EP2619353A1

EP2619353A1 - Kathode für elektrolysezellen

Info

Publication number: EP2619353A1
Application number: EP11761552.6A
Authority: EP
Inventors: Christian Bruch; Frank Hiltmann; Johann Daimer; Manfred Banek
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-07-31
Also published as: DE102010041082A1; WO2012038422A1; RU2013118029A; JP5635196B2; CN103154326A; CA2811355A1; JP2013537938A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kathode (1) für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid, aufweisend eine Unterseite (1g). Erfindungsgemäß ist die Kathode (1) mit einer Anzahl von Stiften (1f) für eine Stromzuführung versehen, wobei die Stifte von unten die Unterseite (1 g) der Kathode (1) im Betrieb stromzuführend kontaktieren.

Description

Kathode für Elektrolysezellen

Die Erfindung betrifft eine Kathode für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse.

Für die industrielle Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid wird gegenwärtig das so genannte "Hall-Heroult-Verfahren" eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Elektrolyseverfahren, bei dem Aluminiumoxid (AI2O3) in geschmolzenem Kryolith (Na₃ [AIF₆]) gelöst wird und das so erzeugte Gemisch als Flüssigelektrolyt in einer Elektrolysezelle dient. Der prinzipielle Aufbau einer solchen Elektrolysezelle zur Durchführung des Hall-Heroult-Verfahrens ist schematisch in den Figuren 1 a bis 1 c dargestellt, wobei Figur 1 a einen Querschnitt durch eine herkömmliche Zelle zeigt, während Figur 1 b eine Seitenansicht der Zelle von außen ist. Fig. 1 c zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektrolysezelle.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Kathode bezeichnet, welche beispielsweise aus Graphit, Anthrazit oder einer Mischung daraus aufgebaut sein kann. Alternativ dazu können auch graphitierte Kathoden auf Koksbasis eingesetzt werden. Die Kathode 1 ist im Allgemeinen in eine Einfassung 2 aus Stahl und/oder Feuerfestmaterial oder dergleichen eingebettet. Die Kathode 1 kann sowohl einstückig als auch aus einzelnen Kathodenblöcken aufgebaut sein.

Über die Länge der Zelle hinweg ist in die Kathode 1 eine Anzahl an Stromzuführungsbarren 3 eingeführt, wobei in der Querschnittansicht der Figur 1 a nur ein einziger Stromzuführungsbarren 3 zu erkennen ist. In Fig. 1 c ist zu sehen, dass je Kathodenblock beispielsweise zwei Stromzuführungsbarren vorgesehen sein können. Die Stromzuführungsbarren dienen dazu, der Zelle den für den Elektrolyseprozess benötigten Strom zuzuführen. Der Kathode 1 gegenüber befinden sich mehrere typischerweise quaderförmige Anoden 4, wobei in Figur 1 a zwei Anoden 4 schematisch dargestellt sind. Fig. 1 c zeigt eine detailliertere Anordnung der Anoden in einer Elektrolysezelle. Bei der Durchführung des Verfahrens wird durch Anlegen einer Spannung zwischen der Kathode 1 und den Anoden 4 das in Kryolith gelöste Aluminiumoxid durch elektrischen Stromfluss in Aluminium- und Sauerstoffionen aufgespalten, wobei sich die Aluminiumionen zum geschmolzenen Aluminium - elektrochemisch gesehen der eigentlichen Kathode - bewegen, um dort Elektronen aufzunehmen. Wegen der höheren Dichte sammelt sich Aluminium 5 in flüssiger Phase unterhalb der Schmelze 6 aus Aluminiumoxid und Kryolith an. Die Sauerstoffionen werden an der Anode zu Sauerstoff reduziert, der mit dem Kohlenstoff der Anoden reagiert.

Mit den Bezugszeichen 7 und 8 sind schematisch die negativen bzw. positiven Pole einer Spannungsquelle für die Bereitstellung der bei dem

Elektrolyseprozess benötigten Spannung, deren Wert zwischen etwa 3,5 und 5 V liegt, gekennzeichnet.

Wie in der Seitenansicht der Figur 1 b zu erkennen ist, weist die Einfassung 2 und somit die gesamte Elektrolysezelle eine längliche Form auf, wobei zahlreiche Stromzuführungsbarren 3 senkrecht durch die Seitenwände der Einfassung 2 geführt sind. Typischerweise liegt die Längsausdehnung gegenwärtig im Einsatz befindlicher Zellen zwischen etwa 8 und 15 m, während die Breitenausdehnung etwa 3 bis 4 m beträgt. Eine Kathode, wie sie hier in Figur 1 a gezeigt ist, ist beispielsweise in der EP 1845174 offenbart.

Die hohe Bindungsenergie zwischen Aluminium und Sauerstoff sowie Wärme- und Widerstandsverluste bedingen bei der Herstellung von Aluminium über die Schmelzflusselektrolyse einen hohen Energiebedarf. Die damit verbundenen Energiekosten stellen einen Großteil der Verfahrenskosten dar. Diese Kosten zu reduzieren, stellt eine der wesentlichen Aufgaben dar, welche im Bereich der Schmelzflusselektrolyse zu bewältigen sind.

Einen Faktor für eine niedrige Energieeffizienz stellen die bereits erwähnten Stromzuführungsbarren dar, welche u. a. aufgrund der hohen bei der

Schmelzflusselektrolyse auftretenden Temperaturen herkömmlicherweise aus Stahl hergestellt sind. Gegenüber anderen elektrischen Leitern, die in anderen technischen Anwendungen bei niedrigen Temperaturen eingesetzt werden können, wie Aluminium und Kupfer, besitzt Stahl jedoch einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand. Des Weiteren bedingt die herkömmlicherweise seitliche horizontale Zuführung des elektrischen Stromes über die Stromzuführungsbarren eine inhomogene Stromverteilung in der Kathode.

Im Stand der Technik können außerdem die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Kathode und Stromzuführungsbarren zu Problemen beim Anfahren und Betrieb der Elektrolysezelle führen, insbesondere wenn den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten beim Kontaktieren, dem sogenannten "Eingießen" mit flüssigen Gusseisen, nicht durch geeignete Maßnahmen Rechnung getragen wird.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kathode für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium anzugeben, mit der die oben geschilderten Probleme des Stands der Technik überwunden werden, mit der sich insbesondere die Energieeffizienz gegenüber herkömmlichen Elektrolysezellen erhöhen lässt und gleichzeitig eine homogenere kathodische Stromdichteverteilung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kathode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine Kathode für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid mit einer Unterseite ist gemäß Ausführungsformen der Erfindung mit einer Mehrzahl von Stiften für eine Stromzuführung versehen, wobei die Stifte von unten die Unterseite der Kathode im Betrieb stromzuführend kontaktieren.

Im Sinne der Erfindung wird der Begriff„Kathode" ganz allgemein aufgefasst. Es kann sich dabei z.B. - aber nicht ausschließlich - um einen sogenannten Kathodenboden handeln, der aus einer Mehrzahl von Kathodenblöcken aufgebaut ist, so dass die erfindungsgemäßen Kernaspekte - nämlich die oben beschriebene stromzuführende Kontaktierung der Unterseite der Kathode mit einer Mehrzahl von Stiften von unten - von diesem Kathodenboden als Ganzes realisiert werden. Mit dem Begriff Kathode sollen aber auch die einen solchen Kathodenboden bildenden Teilstrukturen im Sinne von Kathodenblöcken angesprochen sein. Alle Merkmale, die in Verbindung mit einer„Kathode" zur Erfindung beitragen können, tun dieses in derselben Weise in Verbindung mit einem„Kathodenblock", ohne dass dies im Folgenden jeweils ausdrücklich erläutert werden müsste.

Anders als nach dem Stand der Technik wird durch die Stifte eine Stromzuführung zur Kathode von unten verwirklicht. Mittels der Anzahl von Stiften von unten kann die Stromzufuhr zur Kathode sehr viel homogener gestaltet werden, als bisher durch wenige Stromzuführungsbarren von der Seite her in die Kathode möglich war.

Im Fall einer beispielsweise ebenen Kathodenunterseite kann eine solche homogene Stromverteilung beispielsweise eine besonders homogene Ausprägung dadurch erfahren, dass die Stifte entsprechend dem gewünschten Stromfluss ausgelegt (z.B. nach Querschnitt) und angeordnet sind. Beispielsweise können die Stifte regelmäßig und/oder mit jeweils gleichen Abständen zu den benachbarten Stiften angeordnet sein. Stifte können aber auch gezielt nach Mustern oder Verteilungsschemata angeordnet sein, so dass einer inhomogenen Stromverteilung in der Kathode entgegengewirkt wird. Dies kann beispielsweise in Randbereichen der Kathode von Vorteil sein.

Zudem lässt sich durch eine solche Anordnung mit einer Anzahl von Stiften bei der Durchführung des Schmelzflusselektrolyseverfahrens auch eine reduzierte Wellenbildung im flüssigen Aluminium, das sich auf der Kathode ansammelt, erreichen. Der Grund hierfür liegt darin, dass diese Wellenbildung, wie bekannt ist, durch horizontale Ströme im flüssigen Aluminium, hervorgerufen durch eine inhomogene kathodische Stromverteilung, und deren Wech- selwirkung mit dem Magnetfeld erzeugt wird. Durch mittels Querschnitt, Anzahl und Verteilung der Stifte erzieltes elektrisches und magnetisches Design kann diese unerwünschte Wechselwirkung reduziert bzw. minimiert werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kontaktiert zumindest einer der Stifte, insbesondere alle Stifte, die Unterseite mit einem Winkel von weniger als 30° zur Senkrechten der Unterseite, insbesondere im Wesentlichen senkrecht. Eine derartige Anordnung ist technisch besonders einfach und damit kostengünstig ausführbar und ist hinsichtlich Lastenverteilung und mechanischer Auslegung der Stifte besonders unkompliziert.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Kathode münden die Stifte in die Kathode. Dies bedeutet, dass sich ein der Kathode bzw. ihrer Unterseite zugewandtes Ende des jeweiligen Stifts in einem montierten Zustand teilweise innerhalb der Kathode befindet. Dadurch wird ein besonders guter elektrischer Kontakt des Stifts zur Kathode erzielt.

Alternativ sind jedoch auch andere Kontaktierungsvarianten denkbar, die ebenso von der Erfindung umfasst sind. Dies kann beispielsweise eine Anordnung umfassen, bei der die Kathode auf den Stiften aufliegt, wobei die Stifte nicht in die Kathode münden. Dabei kann durch kohlenstoffhaltige oder metallische Verbindungen, wie carbonisiertes Pech, elektrisch leitfähige Kleber oder Kohlenstoffmassen, der elektrische Kontakt zwischen Stift und Unterseite der Kathode verbessert werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stifte durch eine Schraubverbindung in die Unterseite der Kathode eingefügt. Dies ermöglicht beispielsweise eine Vormontage der Stifte in der Kathode, bevor die Kathode in einer Elektrolysezelle verbaut wird. Des Weiteren werden ein besonders sicherer Halt und bei Bedarf eine unkomplizierte Entfernung für Wartung oder Erneuerung gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist die Schraubverbindung durch ein Gewinde an einem Ende des Stifts, das der Unterseite der Kathode zugewandt ist, und ein Gegengewinde in der Unterseite der Kathode gebildet. Da für diese Variante keine zusätzlichen Schraubvorrichtungen vonnöten sind, sondern der Stift selbst eine Schraubvorrichtung darstellt, ist eine besonders unkomplizierte und materialsparende Schraubvorrichtung geschaffen.

Derartige Gewindestifte können hinsichtlich ihrer Geometrie vorteilhaft der Geometrie von Gewindenippeln für Graphitelektroden zur Elektrostahlherstel- lung entsprechen. Bezüglich Stromverteilung, mechanischer Festigkeit und Verschraubbarkeit hat diese Geometrie sich als besonders gut erwiesen.

In thermischer und elektrischer Hinsicht ist es besonders günstig, Gewindestifte aus dem gleichen Material wie die Kathode herzustellen. Somit werden mechanische Spannungen und Kontaktwiderstände minimiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stifte aus Graphit hergestellt. Hierdurch lässt sich eine hohe thermische Stabilität der Stifte sowie ein geringer elektrischer Widerstand erzielen, was in einer besseren Energieeffizienz bei der Durchführung der Schmelzflusselektrolyse resultiert.

Je länger die Stifte, desto weiter sind die Stromschienen, welche sie mit Strom versorgen, von der Kathode und somit vom Bereich der hohen Verfahrenstemperaturen entfernt. Auch nimmt mit zunehmender Entfernung die Stärke der durch den Stromfluss im Inneren der massiven Stromschienen hervorgerufenen elektromagnetischen Felder ab, was wiederum günstig für die Vermeidung der bereits erwähnten Wellenbildung in der Aluminiumschmelze ist. In dieser Hinsicht hat es sich als besonders geeignet erwiesen, wenn die Stifte eine Länge zwischen etwa 100 mm und 500 mm aufweisen.

Eine Möglichkeit, die Stromverteilung in der Kathode zu beeinflussen, stellt die Wahl des Querschnitts der Stifte dar. Einerseits wird die Stromverteilung umso homogener, je mehr Stifte eingesetzt werden und je dünner diese Stifte sind. Eine untere Grenze wird jedoch durch Kosten und Aufwand des Einsat- zes einer Vielzahl von Stiften definiert. In der Praxis haben sich diesbezüglich Stifte eines Durchmessers zwischen etwa 30 mm und 200 mm als besonders geeignet erwiesen. Hierbei ist anzumerken, dass die individuelle Wahl den konstruktiven Besonderheiten der jeweils vorliegenden Kathodenform anzupassen ist, so dass es gegebenenfalls vorteilhaft sein kann, auch Stifte mit anderen Abmessungen einzusetzen.

Wie bereits erwähnt, liegt ein Vorteil einer Kathode gemäß den Ausführungsformen der Erfindung darin, die Stromführung in der Kathode im Sinne einer stärkeren Homogenität beeinflussen zu können. Ein Mittel hierzu ist, die Stifte möglichst dicht zu setzen. Es hat sich beispielsweise als günstig erwiesen, wenn pro Quadratmeter Bodenwand der Kathode zwischen etwa 4 und etwa 100 Stifte vorhanden sind.

Um die Stifte mit einer Spannungsquelle zu verbinden, sind bei einer Ausführungsform jeweils mehrere Stifte an ihrem von der Kathode angewandten Ende mit einer gemeinsamen Stromschiene über beispielsweise eine

Schraub- oder Klemmverbindung verbunden. Somit sind, wie bereits erwähnt, die Stromschienen um eine Distanz, welche der Länge der Stifte ohne Gewinde entspricht, von der Kathode beabstandet. Hierbei ist darauf zu achten, dass aufgrund der thermischen Ausdehnung des Materials der Stromschiene (Metall) die Schraubverbindung so gestaltet werden muss, dass auf die Stifte, keine zu großen mechanischen Spannungen wirken. Eine solche metallische Verschraubung zwischen einem Stift und einer Stromschiene kann von dem Fachmann auf dem Gebiet der Verbindungstechnik ohne weiteres verwirklicht werden, weshalb hier auf die Details nicht näher eingegangen werden soll.

Da bei einer Kathode nach einer Ausführungsform der Erfindung die Stromschienen von der Kathode selbst beabstandet sind, ist es nicht notwendig, dass die Stromschienen aus einem thermisch besonders stabilen Material hergestellt sind. Somit müssten die Stromschienen nicht aus Eisen, Stahl oder dergleichen bestehen. Vielmehr kann die gemeinsame Stromschiene aus einem Material hergestellt sein, welches mehr als 50 % Kupfer oder Aluminium enthält. Sowohl Kupfer als auch Aluminium weisen einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als Eisen oder Stahl auf, so dass die

Energieeffizienz bei der Schmelzflusselektrolyse gesteigert werden kann. Selbstverständlich können die Stromschienen auch aus reinem Kupfer oder reinem Aluminium hergestellt sein, bzw. aus nur geringfügig legiertem Kupfer oder Aluminium. Wird beispielsweise ein Kupferstab als Stromschiene eingesetzt, so kann der spezifische elektrische Widerstand gegenüber dem bisher verwendeten Stahl auf etwa ein Viertel reduziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Unterseite der Kathode in Form von sich nach unten hin verjüngenden trapezförmigen Körpern ausgebildet. Auf diese Weise wird der von unten eingeleitete Strom homogen und gleichmäßig in die Kathode eingeleitet. Vorzugsweise besitzen im Falle des Aufbaus der Kathode aus einzelnen Kathodenblöcken zumindest einige der Kathodenblöcke der Kathode einen solchen sich nach unten hin verjüngenden trapezförmigen Körper, wobei sich diese vorteilhaft parallel zueinander erstrecken. Die trapezförmigen Körper können beispielsweise in Längsrichtung der Kathode verlaufen oder senkrecht dazu.

Auf diese Weise lässt sich der Abstand zwischen heißem Kathodenbecken bzw. Kathode und Stromschiene weiter vergrößern, so dass im Betrieb an der Stelle der Stromschiene wesentlich geringere Temperaturen herrschen als im Bereich des Kathodenbeckens.

Die Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 a eine Elektrolysezelle für die Gewinnung von Aluminium aus

Aluminiumoxid nach dem Stand der Technik im Querschnitt;

Fig. 1 b die Elektrolysezelle von Fig. 1 a in einer Längsansicht von

außen; Fig. 1 c eine Elektrolysezelle für die Gewinnung von Aluminium aus Alu- minumoxid nach dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht, teilgeschnitten;

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht einer Kathode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2b eine Darstellung der Kathode von Fig. 2a aus einer um 90° gedrehten Perspektive; und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Schraubverbindung einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen dazu eingesetzt, gleiche oder entsprechende Elemente in den verschiedenen Darstellungen zu kennzeichnen.

Mit Bezug auf die Figuren 2a und 2b ist eine Elektrolysezelle mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kathode aus jeweils verschiedenen Perspektiven gezeigt. Die gezeigte Kathode ist für den Einsatz bei der Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid nach dem bereits beschriebenen Hall-Heroult-Verfahren geeignet. Auf der Kathode 1 sind Seitenwände 1 a angeordnet. Die Seitenwände 1 a können mit der Kathode 1 einstückig ausgebildet oder mit ihr verbunden sein und erstrecken sich im gezeigten Fall entlang der Längsseite der Kathode 1 . Die Seitenwände 1 a sind in diesem Beispiel aus einzelnen Seitenwandblöcken 1 a1 zusammengesetzt. Ebenso ist in diesem Beispiel die Kathode 1 aus einzelnen Kathodenblöcken 1 b1 zusammengesetzt.

Durch die Seitenwände 1 a und die Kathode 1 ist ein Becken 1 c begrenzt, in welchem beim Einsatz der Kathode in einem Verfahren zur Schmelzfluss- elektrolyse der flüssige Elektrolyt sowie die erzeugte Aluminiumschmelze aufgenommen sind. Wie dies in den Figuren zu erkennen ist, ist die Unterseite 1 g der Kathode 1 trapezförmig in Form von nach unten hin sich verjüngenden trapezförmigen Körpern 1 d ausgebildet, welche sich parallel zueinander entlang der Breite b der Kathode erstrecken. Die trapezförmigen Körper sind hier unten flach ausgebildet. In einem Bodenbereich der trapezförmigen Körper 1 d sind Stifte 1 e in diesen befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Stifte als Gewindestifte ähnlich Gewindenippeln zur Verbindung von Graphitelektroden zur Elektrostahlherstellung ausgebildet, wie schematisch in Fig. 3 zu erkennen ist.

In einer alternativen Ausführungsform können jedoch auch andere Verbindungsmittel gewählt werden, beispielsweise eine Klemmverbindung.

Die Gewindestifte 1 e weisen hier einen kreisförmigen Querschnitt auf, was unter dem Gesichtspunkt der Homogenität der Stromdichte von Vorteil ist. Die Stifte 1 e weisen, wie dies in Fig. 2b zu erkennen ist, hinsichtlich ihrer Verteilung beispielhaft eine leichte Zickzack-Form auf. Es ist anzumerken, dass, obgleich hier eine Form der Kathode 1 mit trapezförmigen Körpern 1 d auf ihrer Unterseite 1 g dargestellt ist, diese Konfiguration nicht zwingend ist. Vielmehr kann die Unterseite 1 g der Kathode 1 flach ausgestaltet sein, ebenso wie die Oberseite der Kathode 1 . Bei einer solchen Ausgestaltung können die Stifte 1 e in beliebiger Form auf der Unterseite angeordnet sein.

Wie in Fig. 2a gezeigt, können die Stifte beispielsweise auch in einer Linie angeordnet sein. Von der derartigen linear angeordneten Stiften kann selbstverständlich auch eine Mehrzahl parallel zueinander angeordnet sein.

Jeweils alle Stifte 1 e, die entlang einem trapezförmigen Körper 1 d angeordnet sind, sind an ihren Unterseiten, d.h. an den von der Kathode 1 abgewandten Seiten mit einer gemeinsamen Stromschiene 3 verbunden, beispielsweise wiederum durch Verschraubung. In Fig. 3 ist eine mögliche Schraubverbindung eines Stifts 1 e mit der Stromschiene 3 dargestellt. Dabei sind in diesem Fall zwei Schrauben von der Seite der Stromschiene 3 aus in die Unterseite eines Stifts 1 e eingebracht.

Da die Stromschiene 3, wie in den Figuren ersichtlich, von dem Becken 1 c der Kathode 1 und damit im Betrieb vom Hochtemperaturbereich beabstandet ist, ist die Temperatur, gegen welche die Stromschiene 3 beständig sein müssen, sehr viel niedriger als diejenigen Temperaturen, welche an den Stromschienen bei den Ausführungsformen des Standes der Technik nach den Figuren 1 a bis 1 c herrschen. Mit anderen Worten sind die Stromschienen 3 hier aus der Hochtemperaturzone ausgelagert und können deshalb aus einem weniger temperaturbeständigem, aber z.B elektrisch leitfähigerem Material als Stahl hergestellt sein.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Stromschienen 3 aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Alternativ sind bekannte Kupferlegierungen verwendbar. Auch die gezeigten trapezförmigen Körper 1 d wirken im Sinne einer Abstandsvergrößerung zwischen dem Becken 1 c der Kathode 1 und den Stromschienen 3.

Einer gegebenenfalls zu starken Ableitung von Wärme der nicht nur elektrisch, sondern auch thermisch sehr gut leitenden Metalle kann vorzugsweise durch geeignete Auslegung, insbesondere geometrische Auslegung begegnet werden.

Wie dies in den Figuren zu erkennen ist, sind jeweils mehrere Stromschienen 3 (hier jeweils drei Stromschienen 3) mit einem gemeinsamen Sammelstromschiene 10 verbunden, welcher zu einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) führt. Sammelstromschiene 10 und Stromschienen 3 können beispielsweise aus den gleichen Materialien hergestellt sein. In einer Alternative ist auch eine einstückige Ausführungsform möglich.

Je nachdem, auf weiche Weise die Unterseite der Kathode 1 ausgestaltet ist, sind verschiedene Anordnungen für die Stifte 1 e möglich. Ist die Unterseite flach ausgeführt, so können die Stifte 1 e beispielsweise in Form eines regelmäßigen Gitters an der Unterseite befestigt sein. Dies ist im Hinblick auf die bereits erwähnte Homogenität der Stromführung besonders günstig.

Was die Materialien für Kathode betrifft, so können alle dem Fachmann bekannten und geeigneten Materialien für die Elektrolyse von Aluminium aus seinem Oxid eingesetzt werden. Geeignete Materialien sind beispielsweise in der DE 10261745 angegeben, deren diesbezüglicher Inhalt hier durch Bezugnahme integriert sein soll. Die Stifte 1 e können insbesondere aus den gleichen Materialien wie die Kathode 1 hergestellt sein. Als besonders günstig hat sich in diesem Zusammenhang Graphit aufgrund seiner Temperaturbeständigkeit sowie aufgrund seines geringen spezifischen elektrischen Widerstandes erwiesen.

Bezugszeichenliste

1 Kathode

1 b1 Kathodenblock

1 a Seitenwand

1 a1 Seitenwandblock

1 c Becken

1 d trapezförmiger Körper

1 e Stift

g Unterseite der Kathode

2 Einfassung

3 Stromschiene

4 Anode

5 Aluminium

6 Gemisch (Aluminiumoxid, Kyrolith)

7 negativer Pol Spannungsquelle

8 positiver Pol Spannungsquelle

10 Sammelstromschiene

Claims

Patentansprüche

1. Kathode (1 ) für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid, aufweisend eine Unterseite (1 g), dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (1 ) mit einer Anzahl von Stiften (1f) für eine Stromzuführung versehen ist, wobei die Stifte von unten die Unterseite (1 g) der Kathode (1 ) im Betrieb stromzuführend kontaktieren.

2. Kathode (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Stifte die Unterseite (1 g) mit einem Winkel von weniger als 30° zur Senkrechten der Unterseite (1 g) kontaktiert, insbesondere zumindest im wesentlichen senkrecht zur Unterseite (1 g).

3. Kathode (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (1f) in die Kathode (1 ) münden.

4. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (1f) durch eine Schraubverbindung in die Unterseite (1 g) der Kathode (1 ) eingefügt sind.

5. Kathode (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung durch ein Gewinde an einem Ende des Stifts (1f), das der Unterseite (1 g) zugewandt ist, und ein Gegengewinde in der Unterseite (1 g) der Kathode (1 ) gebildet ist.

6. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte aus Graphit hergestellt sind.

7. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte eine Länge zwischen etwa 100 mm und 500 mm aufweisen.

8. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (1f) einen Durchmesser zwischen etwa 30 mm und 200 mm aufweisen.

9. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Quadratmeter Kathode (1 ) zwischen etwa 4 und etwa 100 Stifte (1f) vorhanden sind.

10. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere Stifte (1f) an ihrem von der Kathode (1 ) abgewandten Ende mit einer Stromschiene (3) verbunden sind.

11. Kathode (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (3) aus einem Material hergestellt ist, welches mehr als 50 % Kupfer und/oder Aluminium enthält.

12. Kathode (1 ) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (1 g) der Kathode (1 ) trapezförmig in Form von nach unten hin sich verjüngenden trapezförmigen Körpern (1 d) ausgebildet ist.