ES2230467T3 - Material ceramico poroso humectable por aluminio. - Google Patents

Abstract

Componente humectable por aluminio de una celda para la extracción electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido con base de fluoruro, comprendiendo dicho componente una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, cuya superficie durante su utilización se expone a y se humecta por aluminio fundido, estando la estructura fabricada de: - un material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido, en particular, un material que comprende, como mínimo, un óxido, carburo, nitruro o boruro seleccionado entre: óxidos de aluminio, zirconio, tántalo, titanio, silicio, niobio, magnesio y calcio y mezclas de los mismos, como un óxido simple y/o en un óxido mixto; y nitruro de aluminio, AlON, SiAlON, nitruro de boro, nitruro de silicio, carburo de silicio, boruros de aluminio, zirconatos de metales alcalinotérreos y aluminatos y mezclas de los mismos; y - un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidadoque reacciona(n) con aluminio fundido para formar, sobre la estructura cerámica completamente porosa o reticulada, una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado, siendo seleccionado el metal de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado entre manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre y zinc y combinaciones de los mismos.

Description

Material cerámico poroso humectable por aluminio.

Sector de la invención

La presente invención se refiere a un material cerámico que puede utilizarse para la fabricación de componentes cerámicos humectables por aluminio y humectados por aluminio, en particular para su utilización en la producción de aluminio, por ejemplo como cátodos, paredes laterales y otros componentes de la celda que durante su utilización se exponen a aluminio fundido, electrolitos y/o gases corrosivos.

Antecedentes de la invención

El aluminio se produce normalmente por el proceso Hall-Héroult, mediante la electrólisis de alúmina disuelta en electrolitos fundidos con base de criolita a temperaturas de hasta, aproximadamente, 950ºC. Una celda de reducción de Hall-Héroult habitualmente tiene un armazón de acero provisto con un revestimiento aislante de material refractario, que a su vez tiene un revestimiento de carbono que está en contacto con los constituyentes fundidos y los gases corrosivos. Las barras conductoras conectadas al polo negativo de una fuente de corriente directa están incrustadas en el cátodo de carbono que forma la superficie de la base de la celda. El cátodo es habitualmente un revestimiento de carbono con base de antracita fabricado de bloques de cátodos precocidos, unidos con una mezcla apisonada de antracita, coque y alquitrán de hulla, o con cola.

Durante mucho tiempo se ha reconocido que sería deseable fabricar (o recubrir o cubrir) el cátodo de una celda de extracción electrolítica de aluminio de un boruro refractario, tal como diboruro de titanio, que haría que la superficie del cátodo fuera humectable para el aluminio fundido, que a su vez, conllevaría una serie de ventajas. Se encontraron muchas dificultades en la producción de recubrimientos de boruros refractarios que cumplieran con las condiciones rigurosas en una celda de extracción electrolítica de aluminio. No obstante, se han desarrollado dichos recubrimientos aplicados a partir de emulsiones a cuerpos de carbono. Los recubrimientos aplicados a partir de emulsiones más recientes se dan a conocer en las Patentes WO01/42168 (de Nora/Duruz) y WO01/42531 (Nguyen/Duruz/de Nora).

La Patente de Estados Unidos 5.981.081 (Sue) da a conocer recubrimientos resistentes al desgaste y la corrosión fabricados de partículas de boruros de metales de transición dispersadas en una matriz de níquel, cobalto o hierro. Los recubrimientos se aplican mediante pulverización de explosión o plasma de una mezcla de polvos de un boruro de metal de transición y una aleación que contiene boro sobre un sustrato metálico y tratamiento térmico.

Previamente, se había propuesto reemplazar el material de carbono de los cátodos de las celdas de producción de aluminio con material cerámico. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 4.560.448 (Sane/Wheeler/Kuivila) da a conocer un componente poroso fabricado de un material que repele el aluminio cubierto de un recubrimiento de boruro metálico humectable por aluminio, que durante su utilización, se mantiene mediante la saturación del aluminio fundido infiltrando el componente poroso con los constituyentes del recubrimiento. La Patente de Estados Unidos 4.650.552 (de Nora/Gauger/Fresnel/Adorian/Duruz) da a conocer un componente de la celda de producción de aluminio producido a partir de una mezcla de polvo de alúmina y aluminio. La Patente de Estados Unidos 4.600.481 (Sane/Wheeler/Gagescu/Debely/Adorian/Derivaz) da a conocer un componente de una celda de producción de aluminio que está fabricado de una matriz completamente porosa, por ejemplo una matriz de alúmina, rellena de aluminio fundido. La matriz completamente porosa puede comprender un recubrimiento humectable por aluminio fabricado de un boruro o níquel. La infiltración de la matriz con aluminio se lleva a cabo a una temperatura de 1000ºC a 1500ºC.

En las siguientes referencias también se han descrito materiales fabricados de una matriz cerámica infiltrada con metal. Las Patentes de Estados Unidos 4.935.055 (Aghajanian/Claar), 5.194.202 (Yun/Marra/Gurganus/Kelsey) y 5.676.907 (Ritland/Readey/Stephan/Rulis/Sibold) dan a conocer diferentes métodos de infiltración de estructuras cerámicas, por ejemplo Al_{2}O_{3}, SiN o SiC, con aluminio fundido. La Patente de Estados Unidos 5.043.182 (Schultze/Schindler/Deisenroth) da a conocer una estructura porosa de Al_{2}O_{3}-Al_{2}TiO_{5} infiltrada bajo presión con una aleación de aluminio fundido.

La Patente de Estados Unidos 5.007.475 (Kennedy/Aghajanian) da a conocer una estructura cerámica, por ejemplo alúmina, infiltrada por aluminio fundido con la ayuda de un potenciador de la infiltración, que consiste en una combinación metal/gas seleccionada entre Mg/N, Sr/N, Zn/O y Ca/N a la que la estructura de alúmina se expone antes y durante la infiltración. En esta Patente también se contempla la utilización de estructuras cerámicas, descritas en la Patente de Estados Unidos 4.713.360 (Newkirk/Dizio), que da a conocer estructuras cerámicas porosas obtenidas mediante la oxidación de aluminio metálico con aditivos seleccionados entre Mg, Zn, Si, Na, Li, Ca, B, P, Y, metales de tierras raras, y posiblemente, diluyentes o impurezas no funcionales, tales como Mn, Fe, Cu y W, en una cantidad muy inferior al 1% de la estructura.

Objetivos de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un componente humectable por aluminio para una celda para la producción de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido con base de fluoruro.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un componente humectado por aluminio que es altamente conductor y resistente al electrolito fundido para su utilización como cátodo en una celda drenada o en una celda que trabaja con un baño de aluminio superficial o profundo, o como una pared lateral de la celda u otro componente que se expone al aluminio fundido, electrolito y/o gases corrosivos, o como un revestimiento para proteger otros componentes de la celda contra el electrolito fundido, o para fabricar otros componentes de la celda humectables por aluminio.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un componente humectable por aluminio o humectado por aluminio que puede estar fabricado a partir de materiales fácilmente disponibles.

Aún otro objetivo de la presente invención es proporcionar un componente humectable por aluminio que puede humectarse con aluminio fuera de la celda de producción de aluminio o in situ mediante la exposición a aluminio catódico fundido.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un componente humectado por aluminio que mantiene sus propiedades de protección y humectabilidad incluso cuando se expone a ambientes altamente oxidantes y/o corrosivos.

Aún un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un material con base de cerámico o metal y cerámico que puede utilizarse en un medio oxidante y/o corrosivo a temperatura elevada.

Resumen de la invención

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un componente humectable por aluminio de una celda para la extracción electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido con base de fluoruro. El componente comprende una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, cuya superficie durante su utilización se expone a y se humecta por aluminio fundido. La estructura está fabricada de un material cerámico inerte y resistente al aluminio fundido y un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado que reacciona(n) con aluminio fundido para formar una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado.

El material cerámico inerte y resistente puede comprender, como mínimo, un óxido seleccionado entre óxidos de aluminio, zirconio, tántalo, titanio, silicio, niobio, magnesio y calcio y mezclas de los mismos, como óxido simple y/o en un óxido mixto, por ejemplo, un aluminato de zinc (ZnAlO_{4}) o titanio (TiAlO_{5}). Otros materiales cerámicos inertes y resistentes adecuados se pueden seleccionar entre nitruros, carburos y boruros y oxicompuestos, tales como nitruro de aluminio, AlON, SiAlON, nitruro de boro, nitruro de silicio, carburo de silicio, boruros de aluminio, zirconatos y aluminatos de metales alcalinotérreos, y sus mezclas.

Habitualmente, la reacción del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado con aluminio fundido implica la reducción del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado y la oxidación del aluminio. Para que el aluminio fundido reduzca el óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado, es necesario que dicho metal sea más electronegativo que el aluminio. Por ejemplo, el metal del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado reducible(s) por aluminio fundido se selecciona(n) entre manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre y zinc, y combinaciones de los mismos.

La concentración de óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado reaccionante(s) en la superficie de la estructura cerámica afecta la velocidad a la que el aluminio fundido humecta la estructura. La superficie de la estructura cerámica debería contener el óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado reaccionante(s) en una cantidad, como mínimo, de un 2 a un 3% en peso, preferiblemente, como mínimo, de un 5 a un 25% en peso del material que constituye la superficie de la estructura cerámica. Cuando la estructura cerámica comprende un recubrimiento del material humectable por aluminio, tal como se describe de aquí en adelante, el recubrimiento puede comprender mucho más óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado, por ejemplo, hasta un 50 o incluso un 80% en peso o posiblemente incluso más. La electronegatividad del metal del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado reaccionante(s) también afecta la velocidad de humectación por aluminio. La humectación más rápida de la estructura cerámica se consigue cuando el metal del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado reaccionante(s) se selecciona(n) entre cobre, níquel, cobalto, manganeso y hierro.

En una realización de la presente invención, la estructura cerámica completamente porosa o reticulada comprende un recubrimiento del material humectable por aluminio sobre el material cerámico inerte y resistente. En otras palabras, la estructura cerámica completamente porosa o reticulada consiste en un esqueleto del material cerámico inerte y resistente recubierto del material humectable por aluminio.

Dicho recubrimiento humectable por aluminio es, habitualmente, un recubrimiento aplicado a partir de una emulsión que comprende partículas del óxido metálico y/o del metal parcialmente oxidado que reacciona(n) con aluminio fundido en un transportador coloidal seco seleccionado entre alúmina, óxido de cerio, óxido de litio, óxido de magnesio, sílice, óxido de torio, óxido de itrio, óxido de zirconio, óxido de titanio y óxido de zinc, y precursores y mezclas de los mismos. En la Patente WO01/42168 (de Nora/Duruz) se dan a conocer más detalles sobre dichos recubrimientos aplicados a partir de una emulsión y se describen dichos recubrimientos sobre sustratos sólidos.

El recubrimiento humectable por aluminio aplicado a partir de una emulsión puede comprender, además, partículas de, como mínimo, un compuesto seleccionado entre boruros, carburos y nitruros metálicos. Por ejemplo, el recubrimiento humectable por aluminio comprende las partículas del óxido metálico y/o del metal parcialmente oxidado que reacciona(n) con aluminio fundido y partículas de diboruro de titanio en alúmina coloidal seca.

Las partículas del boruro, carburo o nitruro metálico se pueden recubrir de óxidos mixtos de metal derivado del transportador coloidal seco y metal derivado del boruro, carburo o nitruro metálico. Para mejorar la estructura del recubrimiento, el recubrimiento humectable por aluminio aplicado a partir de una emulsión puede obtenerse a partir de una emulsión que comprende partículas de óxido metálico que se combinan, tras un tratamiento térmico, con un metal derivado del transportador coloidal seco para formar óxidos mixtos que son miscibles con los óxidos mixtos que cubren las partículas del boruro, carburo o nitruro metálico. En la Patente WO01/42531 (Nguyen/Duruz/de Nora) se dan a conocer emulsiones adecuadas que producen dicho recubrimiento y se describen dichos recubrimientos sobre sustratos sólidos.

En otra realización de la presente invención, la estructura cerámica completamente porosa está fabricada de una composición que comprende una mezcla del material cerámico inerte y resistente y el material cerámico humectable por aluminio. Dicha estructura cerámica debería comprender una cantidad suficiente de material cerámico inerte y resistente de manera que, tras reacción o contacto del material cerámico humectable por aluminio con aluminio fundido, la estructura cerámica completa mantuviera propiedades mecánicas suficientes. Habitualmente, el material humectable por aluminio constituye menos de un 15% en peso, normalmente menos de un 10% en peso, de la estructura cerámica.

Además, la estructura cerámica completamente porosa se puede formar sobre un esqueleto metálico de refuerzo, en particular una alfombra metálica. Entre los metales adecuados para dicho esqueleto se incluyen el hierro y las aleaciones de hierro y otros metales que son mecánicamente resistentes a la temperatura elevada.

Para algunas aplicaciones, puede ser ventajoso utilizar inserciones internas que actúan como balasto en el interior de un componente fabricado de la estructura cerámica, por ejemplo, para asegurar la estructura cerámica sobre la base de una celda de producción de aluminio, tal como se describe en las figuras 2 y 3 de la Patente de Estados Unidos 5.651.874 (de Nora/Sekhar). Las inserciones internas pueden estar fabricadas de hierro o aleaciones de hierro u otros materiales pesados. Un metal reforzante también puede actuar como balasto.

El componente de la presente invención tiene numerosas aplicaciones, algunas de las cuales se exponen a partir de ahora.

Por ejemplo, el componente puede ser un cátodo o un revestimiento del cátodo, por ejemplo en forma de lámina o cuña, sobre un cuerpo catódico, en particular fabricado de material de carbono. El componente también puede ser un estabilizador del baño de aluminio en forma de lámina con una densidad que es inferior a la del aluminio fundido, de manera que puede flotar en la superficie del baño de aluminio, o bien superior a la del aluminio fundido, de manera que puede quedarse en el fondo del baño de aluminio. Todos los componentes mencionados anteriormente, que están expuestos durante su utilización al aluminio producto, se pueden colocar como tales en la celda y humectarse durante la utilización. Dichos componentes pueden recubrirse por la parte superior de una capa inicial altamente humectable por aluminio, por ejemplo, tal como se describe en la Patente WO01/42168 (de Nora/Duruz).

Por otro lado, para ciertas aplicaciones, los componentes pueden necesitar ser humectados con aluminio fundido antes de su utilización. Por lo tanto, el componente humectable por aluminio puede constituir un esqueleto que se puede infiltrar con aluminio fundido para formar, por ejemplo, una pared lateral de la celda o un revestimiento de pared lateral, o un conector en forma de cuña para unir la superficie de una base de la celda a una pared lateral adyacente en la periferia de la base de la celda.

La presente invención también se refiere a un componente humectado por aluminio de una celda para la extracción electrolítica de aluminio. El componente humectado por aluminio comprende una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, con una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y otro metal, por ejemplo, hierro, cobre o níquel. Dicho componente se obtiene mediante la exposición a aluminio fundido de un componente humectable por aluminio completamente poroso o reticulado, fabricado de material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido, por ejemplo alúmina, y un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado, por ejemplo, hierro, cobre o níquel como óxidos y/o metales parcialmente oxidados, que reacciona(n) con aluminio fundido, tal como se describió anteriormente.

El componente comprende una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, cuya superficie durante su utilización se expone a y se humecta con aluminio. La estructura está fabricada de un material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido y un material humectable por aluminio, que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado que reacciona(n) con aluminio fundido para formar una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado del óxido metálico y/o el metal parcialmente oxidado.

Habitualmente, los componentes humectados con aluminio están completamente llenos y cubiertos de aluminio que protege su estructura cerámica completamente porosa o reticulada de la exposición a electrolito fundido y/o gases corrosivos durante su utilización.

El componente humectado por aluminio puede ser un cátodo o un revestimiento de cátodo o un estabilizador de baño de aluminio humectado por aluminio antes o durante su utilización. El componente puede ser una pared lateral de la celda o un revestimiento de pared lateral o un cuerpo en forma de cuña para unir la superficie de una base de la celda a una pared lateral adyacente, todos humectados por aluminio antes de su utilización.

Otro aspecto de la presente invención es una celda para la extracción electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito con base de fluoruro, que comprende uno o más de los componentes humectables por aluminio y/o humectados por aluminio descritos anteriormente.

La celda puede comprender, en particular, un cátodo o un cuerpo catódico cuya superficie está revestida de un revestimiento de cátodo, tal como se describió anteriormente. El cuerpo catódico y el revestimiento del cátodo pueden unirse a través de una capa de enlace, en particular, una capa de boruro refractario aplicado a partir de una emulsión, tal como se da a conocer en las Patentes WO01/42168 (de Nora/Duruz) y WO01/42531 (Nguyen/Duruz/de Nora). Por ejemplo, la superficie del cátodo revestida es parte de una base horizontal o inclinada del cátodo, en particular, una superficie horizontal del cátodo revestida de un revestimiento de cátodo en forma de cuña que forma una superficie inclinada del cátodo drenada humectable por aluminio sobre la misma. Alternativamente, el cuerpo catódico puede situarse por encima de una base de la celda que está dispuesta para recoger el aluminio fundido producido y drenado desde el revestimiento del cátodo.

Otros aspectos adicionales de la presente invención se refieren a las utilizaciones del material descrito anteriormente en otros sectores aparte del sector de la extracción electrolítica de aluminio.

Un aspecto adicional de la presente invención se refiere a un material compuesto con base cerámica que comprende una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, cuya superficie, durante su utilización, está expuesta a y humectada por aluminio fundido. Esta estructura está fabricada de un material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido y un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado seleccionado entre metal parcialmente oxidado, u óxido, de cobre, níquel, cobalto, manganeso y hierro y mezclas de los mismos, que reacciona(n) con aluminio fundido para formar una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado del óxido metálico y/o del metal parcialmente oxidado.

Dicho material puede utilizarse, por ejemplo, para la fabricación de componentes o revestimientos de aparatos para tratar el aluminio fundido, en particular, para purificar aluminio fundido o separar metales aleados de una aleación de aluminio. En la Patente WO00/63630 (Holz/Duruz) pueden encontrarse más detalles de dicho aparato.

Aún un aspecto adicional de la presente invención se refiere a un material compuesto de metal y cerámico que comprende, al igual que antes, una estructura cerámica completamente porosa o reticulada que tiene una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y otro metal. El material compuesto de metal y cerámico se obtiene mediante la exposición a aluminio fundido de un material compuesto fabricado de un material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido y un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado seleccionado entre cobre, níquel, cobalto, manganeso y hierro y mezclas de los mismos, que reacciona(n) con aluminio fundido para formar una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado del óxido metálico y/o del metal parcialmente oxidado.

Dicho material puede utilizarse para la fabricación de componentes humectados por aluminio para aplicaciones en oxidaciones a temperaturas elevadas o gases corrosivos, en particular, oxígeno y/o gases que contienen flúor, o líquidos, tales como líquidos que contienen flúor o metal fundido, en particular, aluminio fundido.

En particular, los componentes humectados por aluminio pueden utilizarse en aparatos para el tratamiento de aluminio fundido. Los componentes pueden utilizarse también a temperaturas por debajo del punto de fusión de aluminio, tales como electrodos, elementos térmicos, materiales estructurales, crisoles metalúrgicos para contener metales fundidos aparte del aluminio, ánodos, dispositivos de horno, moldes, etc. Debido a la capacidad de la estructura cerámica para retener aluminio fundido en el interior de sus poros y sobre su superficie por efecto capilar, los componentes humectados por aluminio se pueden utilizar en ambientes químicamente agresivos a temperaturas por encima del punto de fusión de aluminio, por ejemplo, como revestimientos para hornos, siempre que los componentes no estén expuestos a un desgaste mecánico sustancial.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá en detalle con referencias a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que las figuras 1, 2 y 3 muestran celdas con diferentes configuraciones ajustadas con componentes humectados por aluminio de la presente invención.

Descripción detallada

La figura 1 muestra una celda de producción de aluminio de configuración drenada. La celda comprende ánodos (10) con base metálica sin carbono, por ejemplo, tal como se da a conocer en las Patentes WO00/40781 y WO00/40782 (ambas a nombre de de Nora), que están espaciados aparte de las correspondientes superficies catódicas (20) opuestas inclinadas, por ejemplo, tal como se da a conocer en la Patente WO00/63463 (de Nora), en un electrolito fundido (5) con base de fluoruro.

La base de la celda (25), (25'), fabricada, por ejemplo, de material de carbono, está cubierta de revestimientos de cátodo humectados por aluminio (21), (21'), que forman superficies catódicas (20) drenadas, de forma inclinada, humectadas por aluminio, según la presente invención, mostrándose diferentes realizaciones en las partes derecha e izquierda de la figura 1. Tal como se muestra, las superficies catódicas (20) se inclinan de forma descendente hacia el centro de la base de la celda (25), (25'). En la parte izquierda de la figura 1, la base de la celda (25) está en posición horizontal, mientras que el revestimiento del cátodo (21') que lo recubre es una cuña con un pequeño ángulo que forma una superficie catódica (20) inclinada por encima de la base de la celda horizontal (25). En la parte derecha de la figura 1, la base de la celda (25') se encuentra inclinada y recubierta de unas láminas (placas) de revestimiento del cátodo (21) de grosor uniforme y que forman una superficie catódica inclinada (20) paralela a la base de la celda inclinada (25').

La base de la celda (25), (25') sólo está parcialmente cubierta del revestimiento del cátodo (21), (21'), dejando un canal central (30) formado por la base de la celda (25), (25') y los revestimientos del cátodo adyacente (21), (21'), que están separados en el centro de la celda por el canal (30). Esta canal (30) sirve para recoger aluminio fundido producto (60) de las superficies catódicas inclinadas (20).

La base de la celda (25), (25'), en particular, cuando forma parte del canal de recogida de aluminio, está protegida preferiblemente con una capa humectable por aluminio (35), por ejemplo, una capa de boruro refractario aplicado a partir de una emulsión, tal como se da a conocer en las Patentes WO01/42168 (de Nora/Duruz) o WO01/42531 (Nguyen/Duruz/de Nora). Dicha capa aplicada a partir de una emulsión (35) también está humectada por aluminio fundido (22) que humecta también la base de los revestimientos del cátodo (21), (21') proporcionando un contacto eléctrico continuo y óptimo.

Tal como se muestra en la figura 1, la celda comprende paredes laterales (40), fabricadas, por ejemplo, de carburo de silicio, que están protegidas con un revestimiento de pared lateral humectado por aluminio (41), según la presente invención. El revestimiento de pared lateral (41) está completamente relleno de aluminio fundido retenido en sus poros por efecto capilar. El revestimiento de pared lateral (41) se extiende verticalmente desde la base de la celda (25), (25') hasta por encima de la superficie del electrolito fundido (5), y protege completamente las paredes laterales (40) del electrolito fundido (5).

El revestimiento de la pared lateral humectado por aluminio (41) y los revestimientos de los cátodos (21), (21'), están unidos, generalmente, a través de cuerpos rellenos de aluminio en forma de cuña (51), según la presente invención, situados en la periferia de la base de la celda (25), (25').

De este modo, todos los elementos estructurales, excepto los ánodos (10), están completamente protegidos del electrolito fundido (5) por el aluminio fundido retenido en y sobre los componentes humectados por aluminio, según la presente invención, o por la capa de aluminio fundido (60) recogido en el canal (30). Dicha configuración de celda que utiliza estos materiales de celda, permite la utilización del electrolito (5) que se encuentra completamente en un estado fundido, es decir, sin rebordes de electrolito congelado a lo largo de las paredes laterales (40) y sin costras de electrolito congelado en la superficie del electrolito (5).

La figura 2, en la que se utilizan los mismos números de referencia para designar los mismos elementos, muestra los componentes inventivos de la celda en otra celda según la presente invención.

La celda mostrada en la figura 2 tiene una base de celda horizontal (25) que está recubierta de un revestimiento de cátodo humectado por aluminio (21) según la presente invención, de anchura uniforme, que forma una superficie catódica (20) horizontal drenada. Las paredes laterales (40) de la celda están recubiertas de un revestimiento de pared lateral (41') en forma de cuña humectado por aluminio, que se extiende desde la periferia de la base de la celda (25) hasta por encima de la superficie del electrolito fundido (5).

La base de la celda (25) comprende, en el centro de la celda, un canal (30) para la recogida de aluminio producto (60) drenado desde las superficies del cátodo (20) humectables por aluminio adyacentes.

El canal de recogida de aluminio (30) está recubierto, preferiblemente, de una capa de boruro refractario aplicada a partir de una emulsión (35), tal como se describió anteriormente. La capa aplicada a partir de una emulsión (35) está humectada por aluminio fundido (22), que también humecta la base del revestimiento del cátodo humectado por aluminio (21).

De forma similar a la celda mostrada en la figura 1, todos los elementos estructurales internos, excepto los ánodos (10), están completamente protegidos del electrolito fundido (5) por el aluminio fundido retenido en y sobre los componentes humectados por aluminio, según la presente invención, o por la capa de aluminio fundido (60) recogido en el canal (30).

Para evitar que el electrolito (5) se congele a lo largo del revestimiento de la pared lateral (41') y sobre la superficie del electrolito (5), la celda se aísla térmicamente. Tal como se muestra en la figura 2, la celda está ajustada con un recubrimiento aislante (45) por encima del electrolito fundido (5). En la Patente WO01/31086 (de Nora/Duruz) se dan a conocer más detalles de recubrimientos adecuados.

Los ánodos (10) están fabricados, preferiblemente, de material con base metálica inerte y resistente al electrolito. Entre los materiales de ánodo con base metálica adecuados se incluyen aleaciones con base de hierro y níquel, que se pueden tratar térmicamente en una atmósfera oxidante, tal como se da a conocer en las Patentes WO00/06802, WO00/06803 (ambas a nombre de Duruz/de Nora/Crottaz), WO00/06804 (Crottaz/Duruz), WO01/42535 (Duruz/de Nora), WO01/42534 (de Nora/Duruz) y WO01/42536 (Duruz/Nguyen/de Nora). Algunos materiales de ánodo adicionales que desprenden oxígeno se dan a conocer en las Patentes WO99/36593, WO99/36594, WO00/06801, WO00/06805, WO00/40783 (todas a nombre de de Nora/Duruz), WO00/06800 (Duruz/de Nora), WO99/36591 y WO99/36592 (ambas a nombre de de Nora).

Para reducir la disolución de los ánodos (10) en el electrolito, la celda puede trabajar con un electrolito (5) a temperatura reducida, habitualmente entre, aproximadamente, 830ºC y 930ºC, preferiblemente entre 850ºC y 910ºC. Trabajar con un electrolito a temperatura reducida reduce la solubilidad de los óxidos, en particular de la alúmina. Por lo tanto, resulta ventajoso aumentar la disolución de alúmina en el electrolito (5).

El aumento de la disolución de alúmina se puede conseguir mediante la utilización de un dispositivo de alimentación de alúmina que pulveriza y distribuye partículas de alúmina sobre un área amplia de la superficie del electrolito fundido (5). Algunos dispositivos adecuados de alimentación de alúmina se dan a conocer con mayor detalle en la Patente WO00/63464 (de Nora/Berclaz). Además, la celda puede comprender medios (no mostrados) para provocar la circulación del electrolito (5) desde y hasta el espacio ente ánodo y cátodo para aumentar la disolución de alúmina en el electrolito (5) y para mantener permanentemente una concentración elevada de alúmina disuelta cercana a las superficies activas de los ánodos (10), por ejemplo, tal como se da a conocer en la Patente WO00/40781 (de Nora).

Durante el funcionamiento de las celdas mostradas en las figuras 1 y 2, la alúmina disuelta en el electrolito se electroliza para producir oxígeno en los ánodos (10) y aluminio (60) sobre las superficies drenadas de los cátodos (20). El aluminio producto (60) se drena desde las superficies de los cátodos (20) hacia el canal de recogida (30), desde donde se puede derivar o evacuar a un depósito de aluminio (no mostrado), por ejemplo, tal como se da a conocer en la Patente WO00/63463 (de Nora).

La figura 3, en la que se utilizan los mismos números de referencia para designar los mismos elementos, muestra una celda retroajustada que utiliza componentes humectados por aluminio, según la presente invención, y ánodos de carbono consumibles convencionales (10').

La base de celda (25) es horizontal y está protegida del desgaste con un revestimiento de cátodo humectado por aluminio (21), según la presente invención, que forma una superficie drenada de cátodo (20). Las paredes laterales de la celda (40) están recubiertas de un revestimiento de pared lateral (41), según la presente invención, que se extiende desde la base de la celda hasta por encima de la superficie del electrolito fundido (5). El revestimiento de la pared lateral humectado por aluminio (41) y los revestimientos de los cátodos humectados por aluminio (21) están unidos a través de cuerpos generalmente en forma de cuña (51), según la presente invención.

La base de la celda (25) está recubierta de una capa de boruro refractario aplicada a partir de una emulsión (35) humectada por aluminio fundido (22) que también humecta la base del revestimiento del cátodo humectado por aluminio (21).

La base de la celda (25) comprende, en el centro de la celda, un canal (30) para recoger el aluminio producto (60) drenado de las superficies de los cátodos adyacentes humectables por aluminio.

A diferencia de las celdas mostradas en las figuras 1 y 2, la celda mostrada en la figura 3 trabaja con una costra (70) y rebordes (71) de electrolito congelado.

Durante el funcionamiento de la celda mostrada en la figura 3, la alúmina se disuelve en el electrolito (5) y se electroliza entre los ánodos de carbono (10') y la superficie drenada de los cátodos (20) para producir CO_{2} en los ánodos de carbono (10') y aluminio, el cual se drena hacia el canal (30).

En una variación, una celda retroajustada sin canal para la recolección de aluminio puede funcionar con un baño catódico superficial de aluminio con poco movimiento del aluminio fundido en el baño catódico superficial. Por consiguiente, la distancia entre electrodos también se puede reducir, lo cual conduce a una reducción del voltaje de la celda y un ahorro de energía. Además, en comparación con las celdas con un baño profundo convencionales, se necesita una cantidad inferior de aluminio fundido para que funcione la celda, lo cual reduce sustancialmente los costes implicados en la inmovilización de grandes reservas de aluminio en plantas de producción de aluminio.

No obstante, estos revestimientos de los cátodos humectados por aluminio también se pueden utilizar en celdas con un baño profundo que trabajan con un reborde de electrolito congelado y/o una costra de electrolito congelado sobre el electrolito fundido. Además, una o más placas grandes conductoras humectadas por aluminio, según la presente invención, fabricadas a partir de una estructura cerámica completamente porosa o reticulada de baja densidad, se pueden introducir en el baño de aluminio, de manera que las placas flotan en la superficie del baño de aluminio para impedir el movimiento del aluminio y estabilizar el baño de aluminio. De este modo, la utilización de placas estabilizadoras en un baño profundo de aluminio permite una reducción de la distancia entre electrodos.

En variaciones adicionales de las celdas anteriores, sólo uno o algunos de los componentes de las celdas descritos anteriormente, según la presente invención, es decir, revestimiento de cátodo (21), (21'), revestimiento de pared lateral (41), (41'), cuerpos en forma de cuña (51) y placas estabilizadoras, se pueden utilizar en una celda de producción de aluminio, en diferentes combinaciones.

La presente invención se describirá con mayor detalle en los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1

Una estructura de alúmina completamente porosa (10 poros por pulgada, que es equivalente a, aproximadamente, 4 poros por centímetro) se volvió humectable por aluminio recubriéndola de dos capas aplicadas a partir de emulsiones de diferente composición.

La primera emulsión de la primera capa se fabricó con un 60% en peso de TiB_{2} particulado con la superficie oxidada y en forma de aguja (-325 mesh) que tenía una película de óxido TiO_{2} en la superficie, un 3,3% en peso de agente humectante de aluminio en forma de Fe_{2}O_{3} particulado (-325 mesh) y un 3,3% en peso de polvo de TiO_{2} (-325 mesh) en un 33% en peso de Al_{2}O_{3} coloidal (NYACOL® Al-20, un líquido lechoso con un tamaño de partícula coloidal de, aproximadamente, 40 a 60 nanómetros). Cuando se trata térmicamente esta emulsión, la alúmina coloidal reacciona con un óxido, TiO_{2}, en la superficie y el polvo de TiO_{2} para formar una matriz de óxidos mixtos de Al_{2}O_{3} y TiO_{2} por todo el recubrimiento, conteniendo y uniendo esta matriz las partículas de TiB_{2} y las partículas de Fe_{2}O_{3}.

La segunda emulsión se fabricó con un 33% en peso de partículas de cobre oxidado parcialmente, un 37% en peso de un primer grado de alúmina coloidal (NYACOL® Al-20) y un 30% en peso de un segundo grado de alúmina coloidal (CONDEA® 10/2 Sol, un líquido claro, opalescente con un tamaño de partícula coloidal de, aproximadamente, 10 a 30 nanómetros).

Se aplicó un recubrimiento humectable por aluminio sobre una estructura de alúmina porosa mediante la inmersión de esta estructura en la primera emulsión seguida por un tiempo de secado de 4 horas a 40ºC y una inmersión en la segunda emulsión seguida por un tiempo de secado de 15 horas a 40ºC. A continuación, la estructura de alúmina recubierta se trató térmicamente durante 3 horas al aire a 700ºC para consolidar el recubrimiento.

La estructura resultante es humectable por aluminio y es adecuada para humectarse por aluminio antes de su utilización o puede humectarse in situ cuando se utiliza como cátodo.

La estructura porosa humectable por aluminio se humectó con aluminio mediante su inmersión en aluminio fundido a 850ºC. Después de 20 horas, se extrajo la estructura porosa humectada del aluminio fundido y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente.

El examen de la estructura porosa humectada por aluminio mostró que estaba completamente llena de aluminio retenido en los poros por la humectabilidad de la estructura y el efecto capilar, y cubierta sobre la superficie externa de aluminio.

La resistividad eléctrica de la estructura humectada por aluminio era del orden de la resistividad del aluminio metálico (2,65 \mu\Omega\cdotcm), mientras que antes de la humectación la estructura tenía una resistividad de 35 a 45 k\Omega\cdotcm.

Dicha estructura de alúmina humectada se puede utilizar para varias aplicaciones en una celda de extracción electrolítica de aluminio, en particular, como cátodo o revestimiento de cátodo, como pared lateral de la celda o revestimiento de pared lateral, o como componente que no transporta corriente de la base de la celda que está expuesto a aluminio fundido y/o electrolito.

Ejemplo 2

Se fabricó una estructura cerámica humectable por aluminio con una mezcla de material inerte y resistente a aluminio fundido, es decir, alúmina y óxido de titanio, y un material humectable por aluminio, es decir, óxido de cobre. La estructura cerámica se preparó mediante el recubrimiento de una espuma de poliuretano con una emulsión de partículas cerámicas seguida de un tratamiento térmico.

La emulsión del material cerámico consistía en una suspensión de 40 g de Al_{2}O_{3} particulado con un tamaño de partícula promedio de 10 a 20 micras, 2,5 g de CuO particulado con un tamaño de partícula inferior a, aproximadamente, 45 micras, 2,5 g de TiO_{2} particulado con un tamaño de partícula inferior a, aproximadamente, 45 micras en un transportador de alúmina coloidal que consistía en 93 g de agua desionizada y 6,6 g de partículas de alúmina coloidales con un tamaño de partícula coloidal de, aproximadamente, 10 a 30 nanómetros.

Una espuma de poliuretano que tenía de 10 a 20 poros por pulgada (equivalente a, aproximadamente, 4 a 8 poros por centímetro) se sumergió en la emulsión y se secó al aire a una temperatura de 40ºC a 50ºC durante de 20 a 30 minutos. Se repitió la inmersión tres veces.

Tras la inmersión, se secó la espuma al aire a 50ºC durante de 4 a 5 horas. La espuma contenía, aproximadamente, de 0,3 a 0,5 g/cm^{3} de la emulsión seca. Tras el secado, se realizó un tratamiento térmico de, aproximadamente, 850ºC a 1000ºC al aire durante de 4 a 5 horas para eliminar la espuma de poliuretano y consolidar el material cerámico formado desde la emulsión a una espuma autosuficiente. Tras el tratamiento térmico, se realizó un tratamiento de aluminización mediante la inmersión en aluminio fundido durante dos horas en aluminio fundido a 850ºC.

La espuma aluminizada se extrajo del aluminio fundido, se dejó enfriar hasta temperatura ambiente y se cortó de forma perpendicular a la superficie.

El examen de la espuma aluminizada mostró que la espuma de poliuretano había desaparecido. El TiO_{2} había reaccionado con el Al_{2}O_{3} en la espuma cerámica para formar una matriz de óxidos mixtos de titanio y aluminio. El CuO presente en la superficie de la espuma cerámica había reaccionado con el aluminio fundido para producir una capa superficial humectada por aluminio de Al_{2}O_{3}, y una aleación de cobre y aluminio. Los poros de la espuma cerámica estaban completamente llenos de aluminio fundido.

En una variación, la etapa de tratamiento térmico y la etapa de aluminización se llevan a cabo simultáneamente como una etapa única. En una variación adicional, el óxido de cobre de la estructura cerámica se sustituye parcial o completamente por óxido de hierro y/u óxido de níquel.

Ejemplo 3

Se probó una estructura cerámica completamente porosa humectable por aluminio, tal como la del ejemplo 1, como material catódico para la producción de aluminio.

La estructura cerámica humectable por aluminio se colocó en la base de un receptáculo de grafito con un diámetro interior de 85 mm. La estructura se cubrió con 120 g de aluminio. El receptáculo y su contenido se calentaron a una velocidad de 120ºC/hora. A la temperatura de 700ºC, el aluminio había formado un baño de aluminio sobre el que flotaba la estructura cerámica. La temperatura se siguió incrementando hasta, aproximadamente, 850ºC y, a continuación, se mantuvo durante 4 horas, de manera que el aluminio fundido se aluminizó y humectó completamente la estructura cerámica.

Después de la aluminización, se vertió una cantidad de 1,5 kg de baño electrolítico fundido que consistía en un 68% en peso de criolita, un 28% en peso de fluoruro de aluminio y un 4% en peso de alúmina disuelta, en el interior del receptáculo en la parte superior del baño de aluminio y la estructura cerámica humectada por aluminio. Se sumergió un ánodo de carbono en el electrolito para enfrentarlo a la estructura cerámica flotante que formaba tanto un estabilizador del baño de aluminio como una superficie del cátodo. Se pasó una corriente electrolítica entre el ánodo y el receptáculo de grafito a una densidad de corriente de, aproximadamente, 0,8 A/cm^{2} en el ánodo. Durante toda la electrólisis se midió un voltaje constante de celda de, aproximadamente, 4 a 4,2 voltios.

Después de 10 horas, se interrumpió la electrólisis y la estructura cerámica humectada por aluminio flotante se extrajo del receptáculo de grafito.

La estructura cerámica se dejó enfriar hasta temperatura ambiente y se cortó de forma perpendicular a una de sus superficies. El examen de la estructura cerámica mostró que aún estaba completamente humectada por y llena de aluminio fundido. La estructura cerámica en sí había permanecido inalterada demostrando así su estabilidad e idoneidad como material catódico.

Ejemplo 4

Una estructura de carburo de silicio completamente porosa (30 poros por pulgada, que es equivalente a, aproximadamente, 12 poros por centímetro) se volvió humectable por aluminio recubriéndola de una capa aplicada a partir de una emulsión.

La emulsión consistía en 75 g de partículas de hierro oxidadas en la superficie (-325 mesh), 75 g de Sílice sol Nyacol 830 (un líquido lechoso acuoso que contiene un 32% en peso de hidróxido de silicio coloidal, el cual se convierte en sílice tras un tratamiento térmico) y 0,35 g de una solución acuosa que contenía un 15% de PVA (polivinil alcohol) y que se utilizó para ajustar la viscosidad de la emulsión.

La estructura completamente porosa se sumergió en la emulsión y, a continuación, se secó durante 30 minutos a 60ºC. La estructura porosa impregnada contenía 0,278 g/cm^{3} de emulsión seca que incluía 0,214 g/cm^{3} de partículas de hierro oxidadas en la superficie.

La estructura resultante era humectable por aluminio y adecuada para ser humectada por el aluminio antes de su utilización o in situ cuando se utilizaba, por ejemplo, como cátodo.

La estructura porosa humectable por aluminio se humectó con aluminio sumergiéndola en aluminio fundido a 850ºC. Después de 15 horas, la estructura porosa humectada se extrajo del aluminio fundido y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente.

El examen de la estructura porosa humectada por aluminio mostró que estaba rellena de aluminio retenido en los poros por la humectabilidad de la estructura y el efecto capilar, y cubierta de aluminio sobre la superficie externa. Los poros tenían una proporción de llenado de aluminio superior al 90% en volumen.

La estructura porosa humectada por aluminio se puede utilizar como material catódico, tal como en el Ejemplo 3.

Claims (34)

1. Componente humectable por aluminio de una celda para la extracción electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido con base de fluoruro, comprendiendo dicho componente una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, cuya superficie durante su utilización se expone a y se humecta por aluminio fundido, estando la estructura fabricada de:

-

un material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido, en particular, un material que comprende, como mínimo, un óxido, carburo, nitruro o boruro seleccionado entre: óxidos de aluminio, zirconio, tántalo, titanio, silicio, niobio, magnesio y calcio y mezclas de los mismos, como un óxido simple y/o en un óxido mixto; y nitruro de aluminio, AlON, SiAlON, nitruro de boro, nitruro de silicio, carburo de silicio, boruros de aluminio, zirconatos de metales alcalinotérreos y aluminatos y mezclas de los mismos; y

-

un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado que reacciona(n) con aluminio fundido para formar, sobre la estructura cerámica completamente porosa o reticulada, una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado, siendo seleccionado el metal de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado entre manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre y zinc y combinaciones de los mismos.

2. Componente, según la reivindicación 1, en el que la estructura completamente porosa o reticulada comprende un recubrimiento de material humectable por aluminio sobre el material cerámico inerte y resistente.

3. Componente, según la reivindicación 2, en el que el recubrimiento humectable por aluminio es un recubrimiento aplicado a partir de una emulsión que comprende partículas de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado reaccionante(s) en un transportador coloidal seco seleccionado entre alúmina, óxido de cerio, óxido de litio, óxido de magnesio, sílice, óxido de torio, óxido de itrio, óxido de zirconio, óxido de titanio y óxido de zinc, y mezclas y precursores de los mismos.

4. Componente, según la reivindicación 3, en el que el recubrimiento humectable por aluminio aplicado a partir de una emulsión, comprende además partículas de, como mínimo, un compuesto seleccionado entre boruros, carburos y nitruros metálicos.

5. Componente, según la reivindicación 4, en el que el recubrimiento humectable por aluminio aplicado a partir de una emulsión, comprende las partículas de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado reaccionante(s) y partículas de diboruro de titanio en alúmina coloidal seca.

6. Componente, según la reivindicación 4 ó 5, en el que las partículas de un boruro, carburo o nitruro metálico están recubiertas de óxidos mixtos de metal derivado del transportador coloidal seco y metal derivado del boruro, carburo o nitruro metálico.

7. Componente, según la reivindicación 6, en el que el recubrimiento humectable por aluminio aplicado a partir de una emulsión, se obtiene a partir de una emulsión que comprende partículas de óxido metálico, que se combinan, tras un tratamiento térmico, con un óxido metálico derivado del transportador coloidal seco para formar óxidos mixtos que son miscibles con dichos óxidos mixtos que cubren las partículas de boruro, carburo o nitruro metálico.

8. Componente, según la reivindicación 1, en el que la estructura cerámica completamente porosa está fabricada de una composición que consiste en una mezcla del material cerámico inerte y resistente y el material cerámico humectable por aluminio.

9. Componente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura cerámica completamente porosa se forma sobre un esqueleto metálico de refuerzo.

10. Componente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una inserción interna que actúa como balasto.

11. Componente, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es un cátodo o un revestimiento de cátodo.

12. Componente, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que es un estabilizador de baño de aluminio en forma de placa.

13. Componente, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que es un esqueleto de una pared lateral de celda o un revestimiento de pared lateral, el cual se puede llenar de aluminio fundido para formar una pared lateral de celda o revestimiento de pared lateral infiltrados de aluminio.

14. Componente, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que es un esqueleto de un cuerpo conector en forma de cuña para unir la superficie de una base de celda a una pared adyacente, y en el que dicho esqueleto puede estar lleno de aluminio fundido para formar un cuerpo conector infiltrado de aluminio.

15. Componente humectado por aluminio de una celda para la extracción electrolítica de aluminio, comprendiendo dicho componente humectado por aluminio una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, que tiene una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y otro metal obtenible mediante la exposición de un componente humectable por aluminio, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, a aluminio fundido.

16. Componente humectado por aluminio, según la reivindicación 15, que está lleno y cubierto de aluminio que protege la estructura cerámica completamente porosa o reticulada de la exposición a un electrolito fundido y/o gases corrosivos durante su utilización.

17. Componente humectado por aluminio, según la reivindicación 15 ó 16, que es un cátodo o un revestimiento de cátodo.

18. Componente humectado por aluminio, según las reivindicaciones 15 a 16, que es un estabilizador del baño de aluminio en forma de placa.

19. Componente humectado por aluminio, según la reivindicación 16, que es una pared lateral de celda o un revestimiento de pared lateral.

20. Componente humectado por aluminio, según la reivindicación 16, que es un cuerpo en forma de cuña para unir la superficie de una base de celda a una pared lateral adyacente.

21. Celda para la extracción electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito con base de fluoruro, que comprende, como mínimo, un componente humectable por aluminio, tal como se definió en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y/o, como mínimo, un componente humectable por aluminio, tal como se definió en cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20.

22. Celda, según la reivindicación 21, que comprende un cátodo o un revestimiento de cátodo, tal como se definió en la reivindicación 11 ó 18.

23. Celda, según la reivindicación 22, que comprende un cuerpo catódico que tiene una superficie revestida de un revestimiento de cátodo en forma de placa o cuña.

24. Celda, según la reivindicación 23, en la que el cuerpo catódico está unido al revestimiento de cátodo a través de una capa de enlace.

25. Celda, según la reivindicación 24, en la que la superficie revestida de cátodo es parte de una base de cátodo horizontal o inclinada.

26. Celda, según la reivindicación 25, en la que la base del cátodo es horizontal y está revestida de un revestimiento de cátodo en forma de cuña que forma una superficie de cátodo inclinada y drenada humectable por aluminio sobre el mismo.

27. Celda, según la reivindicación 22, 23 ó 24, en la que el cátodo o revestimiento de cátodo está situado por encima de una base de cátodo que está dispuesta para recoger el aluminio fundido producido sobre y drenado desde el cátodo o el revestimiento del cátodo.

28. Celda, según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 27, que comprende un cátodo o un revestimiento de cátodo, tal como se definió en la reivindicación 9, que está recubierto en la parte superior de una capa inicial humectable por aluminio.

29. Celda, según la reivindicación 21 ó 22, que comprende uno o más estabilizadores de baño, tal como se definió en la reivindicación 12 ó 19, que flota(n) sobre un baño de aluminio que contiene la celda.

30. Celda, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 29, que comprende una pared lateral de celda o un revestimiento de pared lateral, tal como se definió en la reivindicación 19.

31. Celda, según la reivindicación 30, que comprende un revestimiento de pared lateral, tal como se definió en la reivindicación 19, que cubre una pared lateral fabricada de material que contiene carbono.

32. Celda, según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 31, que comprende, como mínimo, un cuerpo conector en forma de cuña, tal como se definió en la reivindicación 20, que une la base de la celda a una pared lateral adyacente.

33. Estructura cerámica compuesta completamente porosa o reticulada, cuya superficie es humectable por aluminio fundido, estando la estructura fabricada de:

-

un material cerámico inerte y resistente a aluminio fundido, en particular, un material que comprende, como mínimo, un óxido, carburo, nitruro o boruro seleccionado entre: óxidos de aluminio, zirconio, tántalo, titanio, silicio, niobio, magnesio y calcio y mezclas de los mismos, como un óxido simple y/o en un óxido mixto; y nitruro de aluminio, AlON, SiAlON, nitruro de boro, nitruro de silicio, carburo de silicio, boruros de aluminio, zirconatos y aluminatos de metales alcalinotérreos y mezclas de los mismos; y

-

un material humectable por aluminio que comprende un óxido metálico y/o un metal parcialmente oxidado que reacciona(n) con aluminio fundido para formar, sobre una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y metal derivado de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado, siendo seleccionado el metal de dicho óxido metálico y/o metal parcialmente oxidado entre manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre y zinc y combinaciones de los mismos.

34. Material compuesto de metal y cerámico que comprende una estructura cerámica completamente porosa o reticulada, que tiene una capa en la superficie que contiene alúmina, aluminio y otro metal, obteniéndose dicho material compuesto de metal y cerámico mediante la exposición a aluminio fundido de una estructura cerámica compuesta completamente porosa o reticulada, tal como se definió en la reivindicación 33.