CN104047034B - 保护电解槽的系统和方法 - Google Patents

保护电解槽的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104047034B
CN104047034B CN201410224684.3A CN201410224684A CN104047034B CN 104047034 B CN104047034 B CN 104047034B CN 201410224684 A CN201410224684 A CN 201410224684A CN 104047034 B CN104047034 B CN 104047034B
Authority
CN
China
Prior art keywords
side wall
sidewall
electrolyte
sidewall sections
polarization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410224684.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104047034A (zh
Inventor
刘兴华
R·A·迪米利亚
J·M·戴尼斯
J·S·马特洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
The US company Alcoa
Original Assignee
Alcoa Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcoa Inc filed Critical Alcoa Inc
Publication of CN104047034A publication Critical patent/CN104047034A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104047034B publication Critical patent/CN104047034B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/14—Devices for feeding or crust breaking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/005—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/02—Tanks; Installations therefor
    • C25D17/04—External supporting frames or structures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

大体上，本发明涉及一种电解槽的侧壁特征(例如，内侧壁或热表面)，在电解槽工作中(例如，在电解槽中生产金属时)该侧壁特征保护侧壁免受电解液的侵蚀。

Description

保护电解槽的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2013年3月13日提交的标题为“保护电解槽的系统和方法”的US申请号61/780,439的非临时申请，并且要求US61/780,439的优先权，US61/780,439通过引用而整体并入本申请中。
技术领域
大体上，本发明涉及电解槽的侧壁特征(例如，内侧壁或热表面)，该侧壁特征在电解槽工作中(例如，在电解槽中生产金属时)保护侧壁免受电解液的侵蚀。更具体地说，在本发明的一个或多个实施例中，在沿内侧壁的全部或一部分没有凝固壁架的情况下，内侧壁特征用于直接与电解槽中的金属、电解液和/或气相接触。
背景技术
传统上，电解槽的侧壁是由导热材料构成，沿整个侧壁(以及电解液的上表面)形成凝固壁架，从而保持电解槽的完整性。通过本发明的不同实施例，至少部分地使用本发明的一个或者多个侧壁实施例代替传统侧壁。
发明内容
在一些实施例中，提供一种稳定的侧壁材料，通过维持电解液化学成分中的一种或多种组分处在一定饱和百分比，使得该侧壁材料在熔融电解质(例如电解槽的电解液)中是稳定的(例如，基本上不反应的)。在一些实施例中，通过沿该侧壁设置的至少一个进料装置来维持电解液化学成分，该进料装置向电解槽提供进料(例如，能够作为保护性沉积物保持在邻近该电解槽的侧壁)。在一些实施例中，该保护性沉积物向电解液(例如，向紧邻该侧壁的电解液)供给至少一种电解液组分(例如，氧化铝)。作为一个非限制性的示例，随着该保护性沉积物缓慢地溶解，对于该电解液组分而言，邻近该侧壁的电解液化学成分处于饱和或接近饱和状态，因此通过与熔融电解质/电解液相互作用，能保护该侧壁免于溶解(例如溶解/腐蚀)。在一些实施例中，在电解槽工作条件下(例如，温度、电解液比率，以及电解液和/或含量)，该电解液对于具体电解液组分(例如，氧化铝)的饱和度根据进料浓度(例如，氧化铝)而定。
在一些实施例中，极化的侧壁(例如阳极极化的侧壁和/或阴极极化的侧壁)主动地帮助传导电流流入或流出壁面，其中，这种极化的材料抵抗：气相、电解液/空气界面、电解液、电解液/金属界面、金属层及其组合。
在一些实施例中，凝固壁架装置和/或导热体(例如隔热材料)包含至少一部分侧壁并且被配置为在特定位置从电解液中吸取热量，从而沿着一部分侧壁限定局部的凝固壁架。在一些实施例中，该局部的凝固壁架被配置成作为介于相对的极化侧壁部分和/或界面(例如电解液-气相界面或金属-电解液界面)之间的电绝缘体。在一些实施例中，该凝固壁架装置和/或导热体材料是与(a)非反应性的侧壁材料(也称为稳定的侧壁材料)和/或(b)极化的侧壁材料中的至少一个协同使用的。在一些实施例中，该凝固壁架装置是可调节的、可重新定位的和/或可移除的。在一些实施例中，该凝固壁架装置与侧壁是一体的(例如是侧壁的一部分)。
在一些实施例中，本发明的侧壁比传统的导热材料封装能节约能量：至少大致5％；至少大致10％；至少大致15％；至少大致20％；至少大致25％；或者至少大致30％。
在一些实施例中，热通量(即在电解槽运行期间通过该电解槽的侧壁的热损失)为：不超过大致5kW/m2；不超过大致4kW/m2；不超过大致3kW/m2；不超过大致2kW/m2；不超过大致1kW/m2；不超过大致0.75kW/m2。
在一些实施例中，热通量(即在电解槽运行期间通过该电解槽的侧壁的热损失)为：至少大致5kW/m2；至少大致4kW/m2；至少大致3kW/m2；至少大致2kW/m2；至少大致1kW/m2；至少大致0.75kW/m2。
与之形成鲜明对比的是，商业化的Hall槽运行时通过侧壁的热通量在大致8-12kW/m2之间。
在本发明的一个或多个实施例中，提供用于金属电解槽的活动性的/动态的侧壁/端壁，其中，侧壁的内部(内壁)是正极化的、负极化的或它们的组合(正极化和负极化的-在正极和负极侧壁部分之间具有绝缘体)。在本发明的一个或多个实施例中，中间部分(绝缘体)是由热绝缘材料和电绝缘材料构建的以防止热损失。在一个或多个实施例中，侧壁的外部是用于稳定结构的外壳(例如，钢)。在一些实施例中，采用稳定材料和/或局部凝固壁架，并且专门设计/构造成跨过该动态的(活动性的)侧壁/端壁中的间隙(例如，密封和/或电绝缘)延伸。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极间隔开的阴极、与阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及包括侧壁和底部的槽体，其中，该槽体被配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：极化的侧壁部分，其中，该极化的侧壁部分与熔融电解液液体连通。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽壁，其包括：包括侧壁和底部的槽体，其中，该槽体被配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括极化的侧壁部分，其中，该极化的侧壁部分配置成与该熔融电解液液体连通。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极间隔开的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及包括侧壁和底部的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括极化的侧壁部分和非极化的侧壁部分，其中，极化的侧壁部分与非极化的侧壁部分彼此相邻并且都与该熔融电解液液体连通。
在本发明的一个方面，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及包括侧壁和底部的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括非极化的侧壁部分和占侧壁至少大致50％的极化的侧壁部分，其中，极化的侧壁部分与非极化的侧壁部分彼此相邻并且都与该熔融电解液液体连通。
在本发明的一个方面，提供一种电解槽侧壁，其包括：包括侧壁和底部的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括：极化的侧壁部分(例如，占侧壁的大致1％至大致100％)，其中，该极化的侧壁部分配置成与该熔融电解液液体连通。
在一些实施例中，极化的侧壁部分选自：阳极极化侧壁、阴极极化侧壁及它们的组合。
在一些实施例中，非极化的侧壁部分选自基本上由导热体、稳定材料(非反应性的材料)、凝固壁架装置及其组合组成的组。
在一些实施例中，极化的侧壁包括：阴极化侧壁，其中，阴极极化侧壁部分邻近槽体底部并且与槽体底部连通(例如，在电解液-气相界面之下)；此外，其中，非极化的侧壁部分位于该阴极极化侧壁部分上方并且与电解液-空气界面连通。
在一些实施例中，极化的侧壁包括阳极极化侧壁部分，其中，该阳极化侧壁邻近电解液-气相界面并与之连通，并且在槽体底部上方(例如，在电解液-金属界面上方；或不与阴极块或阴极化槽底直接接触)；此外，其中，非极化的侧壁部分位于该阳极极化侧壁部分之下并且与(a)电解液-金属界面和(b)槽底中的至少一个连通。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽侧壁，其包括：包括侧壁和底部的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括极化的侧壁部分和非极化的侧壁部分，其中，极化的侧壁部分与非极化的侧壁部分彼此相邻并且都与该熔融电解液液体连通。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及槽体，槽体包括至少一个侧壁和底部，其中，该槽体配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括阳极极化侧壁部分和非极化的侧壁材料，其中，阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，该阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部，并且与电解液-空气/气相界面相连通；非极化的侧壁材料邻近该阳极极化侧壁部分，并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个连通。
在一些实施例中，非极化的侧壁配置成从槽底延伸到金属层-电解液界面上方的高度处。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽侧壁，其包括：包括至少一个侧壁和底部的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液，其中，该侧壁包括：阳极极化侧壁部分和非极化的侧壁材料，其中，阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部并且与电解液-气相界面相连通；非极化的侧壁材料邻近该阳极极化侧壁部分，并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个连通。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及包括至少一个侧壁和底部的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液；其中，该侧壁包括：阳极极化侧壁部分以及非极化的侧壁材料，其中阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部并且与电解液-空气界面相连通；非极化的侧壁材料包括导热体，该导热体邻近该阳极极化侧壁部分并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个连通，其中，该导热体配置成从熔融电解液中邻近导热体接触点接收热量，其中，通过该导热体，沿一部分侧壁在导热体和熔融电解液之间形成凝固壁架(例如，局部的)。作为非限制性的示例，该导热体配置成将阴极部分(例如，金属层、阴极或槽底)与该阳极极化侧壁部分隔离。
在本发明的一个方面中，提供一种电解侧壁，其包括槽体，该槽体包括至少一个侧壁和底部，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：阳极极化侧壁部分以及非极化的侧壁材料，其中阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部并且与电解液-空气界面相连通；非极化的侧壁材料包括导热体，该导热体邻近该阳极极化侧壁部分并且与槽底相连通，其中该导热体配置成从熔融电解液中邻近导热体接触点接收热量，其中，通过该导热体，沿一部分侧壁在导热体和熔融电解液之间形成凝固壁架。
在一些实施例中，从槽底排出金属产物。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及槽体，槽体包括至少一个侧壁和底部，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：阳极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部，并且与电解液-气相界面相连通；非极化的侧壁部分邻近该阳极极化侧壁部分并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个相连通，其中该非极化的侧壁包括非反应性的材料，该材料是电解液化学成分的一种组分；此外，其中，借助于电解液化学成分和该非反应性的材料在电解液中的饱和度，该侧壁与熔融盐电解质(例如，在电解槽运行期间)基本上是不反应的。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽侧壁，其包括槽体，槽体包括至少一个侧壁和底部，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：阳极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部并且与电解液-空气界面相连通；非极化的侧壁部分邻近该阳极极化侧壁部分并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个相连通，其中该非极化的侧壁包括非反应性的材料，该材料是电解液化学成分的一种组分；此外，其中，借助于电解液化学成分和该非反应性材料在电解液中的饱和度，该侧壁与熔融盐电解质(例如，在电解槽运行期间)基本上是不反应的。
在一些实施例中，该非极化的侧壁部分(例如，稳定侧壁)配置成从侧壁(例如，侧壁轮廓)向外延伸并且成阶梯状配置。在一些实施例中，电解槽配有进料器，该进料器向电解液中提供进料，电解液沿着稳定侧壁材料的阶梯状伸出部分的至少一部分(例如，沿着顶面和/或侧面)保持。在一些实施例中，该稳定侧壁材料邻近阳极极化侧壁部分并且与之相连通(即，从而使得该阳极极化侧壁部分在隔热封装的全部长度上延伸，并且该稳定侧壁材料装配在邻近金属层和/或电解液-金属层界面的一部分阳极极化侧壁部分上)。在一些实施例中，该稳定侧壁材料的顶表面是平的。在一些实施例中，该稳定侧壁的顶部/顶表面是倾斜的(例如，朝向该阳极极化侧壁倾斜)。在一些实施例中，该倾斜的稳定侧壁与该阳极极化侧壁一起限定沟槽，该沟槽构造成在其中保持保护性沉积物。在一些实施例中，该倾斜的稳定侧壁向电解槽/金属层的中心(远离该侧壁)倾斜。
在一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及槽体，槽体包括至少一个侧壁和底部，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括阳极极化侧壁部分与非极化的侧壁部分，其中阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部并且与电解液-空气界面相连通；非极化的侧壁部分邻近该阳极极化侧壁部分并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个相连通，其中该非极化的侧壁包含凝固壁架装置：其中，借助该凝固壁架装置，从邻近该凝固壁架装置的熔融盐电解液中导出热量，由此沿着邻近该凝固壁架装置的一部分侧壁来限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解侧壁，其包括槽体，槽体包括至少一个侧壁和底部，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：阳极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阳极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阳极极化侧壁位于槽体底部上方并且远离槽体底部并且与电解液-气相界面相连通；非极化的侧壁部分邻近该阳极极化侧壁部分并且与槽底相连通，其中该非极化的侧壁包括凝固壁架装置：其中，借助该凝固壁架装置，从邻近该凝固壁架装置的熔融盐电解液中导出热量，由此沿着邻近该凝固壁架装置的一部分侧壁来限定凝固壁架。
在一些实施例中，从电解槽排出金属产物。
在一些实施例中，该凝固壁架装置包括：具有入口和出口的本体；热交换通道，其中该热交换通道沿着主体的内部延伸并且与该入口和出口液体连通；以及冷却介质，其中该冷却介质沿着由热交换通道、入口和出口限定的流动通路流动。
在一些实施例中，该通道包括沿着本体外壁的多个扩张区域，其中，该扩张区域配置成提供增大的表面积，以便从熔融盐电解液向冷却介质传导热量。
在一些实施例中，该冷却介质选自：氩气、氮气和空气。
在一些实施例中，该扩张区域还包括多个翅片。
在一些实施例中，该凝固壁架装置从电解槽导出至少大致5kW/m2的热通量。
在一些实施例中，该凝固壁架装置还包括附接至冷却介质出口的热交换器。
在一些实施例中，该非极化的侧壁部分配置成保持跨过该非极化侧壁部分的热损失不大于大致5kW/m2。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分及第二侧壁部分，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分；第二侧壁部分配置成从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分横向隔开，从而使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与电解槽底(例如，金属层)分开。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽侧壁，其包括：具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分和第二侧壁部分，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分；第二侧壁部分配置成从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；其中该沟槽构造成接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与电解槽底(例如，金属层)分开。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及引导部件，其中，第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分，其构造成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分配置成从槽体的底部向上延伸，并且与第一侧壁部分在横向上隔开，从而第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；其中该沟槽构造成接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与电解槽底(例如，金属层)分开；该引导部件位于该阳极侧壁部分和第二侧壁部分之间，此外其中该引导部件在沟槽基部上方横向隔开，从而该引导部件配置成引导保护性沉积物进入沟槽。
在一些实施例中，该引导部件包括阳极极化材料。在一些实施例中，该引导部件包括非反应性的(例如，稳定的)材料。在一些实施例中，该引导部件包括阴极极化材料。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及导热体，其中第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分，构造成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分构造成从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；导热体配置成安装在该间隙中并且在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸，其中该导热体从熔融电解液中接收热量，其中，通过从熔融电解液经侧壁从导热体传导热量，在导热体和熔融电解质之间形成凝固壁架，该凝固壁架横跨第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽组件，其包括具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及导热体，其中第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分，构造成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；导热体配置成安装在该间隙中并且在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸，其中该导热体从熔融电解液中接收热量，其中，通过从熔融电解液经侧壁从导热体传导热量，在导热体和熔融电解质之间形成凝固壁架，凝固壁架横跨第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及凝固壁架装置，其中第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分，构造成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；凝固壁架装置配置成安装在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙中，其中借助该凝固壁架装置，从熔融电解液中导出热量，由此沿着在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸的该凝固壁架装置限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽组件，其包括：具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体配置成保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及凝固壁架装置，其中第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分，构造成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；凝固壁架装置配置成安装在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙中，其中借助该凝固壁架装置，从熔融电解液中导出热量，由此沿着在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸的该凝固壁架装置限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及构造成保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：与熔融电解液液体连通的阴极极化侧壁部分，其中该阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)，并且延伸到电解液-气相界面上方。在这个实施例中，在该阴极极化侧壁部分延伸到电解液-气相界面之上的地方，该阴极极化侧壁具有局部的凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阴极极化侧壁部分与熔融电解液液体连通，并且阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，其中该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通。
在一些实施例中，该侧壁包括沿着电解液-空气界面的一部分导热材料，从而从电解液中移除热量和/或沿着电解液-空气界面构建凝固部分。
在一些实施例中，该侧壁包括邻近导热材料/在导热材料顶部的一部分耐火壁。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阴极极化侧壁部分与熔融电解液液体连通，并且阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，其中该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阴极极化侧壁部分与熔融电解液液体连通，其中阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，其中该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通；其中该非极化的侧壁包含非反应性的材料，该材料是该电解液化学成分的一种组分；此外，其中，借助于电解液化学成分和该非反应性材料在电解液中的饱和度，该侧壁基本上与熔融盐电解质是不反应的(例如，在电解槽运行期间)。
在一些实施例中，该非极化的侧壁部分(稳定侧壁/第一侧壁部分)在隔热封装的整个长度上延伸(即，到槽底)，并且该阴极化侧壁配置成紧邻该稳定侧壁材料附接并且与之连通，从而使得该阴极化侧壁与(1)金属层和(2)电解液-金属层界面中的至少一个液体连通。在一些实施例中，该阴极化侧壁具有平坦的顶部。在一些实施例中，该阴极化侧壁具有倾斜的顶部(即，朝向稳定侧壁倾斜，从而在其中限定凹陷区域/沟槽)。在一些实施例中，该阴极化侧壁具有倾斜的顶部(即，朝向金属层/电解槽中心倾斜)，以辅助向槽底排出金属产物。在一些实施例中，该电解槽还包括进料器，该进料器向电解槽供给进料，进料作为保护性沉积物保持在阴极化侧壁的倾斜顶部。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阴极极化侧壁部分与熔融电解液液体连通，其中，阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，其中该非极化的侧壁部分邻近电解液-气相界面并与之连通；其中该非极化的侧壁包括非反应性的材料，该材料是该电解液化学成分的一种组分；此外，其中，借助于电解液化学成分和该非反应性材料在电解液中的饱和度，该侧壁基本上与熔融盐电解质是不反应的(例如，在电解槽运行期间)。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阴极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，其中该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通；其中该非极化的侧壁包括凝固壁架装置，其中，借助该凝固壁架装置，从邻近该凝固壁架装置的熔融电解液中导出热量，由此沿着邻近该凝固壁架装置的一部分侧壁限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中阴极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，其中该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通；其中该非极化的侧壁包括凝固壁架装置，其中，借助该凝固壁架装置，从邻近该凝固壁架装置的熔融电解液中导出热量，由此沿着邻近该凝固壁架装置的一部分侧壁限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中，阴极极化侧壁部分与电解液液体连通，，其中，阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面，与金属层连通)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，并且该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通；其中该非极化的侧壁部分包括邻近该阴极极化的侧壁部分并且与电解液-空气界面相连通的导热体，其中该导热体从熔融电解液中传导热量，其中经由该导热体，沿着侧壁的导热体部分限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：阴极极化侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中，阴极极化侧壁部分与电解液液体连通，其中，阴极极化侧壁邻近槽体底部并与之连通(例如，横跨电解液-金属界面，与金属层连通)；非极化的侧壁部分与该阴极极化侧壁部分邻近并与之连通，该非极化的侧壁部分邻近电解液-空气界面并与之连通；其中该非极化的侧壁部分包括邻近该阴极极化的侧壁部分并且与电解液-空气界面相连通的导热体，其中该导热体从熔融电解液中传导热量，其中经由该导热体，沿着侧壁的导热体部分限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分和第二侧壁部分，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，并从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与电解槽底(例如，金属层)分开。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分和第二侧壁部分，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，该第二侧壁部分从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部(例如，金属层)分开。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及引导部件，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，并从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部构成沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部(例如，金属层)分开；引导部件设置在第二侧壁部分(例如，阴极极化侧壁部分)和第一侧壁部分(例如，非极化的侧壁部分)之间，此外，其中该引导部件在沟槽基部上方横向隔开，从而该引导部件配置成引导保护性沉积物进入沟槽。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及引导部件，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包含阴极极化侧壁，并从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分与第二侧壁部分之间的基部构成沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部(例如，金属层)分开；引导部件设置在第二侧壁部分(例如，阴极极化侧壁部分)和第一侧壁部分(例如，非极化的侧壁部分)之间，此外，其中该引导部件在沟槽基部上方横向隔开，从而该引导部件配置成引导保护性沉积物进入沟槽。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的电解液、具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及导热体，其中，第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，并且配置成从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；导热体配置成安装在该间隙中并且在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸，其中该导热体从熔融电解液中传导热量，从而借助该导热体，沿着该导热体在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及导热体，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，并且该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，并且从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；导热体配置成安装在该间隙中并且在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸；其中该导热体从熔融电解液中传导热量，从而借助该导热体，沿着该导热体在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及凝固壁架装置，其中第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，并且从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；凝固壁架装置配置成安装在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙中；其中借助该凝固壁架装置，从与凝固壁架装置相邻的熔融盐电解液中导出热量，由此沿着在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的一部分侧壁限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及凝固壁架装置，其中，第一侧壁部分安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，并且从槽体的底部向上延伸，其中该第二侧壁部分与第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分与第二侧壁部分限定一个间隙；凝固壁架装置配置成安装在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙中；其中借助该凝固壁架装置，从与凝固壁架装置相邻的熔融盐电解液中导出热量，由此沿着在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间延伸的一部分侧壁限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：位于金属层-电解液界面处或在金属层-电解液界面上方的阳极极化侧壁部分；位于金属-电解液界面处或在金属-电解液界面之下的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的一部分非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括绝缘体，从而把阴极极化侧壁与阳极极化侧壁彼此电绝缘。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：位于金属层-电解液界面处或在金属层-电解液界面上方的阳极极化侧壁部分；位于金属-电解液界面处或在金属-电解液界面之下的阴极极化侧壁部分；和在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的一部分非极化的侧壁部分；其中该非极化的侧壁部分包括绝缘体，从而把阴极极化侧壁与阳极极化侧壁彼此电绝缘。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括绝缘体。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括绝缘体。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽组件，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；和包括导热体的非极化的侧壁部分，其中该导热体配置成在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸，其中该导热体配置成从熔融电解液中传导热量，其中通过该导热体，在阳极极化侧壁和阴极极化侧壁之间、邻近并沿着导热体的表面形成凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；和包括导热体的非极化的侧壁部分，其中该导热体配置成在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸，其中该导热体配置成从熔融电解液中传导热量，其中通过该导热体，在阳极极化侧壁和阴极极化侧壁之间、邻近和沿着导热体的表面形成凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括凝固壁架装置，其中借助该凝固壁架装置，从熔融电解液(例如，邻近该凝固壁架装置)导出热量，其中，通过该凝固壁架装置，在阳极极化侧壁和阴极极化侧壁之间限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括凝固壁架装置，其中借助该凝固壁架装置，从熔融电解液(例如，邻近该凝固壁架装置)导出热量，其中，通过该凝固壁架装置，在阳极极化侧壁和阴极极化侧壁之间限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括非反应性的侧壁材料，该材料是该电解液化学成分的一种组分；此外，其中，借助于电解液化学成分和该非反应性的材料在电解液中的饱和度，该非反应性的侧壁材料基本上与熔融盐电解质是不反应的(例如，在电解槽运行期间)。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：保持熔融电解液的槽体，其中该槽体包括：至少一个侧壁和底部；其中该侧壁包括：横跨气相-电解液界面的阳极极化侧壁部分；位于气相-电解液界面之下(例如，在电解液-金属界面处)的阴极极化侧壁部分；以及在阳极极化侧壁部分和阴极极化侧壁部分之间延伸的非极化的侧壁部分，其中该非极化的侧壁部分包括非反应性的侧壁材料，该材料是该电解液化学成分的一种组分；此外，其中，借助于电解液化学成分和该非反应性的材料在电解液中的饱和度，该非反应性的侧壁材料基本上与熔融盐电解质是不反应的(例如，在电解槽运行期间)。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得阴极化侧壁与阳极化侧壁之间限定一个间隙；非极化的侧壁部分包括设置在该间隙中的并且在阳极化侧壁和阴极化侧壁之间延伸的绝缘体；其中该绝缘体把阴极化侧壁与阳极化侧壁彼此电绝缘。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得阴极化侧壁与阳极化侧壁之间限定一个间隙；非极化的侧壁部分包括设置在该间隙中的并且在阳极化侧壁和阴极化侧壁之间延伸的绝缘体；其中该绝缘体把阴极化侧壁与阳极化侧壁电绝缘。
在本发明的一个方面，提供一种电解槽，包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分以及第二侧壁部分，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁、阴极化侧壁以及该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与电解槽底(例如，金属层)分开。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分以及第二侧壁部分，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁、阴极化侧壁以及该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部(例如，金属层)分开。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及引导部件，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁、阴极化侧壁以及该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与电解槽底部(例如，金属层)分开；引导部件位于该阳极化侧壁和阴极化侧壁之间，此外，其中该引导部件在沟槽基部上方横向隔开，从而使该引导部件配置成引导保护性沉积物进入沟槽。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及引导部件，其中，第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁、阴极化侧壁以及该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的基部限定沟槽；其中该沟槽接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部(例如，金属层)分开；引导部件位于该阳极化侧壁和阴极化侧壁之间，此外，其中该引导部件在沟槽基部上方横向隔开，从而使得该引导部件被配置成引导保护性沉积物进入沟槽。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间限定一个间隙；非极化的侧壁部分包括凝固壁架装置，其位于该间隙中并且在阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间延伸，其中该凝固壁架装置装配在该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的间隙中，其中通过该凝固壁架装置，从熔融盐电解液导出热量，从而沿着第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中，第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间限定一个间隙；非极化的侧壁部分包括凝固壁架装置，其位于该间隙中并且在阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间延伸，其中该凝固壁架装置装配在该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的间隙中，其中通过该凝固壁架装置，从熔融盐电解液中导出热量，从而沿着第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的间隙限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种电解槽，其包括：阳极、与阳极相间隔的阴极、与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液、以及具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及非极化的侧壁部分，其中，第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间限定一个间隙；非极化的侧壁部分包括导热体，其中该导热体安装在该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的间隙中，其中通过该导热体，从邻近该导热体的熔融电解液导出热量，从而沿着该阳极化侧壁和阴极化侧壁之间的间隙限定凝固壁架。
在本发明的一个方面中，提供一种组件，其包括：具有至少一个侧壁和底部的槽体，其中该槽体保持熔融电解液；其中该侧壁包括：第一侧壁部分、第二侧壁部分以及非极化的部分，其中第一侧壁部分包括阳极化侧壁，其中该阳极化侧壁安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；第二侧壁部分包括阴极化侧壁，该阴极化侧壁配置成从槽体的底部向上延伸，其中该阴极化侧壁与阳极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间限定一个间隙；非极化的部分包括导热体，其中该导热体安装在该阳极化侧壁和该阴极化侧壁之间的间隙中，其中通过该导热体，从邻近该导热体的熔融电解液导出热量，从而沿着该阳极化侧壁和阴极化侧壁之间的间隙限定凝固壁架。
在一些实施例中，该电解液包括一定量的进料(例如，氧化铝)，其含量在饱和极限值之上(例如，因此在电解液中存在颗粒)。
在一些实施例中，该电解液组分(例如，氧化铝)包括如下的平均电解液含量：不超过饱和度的大致2％；不超过饱和度的大致1.5％；不超过饱和度的大致1％；不超过饱和度的大致0.5％；处于饱和度；或者在饱和度之上(例如，在电解液中存在该电解液成分的未溶解颗粒)。
在一些实施例中，该电解液组分的饱和度为：至少饱和度的大致95％；至少饱和度的大致96％；至少饱和度的大致97％；至少饱和度的大致98％；至少饱和度的大致99％；饱和度的100％；或者在饱和度之上(例如，在电解液中存在该电解液成分的未溶解颗粒)。
在一些实施例中，该电解液组分的饱和度为：不大于饱和度的大致95％；不大于饱和度的大致96％；不大于饱和度的大致97％；不大于饱和度的大致98％；不大于饱和度的大致99％；或者不大于饱和度的100％。
在一些实施例中，该电解液组分包括作为整个电解槽的平均量的电解液含量饱和度。在一些实施例中，该电解液组分包括在邻近侧壁(例如，非反应性/稳定的侧壁材料)处测量的电解液含量饱和度。
在一些实施例中，邻近侧壁的位置是电解液：邻接壁面；距壁面不大于大致1”；距壁面不大于大致2”；距壁面不大于大致4”；距壁面不大于大致6”；距壁面不大于大致8”；距壁面不大于大致10”；距壁面不大于大致12”；距壁面不大于大致14”；距壁面不大于大致16”；距壁面不大于大致18”；距壁面不大于大致20”；距壁面不大于大致22”，或者距壁面不大于大致24”。
在一些实施例中，邻近侧壁的位置是电解液：邻接壁面；距壁面小于大致1”；距壁面小于大致2”；距壁面小于大致4”；距壁面小于大致6”；距壁面小于大致8”；距壁面小于大致10”；距壁面小于大致12”；距壁面小于大致14”；距壁面小于大致16”；距壁面小于大致18”；距壁面小于大致20”；距壁面小于大致约22”，或者距壁面小于大致24”。
在一些实施例中，该保护性沉积物包括所述至少一种电解液组分。在一些实施例中，该保护性沉积物包括至少两种电解液组分。
在一些实施例中，该保护性沉积物从沟槽处向上延伸到至少电解液的上表面。
在一些实施例中，引导部件由存在于电解液化学成分中的材料构造，因此借助于该电解液化学成分，能使该引导部件在熔融盐电解质中得以维持。在一些实施例中，该引导部件由稳定材料(例如，在电解液和/或气相中非反应性的材料)构造。
在一些实施例中，沟槽的基部通过料块来限定，其中该料块由选自电解液化学成分中的组分构造而成，其中借助于该电解液化学成分，能使该料块在熔融盐电解质中得以维持。在一些实施例中，该料块包括稳定材料(非反应性的材料)。在一些实施例中，该料块包括氧化铝。
在一些实施例中，该电解槽还包括用来向沟槽中提供保护性沉积物的进料器(例如，进料装置)。
在一些实施例中，该进料装置附接至槽体。
在本发明的一个方面中，提供一种方法，其包括：在电解槽中从阳极经由熔融电解液向阴极传导电流；在邻近槽壁处向电解槽中供入进料，从而使进料保持在邻近侧壁界定的沟槽中；以及通过进料步骤，在电解槽运行期间使侧壁维持在熔融电解质中，其中该侧壁由熔融电解液中在大致95％饱和度的范围内的至少一种组分构造而成。
在本发明的一个方面中，该方法包括：伴随着第一步骤，维持该电解液的温度不超过960℃，其中电解槽的侧壁基本上没有凝固壁架。
在一些实施例中，该方法包括消耗保护性沉积物以向电解液中补给金属离子。
在一些实施例中，该方法包括由所述至少一种电解液组分生产金属产物。
上文提及的本发明的不同方面可组合，以得出涉及在低温下(例如，低于960℃)在电解槽中原生金属生产的装置、组件和方法。
在下面的详述中部分地阐述了本发明的上述及其他方面、优点和新颖的特征，并且在研究下列阐述和附图后，本发明的上述及其他方面、优点和新颖的特征对于本领域技术人员是显而易见的，或者可以通过实施本发明来学习。
附图说明
图1示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁的槽体的局部剖视侧视图。
图2示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁(具有凝固壁架的导热体)的槽体的局部剖视侧视图。
图3A示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁(稳定侧壁/非反应性材料)的槽体的局部剖视侧视图。
图3B示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁(阶梯状/伸出结构的稳定侧壁)的槽体的局部剖视侧视图。
图3C示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁(阶梯状/伸出结构的稳定侧壁)并具有向非极化侧壁提供保护性沉积物的进料器的槽体的局部剖视侧视图。
图3D示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁(阶梯状/伸出结构的稳定侧壁)并具有向非极化侧壁提供保护性沉积物的进料器的槽体的另一实施例的局部剖视侧视图。
图3E示出了具有阳极化侧壁和包括非极化侧壁(阶梯状/伸出结构的稳定侧壁)的第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图。
图3F示出了具有阳极化侧壁和包括非极化侧壁(阶梯状/伸出结构的稳定侧壁)的第二侧壁部分的槽体的另一实施例的局部剖视侧视图。
图4示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和非极化侧壁(具有凝固壁架的凝固壁架装置)的槽体的局部剖视侧视图。
图5示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中该第二侧壁部分是非极化侧壁(稳定材料)，还包括提供保护性沉积物的进料器。
图6示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中该第二侧壁部分是非极化侧壁(稳定材料)，还包括提供保护性沉积物的进料器和引导部件。
图7示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中该第二侧壁部分是非极化侧壁(稳定材料)，包括导热体材料，以在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间提供凝固壁架。
图8示出了根据本发明的具有阳极化侧壁和第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中该第二侧壁部分是非极化侧壁(稳定材料)，包括凝固壁架装置，以在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间提供凝固壁架。
图9示出了根据本发明的具有阴极化侧壁和非极化侧壁的槽体的局部剖视侧视图。
图10A示出了根据本发明的具有阴极化侧壁和非极化侧壁(稳定侧壁/非反应性材料)的槽体的局部剖视侧视图。
图10B示出了根据本发明的具有阴极化侧壁和非极化侧壁的槽体的另一实施例的局部剖视侧视图。
图10C示出了根据本发明的具有第一侧壁部分和第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图的另一实施例，其中第一侧壁部分是非极化侧壁(稳定侧壁)，第二侧壁部分是阴极化侧壁。
图10D示出了根据本发明的具有第一侧壁部分和第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图的另一实施例，其中第一侧壁部分是非极化侧壁(稳定侧壁)，第二侧壁部分是阴极化侧壁，包括提供保护性沉积物的进料器。
图11示出了根据本发明的具有阴极化侧壁和非极化侧壁(具有凝固壁架的凝固壁架装置)的槽体的局部剖视侧视图。
图12示出了根据本发明的具有阴极化侧壁和非极化侧壁(具有凝固壁架的导热体)的槽体的局部剖视侧视图。
图13示出了根据本发明的具有第一侧壁部分(稳定侧壁)和第二侧壁部分(阴极化侧壁)的槽体的局部剖视侧视图，具有进料器和保护性沉积物。
图14示出了根据本发明的具有第一侧壁部分(稳定侧壁)和第二侧壁部分(阴极化侧壁)的槽体的局部剖视侧视图，具有进料器和保护性沉积物，还包括引导部件。
图15示出了根据本发明的具有第一侧壁部分(稳定侧壁)和第二侧壁部分(阴极化侧壁)的槽体的局部剖视侧视图，在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间有导热体，以限定凝固壁架。
图16示出了根据本发明的具有第一侧壁部分(稳定侧壁)和第二侧壁部分(阴极化侧壁)的槽体的局部剖视侧视图，具有用于限定凝固壁架的凝固壁架装置。
图17示出了根据本发明的具有侧壁的槽体的局部剖视侧视图，其中该侧壁包括阳极化侧壁部分、阴极化侧壁部分和绝缘体(例如，在阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间的电绝缘体)。
图18示出了根据本发明的具有侧壁的槽体的局部剖视侧视图，其中该侧壁包括阳极化侧壁部分、阴极化侧壁部分和在阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间的电绝缘体(具有凝固壁架的导热体材料)。
图19示出了根据本发明的具有侧壁的槽体的局部剖视侧视图，其中该侧壁包括阳极化侧壁部分、阴极化侧壁部分和在阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间的电绝缘体(具有凝固壁架的凝固壁架装置)。
图20示出了根据本发明的具有侧壁的槽体的局部剖视侧视图，其中该侧壁包括阳极化侧壁部分、阴极化侧壁部分和在阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间的电绝缘体(稳定侧壁材料/非反应性材料)。
图21示出了根据本发明的具有阳极化的第一侧壁部分和阴极化的第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的距离内横跨有电绝缘体。
图22示出了根据本发明的具有阳极化的第一侧壁部分和阴极化的第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的距离内横跨有电绝缘体(通过进料器提供的保护性沉积物)。
图23示出了根据本发明的具有阳极极化的第一侧壁部分和阴极极化的第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的距离内横跨有电绝缘体(通过进料器提供的保护性沉积物)，还包括引导部件。
图24示出了根据本发明的具有阳极化的第一侧壁部分和阴极化的第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的距离内横跨有电绝缘体(具有凝固壁架的凝固壁架装置)，还包括引导部件。
图25示出了根据本发明的具有阳极化的第一侧壁部分和阴极化的第二侧壁部分的槽体的局部剖视侧视图，其中在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的距离内横跨有电绝缘体(具有凝固壁架的凝固壁架装置)，还包括引导部件。
图26示出了根据本发明的在运行状态下电解槽的侧视示意图，显示出了活动性的侧壁(例如，本发明的一个或多个侧壁)。
图27是在五个不同温度线(750℃、800℃、850℃、900℃和950℃)下氧化铝饱和度与电解液中氧化铝溶解速率(m/s)的关系图表。
图28是电解液、冷却介质和出口壁架的温度与热通量随时间变化的图表。
图29示出了根据本发明的凝固壁架装置(可移除的/可调节的)示意性剖视侧视图。
图30示出了根据本发明的配置为至少部分地通过侧壁被保持的凝固壁架装置的示意性剖视侧视图。
图31示出了根据示例部分的具有回转进料器的电解槽的局部剖视侧视图。
图32示出了根据示例部分运行的一个试验的具有阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分的电解槽的局部剖视侧视图，阳极化侧壁部分和阴极化侧壁部分之间具有保护性沉积物。
图33A-H示出了保护性沉积物和在保护性沉积物之下的沟槽底部/基部(有时称之为料块)的不同角度的局部剖视侧视图。显示出了保护性沉积物的不同角度(向第二侧壁部分倾斜、向第一侧壁部分倾斜、平的、成角度的，等等)。此外，显示出了沟槽底部/基部的不同角度(向第二侧壁部分倾斜、向第一侧壁部分倾斜、平的、成角度的，等等)。
图34A-D示出了壁架顶部和/或第二侧壁部分的不同结构的局部剖视侧视图。图34A示出了横向的结构，向电解槽中心倾斜(促进电解槽排放)。图34B示出了横向的结构，向侧壁倾斜(促进进料在保护性沉积物中的保留)。图34C示出了成角度的结构(例如，尖锐的)。图34D示出了壁架或第二侧壁部分的弯曲的或弧形的最上部区域。
图35示出了横向的侧壁部分(例如，和进料装置、沟槽和第二侧壁部分一起示出的倾斜的阳极极化侧壁)示意性的剖视侧视图。
图36示出了本发明的阴极极化侧壁的示意性的剖视侧视图，其中该阴极极化侧壁贯穿电解液-金属界面和电解液-气相(有时称之为空气)界面。
具体实施方式
现在结合附图进行详细介绍，附图至少辅助说明本发明的各个相关实施例。
文中所用的“电解”是指通过在材料中通过电流而导致化学反应的任何工艺。在一些实施例中，在电解槽中一种金属被还原从而产生金属产物就是发生了电解。一些非限制性的电解示例包括原生金属的生产。一些非限制性的电解生产的金属的示例包括：稀土金属、有色金属(例如，铜、镍、锌、镁、铅、钛、铝和稀土金属)。文中所用的“电解槽”是指用于进行电解的装置。在一些实施例中，电解槽包括熔炼坩埚或者一系列熔炉(例如，多个坩埚)。在一个非限制性的示例中，电解槽配备有作为导体的电极，电流通过电极进入或离开非金属介质(例如，电解液)。
文中所用的“电极”是指带正电的电极(例如，阳极)或带负电的电极(例如，阴极)。
文中所用的“阳极”是指正电极(或端子)，电流通过它进入电解槽。在一些实施例中，阳极是由导电材料构造的。一些非限制性的阳极材料的例子包括：金属、金属合金、氧化物、陶瓷、金属陶瓷、碳及其组合。
文中所用的“阳极组件”包括一个或多个与支撑件连接的阳极。在一些实施例中，阳极组件包括：阳极、支撑件(例如耐火砖和其他耐电解液的材料)和母线。
文中所用的“支撑件”是指保持其他物体在适当位置的部件。在一些实施例中，该支撑件是保持阳极在适当位置的结构。在一个实施例中，该支撑件有助于母线到阳极的电连接。在一个实施例中，该支撑件是由耐电解液腐蚀的材料构造的。例如，支撑件是由包括例如耐火材料的绝热材料构造的。在一些实施例中，多个阳极连接(例如机械方式地和电力方式地)到该支撑件(例如可拆除地连接)，支撑件可以调节并且能够在电解槽中升高、下降或者其他方式移动。
文中所用的“母线”是指一个或多个组件的电连接器。例如，阳极、阴极和/或其他电解槽构件可具有母线，从而把各构件连接在一起。在一些实施例中，母线包括在阳极中的销钉连接器、连接阳极和/或阴极的导线、用于各个电解槽构件(或之间)的电路及其组合。
文中所用的“阴极”是指负电极或端子，电流通过它流出电解槽。在一些实施例中，阴极是由导电材料构造的。一些非限制性的阴极材料的例子包括：碳、金属陶瓷、陶瓷材料、金属材料及其组合。在一个实施例中，阴极是由例如TiB2的过渡金属硼化物构造的。在一些实施例中，阴极通过电解槽的底部(例如，集流棒和母线)电连接。作为一些非限制性的实施例，阴极和/或阴极极化侧壁部分由TiB2、TiB2-C复合材料、氮化硼、硼化锆、硼化铪、石墨及其组合构成。
文中所用的“阴极组件”是指阴极(例如，阴极块)、集流棒、母线及其组合。
文中所用的“集流棒”是指从电解槽中聚集电流的棒。在一个非限制性的示例中，该集流棒从阴极聚集电流并传导该电流进入母线，进而将该电流从系统中除去。
文中所用的“电解液”是指具有至少一种要被还原(例如，通过电解反应)的金属的液态电解质。电解液成分的非限制性的例子包括：NaF-AlF3(在铝电解槽中)、NaF、AlF3、CaF2、MgF2、LiF、KF及其组合，还有溶解的氧化铝。
文中所用的“熔融”是指通过加热而处于可流动的状态(例如，液态)。作为一个非限制性的实施例，电解液是熔融态的(例如，在至少大致750℃)。作为另一个实施例，在电解槽底部形成的金属产物(例如，有时称为“金属层”)是熔融态的。
在一些实施例中，该熔融电解液/槽的工作温度是：至少大致750℃；至少大致800℃；至少大致850℃；至少大致900℃；至少大致950℃；或者至少大致975℃。在一些实施例中，该熔融电解液/槽工作温度是：不大于大致750℃；不大于大致800℃；不大于大致850℃；不大于大致900℃；不大于大致950℃；或者不大于大致975℃。
文中所用的“金属产物”是指通过电解产生的产物。在一个实施例中，金属产物在电解槽底部形成为金属层。一些金属产物的非限制性的例子包括：铝、镍、镁、铜、锌和稀土金属。
文中所用的“侧壁”是指电解槽的壁面。在一些实施例中，该侧壁参数化地围绕槽底布置并且从槽底向上延伸，从而限定电解槽的主体并且限定保存电解液的容积。在一些实施例中，该侧壁包括：外壳、隔热封装和内壁。在一些实施例中，该内壁和槽底被构造成接触并且保持熔融电解液、向电解液(即，用于驱动电解)供应的进料、和金属产物(例如，金属层)。在一些实施例中，该侧壁(内侧壁)包括极化的侧壁部分。在一些实施例中，该侧壁(内侧壁)包括非反应性侧壁部分(例如，稳定的侧壁部分)。在一些实施例中，该侧壁(内侧壁)包括：导热体部分。在一些实施例中，该侧壁(内侧壁)包括：凝固壁架装置。一些实施例中，该侧壁(内侧壁)配置成沿其一部分接收和保持保护性沉积物。
文中所用的“横向的”是指两个表面之间的角度。在一些实施例中，两个表面构成锐角或钝角。在一些实施例中，“横向的”包括角度处于或等于垂直角，或几乎没有角度，即两个表面看起来是连续的(例如180°)。在一些实施例中，侧壁(内侧壁)的一部分相对于槽底是横向的或者倾斜的。在一些实施例中，整个侧壁相对于槽底是横向的。
在一些实施例中，整个壁面是横向的。在一些实施例中，一部分壁面(第一侧壁部分、第二侧壁部分、壁架、沟槽、引导部件)是横向的(或者倾斜的、成角度的、曲面的、弧形的)。
在一些实施例中，壁架是横向的。在一些实施例中，第二侧壁部分是横向的。不受任何具体理论或机理的限制，相信的是，通过以横向的方式配置侧壁(第一侧壁部分、第二侧壁部分、沟槽或壁架)，可改善在运行中电解槽的某些特征(例如，向电解槽中进料/朝向槽底排放金属的方向)。作为一个非限制性的示例，通过提供横向的侧壁，该侧壁配置成有助于进料截留在沟槽或壁架的保护性沉积物中(例如，朝向电解槽底部倾斜/或者配置成促进金属排放进入电解槽的底部(相对于壁架成角度)。
在一些实施例中，第一侧壁部分是横向的(成角度的/倾斜的)，第二侧壁部分不是倾斜的。在一些实施例中，第一侧壁部分不是倾斜的，第二侧壁部分是倾斜的。在一些实施例中，第一侧壁部分和第二侧壁部分都是横向的(成角度的/倾斜的)。
在一些实施例中，基部(或者料块)是横向的(成角度的/倾斜的)。在一些实施例中，第二侧壁部分或者壁架/沟槽的上部是倾斜的、成角度的、平的、横向的或者曲面的。
文中所用的“壁面角度”是指内侧壁相对于槽底测量的并用度数表示的角度。例如，0度的壁面角度是指垂直角(或者没有角度)。在一些实施例中，该壁面角度包括：从0度至大致30度的角度(θ)。在一些实施例中，该壁面角度包括从0度至60度的角度(θ)。在一些实施例中，该壁面角度包括：从大致0度至大致85度的角度(θ)。
在一些实施例中，该壁面角度(θ)为：至少大致5°；至少大致10°；至少大致15°；至少大致20°；至少大致25°；至少大致30°；至少大致35°；至少大致40°；至少大致45°；至少大致50°；至少大致55°；或者至少大致60°。在一些实施例中，该壁面角度(θ)为：不大于大致5°；不大于大致10°；不大于大致15°；不大于大致20°；不大于大致25°；不大于大致30°；不大于大致35°；不大于大致40°；不大于大致45°；不大于大致50°；不大于大致55°；或者不大于大致60°。
文中所用的“外壳”是指侧壁最外侧的保护罩部分。在一个实施例中，外壳是电解槽的内壁的保护罩。作为非限制性的示例，外壳是由包围电解槽的硬质材料(例如，钢)构造的。
文中所用的“凝固”是指由于热能而导致的刚性的且固定不动的东西。
文中所用的“壁架”是指突出的部件。
文中所用的“凝固壁架”是指处于突出构型的刚性的且固定不动的东西。在一些实施例中，该凝固壁架包括邻近侧壁的电解液的一部分沿着侧壁的一部分(例如，通常是以水平方式)凝固而形成刚性的壁架。在一些实施例中，通过侧壁材料(例如，凝固壁架装置或导热体材料)来形成和/或保持该凝固壁架，侧壁材料被构造成从邻近侧壁的电解液中导出/传输热量。在一些实施例中，由于在电解液中的温差(例如，与电解槽中心相比沿着侧壁的温度要低)而形成凝固壁架。
文中所用的“第一侧壁部分”是指内侧壁的一部分。
文中所用的“第二侧壁部分”是指内侧壁的另一部分。在一些实施例中，第二部分与第一部分间隔开距离(例如，横向隔开)。作为非限制性的示例，第二侧壁部分是具有长度和宽度的直立部件，其中，第二部分与第一部分间隔开。
在一些实施例中，第二部分与第一部分协同来保持材料或物体(例如，保护性沉积物、凝固壁架的部分)。
在一些实施例中，第二部分具有连续的高度，而在其他实施例中，第二部分的高度是变化的。在一个实施例中，第二部分是由耐电解液的腐蚀环境和耐金属产物(例如金属层)的材料构造的，因而在电解液中不会分解或发生其他反应。作为非限制性的示例，壁是由TiB2、TiB2-C、SiC、Si3N4、BN、在电解液化学成分中处于饱和或接近饱和的电解液组分(例如，氧化铝)及其组合构造的。
在一些实施例中，第二部分是导电的，并且辅助从电解液传导电流到阴极。在一些实施例中，第二部分是按照所需尺寸、理论密度、孔隙率等铸造、热压或烧结的。在一些实施例中，为了保持第二部分在适当位置，第二部分被固定在一个或多个电解槽构件上。
文中所用的“引导部件”是指以一定方式引导物体或材料的元件。在一些实施例中，该引导部件适于并且配置成引导进料进入沟槽中(例如，作为保护性沉积物保持在沟槽中)。在一些实施例中，为了引导进料流入沟槽中，该引导部件在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间悬于电解槽中，并且在沟槽上方。在一些实施例中，该引导部件包括极化侧壁部分(例如，阴极极化侧壁部分或阳极极化侧壁部分)。在一些实施例中，该引导部件由存在于电解液化学成分中处于饱和或接近饱和的材料(至少一种电解液组分)构造而成，从而该引导部件得以在电解液中维持。在一些实施例中，该引导部件构造成附接至框架上(例如，由耐电解液的材料制成)，其中，该框架构造成能够在电解槽中调整该引导部件，即，横向(例如相对于电解槽高度向上或向下)移动引导部件和/或纵向(例如，相对于沟槽/槽底向左或向右)移动引导部件。
在一些实施例中，选定该引导部件的尺寸和/或位置以促进保护性沉积物的某种结构和/或进入沟槽的预定的进料流态。在一些实施例中，该引导部件附接至阳极组件。在一些实施例中，该引导部件附接至电解槽的侧壁。在一些实施例中，该引导部件附接至进料器(例如，保持进料器位置的框架)。作为非限制性的例子，该引导部件包括板、棒、块、细长形部件及其组合。引导部件材料的一些非限制性的例子包括：阳极材料、SiC、SiN和/或存在于电解液中处于饱和或接近饱和的组分从而使该引导部件能得以在电解液中维持。
文中所用的“纵向隔开”是指一个物体相对于另一个物体相对于长度的设置。在一些实施例中，横向隔开(即，第二侧壁部分相对于第一侧壁部分或者沟槽)是指：至少1”，至少1/1/2”，至少2”，至少2 1/2”，至少3”，至少31/2”，至少4”，至少41/2”，至少5”，至少51/2”，至少6”，至少61/2”，至少7”，至少71/2”，至少8”，至少81/2”，至少9”，至少91/2”，至少10”，至少101/2”，至少11”，至少111/2”，或者至少12”。
在一些实施例中，横向隔开(即，第二侧壁部分相对于第一侧壁部分或者沟槽)是指：不大于1”，不大于1/1/2”，不大于2”，不大于21/2”，不大于3”，不大于31/2”，不大于4”，不大于41/2”，不大于5”，不大于51/2”，不大于6”，不大于61/2”，不大于7”，不大于71/2”，不大于8”，不大于81/2”，不大于9”，不大于91/2”，不大于10”，不大于101/2”，不大于11”，不大于111/2”，或者不大于12”。
文中所用的“横向隔开”是指一个物体相对于另一个物体相对于宽度的设置。
文中所用的“至少”是指大于或者等于。
文中所用的“不大于”是指小于或者等于。
文中所用的“沟槽”是指保持东西的容器。在一个实施例中，通过第一侧壁部分、第二侧壁部分和基部(或电解槽的底部)限定沟槽。在一些实施例中，沟槽保持保护性沉积物。在其他实施方式中，沟槽保持凝固壁架或者凝固部分(例如，通过导热体或者凝固壁架装置形成的)。在一些实施例中，沟槽容纳保护性沉积物形式的进料，因此该沟槽配置成防止保护性沉积物在电解槽内移动(即，进入金属层和/或电解槽的电极部分)。
在一些实施例中，沟槽还具有一定高度(例如，相对于侧壁)。作为非限制性的例子，沟槽高度(从电解槽底到电解液/气相界面测量)包括：至少1/4”，至少1/2”，至少3/4”，至少1”，至少11/4”，至少11/2”，至少1 3/4”，至少2”，至少21/4”，至少21/2”，至少2 3/4”，至少3”，至少31/4”，至少31/2”，至少3 3/4”，至少4”，至少41/4”，至少41/2”，至少4 3/4”，至少5”，至少51/4”，至少51/2”，至少5 3/4”，或者至少6”。在一些实施例中，沟槽高度包括至少6”，至少12”，至少18”，至少24”，或者至少30”。
作为非限制性的实施例，沟槽高度(从电解槽底到电解液/气相界面测量)包括：不大于1/4”，不大于1/2”，不大于3/4”，不大于1”，不大于11/4”，不大于11/2”，不大于1 3/4”，不大于2”，不大于21/4”，不大于21/2”，不大于2 3/4”，不大于3”，不大于31/4”，不大于31/2”，不大于3 3/4”，不大于4”，不大于41/4”，不大于41/2”，不大于4 3/4”，不大于5”，不大于5 1/4”，不大于51/2”，不大于5 3/4”，或者不大于6”。在一些实施例中，沟槽高度包括不大于6”，不大于12”，不大于18”，不大于24”，或者不大于30”。
在一些实施例中，沟槽包括极化侧壁部分(例如，阴极极化侧壁部分)。在一些实施例中，沟槽由存在于电解液化学成分中处于饱和或接近饱和的材料(至少一种电解液组分)构造而成，从而使沟槽能在电解液中得以维持。
文中所用的“保护性沉积物”是指保护另一种物体或材料的材料积累。作为非限制性的例子，“保护性沉积物”是指保持在沟槽中的进料。在一些实施例中，保护性沉积物是：固体、颗粒形式、淤泥、泥浆，和/或其组合。在一些实施例中，该保护性沉积物溶解到电解液中(例如，通过电解液的腐蚀性质)和/或通过电解过程被消耗。在一些实施例中，该保护性沉积物保持在第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的沟槽中。在一些实施例中，该保护性沉积物配置成推动金属层(熔融金属)远离侧壁，从而保护侧壁不受电解液-金属界面影响。在一些实施例中，通过电解液将该保护性沉积物溶解，从而在槽壁处或槽壁附近提供饱和度，以便能够维持稳定/非反应性的侧壁材料(即，由处于饱和或者接近饱和的电解液组分构成)。在一些实施例中，该保护性沉积物具有一定的沉积角度(例如，随着保护性沉积物在沟槽中聚集，该保护性沉积物形成一定形状)，足以保护侧壁并且向电解液提供进料以便溶解。
文中所用的“进料”是指帮助推进进一步处理的供给材料。作为一个非限制性的例子，进料是在电解槽中推进稀土金属和/或有色金属(例如，金属产物)电解生产的金属氧化物。在一些实施例中，进料一旦被溶解或以其他方式被消耗，就为电解液供给了通过在电解槽中还原而生产金属氧化物的额外起始物料，从而形成金属产物。在一些实施例中，进料具有两个非限制性的功能：(1)提供电解槽的反应条件以生产金属产物；(2)在内侧壁处的壁面之间的通道中形成进料沉积物以保护内侧壁不受腐蚀电解液环境的侵害。在一些实施例中，进料包括在铝电解槽中的氧化铝。在冶炼铝中一些进料的非限制性例子包括：冶炼级氧化铝(SGA)、氧化铝、板状氧化铝及其组合。在其他金属(非铝)的冶炼中，根据本说明书可容易确认用于推进反应的进料。在一些实施例中，进料具有足够的尺寸和密度以从电解液-空气界面通过电解液进入沟槽中，从而形成保护性沉积物。
文中所用的“平均粒径”是指许多单个颗粒的平均粒径。在一些实施例中，颗粒状(固体)的进料具有平均粒径。在一个实施例中，进料的平均粒径足够大，以便沉淀在电解槽的底部(例如，并且不悬浮在电解液中或不以其它方式“漂浮”在电解液中)。在一个实施例中，平均粒径是足够小的，以便有足够的表面积来发生表面反应/溶解(例如，消耗速率)。
文中所用的“进料速率”是指相对于单位时间的一定数量(或者量)进料。作为一个非限制性的例子，进料速率是向电解槽中加入进料的速率。在一些实施例中，保护性沉积物的尺寸和/或位置根据进料速率而变。在一些实施例中，进料速率是固定的。在另一实施例中，进料速率是可调节的。在一些实施例中，进料是连续的。在一些实施例中，进料是间断的。
文中所用的“消耗速率”是指相对于单位时间的材料使用数量(或者量)。在一个实施例中，消耗速率是电解槽消耗进料的速率(例如，通过电解液消耗，和/或生成金属产物所消耗)。
在一些实施例中，进料速率大于消耗速率。在一些实施例中，进料速率设定成使得在电解液-空气界面上方形成保护性沉积物。
文中所用的“进料器”(有时称为进料装置)是指向某物输入(例如，进给)材料的装置。在一个实施例中，进料装置是向电解槽中供应进料的装置。在一些实施例中，进料装置是自动的、手动的或者它们的组合。作为非限制性的例子，进料装置是帘式进料器或者扼流式进料器。文中所用的“帘式进料器”是指沿着侧壁(例如，具有轨道)移动来分配进料的进料装置。在一个实施例中，帘式进料器是可移动地附接的，以便其沿着电解槽的至少一个侧壁移动。文中所用的“扼流式进料器”是指固定在侧壁上来向电解槽中分配进料的进料装置。在一些实施例中，该进料装置通过连接装置附接至侧壁。非限制性的例子包括支架等。
在一些实施例中，进料装置是自动的。文中所用的“自动的”是指有独立运行的能力(例如，使用机械或电脑控制)。在一些实施例中，进料装置是手动的。文中所用的“手动的”是指通过人力操作的。
文中所用的“料块”是指固体形态的进料(例如，铸造、烧结、热压及其组合)。在一些实施例中，沟槽基部包括料块。作为一个非限制性的例子，料块是由氧化铝制成的。在一些实施例中，料块是进料和/或另一电解液组分的固体块(例如，具有任何形状或尺寸)。
文中所用的“极化”是指具有正电势或负电势的材料。
文中所用的“极化侧壁”是指被极化的具有电荷的壁面部分。在一个实施例中，极化侧壁是具有正极性(例如，阳极的或阳极极化的)、负极性(阴极的或者阴极极化的)以及它们的组合的电解槽内壁的一部分。在一些实施例中，极化侧壁有助于电解过程。在一些实施例中，极化侧壁部分包括第一材料和第二材料，其中，第一材料不同于第二材料。
在一些实施例中，极化侧壁占总侧壁的一定百分比/侧壁总表面积的一定百分比(例如，附接至隔热封装的侧壁部分)。在一些实施例中，极化侧壁是侧壁表面积的：至少大致1％；至少大致5％；至少大致10％；至少大致15％；至少大致20％；至少大致25％；至少大致30％；至少大致35％；至少大致40％；至少大致45％；至少大致50％；至少大致55％；至少大致60％；至少大致65％；至少大致70％；至少大致75％；至少大致80％；至少大致85％；至少大致90％；至少大致95％；或者100％(即，侧壁构造成附接至隔热封装，或者第二侧壁部分)。
在一些实施例中，极化侧壁是侧壁表面积的：不大于大致1％；不大于大致5％；不大于大致10％；不大于大致15％；不大于大致20％；不大于大致25％；不大于大致30％；不大于大致35％；不大于大致40％；不大于大致45％；不大于大致50％；不大于大致55％；不大于大致60％；不大于大致65％；不大于大致70％；不大于大致75％；不大于大致80％；不大于大致85％；不大于大致90％；不大于大致95％；或者100％(即，侧壁构造成附接至隔热封装，或者第二侧壁部分)。
文中所用的“阳极化侧壁”(也称为阳极极化侧壁)是指其上(或者贯穿其)具有正电荷的侧壁材料，从而该侧壁在电解槽中起到阳极形式的作用。在一些实施例中，阳极化侧壁位于槽底上方。在一些实施例中，阳极化侧壁位于金属层上方的一定高度处。在一些实施例中，阳极化侧壁位于电解液-金属界面上方的一定高度处。在一些实施例中，阳极化侧壁的电连接部分位于沿着内侧壁升高的位置，远离槽底。
文中所用的“阳极化侧壁电连接”是指向阳极化侧壁表面提供正电荷的电连接。在一些实施例中，该电连接向阳极化侧壁提供电流。在一些实施例中，该电连接包括导电销。在一些实施例中，该电连接包括导电棒。作为一个非限制性的例子，该电连接是包埋在阳极化侧壁内的导电棒和导电销。
文中所用的“阴极化侧壁”是指其上(或者贯穿其)具有负电荷的侧壁材料，这样该侧壁在电解槽中起到阴极形式的作用。在一些实施例中，阴极化侧壁与槽底连通。在一些实施例中，阴极化侧壁与金属产物/金属层连通。在一些实施例中，阴极化侧壁位于电解液-空气界面之下的一定高度处。在一些实施例中，阴极化侧壁位于电解液中。
文中所用的“阴极化侧壁电连接”是指向阳极化侧壁表面提供负电荷的电连接。在一些实施例中，该电连接从阴极化侧壁导出电流。在一些实施例中，该电连接包括集电棒。作为一个非限制性的例子，该电连接是包埋在阴极化侧壁内的集电棒。在一些实施例中，通过将阴极化侧壁接触(例如，机械连接/附接)到阴极上来提供电连接。在一些实施例中，通过将阴极化侧壁接触到金属层上来提供电连接，由于其与阴极接触而阴极化。
文中所用的“非极化”是指不配置成负载电流(即，不是阳极极化或者阴极极化的)的物体或材料。在一些实施例中，该非极化侧壁配置成向至少一个(或者两个)极化侧壁部分提供电绝缘。非极化侧壁的一些非限制性的例子包括：导热体材料，非反应性材料和凝固壁架装置。
在一些实施例中，该非极化侧壁占总侧壁的一定百分比/侧壁总表面积的一定百分比(例如，附接至隔热封装的侧壁部分)。在一些实施例中，非极化侧壁是侧壁表面积的：至少大致1％；至少大致5％；至少大致10％；至少大致15％；至少大致20％；至少大致25％；至少大致30％；至少大致35％；至少大致40％；至少大致45％；至少大致50％；至少大致55％；至少大致60％；至少大致65％；至少大致70％；至少大致75％；至少大致80％；至少大致85％；至少大致90％；至少大致95％；或者100％(即，侧壁构造成附接至隔热封装，或者第二侧壁部分)。
在一些实施例中，非极化侧壁是侧壁表面积的：不大于大致1％；不大于大致5％；不大于大致10％；不大于大致15％；不大于大致20％；不大于大致25％；不大于大致30％；不大于大致35％；不大于大致40％；不大于大致45％；不大于大致50％；不大于大致55％；不大于大致60％；不大于大致65％；不大于大致70％；不大于大致75％；不大于大致80％；不大于大致85％；不大于大致90％；不大于大致95％；或者100％(即，侧壁构造成附接至隔热封装，或者第二侧壁部分)。
文中所用的“导热体”是指传导热能(例如，热量)的物质(或者介质)。在一些实施例中，导热体材料是侧壁的一部分。在一些实施例中，导热体材料配置成通过其主体从熔融电解液中传输热量，因此从电解槽中移出热量。在一些实施例中，由于热量传输通过导热体表面，因此在电解液-导热体界面上形成凝固壁架部分。在一些实施例中，由导热体限定的凝固壁架沿着电解槽侧壁的一部分起电绝缘体的作用。导热体材料的一些非限制性的例子包括：SiC、石墨、金属、或金属合金、Si3N4、BN、不锈钢、金属、金属合金，以及它们的组合。
文中所用的“绝缘体”是指不允许电流容易地通过其本身的材料或物体。作为非限制性的例子，绝缘体是指阻碍电流传导的材料。在本发明的一些实施例中，沿着侧壁部分设置绝缘体，从而使一部分侧壁与另一部分侧壁(例如，使阴极极化侧壁与阳极极化侧壁；使槽底(或金属层)与阳极极化侧壁；或者它们的组合)电绝缘。绝缘体的一些非限制性的例子包括：非反应性的(例如，稳定的)侧壁材料、导热体侧壁、极化侧壁和/或凝固壁架装置。
文中所用的“非反应性侧壁”是指由在电解槽运行温度(例如大于750℃至不超过960℃)下在熔融电解液中稳定的(例如，非反应性的、惰性的、尺寸上稳定的和/或能够维持的)材料构造或组成(例如涂覆)的侧壁。在一些实施例中，由于电解液化学成分，该非反应性侧壁材料得以维持在电解液中。在一些实施例中，因为电解液中包括浓度在该电解液中处于饱和极限或接近饱和极限的且作为电解液组分的非反应性侧壁材料，因此该非反应性侧壁材料在电解液中是稳定的。在一些实施例中，该非反应性侧壁材料包括至少一种存在于电解液化学成分中的组分。在一些实施例中，通过向电解液中供给进料来维持电解液化学组分，从而保持电解液化学成分对于非反应性侧壁材料来说处于或接近饱和状态，从而使该侧壁材料得以在电解液中维持。
非反应性侧壁材料的一些非限制性的例子包括：Al、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、或者含有Ce的材料、以及它们的组合。在一些实施例中，非反应性材料是上述例子的氧化物。在一些实施例中，非反应性材料是上述例子的卤化盐和/或氟化物。在一些实施例中，非反应性材料是上述例子的氟氧化物。在一些实施例中，非反应性材料是上述例子的纯金属形式。在一些实施例中，非反应性侧壁材料被选定成是比生产的金属产物(例如，Al)具有更高的电化学势(例如，这些材料的阳离子电化学性质更惰性)的材料(例如，Ca、Mg)，所期望的是氧化铝到铝的还原反应，而非该非反应性侧壁材料的(电化学)反应。在一些实施例中，该非反应性侧壁由可铸造的材料制成。在一些实施例中，该非反应性侧壁由烧结材料制成。
示例：实验室规模研究：侧进料：
完成实验室规模的试验来评估铝电解槽的腐蚀-侵蚀。该腐蚀-侵蚀试验表明，在电解液-金属界面处氧化铝和氧化铬-氧化铝材料优先被侵蚀。此外，当氧化铝饱和浓度低(例如，小于大致95wt.％)时，在电解液-金属界面的腐蚀-侵蚀速率急剧加快。由于进料的物理屏障，即，进行进料，增加了氧化铝饱和浓度，该屏障(例如氧化铝颗粒)起作用以保持氧化铝在电解液-金属界面饱和，从而保护侧壁不被电解液溶解。因此，使电解液-金属界面处的侧壁免于腐蚀-侵蚀，并且使氧化铝饱和浓度被保持在大致98wt.％。在电解进行一段时间之后，检查该侧壁，发现其保持完整。
示例：中试规模试验：用回转进料器进行自动侧进料：
具有沿着围绕该电解槽周边侧壁的沟槽，单个Hall槽连续运行约700hr(例如，通过回转进料器)。该进料器包括料斗并且沿着该侧壁旋转，以向整个侧壁(沿着一个侧壁)供料。通过自动进料装置在一定位置处把板状氧化铝进料供入该电解槽，以保持在沟槽中。完成电解之后，检查该侧壁并且发现侧壁保持完整(即，通过侧进料而保护侧壁)。图31示出了沿着侧壁的旋转进料器。
示例：全釜试验侧进料(手动)
具有沿着侧壁的沟槽，通过手动进料，连续进行侧壁进料的工业规模试验一段时间(例如，至少一个月)。在邻近侧壁的一定位置处手动将板状氧化铝进料供入到该电解槽，从而保持该氧化铝在电解槽中邻近侧壁的沟槽中。该侧壁轮廓的测量结果表明，在沟槽上方的侧壁腐蚀-侵蚀最小，并且沟槽轮廓测量结果表明，在电解槽运转期间该沟槽保持完整。因此，手动供入的氧化铝保护电解槽侧壁的金属-电解液界面免于腐蚀-侵蚀。通过对电解槽进行剖检，以便确凿地例证以上结论。
示例：极化侧壁及侧进料
执行实验室试验和中试试验(例如，100A电解槽直到25kA电解槽)，一些试验持续长达9个月。如图22和33所示，侧壁包括阳极化部分和阴极化部分，同时进料器提供了作为阳极化部分和阴极化部分之间绝缘体的保护性沉积物。在电解槽运行之后，鉴定该侧壁并且证实该侧壁是完整的。
示例：凝固壁架装置
在坩埚反应器中，按比例缩减，利用凝固壁架装置(例如，凝固指状物)，进行中试试验。运行该凝固壁架装置，以沿着该凝固壁架装置的表面形成电解液的凝固部分。图29-30示出了在该坩埚反应器中的凝固壁架装置和实验装置。
虽然详细描述了本发明的各个实施例，但是显然本领域技术人员能够想到上述实施例的变例和改进。然而，应该明确地理解，这些变例和改进也在本发明的精神和范围内。
附图标记
电解槽 10
阳极 12
阴极 14
电解液 16
金属层 18
槽体 20
母线 22
阳极组件 24
集流棒 40
活动性侧壁 30
侧壁 38(例如，包括活动性侧壁和隔热封装)
底部 32
外壳 34
极化侧壁 50
料块 60
阳极化侧壁 70
阴极化侧壁 52
电解液-空气(气相)界面 26
金属-电解液界面 28
凝固壁架装置 80
入口 82
出口 84
本体 86
外壁 92(接触电解质)
吸热区域 88(包括导热材料，例如，钢、SiC、石墨套)
通道 90
泵 100
能量输出 102
冷却介质 96
扩张区域(例如，翅片) 104
热交换器 98

Claims (23)

1.一种电解槽，其包括：
槽体，其具有底部和至少一个侧壁，其中，该槽体配置成保持熔融电解液，其中，该侧壁包括：
第一侧壁部分，其配置成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，并且该第一侧壁部分包括阳极极化侧壁部分；以及
第二侧壁部分，其配置成自槽体的底部向上延伸，
其中，该第二侧壁部分与该第一侧壁部分在横向上隔开，从而使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；
其中，该沟槽配置成接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部分开。
2.根据权利要求1所述的电解槽，其中，第二侧壁部分包括阴极极化侧壁。
3.根据权利要求2所述的电解槽，其中，该阴极极化侧壁位于电解液-气相界面之下，并且邻近槽体的底部，从而使得该阴极极化侧壁与槽体的底部液体连通。
4.根据权利要求1所述的电解槽，其中，该阳极极化侧壁部分包括内壁表面的至少50％。
5.根据权利要求1所述的电解槽，其还包括：
非极化的侧壁部分，其中，阳极极化侧壁部分与非极化的侧壁部分彼此相邻，并且均与熔融电解液液体连通。
6.根据权利要求5所述的电解槽，其中，第二侧壁部分包括阴极极化侧壁，该非极化的侧壁部分位于阴极极化侧壁的上方，并与电解液-空气界面连通。
7.根据权利要求5所述的电解槽，其中，该非极化的侧壁部分选自包括如下的组：
导热体；稳定材料；凝固壁架装置，及它们的组合。
8.根据权利要求7所述的电解槽，其中，该非极化的侧壁部分包括导热体，其中，该导热体邻近阳极极化侧壁部分，并且与(a)金属层和(b)槽底中的至少一个液体连通，其中，该导热体配置成从邻近导热体接触点的熔融电解液中接收热量，其中，通过该导热体，沿着导热体接触熔融电解质的侧壁部分，在导热体和熔融电解液之间形成凝固壁架。
9.根据权利要求7所述的电解槽，其中，该非极化的侧壁部分配置成从槽底延伸至金属-电解液界面上方的一定高度处，此外，其中，该非极化的侧壁部分配置成邻近阳极极化侧壁部分并与之连通。
10.根据权利要求7所述的电解槽，其中，该非极化的侧壁部分配置成从侧壁向外延伸并且成阶梯状配置，其中，该非极化的侧壁部分包括稳定材料。
11.根据权利要求1所述的电解槽，其中，该阳极极化侧壁部分位于槽体的底部上方并且邻近电解液-气相界面，从而使得该阳极极化侧壁部分与电解液-气相界面连通。
12.根据权利要求1所述的电解槽，其中，该电解槽还包括进料器，其中，该进料器配置成向电解液中供给原料，沿着侧壁的至少一部分保持该进料器。
13.根据权利要求7所述的电解槽，其中，非极化的侧壁部分包括凝固壁架装置，其中，该凝固壁架装置配置成附接至该非极化的侧壁部分并且从邻近凝固壁架装置的熔融盐电解液中吸取热量，从而沿着邻近凝固壁架装置的一部分非极化的侧壁部分限定凝固壁架。
14.根据权利要求1所述的电解槽，其中，第二侧壁部分包括含稳定材料的非极化侧壁部分，其中，该稳定材料包括电解液化学成分中的一种组分，此外，其中，通过电解液化学成分和非反应性材料在电解液中的饱和度，侧壁在熔融盐电解液中基本上不反应。
15.根据权利要求1所述的电解槽，其还包括引导部件，其中，该引导部件位于阳极极化侧壁部分与第二侧壁部分之间，此外，其中，该引导部件在沟槽基部上方横向隔开，从而使得该引导部件配置成引导进料进入沟槽，并且使进料被保持在沟槽中作为沟槽中的保护性沉积物。
16.根据权利要求15所述的电解槽，其中，该引导部件包括：阳极极化材料、稳定材料、阴极极化材料、及它们的组合。
17.根据权利要求1所述的电解槽，其中，第二侧壁部分相对于第一侧壁部分横向隔开的横向间距不大于6英寸。
18.一种电解槽，其包括：
具有底部和至少一个侧壁的槽体，其中，该槽体配置成保持熔融电解液，其中，该侧壁包括：
第一侧壁部分，其配置成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质，并且该第一侧壁部分包括非极化的侧壁部分；以及
第二侧壁部分，其包括阴极极化侧壁，该第二侧壁部分配置成自槽体的底部向上延伸，其中，该第二侧壁部分与该第一侧壁部分在横向上隔开，其中，第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一侧壁部分和第二侧壁部分之间的基部限定沟槽；
其中，该沟槽配置成接收保护性沉积物并且保持该保护性沉积物与槽体底部分开。
19.一种电解槽组件，其包括：
槽体，其具有底部和至少一个侧壁，其中，该槽体配置成保持熔融电解液，其中，该侧壁包括：
第一侧壁部分，其包括阳极极化侧壁，其中，该阳极极化侧壁配置成安装在侧壁的隔热封装上并且保持电解质；以及
第二侧壁部分，其包括阴极极化侧壁，其中，该阴极极化侧壁配置成自槽体的底部向上延伸，其中，该阴极极化侧壁与阳极极化侧壁在横向上隔开，从而使得该阳极极化侧壁和阴极极化侧壁之间限定一个间隙；以及
非极化的侧壁部分，其配置成安置在阳极极化侧壁和阴极极化侧壁之间的间隙中，其中，通过该非极化的侧壁部分，使阳极极化侧壁与阴极极化侧壁绝缘。
20.一种用于保护电解槽的方法，其包括：
在电解槽中，从阳极通过熔融电解液向阴极传导电流；
在邻近电解槽壁面的位置处向电解槽中供入进料，从而使得进料被保持在邻近侧壁限定的沟槽中；以及
通过供料步骤，在电解槽操作期间在熔融电解质中维持侧壁，其中，该侧壁由在熔融电解液中处于大致95％饱和度范围内的至少一种组分组成。
21.根据权利要求20所述的方法，其还包括：伴随着第一步骤，保持该电解液的温度不超过960℃，其中，电解槽的侧壁基本上没有凝固壁架。
22.根据权利要求20所述的方法，其还包括：消耗保护性沉积物，从而通过保护性沉积物的消耗，向熔融电解液中供给金属离子。
23.根据权利要求20所述的方法，其包括：
由所述至少一种电解液组分生产金属产物。
CN201410224684.3A 2013-03-13 2014-03-13 保护电解槽的系统和方法 Active CN104047034B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361780439P 2013-03-13 2013-03-13
US61/780,439 2013-03-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104047034A CN104047034A (zh) 2014-09-17
CN104047034B true CN104047034B (zh) 2017-05-24

Family

ID=51500418

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201420270380.6U Withdrawn - After Issue CN203938739U (zh) 2013-03-13 2014-03-13 电解槽装置、电解槽系统和电解槽组件
CN201410224684.3A Active CN104047034B (zh) 2013-03-13 2014-03-13 保护电解槽的系统和方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201420270380.6U Withdrawn - After Issue CN203938739U (zh) 2013-03-13 2014-03-13 电解槽装置、电解槽系统和电解槽组件

Country Status (8)

Country Link
US (3) US9340887B2 (zh)
EP (1) EP2971270B1 (zh)
CN (2) CN203938739U (zh)
AU (2) AU2014244488B2 (zh)
BR (1) BR112015022213B1 (zh)
CA (1) CA2902405C (zh)
RU (1) RU2644482C2 (zh)
WO (1) WO2014159715A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112015022213B1 (pt) * 2013-03-13 2022-05-17 Alcoa Usa Corp. Aparelho para produção de um metal selecionado do grupo consistindo em alumínio, níquel, magnésio, cobre, zinco e metais de terras raras, parede lateral de celula de eletrolise, conjunto e metodo
WO2014165203A1 (en) 2013-03-13 2014-10-09 Alcoa Inc. Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
AU2015315380B2 (en) * 2014-09-10 2020-04-16 Alcoa Usa Corp. Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
US9957627B2 (en) * 2014-09-10 2018-05-01 Alcoa Usa Corp. Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
RU2680039C1 (ru) 2015-02-11 2019-02-14 АЛКОА ЮЭсЭй КОРП. Системы и способы для очистки алюминия
US10633752B2 (en) * 2016-03-30 2020-04-28 Elysis Limited Partnership Feeding systems and methods of using feeding systems
CA3055584A1 (en) 2017-03-31 2018-10-04 Alcoa Usa Corp. Systems and methods of electrolytic production of aluminum
CN108767192A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 深圳市优特利电源有限公司 锂离子电池正极片及锂离子电池
CN109898098B (zh) * 2019-04-22 2021-02-02 贵州铝城铝业原材料研究发展有限公司 一种铝电解槽预焙阳极保温结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4999097A (en) * 1987-01-06 1991-03-12 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for the electrolytic production of metals
US5254232A (en) * 1992-02-07 1993-10-19 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for the electrolytic production of metals
CN1768164A (zh) * 2003-04-02 2006-05-03 阿尔科公司 电流导体到惰性阳极的机械连接
CN101054691A (zh) * 2007-03-02 2007-10-17 冯乃祥 一种异形阴极碳块结构铝电解槽

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB815076A (en) * 1955-07-28 1959-06-17 Montedison Spa Improvements relating to the production of aluminium by fused salt electrolysis
CH643602A5 (de) * 1979-10-17 1984-06-15 Alusuisse Elektrolysewanne.
AU610197B2 (en) 1987-07-14 1991-05-16 Alcan International Limited Linings for aluminum reduction cells
IS3747A7 (is) * 1990-08-20 1992-02-21 Comalco Aluminium Limited, Research & Technology Endurbætt álbræðsluker
US5378326A (en) * 1993-06-11 1995-01-03 Kumera Oy Feeding method and device for aluminum electrolysis
CA2287362A1 (en) * 1997-05-23 1998-11-26 Moltech Invent S.A. Aluminium production cell and cathode
ES2165682T3 (es) * 1997-07-08 2002-03-16 Moltech Invent Sa Celda para la fabricacion de aluminio por electrolisis.
EP1230435B1 (en) * 1999-10-26 2004-09-15 MOLTECH Invent S.A. Low temperature operating cell for the electrowinning of aluminium
US6638412B2 (en) * 2000-12-01 2003-10-28 Moltech Invent S.A. Prevention of dissolution of metal-based aluminium production anodes
WO2002070785A1 (en) * 2001-03-07 2002-09-12 Moltech Invent S.A. Cell for the electrowinning of aluminium operating with metal-based anodes
ATE286546T1 (de) 2001-09-07 2005-01-15 Moltech Invent Sa Aluminium elektrogewinnungszellen mit geneigten kathoden
US6692620B2 (en) * 2002-04-27 2004-02-17 Moltech Invent S.A. Aluminium electrowinning cell with sidewalls resistant to molten electrolyte
US6811676B2 (en) 2002-07-16 2004-11-02 Northwest Aluminum Technologies Electrolytic cell for production of aluminum from alumina
WO2007105124A2 (en) * 2006-03-10 2007-09-20 Moltech Invent S.A. Aluminium electrowinning cell with reduced heat loss
US20080020265A1 (en) * 2006-07-24 2008-01-24 Alcoa Inc. Sidewall temperature control systems and methods and improved electrolysis cells relating to same
CN1908238A (zh) * 2006-07-28 2007-02-07 哈尔滨工程大学 熔盐电解制备镁锂合金
NO332480B1 (no) * 2006-09-14 2012-09-24 Norsk Hydro As Elektrolysecelle samt fremgangsmate for drift av samme
US8480876B2 (en) * 2007-12-26 2013-07-09 Theodore R. Beck Aluminum production cell
US20090236233A1 (en) 2008-03-24 2009-09-24 Alcoa Inc. Aluminum electrolysis cell electrolyte containment systems and apparatus and methods relating to the same
GB201102023D0 (en) * 2011-02-04 2011-03-23 Metalysis Ltd Electrolysis method, apparatus and product
WO2014165203A1 (en) 2013-03-13 2014-10-09 Alcoa Inc. Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
BR112015022213B1 (pt) * 2013-03-13 2022-05-17 Alcoa Usa Corp. Aparelho para produção de um metal selecionado do grupo consistindo em alumínio, níquel, magnésio, cobre, zinco e metais de terras raras, parede lateral de celula de eletrolise, conjunto e metodo
US9957627B2 (en) * 2014-09-10 2018-05-01 Alcoa Usa Corp. Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
AU2015315380B2 (en) * 2014-09-10 2020-04-16 Alcoa Usa Corp. Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4999097A (en) * 1987-01-06 1991-03-12 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for the electrolytic production of metals
US5254232A (en) * 1992-02-07 1993-10-19 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for the electrolytic production of metals
CN1768164A (zh) * 2003-04-02 2006-05-03 阿尔科公司 电流导体到惰性阳极的机械连接
CN101054691A (zh) * 2007-03-02 2007-10-17 冯乃祥 一种异形阴极碳块结构铝电解槽

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014159715A1 (en) 2014-10-02
US20140262808A1 (en) 2014-09-18
RU2015143601A (ru) 2017-04-20
EP2971270A1 (en) 2016-01-20
BR112015022213B1 (pt) 2022-05-17
CA2902405A1 (en) 2014-10-02
CA2902405C (en) 2018-01-02
BR112015022213A2 (pt) 2017-07-18
AU2014244488A1 (en) 2015-09-10
AU2017203090A1 (en) 2017-06-01
CN104047034A (zh) 2014-09-17
AU2014244488B2 (en) 2017-02-09
US20160258072A1 (en) 2016-09-08
CN203938739U (zh) 2014-11-12
EP2971270B1 (en) 2022-11-16
US20190032232A1 (en) 2019-01-31
AU2017203090B2 (en) 2019-04-18
EP2971270A4 (en) 2017-03-29
RU2644482C2 (ru) 2018-02-12
BR112015022213A8 (pt) 2018-01-02
US9340887B2 (en) 2016-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104047034B (zh) 保护电解槽的系统和方法
CN105401170B (zh) 保护电解槽侧壁的系统与方法
AU2014248631B2 (en) Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
US20180209056A1 (en) Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls
Hryn et al. Initial 1000A aluminum electrolysis testing in potassium cryolite-based electrolyte
RU2696124C1 (ru) Электролизер для производства алюминия

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170711

Address after: American Pennsylvania

Patentee after: The US company Alcoa

Address before: American Pennsylvania

Patentee before: Alcoa Inc.

TR01 Transfer of patent right