CN101374979B - 用于具有膨胀石墨衬垫的铝电解池的阴极 - Google Patents
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Abstract
用于铝电解池的阴极(1)，该阴极由阴极块(4)和连接至这些块的集电棒(2)构成，而容纳集电棒的阴极槽(3)衬有膨胀石墨衬垫(9)，因此提供了这样的阴极的较长有效寿命和提高的电解池生产率。
Description
技术领域
本发明涉及用于铝电解池的阴极，该阴极由阴极块和连接至这些块的集电棒构成，而容纳集电棒的阴极槽衬有膨胀石墨。因而降低了阴极块和铸铁密封体之间的接触电阻，从而提供通过该界面的较好电流流动。因此，可使用在槽中心内的局部槽衬垫(lining)来产生更加均匀的电流分布。这通过减少阴极耗损提供这样的阴极的较长有效寿命并因此提供了提高的电解池生产率。另外，膨胀石墨还充当抵抗化合物在铸铁和阴极块之间界面处沉积的阻挡层。根据选定的膨胀石墨品质的具体特性，其还缓冲热机械应力。
背景技术
常规地由Hall-Heroult方法通过溶解在温度高至约970℃的冰晶石基熔融电解液中的氧化铝的电解来生产铝。Hall-Heroult还原电解池典型地具有钢壳，该钢壳具有难熔材料的绝缘衬垫，该绝缘衬垫进而具有接触熔融组分的碳衬垫。连接至直流电源负极的钢制集电棒嵌入在形成电解池底板(bottom floor)的碳阴极衬底中。在常规电解池设计中，钢阴极集电棒从外部汇流条延伸，穿过电解池的各侧进入到碳阴极块内。
每个阴极块在其下表面具有一个或两个在块的相对置横向端之间延伸的槽或沟以容纳钢集电棒。典型地将这些槽加工成矩形。在电解池的紧密附近，这些集电棒放置在所述槽中并且最通常用铸铁连接至阴极块(称作“棒固定(rodding)”)，以促进碳阴极块和钢之间的电连接。通过使用重设备如起重机将如此制得的碳或石墨制阴极块装配在电解池的底部，并最终与无烟煤、焦炭和煤焦油的捣固材料结合以形成电解池底板。在与电解池中心相重合的阴极块中心，阴极块的槽可容纳一个单集电棒或两个互相面对的集电棒。在后一情形中，用可压碎材料或者用碳的片块或者用捣实的接缝混合物或者优选用这些材料的混合物填充集电棒之间的间隙。
在低电压(例如4-5V)和高电流(例如100,000-350,000A)下操作Hall-Heroult铝还原电解池。所述高电流从顶部进入，通过阳极构件并然后穿过冰晶石浴，通过熔融铝金属液层，进入碳阴极块，然后通过集电棒来提供给所述电解池。
电流穿过铝液层和阴极的流动沿着最小电阻的通路。常规阴极集电棒中的电阻与电流通路的长度成比例，所述电流通路为从电流进入阴极集电棒的点处到最近的外部汇流条。起始于阴极集电棒上较接近外部汇流条的位置的电流通路的较低电阻，导致熔融铝液层和碳阴极块内电流的流动在该方向上偏斜。电流流动的水平分量与电解池内磁场的竖直分量相互作用，不利地影响有效的电解池工作。
高温和电解质的侵蚀性化学性质结合产生苛刻的工作环境。因此，现有的Hall-Heroult电解池阴极集电棒技术限于轧制或铸造的软钢型材。相比之下，潜在的金属替代物例如铜或银具有高电导率但具有低熔点和高费用。
直到若干年前，钢的高熔点和低费用弥补了其相对差的电导率。钢的电导率相对于铝金属液层是如此差，以至于最接近坩埚侧部的集电棒的外三分之一承载大部分载荷，从而在各阴极块内产生非常不均匀的阴极电流分布。因为基于无烟煤的常规阴极块的化学性质、物理性质和特别是电性质，直到近来钢的差电导率才呈现出严重的方法限制。鉴于钢棒的相对差的电导率，相对于阴极和铸铁之间相对高的接触电阻，可适用相同原理，所述接触电阻迄今在电解池效率改进努力中没有起主要作用。然而，随着朝向较高能量费用的一般趋势，这种作用对于熔炼效率变为不可忽视的因素。
从那时以来，为追求规模经济，铝电解池的尺寸随工作电流强度提高而增加。因为提高了工作电流强度，基于焦炭和沥青而不是无烟煤的石墨阴极块变得常见，并且还提高石墨在阴极中的百分比以利用改善的电性质和使生产率最大化。在许多情形中，这已导致向部分或全部石墨化阴极块发展。在始于约2000℃向上延伸至3000℃或甚至以上的宽温度范围中发生碳块的石墨化。术语“部分石墨化”或“全部石墨化”阴极涉及碳晶体结构的区域内的有序程度。然而，不能够在这些状态之间绘出明显的边界线。原则上，结晶化或石墨化的程度分别随碳块的加热处理所处的最高温度以及处理时间而增加。关于本发明的描述，对于在高于约2000℃温度的任何阴极碳块，我们使用术语“石墨”或“石墨阴极”概括这些术语。进而，对于已被加热至低于2000℃的温度的阴极块，使用术语“碳”或“碳阴极”。
受利用碳和石墨阴极提供较高电导率的启发，逐渐增加对一些至今尚未被密切注意的技术作用的关注：
-阴极块的耗损
-不均匀的电流分布
-在阴极块和铸铁之间界面处的能量损失
所有这三种作用些许相互关联并且任何技术补救应理想地解决这个三元组的多于一个单一项目。
主要促使阴极块的耗损的是，金属液层湍流的机械侵蚀、高电流所促成的电化学碳消耗反应、电解质和液体铝的渗透、以及导致阴极块和捣固混合物膨胀和变形的钠的嵌入。由于在阴极块中导致裂纹，浴组分朝向钢阴极集电棒迁移并且在铸铁密封体表面上形成沉积物，从而导致电接触部的劣化和电流分布的不均匀。如果液体铝触及铁表面，即刻发生藉由合金化的腐蚀并且在铝金属中产生过大的铁含量，迫使整个电解池的过早关闭。
碳阴极材料本身提供相对硬的表面并且具有5至10年的足够有效寿命。然而，因为随着逐渐增加的电解池寿命，在铸铁和阴极块之间界面的接触电压降变为对于总阴极电压降(CVD)的主要有害作用，在碳衬垫被实际耗损完之前出于经济原因通常需要更换衬垫。
最可能的是，逐渐增加的铸铁和阴极块之间界面处的接触电压降可归因于两个次级(sub-ordinated)作用的组合。扩散通过阴极块的铝在所述界面形成例如β-氧化铝的绝缘层。其次，已知钢和碳在长期受到应力时蠕变。两种次级作用均可归因于阴极块耗损以及不均匀的电流分布，并且产生的接触电压降反过来也有害地影响所述其它两个作用。
阴极块腐蚀并不均匀地跨块长度发生。特别是在应用石墨阴极块时，主要失效模式是由于阴极块表面接近其横向端的高度局部腐蚀，使其表面成形为W外形并最终使集电棒暴露于铝金属。在许多电解池设计中，对于这些比常规碳阴极块石墨含量更高的块，观测到更高的峰值腐蚀速率。石墨阴极的腐蚀可甚至以高至60mm/年的速率进行。因此是用工作性能换取工作寿命。
快速耗损速率、最大耗损区域的位置和阴极电流分布的不均匀性之间存在关联。石墨阴极具有较大的电导性，其结果是具有大得多的不均匀阴极电流分布型式且因此遭受较高的耗损。
在US 2,786,024(Wleügel)中提出通过利用集电棒来克服不均匀的阴极电流分布，所述集电棒从电解池中心向下弯曲，从而使集电棒和熔融金属液层之间的阴极块的厚度从电解池中心朝横向边缘增加。与这种弯曲部件相关的制造和运输问题阻碍了该方法变得实际可用。
DE 2 624 171 B2(Tschopp)描述了具有跨整个电解池宽度的均匀电流密度的铝电解池。这通过朝向电解池的边缘逐渐降低碳阴极块和嵌入的集电棒之间铸铁层的厚度来实现。在该发明的另外实施方案中，通过具有朝向电解池边缘逐渐增加的尺寸的不导电间隙将铸铁层分段。然而在实际中，纳入这些改进的铸铁层似乎也是麻烦和高花费的。
在US 6,387,237(Homley等)中，要求保护一种具有均匀电流密度的铝电解池，该电解池包含具有铜嵌体的集电棒，所述铜嵌体位于接近电解池中心的区域，因此在电解池中心区域提供较高的电导率。此外，该方法没有应用于铝电解池中，这是因为在实施所述方案中增加了技术和操作复杂性以及费用。
另外，任一现有技术方法仅考虑到在分别沿碳阴极块和集电棒的长度轴的水平面内的均匀电流分布。然而，当考虑从阳极向下穿过电解池到达集电棒的电流时，其它维度即跨阴极块宽度的水平面也起显著作用。
因此，为充分实现碳和石墨阴极块的操作益处而无任何与现有操作工序和相关费用有关的折衷(trade-off)，需要通过提供更加均匀的阴极电流分布和同时提供用以改善并维持铸铁与阴极块之间界面的电接触的装置，来降低阴极耗损速率和提高电解池寿命。
另外，需要提供不仅沿块长度而且跨其宽度的更加均匀的阴极电流分布。
此外，将铁浇注到槽中以便固定集电棒(称作“棒固定”)的步骤是麻烦的并且需要重设备和手工劳动。为进一步简化阴极组装工序，需要完全避免浇注铁以便将集电棒固定至阴极。
发明内容
因此本发明的目的是提供其中具有容纳集电棒的槽的阴极块，其特征在于所述槽全部或局部衬有膨胀石墨。膨胀石墨(EG)特别用其平面层提供了良好的电和热传导性。其还提供了一些柔软性和良好回弹性，从而使其成为用于垫圈应用的常用材料。这些特征使其成为改善石墨块和铸铁之间接触电阻的理想材料。所述回弹性还显著减缓电解期间铸铁和阴极块之间界面处的接触电压降的逐渐增加，因为其可填满因钢和碳的蠕变而形成的间隙。特别通过在阴极槽底面的EG衬垫，进一步降低铸铁和阴极块之间界面处的接触电压降的逐渐增加，因为其充当对于例如扩散通过阴极块的铝的阻挡层，因此防止在所述界面处形成例如β-氧化铝的绝缘层。
另外，EG的回弹性减弱因不同的热膨胀系数而在钢集电棒、铸铁和阴极块之间产生的机械应力。不同材料的热膨胀主要出现在电解池的运行前加热期间而且出现在棒固定期间，并且经常在阴极块中导致裂纹，使得进一步降低它们的寿命。
本发明的另一个目的是提供具有完全衬有EG的槽的阴极块。在这种情形中，在整个槽区域中改善了与铸铁的电接触。
本发明的另一目的是提供具有局部衬有EG的槽的阴极块。
在一个优选实施方案中，槽仅在其两个侧面衬有EG。该实施方案促进了特别沿阴极块宽度的更加均匀的电流分布并且减弱了主要在槽侧面产生的机械应力。
本发明的另一个目的是提供具有这样的槽的阴极块，该槽仅在其中心区域衬有EG。通过该方法，将电场线即电流被牵拉离开横向块边缘朝向块中心。另外，倘若仅槽侧面衬有EG，该实施方案在既沿阴极块长度又沿块宽度的均匀电流分布中提供相当大的改进。
本发明的另一个目的是提供具有这样的槽的阴极块，该槽衬有不同厚度和/或密度的EG。因为在电解池中心的工作温度较高，所以在阴极(即电解池)中心各种材料的热膨胀和蠕变的处理更加具有挑战性。因此，应优选在阴极中心放置具有较高厚度和/或较低密度的EG衬垫，以便为较长回弹性“路径”产生间隙。
通过用比机械应力占主导的两侧面更薄和/或更致密的衬垫对槽底面加衬垫，可应用相同的原理。
本发明的另一个目的是提供制造用于铝电解池的阴极的方法，该方法通过制造碳或石墨阴极块，用EG对槽加衬垫和最后通过铸铁将钢集电棒连接至如此加衬垫的块。
本发明的另一个目的是提供用于铝电解池的阴极，该阴极包含在它们槽内具有EG衬垫的碳或石墨阴极块和直接固定至这样的阴极块的钢集电棒。
在一个优选实施方案中，这样的碳或石墨阴极块具有降低的槽尺寸。
本发明的另一个目的是提供制造用于铝电解池的阴极的方法，该方法通过制造碳或石墨阴极块，用EG将槽全部加衬垫和最后将钢集电棒直接连接至如此加衬垫的块而无需铸铁。
在一个优选实施方案中，用胶粘剂将箔片形式的EG衬垫首先固定至集电棒，覆盖与槽表面相对的表面，最后将如此制得的集电棒插入槽内。
本发明的另一个目的是提供制造阴极块的方法，所述阴极块具有衬有EG的槽，而用胶粘剂将箔片形式的EG衬垫固定至阴极。
在一个优选实施方案中，仅在选定区域中通过施涂胶粘剂将箔片形式的EG衬垫固定至集电棒和/或阴极。
附图说明
现将参考附图对本发明进行更加详细的描述，其中：
图1是现有技术的铝生产用电解池的示意性横截面图，该图显示了阴极电流分布。
图2显示了现有技术的铝生产用电解池的示意性侧视图，该图显示了阴极电流分布。
图3是根据本发明的阴极的示意性侧视图。
图4是具有根据本发明的阴极的铝生产用电解池的示意性横截面图，该图显示了阴极电流分布。
图5是根据本发明的阴极的示意性侧视图，该图描绘了本发明的优选实施方案。
图6显示了具有根据本发明的阴极的铝生产用电解池的示意性侧视图，该图显示了阴极电流分布。
图7是根据本发明的阴极的示意性顶视图，该图描绘了本发明的优选实施方案。
图8是根据本发明的阴极的示意性侧视图，该图描绘了本发明的优选实施方案。
图9示意性地描绘了用于测试在载荷下贯通面的电阻的变化的实验室测试设备。
图10显示了使用膨胀石墨箔片由测试载荷下贯通面的电阻的变化所获得结果。
具体实施方式
参考图1，显示了具有现有技术的阴极1的铝生产用电解池的横切图(cross-cut)。集电棒2具有矩形横截面并且由软钢制成。其嵌入在阴极块4的集电棒槽3中并通过铸铁5与其连接。阴极块4由碳或石墨通过本领域技术人员公知的方法制成。
没有显示限定出电解池反应室的钢制罩和电解池钢壳，在所述电解池反应室的底部和侧部衬有耐火砖。阴极块4与熔融铝金属液层6直接接触，该铝金属液层6被熔融电解浴7覆盖。电流通过阳极8进入，穿过电解浴7和熔融的金属液层6，并然后进入阴极块4。通过阴极集电棒2经由铸铁5输送电解池的电流，所述阴极集电棒2从电解池壁外部的汇流条延伸。如由电解池中心线C所示，对称地构建所述电解池。
如图1中所示，现有技术的电解池内的电流线10不均匀地分布并且更加朝向在横向阴极边缘的集电棒的端部集中。发现在阴极1的中部电流分布最低。在阴极块4上观察到的局部耗损型式在具有最高电流密度的区域为最深。这种不均匀的电流分布是腐蚀从阴极块4的表面进行直到其到达集电棒2的主要原因。腐蚀型式典型地导致阴极块4表面的“W形”。
在图2中，描绘了装配有现有技术中的阴极1的电解池的示意性侧视图。在该示意图中没有显示邻近的阴极1，但通常涉及单一阴极的任何另外描述适用于电解池的所有阴极的全体。集电棒2嵌入在阴极块4的集电棒槽3中并且通过铸铁5与其固定(secure)。现有技术的阴极1中电流分布线10不均匀地分布并且向着集电棒2的顶部强烈集中。
图3显示了装配有根据本发明的阴极1的电解池的侧视图。集电棒2嵌入在阴极块4的集电棒槽3中并且通过铸铁5与其固定。根据本发明，集电棒槽3衬有膨胀石墨衬垫9。
根据本发明的膨胀石墨衬垫9优选以箔片形式使用。该箔片通过使用轧光辊在高压力下将膨胀的天然石墨薄片压制成具有0.2-1.9g/cm3密度和0.05-5mm厚度的箔片而制成。任选地，可用各种试剂对该箔片进行浸渍或涂覆以便提高其寿命和/或调节其表面结构。在此之后可将获得的箔片和增强材料的夹层结构(sandwich)压制成厚度为0.5-4mm的板材。这样的膨胀石墨箔片的制造方法对本领域技术人员而言是公知的。
优选通过施涂胶粘剂将膨胀石墨衬垫9固定至集电棒和/或阴极。所述胶粘剂应优选为具有很少金属污染物的碳质(carbonaqueous)化合物例如酚醛树脂。在合适时可使用其它胶粘剂。优选地，将胶粘剂仅施涂在衬垫的选定区域。例如，当应仅为随后的浇注步骤而固定衬垫时胶粘剂的点状施涂是足够的。将胶粘剂施涂至将接触阴极块4的修整衬垫的侧部。然后，优选通过辊子对如此制得的衬垫进行施涂。
在用膨胀石墨衬垫9将集电棒槽3表面加衬垫后，最终通过铸铁5将钢集电棒2稳定固定至这样的加有衬垫的块。
图4显示了具有根据本发明的阴极1的铝生产用电解池的示意性横截面图。在集电棒槽3的顶面下方，看到膨胀石墨衬垫9。由于该横截面观察点，衬有膨胀石墨衬垫9的集电棒槽3的两个侧面被遮蔽。与现有技术(图1)相比，电解池电流分布线10更加均匀地跨阴极1的长度分布，这是因为膨胀石墨衬垫9所促进的与铸铁5的更好电接触。然而，与现有技术相比该实施方案还在跨阴极块4宽度的均匀电流分布中提供相当大的改进。
如果集电棒槽3衬有不同厚度和/或密度的膨胀石墨衬垫9，则根据本发明可获得跨阴极1的长度和/或宽度的甚至更加均匀的电流分布。
在一个实施方案中，集电棒3衬有膨胀石墨衬垫9，该衬垫在阴极中心比在其边缘薄10-50％和/或致密10-50％。
在另一个实施方案中，在集电棒槽3顶面的膨胀石墨衬垫9不同于在两个侧面的膨胀石墨衬垫9。优选地，集电棒槽3衬有膨胀石墨衬垫9，该衬垫在顶面比在两个侧面薄10-50％和/或致密10-50％。该实施方案在特别跨阴极块4宽度的均匀电流分布中提供相当大的改进并且缓冲在集电棒槽3的侧面占优的热机械应力。
图5显示了装配有根据本发明的阴极1的电解池的侧视图。集电棒2嵌入在阴极块4的集电棒槽3中并且通过铸铁5与其稳定固定。根据本发明的优选实施方案，集电棒槽3的仅两个侧面衬有膨胀石墨衬垫9。
如图6中所描绘，与现有技术(图2)相比，该实施方案在特别跨阴极块4宽度的均匀电流分布中提供相当大的改进。另外，缓冲了在集电棒槽3的侧面占优的热机械应力。
图7显示了根据本发明的阴极1的示意性顶视图，该图描绘了本发明的另一个优选实施方案。在该图中，为简化而没有显示铸铁5。图7相反地显示了在将铸铁5注入集电棒槽3之前阴极1的构造。在该实施方案中，仅在阴极1的中心区域，集电棒槽3的仅两个侧面衬有膨胀石墨衬垫9。该实施方案提供了具有最有效结果的膨胀石墨衬垫9的最小程度使用。
图8是根据本发明的阴极1的示意性侧视图，该图描绘了本发明的另一个优选实施方案。在该情形中，集电棒2仅通过膨胀石墨衬垫9固定至阴极块4而无需铸铁5。该实施方案使费力的浇注工序被废弃，同时提供了使用膨胀石墨衬垫9的上述优点。优选地，按照强制联锁或摩擦联锁原理。例如，集电棒槽3可具有楔形形状。胶合也适合于将集电棒2固定至阴极块4。
该实施方案还允许减小集电棒槽3的尺寸。
图9示意性地描绘了用于测试在载荷下贯通面的电阻变化的实验室测试构造。使用该测试构造来模拟使用膨胀石墨衬垫9用以将集电棒槽3加衬垫的作用。使用加载/卸载循环测试各种类型和厚度的膨胀石墨箔片(例如SIGRAFLEX F02012Z)。试样尺寸在直径上为25mm。使用万能试验机(FRANKGmbH)进行测试。
图10显示了使用SGL Carbon Group商业制造的膨胀石墨箔片SIGRAFLEX F02012Z和WAL65型阴极的材料由测试载荷下贯通面的电阻的变化所获得的结果。该结果显示了现有技术的铸铁/WAL65系统(标记为“无箔片”)和本发明的F02012 Z/铸铁/WAL6 5系统(标记为“具有箔片”)的贯通面的电阻的变化。两个测试曲线的对比清楚地揭示，通过具有膨胀石墨的本发明的系统，显著降低了特别在较低载荷下的贯通面的电阻。该优点在载荷松弛时还得以维持，这是因为膨胀石墨的回弹性。
虽然几个附图显示了具有单一集电棒槽的阴极块或其部分，但本发明适用于以相同方式具有多于一个集电棒槽的阴极块。
还通过下面的实施例对本发明进行描述：
实施例1
将100份具有12μm-7mm颗粒尺寸的石油焦与25份沥青在150℃于叶片混合器中混合10分钟。将所得物质挤压为具有700×500×3400mm(宽度×高度×长度)尺寸的块。将这些所谓的生坯块置于环形炉中，用冶金焦炭进行覆盖并加热至900℃。然后在纵长石墨化炉中将所得碳化块加热至2800℃。而后，将生阴极块修整成它们的最终尺寸650×450×3270mm(宽度×高度×长度)。由各个块切割出宽度为135mm且深度为165mm的两个集电棒槽，接着用厚度为0.38mm且密度为1.1g/cm3的SIGRAFLEX F03811型膨胀石墨箔片将整个槽区域加衬垫。通过根据槽尺寸切割膨胀石墨箔片，以点状方式向该箔片的一侧施涂酚醛树脂胶粘剂，并用辊子将该箔片固定至槽表面，来完成所述加衬垫。
然后，将钢集电棒装配到槽内。通过将液体铸铁注入集电棒和箔片之间的间隙以常规方式进行电连接。
实施例2
根据实施例1制造修整至它们最终尺寸的阴极块。由各个块切割出宽度为135mm且深度为165mm的两个平行集电棒槽。从距所述块的各横向端80cm处开始，仅对槽的竖向侧加衬厚度为0.5mm且密度为0.7g/cm3的SIGRAFLEX F05007型膨胀石墨箔。然后，将钢集电棒装配槽中并按照实施例1进行连接。将阴极块放置到铝电解池内。
实施例3
根据实施例1制造修整至它们最终尺寸的阴极块。将各个块切割出宽度为151mm且深度为166mm的两个平行集电棒槽。两个宽度为150mm且高度为165mm的集电棒在其随后与槽表面相对的三个表面上用2层厚度为0.5mm的SIGRAFLEX F05007型膨胀石墨箔片进行覆盖。将如此覆盖的棒插入槽内，确保在室温下适度的紧密配合。将所述棒机械紧固以防止它们在被操作时滑出。然后，将阴极块放置到铝电解池内。
已经如是描述了本发明目前优选的实施方案，但应理解可以在不背离下面权利要求书的精神和范围下以另外方式来实施本发明。
附图标记：
(1)阴极
(2)钢制集电棒
(3)集电棒槽
(4)碳或石墨阴极块
(5)铸铁
(6)铝金属液层
(7)熔融电解质浴
(8)阳极
(9)膨胀石墨衬垫
(10)电解池电流分布线
Claims (20)
1.用于铝电解池的阴极(1)，该阴极包含碳或石墨阴极块(4)，该阴极块(4)具有容纳钢制集电棒(2)的集电棒槽(3)，其中该集电棒槽(3)衬有膨胀石墨衬垫(9)。
2.根据权利要求1的阴极(1)，其中集电棒槽(3)完全衬有膨胀石墨衬垫(9)。
3.根据权利要求1的阴极(1)，其中集电棒槽(3)局部衬有膨胀石墨衬垫(9)。
4.根据权利要求3的阴极(1)，其中集电棒槽(3)仅在其两个侧面衬有膨胀石墨衬垫(9)。
5.根据权利要求3或4的阴极(1)，其中集电棒槽(3)仅在其覆盖阴极长度30-60％的中心区域衬有膨胀石墨衬垫(9)。
6.根据权利要求1的阴极(1)，其中集电棒槽(3)衬有不同厚度和/或密度的膨胀石墨衬垫(9)。
7.根据权利要求6的阴极(1)，其中集电棒槽(3)衬有膨胀石墨衬垫(9)，所述膨胀石墨衬垫在阴极中心区域比在其边缘具有高10-50％的厚度和/或低10-50％的密度。
8.根据权利要求6的阴极(1)，其中集电棒槽(3)衬有膨胀石墨衬垫(9)，所述膨胀石墨衬垫在两个侧面比在顶面具有高10-50％的厚度和/或低10-50％的密度。
9.根据权利要求1的阴极(1)，其中集电棒槽(3)衬有膨胀石墨衬垫(9)并且钢集电棒(2)通过铸铁(5)固定至阴极块(4)。
10.根据权利要求1的阴极(1)，其中集电棒槽(3)衬有膨胀石墨衬垫(9)并且钢集电棒(2)通过膨胀石墨衬垫(9)固定至阴极块(4)。
11.根据权利要求10的阴极(1)，其中阴极块(4)具有降低的集电棒槽(3)尺寸。
12.根据权利要求1的阴极(1)，其具有多于一个集电棒槽(3)。
13.制造用于铝电解池的阴极(1)的方法，其特征在于步骤：
-制造碳或石墨阴极块(4)，
-用膨胀石墨衬垫(9)对集电棒槽(3)完全或局部加衬垫，和
-通过铸铁(5)将钢集电棒(2)装配到如此加衬垫的块(4)中。
14.制造用于铝电解池的阴极(1)的方法，其特征在于步骤：
-制造碳或石墨阴极块(4)，
-用膨胀石墨衬垫(9)对集电棒槽(3)完全或局部加衬垫，和
-将钢集电棒(2)装配到如此加衬垫的块(4)中。
15.制造用于铝电解池的阴极(1)的方法，其特征在于步骤：
-制造碳或石墨阴极块(4)，
-用膨胀石墨衬垫(9)对钢集电棒(2)在面对集电棒槽(3)的表面完全或局部加衬垫，和
-将如此加衬垫的钢集电棒(2)装配到块(4)中。
16.根据权利要求13或14的制造阴极(1)的方法，由此用胶粘剂将膨胀石墨衬垫(9)固定至阴极块(4)。
17.根据权利要求15的制造阴极(1)的方法，由此用胶粘剂将膨胀石墨衬垫(9)固定至钢集电棒(2)。
18.根据权利要求16的制造阴极(1)的方法，由此通过仅在选定区域施涂胶粘剂将膨胀石墨衬垫(9)固定至钢集电棒(2)或阴极块(4)。
19.根据权利要求17的制造阴极(1)的方法，由此通过仅在选定区域施涂胶粘剂将膨胀石墨衬垫(9)固定至钢集电棒(2)或阴极块(4)。
20.铝电解池，其含有根据权利要求1至12之一的阴极(1)。
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