeterminada de pelo menos um bloco do catodo adicional (7, 27, 37, 47, 57, 67) e/ou uma parede lateral (317,417) de uma célula eletrolítica, de modo que pelo menos uma lacuna (5, 25, 35, 45, 55, 65, 66) seja formada entre eles, o material (3, 23, 33, 43, 53, 63) preenchendo a lacuna (5, 25, 35, 45, 55, 65).
2. Fundo de catodo (1, 21, 31, 41, 51, 61) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material arranjado no bloco do catodo consistir de uma placa précomprimida de grafite baseada em grafite expandido.
3. Fundo de catodo (1, 21, 31, 41, 51, 61) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a placa pré-comprimida de grafite ser formada como um filme.
4. Fundo de catodo (21) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3 caracterizado por uma superfície do bloco do catodo (27) oposta a uma superfície do bloco do catodo adicional (27) ter uma superfície texturizada.
5. Fundo de catodo (21) de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3 caracterizado por uma superfície do bloco do catodo (27) oposta a uma superfície do bloco do catodo adicional (27) ter pelo menos uma ranhura (211).
6. Fundo de catodo (41) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 caracterizado por o material (43) estar arranjado nas duas superfícies opostas de um bloco do catodo (47), que são adjacentes à superfície do bloco do catodo (47) formando a lacuna (45), e na e dentro da lacuna (45), de modo que o material (43) é nivelado.

Petição 870190024573, de 14/03/2019, pág. 11/12

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7. Método para produção de um fundo de catodo (1,21, 31,41, 51, 61) caracterizado por compreender as seguintes etapas:

- fornecer pelo menos um bloco do catodo (7, 27, 37, 47, 57, 67),

- arranjar um material (3, 23, 33, 43, 53, 63) em pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco do catodo (7, 27, 37, 47, 57, 67), em que o material (3, 23, 33, 43, 53, 63) compreende pelo menos uma placa pré-comprimida baseada em grafite expandido; e

- arranjar pelo menos um bloco do catodo adicional (7, 27, 37, 47, 57, 67) a uma distância predeterminada de pelo menos um bloco do catodo (7, 27, 37, 47, 57, 67) de modo que o material (3, 23, 33, 43, 53, 63) preencha uma lacuna (5, 25, 35, 45, 55, 65), que é formada pelo arranjo do bloco do catodo adicional (7, 27, 37, 47, 57, 67) a uma distância predeterminada de pelo menos um bloco do catodo (7, 27, 37, 47, 57, 67).
8. Método de acordo com a reivindicação 7 caracterizado por arranjar o material em pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco do catodo compreendendo a fixação à superfície por meio de um adesivo.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8 caracterizado por o material (3, 23, 33, 43, 53, 63) ser formado como um filme.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9 caracterizado por compreender ainda a seguinte etapa antes ou depois de pelo menos um bloco do catodo (27) ser fornecido:

- texturizar pelo menos uma superfície de pelo menos um bloco do catodo (27).
11. Uso de um fundo de catodo (31, 41), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por ser em uma célula eletrolítica (313, 413) para produção de alumínio.