CN1688750A - 用于Hall－Heroult电解槽的析氧阳极的使用及其设计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从含有氧化铝的电解质(3)中电解生产铝金属的方法，该方法通过对包括至少一个惰性阳极(1)和至少一个阴极(2)以形成电解沉积槽的一部分进行电解来实现。在电解过程中，阳极放出氧气，阴极使铝在其上放电，其中，所述氧气迫使电解质具有流动模式。氧气被引导流入阳极沟槽中并从极间空间排出，从而形成在电极(1)与(2)之间以及在阳极(1)之间及其之上的电解质流动模式。本发明还涉及阳极组件和电解沉积槽。

Description

用于Hall-Heroult电解槽的析氧阳极的使用及其设计
本发明涉及通过使用至少一个惰性阳极来生产铝的方法以及所述阳极和槽的相应设计。
背景技术
当前，铝金属是通过溶解在熔融电解质中的含铝化合物的电解而生产的，并且电解沉积过程是在传统Hall-Hèroult设计的槽中进行的。这些电解槽装备有水平排列的电极，其中，当今槽的导电的阳极和阴极由碳材料制成。电解质以氟化钠和氟化铝的混合物为基础，另外添加碱金属和碱土金属的氟化物。当电流从阳极流经电解质到达阴极时，发生电解沉积过程，使含铝的离子在阴极上放电，生成熔融铝，并且在阳极上形成二氧化碳(见Haupin and Kvande，2000)。该过程的总反应可以由下面的等式表示：
    (1)
由于水平的电极构造、优选的电解质组成和自耗碳阳极的使用，当前使用的Hall-Hèroul工艺显示出几个缺点和不足。这些不足包括面积密集型设计、高投资成本、问题多的电解质和金属流模式、昂贵的电母线体系等等。
传统的铝生产槽使用碳材料作为导电阴极。因为碳不能被熔融铝湿附，所以必需在碳阴极之上至少维持深的熔融铝金属池，并且实际上在现有槽中铝池的表面才是“真正的”阴极。这种金属池的主要缺陷是熔融槽的高安培数(＞150kA)形成了相当大的磁力，造成扰动。结果，金属易于在槽中到处移动，引起波动，这可能会局部地使槽短路，并促进所产生的铝向电解质中的溶解。为了克服这一问题，设计了复杂的母线体系来补偿磁力并使金属池尽可能地稳定和平坦。复杂的母线体系是很贵的，并且如果金属池的扰动太大，那么铝在电解质中的溶解将加大，发生如下式的逆反应，而导致电流效率降低：
    (2)
根据反应(1)，当今槽的优选碳阳极在过程中会被消耗，典型的阳极净消耗为每生产一吨铝消耗50O至550kg碳。使用碳阳极会产生如CO2和CO的污染性温室气体，以及所谓的PFC气体(CF4、C2F6等)，这种气体比温室气体更有害且非常稳定。在过程中阳极会消耗意味着槽中的极间距将不断地改变，因此必需频繁地调整阳极的位置以保持最佳的操作极间距离。此外，以固定的间隔将每一个阳极都替换为新的阳极。虽然碳材料和阳极的制造相对便宜些，但是对用过的阳极(残余部分)的处理构成了现代原铝熔炉的操作成本的主要部分。
在Hall-Hèroult中使用的原材料是氧化铝，也称为矾土。矾土在大部分电解质中的溶解度都较低。为了达到足够的矾土溶解度，必须将电解沉积槽中熔融电解质的温度保持为很高。当今，Hall-Hèroult槽的正常操作温度在940～970℃的范围内。为了保持高的操作温度，必须在槽中产生相当量的热，并且主要的产热部分发生在电极间的极间空间中。由于高的电解质温度，当今的铝生产槽的侧壁对氧化气体和基于冰晶石的熔体没有抵抗力，所以在槽操作期间必须对槽的侧面衬里进行保护。这通常是通过在侧壁上形成凝结池槽帮(ledge)的外壳来实现的。该槽帮的维护必需要有下面的操作条件，其中，通过侧壁损失的高热量是首要的要求。这导致电解生产的能量消耗远远高于铝生产的理论最小值。在极间空间中的池的高电阻是槽中35-45％的电压损失的原因。该技术的当前技术发展水平是，槽在250～350kA的电流负载范围下操作，能量消耗约为13kWh/kg Al，电流效率为94～95％。
如所指出的，改进槽设计和铝电解槽中的电解材料有几个合理的原因，并且已经做出一些尝试来获得这些改进。
当在铝的电解沉积中使用惰性电极时，总反应将是：
    (3)
已经做出了很多尝试来寻找最佳的惰性阳极材料，并在电解槽中引入这些材料，并且已经提出了与用于铝电解沉积的惰性阳极材料有关的大量专利。所提出的惰性阳极材料中的大部分都基于锡氧化物和镍铁体，其中，阳极可以是纯氧化物材料或者金属陶瓷型材料。对惰性阳极的第一个工作是由C.M.Hall启动的，他在他的电解槽中使用铜金属(Cu)作为可能的阳极材料。一般地，惰性阳极可以被分成金属阳极、基于氧化物的陶瓷阳极和基于金属和氧化物陶瓷的组合的金属陶瓷。所提出的含氧化物的惰性阳极可以基于一种或多种金属氧化物，其中，氧化物可以具有不同的作用，例如对基于冰晶石熔体的化学“惰性”以及高电导率。但是，所提出的氧化物在电解槽的苛刻环境中的有差异的行为是可疑的。金属陶瓷阳极中的金属相也可以是单一金属或者是几种金属的组合(金属合金)。所提出的阳极材料都具有的主要问题是，它们对由于产生纯氧气(1巴)和基于冰晶石的电解质而引起的高腐蚀环境的化学抵抗力。为了减少阳极向电解质中的溶解问题，已经提出添加阳极材料成分(美国专利No.4,504,369)和基于铯的氧氟化物化合物的自产生/修复混合物(美国专利No.4,614,569、4,680,049和4,683,037)，作为用于惰性阳极电化学腐蚀的可能抑制剂。但是，这些体系中没有一个已经证明是可行的技术方案。
在现有的Hall-Hèroult电解沉积槽中引入惰性阳极和可湿阴极，将对铝生产中如CO2、CO和PFC的温室气体的产生的减少有重要的影响。此外，如果可以使极间空间比传统Hall-Hèroult槽的小，那么潜在地，额外的能量的减少也会是显著的。
在美国专利No.4,504,366、4,596,637、4,614,569、4,737,247、5,019,225、5,279,715、5,286,359和5,415,742中，以及GB 2076021和其它专利中，描述了Hall-Hèroult槽的改型或提高发展。所有这些专利都针对在现有Hall-Hèroult槽由于高热量损失而引起的问题，并且，电解过程在减小的极间距下操作。此外，所提出的这些设计中的一些在减小暴露于电解质的液态铝金属盘的表面积方面有效。但是，所提出专利中只有少数针对Hall-Hèroult槽的低的产量与面积比的问题。美国专利No.4,504,366、5,279,715和5,415,742以及其它专利，已经通过实现竖直的电极构造以增加槽的总电极面积来解决该问题。这三个专利还提出使用双极电极。但是，在这些专利中提出的槽设计的主要问题是，需要在槽底上有很大的铝池来提供对阴极的电接触。这会使得槽易受由母线(bus bar)体系形成的磁场的影响，并且可能因此导致电极的局部短路。
此外，所谈到的专利以及美国专利No.6,030,518所针对的都是将相对于正常的Hall-Hèroult槽温度来降低池温，作为降低槽中阳极腐蚀速率的可行方式。在主要用于生产镁的美国专利No.4,308,116中还描述了使用气升(gas lift)效应和所谓的上流(up-comer)和下流(down-comer)通道设计。
美国专利No.4,681,671描述了一种具有水平阴极和几个叶片形竖直阳极的新型槽设计，然后，该槽在低的电解质温度下操作，阳极电流密度等于或低于临界阈值，在该阈值时含氧化物的阴离子优先向氟化物阴离子放电。通过受迫的或自然的对流，熔体被循环到单独的室或单独的单元，在这里，在将熔体循环回到电解室之前添加矾土。虽然在所提出的构造中阳极的总表面积很高，但是，因为阳极材料相对于电解质具有低的电导率，所以有效的阳极面积小且有限。这将大大地限制有用的阳极表面积，并且将导致在有效阳极表面上的高腐蚀速率。
在流体力学中有一个已经被很好确定的事实，即，流体系统的流动是由在系统各部分内部液体流动驱动力与液体流动阻力之间平衡控制的。此外，根据构造以及局部区域内的速度，流动可能在与流体驱动相同的方向，但有时也可能在相反的方向上。在美国专利No.3,755,099、4,151,061和4,308,116以及其它专利中描述了这一原理。倾斜的电极表面被用来增强/便于从阳极排除气泡和从阴极去除熔融金属。因此，具有多单极和双极电极排列的竖直或近似水平电极的电解槽设计并不是新的，其中使用固定极间距和气升效应来形成电解质流的受迫对流。WO 02/31225和美国专利No.3,666,654、3,779,699、4,151,061和4,308,116以及其它专利利用了这种设计原理，并且后两个专利还描述了使用“通道”用于相对于电解质流的(一个或多个)上流和(一个或多个)下流。美国专利No.4,308,116还提出使用分离壁来增强所生成金属与气体的分离。
但是，在WO 02/31225中描述的倾斜的棒状阳极没有形成如本发明一样强大且受控的气泡驱动流，并且实验显示气体将从这种阳极的所有壁逃逸，即使底表面倾斜几度也是如此。
本发明的目的是提供一种用于通过在优选基于冰晶石的熔融氟化物电解质中，在680～980℃的温度范围内，通过优选为铝氧化物的含铝矿石的电解沉积来生产铝的方法和电解沉积槽。所述方法被设计用来在与现有电解沉积铝的生产技术相同或更低的成本下操作，从而提供所述生产的商业化且经济可行的工艺。这意味着电解槽的设计具有减少能量消耗、减少总生产成本而仍保持高电流效率所必需的槽部件和外形。通过使用尺寸稳定的阳极和铝可湿或非可湿阴极来得到紧凑的槽设计。内部的电解质通量被设计用来获得高的矾土溶解速率(即使在低的电解质温度下)以及电解过程的两个产物的良好分离。而且，所提到的专利(美国专利No.4,681,671、5,006,209、5,725,744和5,938,914以及WO02/312225)具有的问题，在本发明中也没有遇到，因为本发明的电解槽的设计更加精密。
其它出版物：
Haupin，W.和Kvande，H.：“Thermodynamics of electrochemicalreduction of alumina”，Light Metals 2000，pp.379-384。
Shekar，R.和Evans，J.W.：“Modeling studies of electrolyte flowand bubble behavior in advanced Hall cells”，Light Metals 1990，pp.243-248。
Shekar，R.和Evans，J.W.：“Physical modeling of bubble phenomena，electrolyte flow and mass transfer in simulated advanced Hallcells.Final Report”，DOE/ID-10281，University of California，Berkeley，March 1990。
Solheim，A.和Thonstad，J.：“Model cell studies of gas inducedresistance in Hall-Hèroult cell”，Light Metals 1986，pp.397-403。
在本发明中与用于实现铝电解的电解槽相关的，并且与铝电解沉积槽的构成原理相关的控制原理是，必须有效地收集铝和氧气这两种产物，并使由于这些产物的复合引起的损失最小。已经发现这可以通过下面的槽设计实现，在该设计中，所产生的气体从极间空间中以下面的方式有效快速的排出，该方式使得氧气的停留时间被减到最小，从而产物之间的逆反应也被减到最小。
氧气气泡比CO2小，其在产生氧气的水平取向的阳极下所产生的气泡层阻力比在类似的产生CO2的阳极下的高出很多。这一行为减小了惰性阳极用来获得均匀的电流分布以及低气泡层阻力而可以具有的水平表面积。本发明通过减少所产生的气体在活性阳极表面上必须经过的长度，并结合了有效的气体排放，对所述的限制进行了处理。
本设计概念可以被用来建立全新的电解槽系列，但是更重要的是，阳极组件可以代替大部分现有Hall-Hèroult Prebake和Søderberg槽中的碳阳极，而在阳极产生氧气而非CO2。这种改型槽的实现和使用具有巨大的商业潜力，因为对当前的电解车间、阴极电解槽系列、母线系统、阳极束和基础设施进行最小的调整/改变就可以使用。在专利WO01/63012 A2中描述了通过替换工作状态下的碳阳极来对Prebake槽进行改型的方法，但是这里描述的阳极与本发明的阳极是极不相同的。
通过如在所附权利要求中限定的本发明，可以得到这些和其它优点。
本发明的简要描述
下面，将通过附图和实例对本发明做进一步描述，其中：
图1：示出了根据本发明的电解槽的水平横截断面的示意图。
图2：示出了在图1中示出的阳极的水平横截面。
图3：示出了两个阳极的水平截面以及由本发明阳极的外表面和沟槽形状得到的循环模式，这里的阳极与图1中的相比旋转了90°。
图4：示出了在两个槽中面对熔融铝阴极的具有不同沟槽取向的阳极群的底表面的两个实例。
图5：示出了可替换的阳极形状，其中，阳极的面对阴极的底部可以被成形为具有三个或更多个面的类似锥形或屋顶形，使得有角度的或直的表面朝向在顶部的孔，通过该孔所产生的阳极气体可以逸出。
本发明的详细描述
图1至3揭示了用于铝电解沉积的槽，包括浸在电解质(3)中的惰性阳极(1)和作为阴极(2)的铝池。在操作中，在惰性阳极(1)产生氧气(10)。氧气在惰性阳极的电活化表面(15)处产生，此后将该处称为阳极“齿”。在表面产生的氧气气泡将沿着阳极底部倾斜侧面的形状(图2)进入沟槽(4)中。沟槽(4)必须相对于水平金属表面倾斜1至5度，以有效快速地将所产生的氧气从极间空间(5)中传送出去，同时使所产生的氧气(10)和铝(2)的搅动和混合最少。
倾斜沟槽(4)的端部应该圆滑地向上(图3)，以流畅地排放气体，而不会是频繁的脉动式气体排放。具有沟槽的阳极以前已经提出过，但是没有提出过在水平取向的阳极中的所述成角度的沟槽(图3)，其中，根据本发明成形的阳极“齿”(15)宽为10至20cm。
在图3和图4中示出的阳极“齿”(1)底部的中线平行于阴极表面，但是应存在齿部分成1至5度角、朝向沟槽(4)垂直于中线的倾斜侧面。每一个阳极(1)中的沟槽(4)数量与每一个阳极中的齿(15)的数量相平衡，同时，其也是尺寸和电流密度的函数。在面对阴极的活性阳极表面上的电流密度可以在0.3～1.5A/cm2之间变化。两个或多个阳极形成阳极“群”(图1)，它们被连接到阳极提升器(6)并且经由阳极梁连接到母线系统，该连接的方式与铝生产领域中的技术人员所了解的Prebake阳极相似。这使得对现有Prebake和Søderberg槽进行改型以使用本发明的阳极变得非常容易且经济上很有利。此外，在任何需要的时候，对这些新电极进行调整和替换都很容易。
阳极齿(15)的形状和沟槽已经在参照系统中被制成模型并被最优化，其中，例如粘度、气泡大小等的物理参数被最优化以符合冰晶石-氧气体系，并符合具有惰性阳极的Hall-Hèroult槽。模型显示气体通过从阳极所有侧的排放被释放，防止了阳极与溶解的铝进行反应，但是大部分气体从沟槽的端部被释放，这也形成了在极间空间以及阳极之间的主要气流。
阳极还可以以下面的方式被成形，使得面对阴极的阳极底部可以被成形为具有三个或更多个面的类似锥形或屋顶形，使得有角度的或直的表面向上朝向孔(16)，在这里所产生的阳极气体可以被容易且有效地从活性阳极表面被传送走并逸出，同时形成围绕阳极的循环模式(见图5)。在阳极孔(16)中的电解质将是湍流的，并且正好适于添加矾土(11)。气体诱发的池循环将确保所添加的矾土有效地围绕阳极分布，从而使阳极周围的矾土浓度恒定保持在预定的水平。
阳极到阴极的距离可以被保持为最小，因为在阳极(1)产生的小氧气气泡(10)经由沟槽和阳极侧面从极间空间中被有效地去除了。为了将所产生的热保持在槽内，在阳极顶部(9)和阴极电解槽系列的底部可以有绝缘。阳极顶部由罩(14)盖住。
一方面的浮力产生的气泡力(气升效应)以及另一方面的流动阻力引起电解质的净运动(图3)，以提供所需的矾土溶解和供应，以及产物的分离。这是如下获得的，即通过以对于流动行为(见图3)来说最优化的方式形成阳极(13)的外部，并且流动的方向是通过使沟槽的底部在期望方向(例如图4)上倾斜而形成的。各个阳极的倾斜沟槽的方向可以是不同的，甚至在同一个阳极上也不同，以在槽中形成期望的流动模式和循环(图4)。阳极优选地应该完全浸没以给出强烈且受控的电解质循环。
槽位于钢容器中，或者位于由其它合适的材料制成的容器中。所述容器具有绝热衬里(7)以及对基于氟化物的电解质和所产生的铝(2)的化学腐蚀有极好抵抗力的耐火衬里。优选地，通过一个或多个进料点(11)差不多连续地将矾土送入，并送入到在槽电极之间的电解质的高度湍流的流动区域(图2)。这将允许矾土快速和可靠的溶解，即使在低的池温下和/或电解质中高的冰晶石比例的情况下也是如此，而在槽底部没有形成废料。这些阳极经由连接器(6)被连接到外围母线系统，其中，如果需要，温度可以通过冷却系统控制。
在电解期间在槽中形成的废气和蒸发的电解质将在阳极上方的槽顶部(14)被收集。然后，废气可以通过排气系统而被从槽中排出。排气系统可以被耦合到槽的矾土进料系统(11)，并且热的废气可以被用来对矾土原料进行预热。可选地，在原料中极好分散的矾土颗粒可以起到气体净化体系的作用，在该体系中，来自槽的废气中的任何电解质液滴、颗粒、灰尘和/或氟化物污染物被全部和/或部分从废气中去除。净化后的来自槽的废气然后被连接到电解槽系列的气体收集系统。
本发明的槽设计实现了所产生气体的受控排放以及电解槽中被很好限定的流动模式，这些对于得到快速的矾土溶解以及在恒定高浓度下的分布来说至关重要。通过使阳极齿/棒的宽度较小，并且朝向垂直于阳极齿的沟槽只倾斜1至5度，就可以得到在阳极齿上的均匀电流分布和低的气泡层引起的电压下降。为了避免阳极局部区域上的高电流密度，使所有的拐角都平滑/圆化。这样，就避免了先前所提专利设计解决方案的不好结果，在这些专利中，阳极群“花盆”、“螺栓”或“棒”被水平地定位或者具有倾斜的底部，这将提供围绕阳极“棒”的湍流，并且使矾土不会倾向于在槽外围分布，这要求在槽中有更多数量的矾土进料器，以得到均匀的高矾土浓度。对于本发明来说，矾土在槽底部堆积(形成废料)的几率认为也更小了。
暴露的阴极表面积的减小将降低在所产生金属中阳极材料的污染程度，从而减少在电解期间的阳极腐蚀，除非设计全新的槽，否则在改型槽中是很难实现这点的。但是，可以通过减小阳极电流密度(例如通过增加阳极表面积)并通过降低操作和/或阳极温度来实现阳极腐蚀的减少。
所示出的多单极阳极群(1)显然可以制成多个更小的单元，然后再进行组合来形成期望尺寸的阳极。此外，所有的惰性阳极群(1)在任何需要的时候都可以互换。
所述电解槽的连续操作需要使用尺寸稳定的惰性阳极(1)。阳极优选地由金属、陶瓷材料、金属陶瓷的复合物(金属陶瓷)或它们的组合制成，具有高的导电率。阴极(2)可以是非润湿的基于碳的或者是铝可湿的，以在恒定的极间距(5)下操作槽。可湿阴极优选地由碳和二硼化钛的混合物、二硼化锆或它们的组合制成，或者通过将铝可湿材料的(一个或多个)层粘附到传统的碳块上来制成。同样，阴极还可以由基于碳的阴极块制成，或者由基于硼化物、碳化物、氮化物或硅化物或它们的组合和/或复合物的、其它导电难熔硬金属(RHM)的碳复合物制成。到阳极的电连接优选通过罩(14)被插入，如图1所示。到阴极的连接(8)(集电极棒)通过阴极电解槽系列被插入，如本领域的技术人员所知的。
本发明的槽可以在低的极间距(5)下操作，以节省在铝电解沉积期间的能量。低的极间距意味着在电解质中产生的热可以比传统Hall-Hèroult槽减少。槽的磁场和母线系统必须被最优化，以在可行的非常低的极间距下操作，而不会有使电极短路的危险，短路将毁坏阳极材料并降低电流效率。这样，通过按需要在侧面、底部以及槽顶部(9，14)设计正确的热绝缘体(7)，就可以调整槽的能量平衡。然后，槽可以通过覆盖侧壁的自调整凝结槽帮来操作，这对本领域的技术人员是公知的。
所产生的过多的热量必须通过槽的侧面从槽中去除。槽衬里(7)优选地由致密烧结的难熔材料制成，这些难熔材料对所使用的电解质和铝有极好的抗蚀性。除了基于碳的阴极块之外，还建议使用下面的材料，碳化硅、氮化硅、氮化铝以及它们的组合或复合物。此外，通过使用与上述的致密槽衬里块体不同的材料保护层，可以防止槽衬里的至少一部分免受氧化或还原环境的影响。这种保护层可以由氧化物材料制成，例如氧化铝，或是由阳极材料的一种或多种氧化物成分与额外的一种或多种氧化物成分的化合物组成的材料。
本发明的槽被设计用来在880℃～970℃范围、优选在900℃～940℃范围内的温度下操作。低的电解质温度可以通过使用基于氟化钠和氟化铝的电解质获得，所述电解质中可能还结合有碱金属和碱土金属卤化物。对电解质的组成进行选择，以产生(相对)高的矾土溶解度、低的液相线温度以及合适的密度，以增进气体、金属和电解质的分离。
为了减少阳极材料的溶解，将阳极表面(界面)处的温度保持得尽可能低而没有冻结的危险是有利的，因为阳极材料的饱和极限随着温度的下降而减小。通过以存在从池到阳极的活性表面有净热流的方式来设计阳极组件，就可以获得低几度的阳极表面。此外，可以在阳极中引入内部冷却通路，例如使用热管。US 4,737,247示出了如何将热管用于除冷却阳极之外的其它应用的例子，冷却阳极是当前所要求的。
氧气在阳极下面的聚集导致额外的电压下降。气体体积以及阻力非常依赖于气泡的尺寸和活性阳极的尺寸，即，所产生的阳极气泡要从下部阳极表面的边缘逸出必须经过的距离。与在碳阳极上的CO2相比，在冰晶石中的惰性阳极上产生的氧气气泡极小(1～2mm)。结果是在惰性阳极下聚集的氧气的体积比CO2更多，这限制了惰性阳极的最佳尺寸。因此，活性阳极表面必须被成形为有效地将所产生的气体从表面去除。在本发明中，活性阳极部分(称为“齿”)的表面是V形的，将气体引向沟槽，并且齿的宽度必须根据可接受的由在这些阳极齿上的气体聚集引起的气体层阻力和电流分布而被最小化。Solheim和Thonstad讨论了惰性阳极技术的该方面，而作者没有陈述最佳尺寸。
应该理解，所提出的如根据图1至图5的实例中的铝电解沉积槽，只代表可以用来执行根据本发明的电解方法的槽的一个具体实施例。

Claims (30)

1.一种从含有氧化铝的电解质(3)中电解生产铝金属的方法，该方法通过对包括至少一个惰性阳极(1)和至少一个阴极(2)以形成电解沉积槽的一部分进行电解来实现，其中，在电解过程中，阳极放出氧气，阴极使铝在其上放电，其中，所述氧气迫使电解质具有流动模式，
其特征在于
氧气被引导流入阳极沟槽中并从极间空间排出，从而形成在电极(1)与(2)之间以及在阳极(1)之间及其之上的电解质流动模式。
2.一种用于根据权利要求1限定的方法的阳极组件，
其特征在于
所述阳极被成形以形成由1至3cm深、1至3cm宽的沟槽隔开的“齿”。
3.根据权利要求2的阳极组件，
其特征在于
所述阳极齿的底部是V形的，并且从中线朝向沟槽(4)倾斜1至5度，以有效地将所产生的气体排到沟槽中。
4.根据权利要求2的阳极组件，
其特征在于
所述阳极齿的表面应该水平取向或者成1至2度的角，而在所述阳极中的沟槽的底部应该倾斜1至5度、并取向为平行于期望的池循环模式，以得到收集在沟槽(4)中的所产生气体的有效排放，并在电解质(3)中形成期望的流动模式。
5.根据权利要求2和4的阳极组件，
其特征在于
所述阳极“齿”应该10至20cm宽，以得到均匀的电流密度和低的气泡层阻力，其中，齿的长度是不受限制的，并且可以大于100cm。
6.根据权利要求2、4和5的阳极组件，
其特征在于
所述阳极和沟槽上的拐角和边缘都被平滑化/圆化，以给出均匀的流动特性和电流密度。
7.根据权利要求2以及4至6的阳极组件，
其特征在于
所述阳极(13)的顶表面应该被成形以形成将新鲜的电解质分布到槽的所有部分的循环模式。
8.根据权利要求2的阳极组件，
其特征在于
所述阳极的顶部应该在根部周围池面以上以及阴极底部(7)被绝缘，以可能在极间距比传统Hall-Hèroult槽减小的情况下热学上平衡地运行槽。
9.根据权利要求2的阳极组件，
其特征在于
阳极(1)优选地应该完全浸没在电解质(3)中，以实现在槽中的充分的电解质流动和热平衡。
10.根据权利要求2的阳极组件，
其特征在于
两个或更多个阳极形成阳极“群”，它们被连接到阳极提升器(6)并且经由阳极梁连接到母线系统，连接方式与当前Hall-Hèroult槽中Prebake碳阳极的方式类似。
11.根据权利要求2和10的阳极组件，
其特征在于
所述阳极群被放置成使得沟槽的取向方式为，在沟槽中的所产生的氧气形成的电解质流动模式有助于提供足够的电解质流动速度，以在槽中得到均匀的矾土分布而不会形成泥。
12.根据权利要求1的阳极组件，
其特征在于
阳极面对阴极的底部可以被成形为具有三个或更多个面的类似锥形或屋顶形，其中有角度的或直的表面朝向在顶部的孔(16)，通过该孔所产生的阳极气体可以逸出。
13.根据权利要求1的阳极组件，
其特征在于
所述阳极由尺寸稳定的材料制成，优选地由基于氧化物的金属陶瓷、金属、金属合金、氧化物陶瓷和它们的组合或复合物制成。
14.根据权利要求1的阳极组件，
其特征在于
所述阳极可以制成为陶瓷外表面，而其中间是由金属陶瓷或金属或它们的组合制成的具有良好导电性的材料。
15.根据权利要求1、2和10的电解沉积槽，
其特征在于
使用由集成为一个较大单元的多个较小单元组成的所述阳极。
16.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
电解质包括氟化钠和氟化铝的混合物，并且可能添加有根据IUPAC系的周期表中1和2族元素的金属氟化物，以及基于碱金属或碱土金属卤化物的可能成分，氟化物/卤化物的摩尔比最高为2.5，并且其中NaF/AlF3的摩尔比在1到3的范围内，优选在1.2到2.8的范围内。
17.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
所述槽使用的电解质温度在880～970℃范围内。
18.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
所述槽被连接到至少一个气体排放系统，用于从电解室中提取和收集气体。
19.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
它包括连接到矾土进料系统(11)的排气系统，在其中，热的废气被用来加热矾土原料，和/或被用来净化清洁来自槽的废气，以在进入气体收集系统之前去除氟化物蒸气、氟化物颗粒和/或灰尘。
20.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
阴极由碳块或者覆盖或混合有导电难熔硬材料(RHM)的碳制成，该导电难熔硬材料基于硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或它们的混合物。
21.根据权利要求1和20的电解沉积槽，
其特征在于
阴极或者水平取向或者稍微倾斜，以将所生产的铝排放到金属收集室(沟)中。
22.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
起到阴极作用的铝池应该通过使母线系统的磁场优化而被稳定。
23.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
槽具有优选由非导电材料制成的侧壁衬里。
24.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
槽侧壁衬里的材料选自氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅和它们的组合或复合物。
25.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
阳极和/或阴极被连接到外围母线系统，用于“端到端”或“边靠边”排列的槽的电供应。
26.根据权利要求1的电解沉积槽，
其特征在于
阳极和/或阳极连接可以被冷却，以提供从所述阳极/阴极的热交换和/或热回收，和/或提供温度控制。
27.根据权利要求1和26的电解沉积槽，
其特征在于
所述阳极和/或阳极连接可以通过水冷却或其它液体冷却剂、通过气体冷却或通过使用热管的方式而被冷却。
28.根据权利要求1和2的电解沉积槽，
其特征在于
它包括至少一个矾土的进料点(11)，该进料点位于靠近电解质的高湍流区的位置，并且在两个或多个所述阳极之间的区域中。
29.根据权利要求1和28的电解沉积槽，
其特征在于
进料优选地是连续的或者以非常小的批量(半连续)进行，送入到槽中的矾土应该含有细小的颗粒，这样的颗粒容易溶解。
30.根据权利要求1、2和10的电解沉积槽，
其特征在于
所述阳极群的位置相对于沟槽取向以及侧面和中间通道而被优化，以提供必需的矾土混合和分布。
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