CN109715862A - 阳极装置及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方式中，阳极装置包括：(a)阳极主体，包含至少一个外侧壁，其中外侧壁被配置为限定阳极主体的形状并且沿周边围绕阳极主体中的孔，其中该孔包括位于阳极主体的顶表面中的上开口，并且其中该孔轴向地延伸到阳极主体中；(b)销，包括：第一端和与第一端相对的第二端，其中第二端向下延伸到阳极主体的上端并进入阳极主体的孔中；(c)密封材料，被配置为覆盖下列中的至少一者的至少一部分：(1)阳极主体的内侧壁；(2)阳极主体的顶表面；(3)销；和(4)阳极支撑件。

Description

阳极装置及其相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月19日提交的美国临时专利申请No.62/396,583的权益，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术
惰性阳极电连接到电解槽，使得导体棒连接到惰性阳极，以便从电流源向惰性阳极提供电流，其中惰性阳极将电流引导到电解浴中以产生不含铁金属(电流通过阴极离开电解槽)。在一些实施方式中，在电解槽的操作期间，腐蚀性浴和/或蒸气与阳极组件相互作用并且可能影响阳极组件的有效性和寿命(例如，通过弱化机械连接，和/或增加电连接处的电阻率)。
技术领域
通常，本公开涉及惰性阳极装置。更具体地，本公开涉及一种惰性阳极装置，其被配置为减少、防止和/或消除电解槽中的销和/或阳极材料(例如，通过腐蚀性蒸气和/或熔融电解质)的腐蚀。
发明内容
在不受特定机制或理论的束缚的情况下，应相信，本公开中的阳极-销-保护密封材料连接的一个或多个实施方式当在以下位置中的至少一个中被测量时提供对阳极组件的增强的耐腐蚀性：(a)在销处，在阳极主体中的孔内；(b)在阳极主体处，沿着阳极销的孔的内径；和/或(c)在销在阳极主体上方(即在浴上方和/或在耐火材料包装中)延伸的蒸气区中。
在不受特定机制或理论的束缚的情况下，应相信，当在阳极组件中使用密封材料时，其为(1)阳极与销的机械附接部位和/或(2)阳极组件部件(例如销，阳极主体，填充材料，水泥材料)提供保护，因为密封材料被配置为接受在浴和/或浴蒸气中原位存在的反应性氟化物物质。在不受特定机制或理论的束缚的情况下，应相信，通过经历化学转化以接受氟化物物质，密封材料(至少部分地)从固体转变为液体材料。在一些实施方式中，密封材料被配置为在阳极主体中的孔的内表面和销的外径之间延伸。
在本公开的一个方面，提供了一种阳极组件，其包括阳极支撑件；以及阳极装置，机械地附接到阳极支撑件，其中阳极装置包括：(a)阳极主体，包括至少一个外侧壁，其中外侧壁被配置为限定阳极主体的形状并且沿周边围绕阳极主体中的孔，其中孔包括位于阳极主体的顶表面中的上开口，其中孔轴向地延伸到阳极主体中；(b)销，包括连接到电流源的第一端以及与第一端相对的第二端，其中第二端向下延伸到阳极主体的上端并进入阳极主体的孔中；以及(c)密封材料，包括集料和基质，其中密封材料被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：(1)阳极主体的内侧壁；(2)阳极主体的顶表面；(3)销；以及(4)阳极支撑件。
在本公开的一些实施方式中，密封材料包含以下中的至少一者：水、聚合物、有机物、分散剂或稀释剂。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：(1)阳极主体的内侧壁；(2)销；(3)填充物材料。
在本公开的一些实施方式中，销的第一端被配置为保持在阳极支撑件内。
在本公开的一些实施方式中，填充物在孔中被保留在阳极主体的内侧壁和销之间。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被配置为在阳极主体中将导电填充物封装在阳极主体的内侧壁和销之间。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被浇铸到位。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被预浇铸并拧入阳极主体中。
在本公开的一些实施方式中，密封材料在生坯阳极主体被烧结到最终阳极主体期间被烧结到位。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被保持在阳极主体的顶表面上方。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被保持在孔中。
在本公开的一些实施方式中，阳极主体的顶表面上方包括沿销延伸。
在本公开的一些实施方式中，阳极主体的顶表面上方包括沿着销延伸并进入阳极支撑件。
在本公开的一些实施方式中，顶表面上方包括延伸越过阳极主体的上部的顶表面。
在本公开的一些实施方式中，顶表面上方包括横跨顶表面延伸并围绕阳极主体的外侧壁向下延伸。
在本公开的一些实施方式中，密封材料在销和阳极主体的内表面之间以梯度施加到阳极孔，使得密封材料的浓度沿径向方向变化。
在本公开的一些实施方式中，梯度被配置为使得与阳极主体的内表面附近相比，密封材料的浓度在销附近更高。
在本公开的一些实施方式中，梯度被配置为使得与阳极主体的内表面附近相比，密封材料的浓度在销附近更低。
在本公开的一些实施方式中，密封材料在销和阳极主体的内表面之间以梯度施加到阳极孔中，使得密封材料的浓度在横向方向上变化。
在本公开的一些实施方式中，梯度被配置为使得与阳极主体的下端附近相比，密封材料的浓度在上端附近更高。
在本公开的一些实施方式中，梯度被配置为使得与阳极主体的下端附近相比，密封材料的浓度在上端附近更低。
在本公开的一些实施方式中，密封材料被配置为与气相中的上端或阳极主体的浴中的下端相比，在与浴-蒸气接触面相邻的位置处具有更高的浓度。
在本公开的一些实施方式中，与密封材料在阳极主体的浸没部分中的部分相比，密封材料从正好在浴-蒸气接触面下方的位置到与阳极的上端相邻的位置的浓度更高。
在本公开的一个方面，提供一种电解槽，其包括：槽结构，包括槽底部和槽侧壁，其中槽侧壁被配置为沿周边围绕槽底部并从槽底部向上延伸以限定控制容积，其中控制容积被配置为保持熔融电解质浴；以及阳极组件，被配置为将电流引入熔融电解质浴，其中阳极组件包括：阳极支撑件；机械地附接至阳极支撑件的阳极装置，其中，阳极装置包括：(a)阳极主体，包括至少一个外侧壁，其中外侧壁被配置为限定阳极形状并且沿周边围绕阳极主体中的孔，其中孔包括位于阳极主体的顶部中的上开口，其中孔轴向地延伸至阳极主体中；以及(b)销，包括：连接到电流源的第一端和与第一端相对的第二端，其中第二端被配置为向下延伸到阳极主体的上端并进入阳极主体的孔中；以及(c)密封材料，被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：阳极主体的内侧壁；阳极主体的顶表面；销；以及阳极支撑件。
附图说明
通过参考附图中描绘的本申请的说明性实施方式，可以理解上面简要概述并在下面更详细讨论的本申请的实施方式。然而，应注意，附图仅示出了本申请的典型实施方式，因此不应视为限制本申请的范围，因为本申请可允许其他同等有效的实施方式。
图1描绘了根据本公开的实施方式的一般阳极组件的框图。
图2描绘了根据本公开的实施方式的阳极装置的示意性剖视侧视图。
图3描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图4描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图5描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图6描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图7描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图8描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图9描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图10描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图11描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图12描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图13描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图14描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
图15描绘了本公开的阳极装置的实施方式的剖视侧视图。
为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见可以简化。可以预期的是，一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施方式
图1描绘了根据本公开的实施方式的一般阳极组件10的框图。在本公开的一些实施方式中，阳极组件10包括阳极支撑件和阳极装置。在一些实施方式中，阳极装置机械地附接到阳极支撑件(例如耐火包装、结构支撑构件、及其组合)。在一些实施方式中，阳极装置包括：阳极主体、销和密封材料。
在一些实施方式中，阳极组件是电解槽的一部分，电解槽包括槽结构，槽结构包括槽底部和槽侧壁。在一些实施方式中，槽侧壁被配置为沿周边围绕槽底部并且从槽底部向上延伸以限定控制容积。在一些实施方式中，控制容积被配置为保持熔融电解质浴。
在一些实施方式中，阳极主体包含至少一个外侧壁。在一些实施方式中，外侧壁被配置为限定阳极主体的形状并且沿周边围绕阳极主体中的孔。在一些实施方式中，孔包括位于阳极主体的顶表面中的上开口，并且孔轴向地延伸到阳极主体中。在一些实施方式中，销包括第一端和第二端。在一些实施方式中，第一端连接到电流源。在一些实施方式中，第二端与第一端相对。在一些实施方式中，第二端向下延伸到阳极主体的上端并进入阳极主体的孔中。
在一些实施方式中，密封材料被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：阳极主体的内侧壁、阳极主体的顶表面、销、以及阳极支撑件。在一些实施方式中，密封材料被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：阳极主体的内侧壁、销、以及填充材料。
在一些实施方式中，密封材料被配置为减少、防止或消除电解过程的腐蚀性成分对(1)销和/或(2)阳极主体与销的机械附接部位的接触(和腐蚀)。在一些实施方式中，密封材料被配置为适合(即匹配)阳极主体的成分。在一些实施方式中，密封材料被配置为使得存在于密封材料中的集料在成分上与阳极主体成分一致。在一些实施方式中，密封材料被配置为与阳极主体的热膨胀系数基本重叠。
在一些实施方式中，密封材料作为颗粒材料被插入阳极主体(在阳极主体内部和销之间)。在一些实施方式中，密封材料作为施加到阳极主体或销的液体/浆料而被插入阳极主体(在阳极主体的内部和销之间)。在一些实施方式中，当将密封材料被插入/施加到阳极主体上时，其经历化学和/或热固化以形成固体密封材料。在一些实施方式中，密封材料位于销和阳极主体之间。
在一些实施方式中，密封材料被用在阳极主体的上端周围，从而围绕销的外表面并接触阳极主体(例如，阳极主体中的孔的内部、阳极主体的顶表面、阳极主体的上部和/或其组合)。在一些实施方式中，密封材料包括水泥。在一些实施方式中，密封材料包括水泥浆。在一些实施方式中，密封材料被配置为防止腐蚀性蒸气进入阳极主体的内表面(靠近保持在阳极主体内的销的部分)。
在一些实施方式中，水泥包括集料和粘合剂或基质。在一些实施方式中，通过根据本公开的密封材料(例如使用市售粘合剂和/或基质)来代替集料。在一些实施方式中，用根据本公开的密封材料(例如使用市售的集料)来代替基质或粘合剂。在一些实施方式中，用根据本公开的密封材料来代替基质或粘合剂和集料。粘合剂，基质，集料和/或其组合的一些非限制性商业示例包括：Al2O3、SiO2、MgO、CaO等。
在一些实施方式中，密封材料包括以下中的至少一者：水、聚合物、有机物、分散剂和/或稀释剂，以促进可流动的密封材料，使得密封材料可成形/可流动到其所需位置(例如，在阳极组件和/或阳极主体中)。
在一些实施方式中，密封材料被配置为将导电填充物封闭到阳极主体中(即，在阳极主体的内侧壁和销之间)。在一些实施方式中，密封材料被配置为提供阳极主体与销的机械附接。在一些实施方式中，密封材料被配置为为阳极组件和/或阳极装置提供结构支撑。
在一些实施方式中，密封材料被浇铸在适当位置。在一些实施方式中，促进剂与密封材料组合使用以减少固化时间。在一些实施方式中，密封材料被预浇铸并拧入阳极主体(例如，阳极主体的上部)。在一些实施方式中，在将生坯阳极主体烧结成最终阳极主体/阳极组件(阳极主体、销和密封材料)的同时/期间将密封材料烧结到位。在一些实施方式中，密封材料保持在孔上方，靠近阳极上端的顶表面。在一些实施方式中，密封材料保持在孔中(即，在销和阳极主体的内侧壁之间延伸)并且位于阳极主体的顶表面上方。
在一些实施方式中，在阳极主体的顶表面上方包括沿销延伸(即，销的延伸出阳极主体的部分)。在一些实施方式中，在阳极主体的顶表面上方包括沿着销延伸进入阳极支撑件(即，销的延伸到阳极支撑件中的部分，其中销被机械地附接)。在一些实施方式中，在顶表面上方包括横跨阳极主体的上部的顶表面延伸。在一些实施方式中，在顶表面上方包括横跨顶表面延伸并围绕阳极主体的外侧壁向下延伸(即，围绕阳极表面的上端形成轴环)。
如本文所用，“阳极”是指正电极(或端子)，电流通过正电极(或端子)，进入电解槽。在一些实施方式中，阳极(即阳极主体)由导电材料构成。在一些实施方式中，阳极包含惰性阳极(例如非反应性的、尺寸稳定的、和/或具有小于相应碳阳极的溶解速率(例如在电解槽操作参数下)的)。
如本文所用，“阳极主体”是指：阳极(例如包括顶部、底部和侧壁)的物理结构。阳极材料的一些非限制性示例包括：金属、金属合金、金属氧化物、陶瓷、金属陶瓷及其组合。在一些实施方式中，阳极主体是椭圆形、圆柱形、矩形、正方形、板形(通常是平面的)、其他几何形状(例如三角形、五边形、六边形等)。
如本文所用，“阳极装置”是指电解槽中的阳极或正电极。在一些实施方式中，阳极装置包括：阳极主体和阳极销。在一些实施方式中，阳极装置包括阳极主体、阳极销和填充物/密封材料(例如，单独地或组合地：导电填充物和/或密封材料)。
如本文所用，“阳极组件”是指至少一个阳极装置(阳极主体、销、导电填充物和/或密封材料)和阳极支撑件，其中至少一个阳极装置连接(例如，机械地和/或电气地)到阳极支撑件。
如本文所用，“支撑件”是指将另一个对象保持在适当位置的构件。在一些实施方式中，支撑件是将阳极保持在适当位置的结构。在一个实施方式中，支撑件便于电气总线运转机构与阳极的电连接。在一个实施方式中，支撑件由抵抗腐蚀性浴的侵蚀的材料构成。例如，支撑件由绝缘材料构成，绝缘材料包括例如耐火材料。在一些实施方式中，多个阳极连接(例如，机械地和电气地)到支撑件(例如，可拆卸地)，支撑件是可调节的并且可以在电解槽中升高、降低或以其他方式移动。在一些实施方式中，阳极支撑件包括耐火材料(例如，块或组件)、其他耐浴材料、轨道或梁支撑构件、垂直调整部件和装置、和/或电气总线运转机构。
如本文所用，“电气总线运转机构”是指一个或多个部件的电连接器。例如，阳极、阴极和/或其他槽部件可以具有电气总线运转机构以将组件连接在一起。在一些实施方式中，电气总线运转机构包括阳极中的销连接器、连接阳极和/或阴极的配线、用于各种电池部件(或之间)的电路、以及它们的组合。
如本文所用，“侧壁”意指：形成物体的壁的表面。
如本文所用，“沿周边环绕”是指：围绕表面的外边缘。作为非限制性示例，沿周边环绕包括不同的几何形状(例如，同心环绕、外接)等。
如本文所用，“电解质浴”(有时可互换地称为浴)是指具有至少一种待还原(例如通过电解过程)金属的液化浴。电解浴成分(在铝电解槽中)的非限制性示例包括：NaF-AlF3、NaF、AlF3、CaF2、MgF2、LiF、KF及其(与溶解的氧化铝)组合。
如本文所用，“熔融”是指通过施加热量而处于可流动的形式(例如液体)。作为非限制性示例，电解浴为熔融形式(例如至少约750℃)。作为另一个示例，在槽底部形成的金属产品(例如有时称为“金属垫”)为熔融形式。
在一些实施方式中，熔融电解质浴/槽的操作温度为：至少约750℃、至少约800℃、至少约850℃、至少约900℃、至少约950℃、或至少约975℃。在一些实施方式中，熔融电解质浴/槽的操作温度为：不大于约750℃、不大于约800℃、不大于约850℃、不大于约900℃、不大于约950℃、或不大于约975℃。
如本文所用，“蒸气”是指：气体形式的物质。在一些实施方式中，蒸气包含与来自电解过程的苛性和/或腐蚀性废气混合的环境气体。
如本文所用，“蒸气空间”是指电解槽中的顶部空间，位于电解质浴的表面上方。
如本文所用，“接触面”是指被视为两个主体、空间或相的共同边界的表面。
如本文所用，“浴-蒸气接触面”是指浴的表面，其是两相(蒸气空间和液体(熔融)电解质浴)的边界。
如本文所用，“金属产物”是指通过电解产生的产物。在一个实施方式中，金属产物在电解槽的底部形成为金属垫。金属产品的一些非限制性示例包括：铝、镍、镁、铜、锌和稀土金属。
如本文所用，“至少”意指大于或等于。
如本文所用，“孔”意指：进入某物的开口。
如本文所用，“销”是指：用于将物品连接在一起的一块材料。在一些实施方式中，销是导电材料。在一些实施方式中，销被配置为将阳极主体电连接到电气总线运转机构，以便(通过阳极)向电解槽提供电流。在一些实施方式中，销的第一端被配置为装配到/保持在阳极支撑件内(例如，阳极支撑件和至少一个阳极装置是阳极组件)。在一些实施方式中，销被配置为与阳极主体重叠。在一些实施方式中，销被配置为当阳极主体被附接到销并从销悬挂时在结构上支撑阳极主体。在一些实施方式中，销是不锈钢、镍、镍合金、英高镍合金(Inconel)或防腐蚀钢。在一些实施方式中，销被配置为延伸到阳极主体(例如，进入孔)内一定深度，以便为阳极主体提供机械支撑和电连通。在一些实施方式中，销的长度足(足够长)以向阳极主体提供机械支撑并且足(足够短)以防止孔内的销上的腐蚀(即，将销定位在浴-蒸气接触面上方)。在一些实施方式中，销是椭圆形、圆柱形、矩形、正方形、板形(通常是平面的)、其他几何形状(例如三角形、五边形、六边形等)。
如本文所用，“附着”意指：将两个或更多个物体连接在一起。在一些实施方式中，销附接到阳极主体。在一些实施方式中，销通过紧固件、螺钉、螺纹构造(例如，位于销上)、配合螺纹构造(例如，位于阳极主体的孔的内表面上和销上)等机械地附接到阳极主体。在一些实施方式中，销通过焊接(例如电阻焊或其他类型的焊接)附接到阳极主体。在一些实施方式中，销通过直接烧结(即，将阳极主体直接烧结到销上)附接到阳极主体。
如本文所用，“导电材料”是指：具有将电(或热)从一个地方移动到另一个地方的能力的材料。
如本文所用，“填充物”是指：填充两个其他物体之间的空间或空隙的材料。在一些实施方式中，填充物被配置为将阳极主体连接(例如，电连接)到销。在一些实施方式中，填充物的非限制性示例包括：颗粒材料、液体/浆料材料、以及它们的组合。在一些实施方式中，填充物以可流动的形式结合至/插入所需位置，然后随着时间变化而变硬以产生固体填充物材料。
在一些实施方式中，填充物是导电材料，也称为导电填充物。在一些实施方式中，填充物被配置为将销电连接到阳极主体。导电填充物材料的非限制性示例包括：氧化铁(赤铁矿、磁铁矿、方铁矿)、铜、铜合金、镍、镍合金、贵金属(例如铂、钯、银、金)及其组合。
如本文所用，“密封材料”是指：用于闭合或封闭物体或部件的物质(例如，为了减少、防止和/或消除蒸气或液体向物体或部件的传递)。在一些实施方式中，填充物被配置为相对于存在于蒸气空间中的腐蚀性蒸气密封阳极主体中的上部孔。密封材料的非限制性示例包括：可浇注水泥、混凝土、水泥浆、砂浆及其组合。
在一些实施方式中，密封材料是包含至少两种组分的物质/材料：(1)集料和(2)基质水泥(例如，水泥浆)，其中集料包括大的和/或细的集料尺寸。在一些实施方式中，密封材料被施加到区域以便用作粘合剂，因为其被配置为在硬化时将组件粘附在一起。
如本文所用，“可浇铸材料”是指一种物质/材料，其包含至少两种组分：集料和水泥，其中集料包括大的和细的集料尺寸。在一些实施方式中，将可浇铸材料施加到区域以便用作粘合剂，因为其被配置为在硬化时将组分粘合在一起。
如本文所用，“水泥浆”是指：具有基质和更细集料(与混凝土或水泥相比)的可浇铸材料。在一些实施方式中，水泥浆包括粘度，该粘度被配置为填充阳极组件和/或阳极装置中的裂缝和裂隙。在一些实施方式中，水泥浆被配置为粘合材料，其在适当位置硬化并用于将物体粘合在一起。
如本文所用，“颗粒材料”是指：由颗粒组成的材料。在一些实施方式中，颗粒材料是导电的。在一个实施方式中，颗粒材料是铜珠。颗粒材料的其他非限制性示例包括：贵金属(例如铂、钯、金、银及其组合)。作为非限制性示例，颗粒材料包括：金属泡沫(例如铜泡沫)、大珠或小珠(例如，被配置为在销和阳极主体之间和/或在阳极孔中适配)、涂料和/或粉末。其他尺寸和形状的颗粒材料也是可利用的，只要它们填充销和阳极主体之间的空隙(或销下方的部分、阳极主体的孔中)并促进阳极主体和销之间的电连接以向阳极提供电流。
在一些实施方式中，密封材料配置为减少、防止或消除来自阳极装置(例如，销、阳极主体、导电填充物和/或其组合)的腐蚀。
在一些实施方式中，密封材料包括集料，该集料被配置为阳极匹配性集料。在一些实施方式中，密封材料被配置为废气相容性集料(例如，被配置为反应但基本上不降低密封材料的有效性)。
如本文所用，“阳极匹配性集料”(有时称为废气相容性集料)是指具有重叠性能特征作为阳极组合物的集料。在一些实施方式中，阳极匹配性集料是具有与阳极主体相同的组成成分(例如赤铁矿、磁铁矿)的集料。在一些实施方式中，阳极匹配性集料是具有与阳极中存在的至少一种主要物质(或化合物)(例如>30重量百分比)一致的成分的集料。在一些实施方式中，阳极匹配性集料是具有废气相容性集料的化合物或组分(例如NiFe2O4、NiO、CuAl2O4、CuO)的集料。聚集密封材料的一些非限制性示例包括：尖晶石、磁铁矿、赤铁矿、铝酸铜、镍铁氧体或氧化锡、以及它们的组合。
在一些实施方式中，密封材料包括可浇铸的陶瓷或金属陶瓷塞，其中集料(或其至少一部分)被阳极匹配性集料和/或废气相容性集料替代作为主要密封。作为非限制性示例，密封材料包括含有Al2O3、SiO2、MgO、CaO、Na2O及其组合的可浇铸陶瓷或金属陶瓷，其中硅酸盐和/或铝酸盐中的至少一些根据本公开通过针对阳极主体和/或销材料而特别定制/匹配的集料替换。
在一些实施方式中，集料占密封材料(例如固化的)的约40％(重量百分比)。在一些实施方式中，基质/粘合剂占密封材料(例如固化的)的约60％(重量百分比)。在一些实施方式中，集料占密封材料的约5％(重量百分比)至100％(重量百分比)。在一些实施方式中，粘合剂/基质占密封材料的约5％(重量百分比)至100％(重量百分比)。
在一些实施方式中，集料或粘合剂/基质的百分比和/或量通过观看/观察密封材料的抛光的横截面通过SEM(扫描电子显微镜)或EDS(能量色散光谱法)量化。在该实施方式中，EDS被配置为提供横截面的化学组成。
在一些实施方式中，填充物是导电填充物(例如，被配置为促进销和阳极主体之间的电连通)。
在一些实施方式中，在孔内，填充物被配置为在阳极主体的内侧壁和销之间(例如在密封材料下方)延伸。
在一些实施方式中，密封材料的厚度为：1毫米至不大于50毫米。
在一些实施方式中，密封材料的厚度为：至少1毫米、至少2毫米、至少3毫米、至少4毫米、至少5毫米、至少6毫米、至少7毫米、至少8毫米、至少9毫米、或至少10毫米。
在一些实施方式中，密封材料的厚度为：至少约5毫米、至少约10毫米、至少约15毫米、至少约20毫米、至少约25毫米、至少约30毫米、至少约35毫米、至少约40毫米、至少约45毫米、或至少约50毫米。
在一些实施方式中，密封材料的厚度为：不大于1毫米、不大于2毫米、不大于3毫米、不大于4毫米、不大于5毫米、不大于6毫米、不大于7毫米、不大于8毫米、不大于9毫米、或不大于10毫米。
在一些实施方式中，密封材料的厚度为：不大于约5毫米、不大于约10毫米、不大于约15毫米、不大于约20毫米、不大于约25毫米、不大于约30毫米、不大于约35毫米、不大于约40毫米、不大于约45毫米、或不大于约50毫米。
在一些实施方式中，密封材料的厚度为：至少约50毫米、至少约100毫米、至少约150毫米、至少约200毫米、或至少约250毫米。在一些实施方式中，密封材料的厚度为：不大于约50毫米、不大于约100毫米、不大于约150毫米、不大于约200毫米、或不大于约250毫米。
在一些实施方式中，密封材料被配置为施加到阳极销的涂层。在一些实施方式中，密封材料被配置为施加至阳极主体的内表面的涂层。在一些实施方式中，密封材料被配置为施加至阳极主体的上表面(例如，顶端)的涂层。
在一些实施方式中，通过用材料直接洗涤(例如，喷涂)部件来将密封材料施加到阳极装置和/或阳极组件的一个或多个部件上。
在一些实施方式中，通过将密封材料作为浆料/悬浮液与粘合剂或液体的组合施加到部件上来将密封材料施加到阳极装置和/或阳极组件的一个或多个部件上。
在一些实施方式中，通过将集料施加/引导到所需位置(例如倾倒粉末、颗粒或小珠)，随后添加基质，机械地搅拌/组合以及允许密封材料凝固/干燥来将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。
在一些实施方式中，通过喷涂将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。
在一些实施方式中，通过射补将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。
在一些实施方式中，通过粉浆铸造将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。在一些实施方式中，通过压力铸造将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。在一些实施方式中，通过真空铸造将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。在一些实施方式中，通过浆料压制将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。在一些实施方式中，通过凝胶铸造将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。在一些实施方式中，通过电泳铸造将密封材料施加到阳极装置和销中的一个或多个上。
在一些实施方式中，阳极匹配性集料和/或废气相容性集料以与密封材料混合的形式存在，其中集料为密封材料的至少1％(体积百分比)至不大于99.5％(体积百分比)。
在一些实施方式中，集料以与密封材料混合的形式存在，其中集料为密封材料的至少1％(体积百分比)至不大于100％(体积百分比)。
作为非限制性示例，集料包括：至少1％(体积百分比)、至少5％(体积百分比)、至少10％(体积百分比)、至少15％(体积百分比)、至少20％(体积百分比)、至少25％(体积百分比)、至少30％(体积百分比)、至少约35％(体积百分比)、至少40％(体积百分比)、至少45％(体积百分比)、至少50％(体积百分比)、至少55％(体积百分比)、至少60％(体积百分比)、至少65％(体积百分比)、至少70％(体积百分比)、至少75％(体积百分比)、至少80％(体积百分比)、至少85％(体积百分比)、至少90％(体积百分比)、或至少95％(体积百分比)、或者至少99％(体积百分比)的密封材料。
作为非限制性示例，集料包括：不大于1％(体积百分比)、不大于5％(体积百分比)、不超过10％(体积百分比)、不超过15％(体积百分比)、不超过20％(体积百分比)、不超过25％(体积百分比)、不超过30％(体积百分比)、不大于约35％(体积百分比)、不超过40％(体积百分比)、不超过45％(体积百分比)、不超过50％(体积百分比)、不大于55％(体积百分比)、不大于60％(体积百分比)、不超过65％(体积百分比)、不大于70％(体积百分比)、不大于75％(体积百分比)、不超过80％(体积百分比)、不超过85％(体积百分比)、不大于90％(体积百分比)、或不大于95％(体积百分比)、或不大于99％(体积百分比)的密封材料。
在一些实施方式中，阳极匹配性集料和/或废气相容性集料和密封材料的混合物包括足以维持密封材料的将阳极装置的部件(例如，阳极主体到销)和/或阳极组件(例如，销到阳极支撑件)粘附在一起的能力的集料量。
在一些实施方式中，将密封材料以梯度施加到阳极孔(即，在销和阳极主体的内表面之间)，使得密封材料(具有阳极匹配性集料和/或废气相容性集料)的浓度在径向方向上变化(即，与邻近阳极侧壁的位置相比，浓度在邻近销的位置处不同)。
在一个实施方式中，梯度被配置为使得与邻近阳极的内表面相比，密封材料(具有阳极匹配性集料和/或废气相容的集料)的浓度在销附近更高。
在一个实施方式中，梯度被配置为使得与邻近阳极的内表面相比，密封材料(具有阳极匹配性集料和/或废气相容性集料)的浓度在销附近更低。
在一些实施方式中，密封材料以梯度施加到阳极孔(即，在销和阳极主体的内表面之间)，使得密封材料的浓度在横向方向上变化(即，与邻近阳极主体的下端的位置相比，浓度在与阳极主体的孔/上表面的开口相邻的位置处不同)。
在一个实施方式中，梯度被配置为使得与阳极主体的下端附近相比，密封材料的浓度在上端附近更高。
在一个实施方式中，梯度被配置为使得与阳极主体的下端附近相比，密封材料的浓度在上端附近更低。
在一些实施方式中，密封材料被配置为与阳极主体的上端(在气相中)或下端(在浴中)相比，与浴-蒸气界面相邻的位置处具有较高浓度。
在一些实施方式中，密封材料从正好在浴-蒸气接触面下方的位置到与阳极的上端相邻的位置的浓度高于处于阳极主体的的浸没部分(例如浸没在浴-蒸气接触面下方)中的密封材料(中的阳极匹配性集料和/或废气兼容性集料)的部分。
图2-15描绘了根据本公开的一些实施方式的示例性阳极装置的示意性剖视侧视图。图2描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的整个顶表面。图3描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的整个销12、开口32和阳极主体30的顶表面的一部分。图4描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的顶表面的一部分。图5描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于阳极主体30的顶表面上方(即，位于蒸气空间24和耐火部分18内)的整个销12、开口32和阳极主体30的顶表面的一部分。
图6描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的整个销12、开口32和阳极主体30的整个顶表面。在图6中，密封材料50延伸超出阳极主体的顶表面的外围边缘并覆盖阳极主体30的侧壁40的一部分。图7描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的整个顶表面。在图7中，密封材料50延伸超出阳极主体的顶表面的外围边缘并覆盖阳极主体30的侧壁40的一部分。
图8描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的整个销12。密封材料50覆盖开口32和阳极主体30的整个顶表面。密封材料50延伸超出阳极主体的顶表面的外围边缘并覆盖阳极主体30的侧壁40的一部分。密封材料50也设置在蒸气空间24和耐火材料18之间，以防止腐蚀性化学物质腐蚀销12的暴露部分(即未被密封材料50覆盖的部分)。
图9描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的整个顶表面。密封材料50延伸超出阳极主体的顶表面的外围边缘并覆盖阳极主体30的侧壁40的一部分。销12的位于气相24中的一部分未被密封材料50覆盖。密封材料50也设置在蒸气空间24和耐火材料18之间，以防止腐蚀性化学物质腐蚀耐火材料18中的销12的暴露部分。
图10描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的整个销12。密封材料50覆盖开口32和阳极主体30的整个顶表面。密封材料50不延伸超出阳极主体的顶表面的外围边缘以覆盖阳极主体30的侧壁40的一部分。密封材料50也设置在蒸气空间24和耐火材料18之间，以防止腐蚀性化学物质腐蚀销12的暴露部分(即未被密封材料50覆盖的部分)。
图11描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的整个顶表面。密封材料50延伸超出阳极主体的顶表面的外围边缘并覆盖阳极主体30的侧壁40的一部分。密封材料沿阳极主体30的侧壁40向下延伸至接触面22附近。
图12描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的整个顶表面。
图13描绘了阳极装置，其中密封材料50覆盖位于蒸气空间24中的销12的一部分、开口32和阳极主体30的整个顶表面。密封材料也设置在孔34内以覆盖销12的位于阳极主体30内的部分。密封材料50覆盖销12在阳极主体30内位于接触面22上方的部分。
图14描绘了阳极装置，其中密封材料50设置在孔34内以覆盖阳极主体30内的销12的一部分。密封材料50覆盖销12在阳极主体30内位于接触面22之上的部分。
图15描绘了阳极装置，其中密封材料50设置在孔34内以覆盖阳极主体30内的销12的一部分。密封材料50覆盖销12在阳极主体30内位于接触面22之上的部分。填充材料设置在孔34内并位于密封材料50下方。
现在将详细参考预示性实施例，其(结合附图及其先前的描述)至少部分地帮助说明本发明的各种相关实施方式。
实施例：预示性阳极制造：
制备阳极主体的非限制性示例包括：压制烧结、熔融铸造和浇铸，这些示例在相应的美国专利7,235,161中公开，该专利的内容通过引用整体并入本文。
一旦形成阳极主体，就将销和填充材料(如果使用的话)结合到阳极主体中。例如，如果使用填充物(例如导电填充物)，则将销放置在阳极主体的孔中，并将填充物(例如以颗粒材料的形式)插入销和阳极主体中的孔的内表面之间的空隙中。然后将密封材料(即，为了提供机械连接和/或将销和/或填充材料密封到阳极主体中的孔中)添加到阳极主体的上端。在一些实施方式中，密封材料被配置为至少部分地延伸到阳极主体中的孔中。在一些实施方式中，密封材料被配置为位于阳极主体的顶部，靠近孔的上端，并且当销从阳极主体向上延伸时围绕销。在一些实施方式中，密封材料在围绕销的位置上放置在阳极主体的顶部。
在一些实施方式中，密封材料被配置为将一部分路径延伸到位于阳极上端的孔中。在一些实施方式中，密封材料被配置为覆盖阳极主体的顶部。在一些实施方式中，密封材料被配置为接触阳极主体的外周侧壁的至少一部分。在一些实施方式中，密封材料被配置为接触销、阳极主体的内部(孔)、阳极主体的上部/顶部表面和阳极主体的外周壁的至少一部分的上部。
虽然已经详细描述了本发明的各种实施方式，但是显而易见的是，本领域技术人员将想到那些实施方式的修改和改编。然而，应该清楚地理解，这些修改和改编都在本发明的精神和范围内。
预示性比较实施例：
两个阳极组件(AA1＝现有技术且AA2＝根据本公开的实施方式)由以下方式制成：根据第7,507,322号和第7,235,161号美国专利的公开内容所述的相同的阳极主体尺寸和成分；相同的销材料(铜或铜合金)；和不同的密封材料。
在AA1(第一种情况)(现有技术)中，密封材料符合第7,169,270号美国专利的公开内容。在第二种情况(本公开)中，密封材料的5％(重量百分比)至100％(重量百分比)是含有Al2O3、SiO2、MgO、CaO、Na2O及其组合的可浇铸陶瓷或金属陶瓷，其中密封材料(例如可浇铸陶瓷)中的至少一些硅酸盐和/或铝酸盐集料被替换为磁铁矿集料(例如阳极匹配性/阳极相容性集料)，其被配置有与现有技术中的集料的集料适当选型相当的选型。
两个阳极组件都被配置为图2中所示的实施方式。两个阳极组件都被结合到铝电解槽中并且作为电极(阳极)操作，所述电极延伸穿过浴-蒸气接触面足够长的时间以便评估是否由于存在于槽的蒸气空间中的反应性物质与密封材料和/或其成分的相互作用而发生任何反应。
将阳极组件从电池中拉出并进行评估，以评估和/或量化各种阳极装置部件(例如密封材料)上的腐蚀。可以发现，AA2的密封材料，即具有与阳极主体相适应(即匹配)的集料的密封材料，比现有技术的密封材料表现得更好(表现出更少的腐蚀)。而且，将发现，AA2的销比AA1(现有技术的阳极装置)的销表现得更好(表现出更少的腐蚀)。
在不受特定机理或理论束缚的情况下，应相信，在电解槽操作条件期间(即在升高的温度下和在蒸气空间中的腐蚀性环境中，该环境包含反应性氟化物气体、氧气和/或其他反应性蒸气物质)，二氧化硅(例如在密封材料中作为集料存在的SiO2)产生可用于与蒸气空间中存在的反应性物质相互作用的反应性硅酸盐袋。
在不受特定机理或理论束缚的情况下，应相信，密封材料(即AA1)的集料中的反应性硅酸盐将与存在于电解槽的蒸气空间中的氟化物气体反应，进而产生四氟化硅，四氟化硅进而腐蚀销。在不受特定机理或理论束缚的情况下，应相信，当反应性氟化硅物质进一步与销相互作用/反应时，在密封材料中产生袋或孔(即，降低密封材料的机械强度/结构支撑，并且产生洞/孔，其中反应性物质可以进一步渗透到密封材料或阳极装置的其他部件中并与之反应。在不受特定机理或理论束缚的情况下，当氟化硅物质与销材料反应时，腐蚀的起始位点在销上出现并且阳极装置的结构完整性和/或该部件的电效率进一步降低)。
在不受特定机理或理论束缚的情况下，应相信，在电解槽操作条件期间(即，在升高的温度下和在蒸气空间中的腐蚀性环境中，该环境包含反应性氟化物气体、氧气和/或其他反应性的蒸气物质)，磁铁矿集料(例如密封材料中的SiO2和/或Al2O3替代物)产生聚集袋，其被定制为不与反应性物质发生显着反应(因此，不会在密封材料中形成洞和/或进一步导致销腐蚀)。
在不受特定机理或理论束缚的情况下，应相信，密封材料(即AA1)的集料中的反应性硅酸盐将与存在于电解槽的蒸气空间中的氟化物气体反应，进而产生四氟化硅，四氟化硅进而腐蚀销。
可以组合上文提到的各个创新方面以产生惰性阳极装置，惰性阳极装置具有提供与阳极主体的机械和电连接的销，其中销向下延伸到阳极主体的孔中并且定位在阳极主体的孔中，使得销的下端位于蒸气-浴接触面上方。
本发明的这些和其他方面、优点和新颖特征在下面的描述中部分地阐述，并且在检查了以下描述和附图之后对于本领域技术人员将变得显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
附图标记
阳极组件 10
销 12
第一端 14
第二端 16
阳极支撑 18
电流源 20
浴-蒸气接触面 22
蒸气空间 24
浴 26
阳极装置 28
阳极主体 30
上开口 32
阳极内侧壁(限定孔) 34
阳极上端 36
阳极下端 38
阳极外侧壁 40
导电填充物 42
颗粒(导电填充物)材料 44
液体/浆料(导电填充物)材料 46
阳极顶表面 48
密封材料 50
集料 52(大颗粒和/或小颗粒、例如集料颗粒、粉末)
基质/粘合剂材料 54

Claims (24)

1.一种阳极组件，包括：
阳极支撑件；和
阳极装置，其机械地附接到所述阳极支撑件，其中所述阳极装置包括：
(a)阳极主体，其包括至少一个外侧壁，其中所述外侧壁被配置为限定所述阳极主体的形状并且沿周边围绕所述阳极主体中的孔，其中所述孔包括位于所述阳极主体的顶表面中的上开口，并且其中所述孔轴向地延伸到所述阳极主体中；
(b)销，包括：
a.第一端，其连接到电流源，和
b.与所述第一端相对的第二端，其中所述第二端向下延伸到所述阳极主体的上端中并进入所述阳极主体的所述孔中；和
(c)密封材料，其包括集料和基质，其中所述密封材料被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：
(1)所述阳极主体的内侧壁；
(2)所述阳极主体的所述顶表面；
(3)所述销；和
(4)所述阳极支撑件。
2.根据权利要求1所述的阳极组件，其中所述密封材料包括以下中的至少一者：水、聚合物、有机物、分散剂、或稀释剂。
3.根据权利要求1所述的阳极组件，其中所述密封材料被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：(1)所述阳极主体的内侧壁；(2)所述销；和(3)填充物材料。
4.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述销的所述第一端被配置为保持在阳极支撑件内。
5.根据权利要求1所述的阳极装置，其中填充物在所述孔中被保持在所述阳极主体的所述内侧壁与所述销之间。
6.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料被配置为在所述阳极主体内将导电填充物封闭在所述阳极主体的所述内侧壁与所述销之间。
7.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料被浇铸到位。
8.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料被预浇铸并拧入所述阳极主体中。
9.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料在生坯形态的阳极主体被烧结成最终的阳极主体期间被烧结到位。
10.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料被保持在所述阳极主体的所述顶表面上方。
11.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料被保持在所述孔中。
12.根据权利要求10所述的阳极装置，其中在所述阳极主体的所述顶表面上方包括沿所述销延伸。
13.根据权利要求10所述的阳极装置，其中在所述阳极主体的所述顶表面上方包括沿所述销延伸并进入所述阳极支撑件。
14.根据权利要求10所述的阳极装置，其中在所述顶表面上方包括横跨所述阳极主体的上部的所述顶表面延伸。
15.根据权利要求10所述的阳极装置，其中在所述顶表面上方包括横跨所述顶表面延伸并围绕所述阳极主体的所述外侧壁向下延伸。
16.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料在所述销与所述阳极主体的内表面之间以梯度施加到所述阳极孔，使得所述密封材料的浓度沿径向方向变化。
17.根据权利要求16所述的阳极装置，其中所述梯度被配置为使得与所述阳极主体的所述内表面附近相比，所述密封材料的浓度在所述销附近更高。
18.根据权利要求16所述的阳极装置，其中所述梯度被配置为使得与所述阳极主体的所述内表面附近相比，所述密封材料的浓度在所述销附近更低。
19.根据权利要求1所述的阳极装置，其中所述密封材料在所述销与所述阳极主体的内表面之间以梯度施加到所述阳极孔，使得所述密封材料的浓度在横向方向上变化。
20.根据权利要求19所述的阳极装置，其中所述梯度被配置为使得与所述阳极主体的下端附近相比，所述密封材料的浓度在所述上端附近更高。
21.根据权利要求19所述的阳极装置，其中所述梯度被配置为使得与所述阳极主体的下端附近相比，所述密封材料的浓度在所述上端附近更低。
22.根据权利要求19所述的阳极装置，其中所述密封材料被配置为与处于气相中的上端或处于所述阳极主体的浴中的下端相比，在与浴-蒸气接触面相邻的位置处具有更高浓度。
23.根据权利要求19所述的阳极装置，其中与所述密封材料在所述阳极主体的浸没部分中的部分相比，所述密封材料在从刚好位于浴-蒸气接触面下方的位置到邻近阳极的上端的位置的浓度更高。
24.一种电解槽，包括：
槽结构，其包括槽底部和槽侧壁，其中所述槽侧壁被配置为沿周边围绕所述槽底部并从所述槽底部向上延伸以限定控制容积，其中所述控制容积被配置为保持熔融电解质浴；以及
阳极组件，其被配置为将电流引入所述熔融电解质浴，其中所述阳极组件包括：
阳极支撑件；和
阳极装置，其机械地附接至所述阳极支撑件，其中所述阳极装置包括：
(a)阳极主体，其包括至少一个外侧壁，其中所述外侧壁被配置为限定阳极形状并且沿周边围绕所述阳极主体中的孔，其中所述孔包括位于所述阳极主体的顶部中的上开口，并且其中所述孔轴向地延伸至所述阳极主体中；和
(b)销，其包括：连接到电流源的第一端和与所述第一端相对的第二端，其中所述第二端被配置为向下延伸到所述阳极主体的上端中并进入所述阳极主体的所述孔中；和
(c)密封材料，其被配置为覆盖以下中的至少一者的至少一部分：所述阳极主体的内侧壁；所述阳极主体的顶表面；所述销；和所述阳极支撑件。
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