ES2238318T3 - Celda para la extraccion electrolitica de aluminio con catodo drenado con mejor circulacion de electrolito. - Google Patents
Celda para la extraccion electrolitica de aluminio con catodo drenado con mejor circulacion de electrolito.Info
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Abstract
Celda con cátodo drenado para la extracción electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido que contiene fluoruros, que comprende: - uno o más ánodos o uno o más cátodos, teniendo el/los ánodo(s) y cátodo(s), respectivamente, una superficie inclinada activa del ánodo en forma de V o en forma de V invertida y una superficie inclinada paralela del cátodo drenado en forma de V o en forma de V invertida, opuestas entre sí, y separadas por dos espacios entre electrodos, dispuestas de manera que el electrolito circula de forma ascendente en los espacios inclinados entre electrodos favorecido por el gas producido anódicamente y, a continuación, regresa desde la parte superior hasta la parte inferior de cada espacio entre electrodos a lo largo de un camino del electrolito, extendiéndose cada camino del electrolito a través de pasajes horizontales y verticales, tal como se indica a continuación: un pasaje vertical desde la parte superior hasta la parte inferior de uncátodo y, a continuación, un pasaje horizontal en o por debajo de la parte inferior del cátodo, y/o un pasaje horizontal en o por encima de la parte superior de un ánodo y, a continuación, un pasaje vertical que se extiende desde la parte superior hasta la parte inferior del ánodo.
Description
Celda para la extracción electrolítica de
aluminio con cátodo drenado con mejor circulación de
electrolito.
La presente invención se refiere a celdas con
cátodos drenados para la extracción electrolítica de aluminio a
partir de alúmina, del tipo que comprende un conjunto de ánodos
separados por un espacio inclinado entre electrodos de uno o más
cátodos opuestos y dispuestos de manera que el electrolito circula
de forma ascendente en el espacio inclinado entre electrodos
favorecido por gases producidos anódicamente. La presente invención
también se refiere a un método de producción de aluminio en dichas
celdas, así como a cátodos y ánodos diseñados para dichas
celdas.
La tecnología para la producción de aluminio
mediante la electrólisis de alúmina, disuelta en criolita fundida
que contiene sales, a temperaturas alrededor de 950ºC, tiene más de
cien años de antigüedad.
Este proceso, concebido casi simultáneamente por
Hall y Héroult, no se ha desarrollado tanto como otros procesos
electroquímicos, a pesar del gran crecimiento de la producción total
de aluminio que en cincuenta años se ha incrementado en casi cien
veces. El proceso y el diseño de la celda no han experimentado
ningún cambio o mejora importante y aún se utilizan materiales
carbonáceos como electrodos y recubrimientos de las celdas.
Las Patentes de Estados Unidos 3.400.061
(Lewis/Hildebrant) y 4.602.990 (Boxall/Gamson/Green/ Traugott) dan a
conocer celdas para la extracción electrolítica de aluminio con
cátodos drenados inclinados y opuestos a ánodos inclinados
transversalmente a la celda. En estas celdas, el aluminio fundido
fluye hacia abajo por los cátodos inclinados en un surco
longitudinal mediano a lo largo del centro de la celda, o en surcos
longitudinales laterales a lo largo de las paredes de la celda, para
recoger el aluminio fundido y distribuirlo a un sumidero.
En la Patente de Estados Unidos 5.362.366 (de
Nora/Sekhar), se dio a conocer un dispositivo
ánodo-cátodo doble polar en el que los cuerpos
catódicos se suspendieron de los ánodos permitiendo la extracción y
la reinmersión del dispositivo durante la operación, trabajando
dicho dispositivo también con un cátodo drenado.
La Patente de Estados Unidos 5.368.702 (de Nora)
propuso una nueva celda multimonopolar que tenía cátodos que se
extendían hacia arriba opuestos y rodeados por o entre ánodos que
tenían un área superficial activa relativamente grande de ánodo
recubierto interiormente. En algunas realizaciones, la circulación
del electrolito se consiguió utilizando un ánodo tubular con
aberturas adecuadas.
La Patente de Estados Unidos 5.651.874 (de
Nora/Sekhar) propuso componentes de recubrimiento con un
recubrimiento de boruro refractario aplicado en forma de emulsión,
que se mostró excelente para las aplicaciones en el cátodo. Esta
publicación da a conocer aplicaciones aplicadas en forma de emulsión
y nuevas configuraciones de cátodo drenado, incluyendo diseños en
los que un cuerpo catódico con una superficie inclinada del cátodo
drenado en la parte superior se coloca por encima o ajustada a la
parte inferior de la celda.
La Patente de Estados Unidos 5.683.559 (de Nora)
propuso un nuevo diseño de cátodo para un cátodo drenado, en el que
los surcos o cavidades se incorporaron en la superficie de los
bloques que forman la superficie del cátodo para poder canalizar el
aluminio producto drenado.
La Patente de Estados Unidos 5.368.702 (de Nora)
da a conocer una celda drenada para la extracción electrolítica de
aluminio que tiene un ánodo en forma de plato cónico y un cátodo
cónico con superficies activas paralelas opuestas y separadas por
espacios inclinados entre electrodos. Los espacios guían un flujo
ascendente de electrolito que regresa por fuera de los espacios
desde la parte superior hasta la parte inferior de los espacios a lo
largo de la cara inclinada del ánodo en forma de plato cónico.
Recientemente, ha sido posible recubrir cátodos
de carbono con una emulsión que se adhiere al carbono, volviéndose
así humectables por aluminio y muy duros cuando la temperatura
alcanza los 700-800ºC o incluso los
950-1000ºC, tal como se mencionó anteriormente. A
pesar de que se ha propuesto la aplicación de estos recubrimientos a
celdas con cátodos drenados, hasta ahora la aplicación a escala
comercial de esta tecnología ha estado limitada al recubrimiento de
las partes inferiores de carbono de celdas que funcionan con la
acumulación de profundidad habitual de aluminio. Modificaciones
posteriores del diseño en la construcción de la celda podrían
conducir a la obtención de más ventajas potenciales de estos
recubrimientos.
Aunque las referencias anteriores indican
esfuerzos continuos para mejorar el funcionamiento de la celda,
ninguno sugiere la presente invención y no ha habido propuestas
aceptables para mejorar la eficacia de la celda, y al mismo tiempo,
facilitar la implementación de una configuración de cátodo drenado
con una mejor circulación de electrolito.
Un objetivo de la presente invención es resolver
de forma notable los problemas inherentes en el diseño convencional
de celdas utilizadas en la extracción electrolítica de aluminio a
partir de alúmina disuelta en fundidos que contienen fluoruros, en
particular criolita, proponiendo una configuración de cátodo drenado
que incorpora un dispositivo de electrodo mejorado.
Otro objetivo de la presente invención es
permitir un funcionamiento más eficaz de la celda modificando el
diseño del/de los cátodo(s) drenado(s) y/o de los
ánodos para mejorar la circulación del electrolito.
Aún otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un dispositivo en el que se utiliza la liberación de
gas en la superficie inclinada del ánodo para inducir la circulación
del electrolito que, a su vez, es facilitada por un diseño de cátodo
y/o ánodo nuevos.
Un objetivo adicional de la presente invención es
proporcionar una celda con un cátodo de nuevo diseño que permite un
funcionamiento de cátodo drenado en el que la circulación eficaz del
electrolito está combinada con la facilidad de extracción de los
gases producidos anódicamente y con la facilidad de recogida del
aluminio producto.
Aún un objetivo adicional de la presente
invención es aumentar la eficacia de la electrólisis proporcionando
alúmina a un electrolito circulante para compensar el agotamiento
durante la electrólisis, estando esta circulación de electrolito
producida por medio de una configuración nueva de electrodo.
Un aspecto principal de la presente invención se
refiere a una celda con cátodo drenado para la extracción
electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un
electrolito fundido que contiene fluoruros. La celda comprende uno o
más ánodos y uno o más cátodos. El/Los ánodo(s) y
cátodo(s) tienen, respectivamente, una superficie inclinada
activa del ánodo en forma de V y una superficie paralela inclinada
de cátodo drenado en forma de V invertida, opuestas entre sí, y
separadas por dos espacios inclinados entre electrodos, dispuestos
de manera que el electrolito circula de forma ascendente por los
espacios inclinados entre electrodos favorecido por el gas producido
anódicamente y, a continuación, vuelve de la parte superior a la
parte inferior de cada espacio entre electrodos a lo largo del
camino del electrolito. Cada camino del electrolito se extiende a
través de pasajes verticales y horizontales, tal como se indica a
continuación: para el cátodo, un pasaje vertical desde una parte
superior a una inferior de un cátodo y, a continuación, un pasaje
horizontal en o debajo de la parte inferior del cátodo; y/o para el
ánodo, un pasaje horizontal en o sobre una parte superior de un
ánodo y, a continuación, un pasaje vertical que se extiende desde la
parte superior a la parte inferior del ánodo. Cada pasaje horizontal
se extiende, sustancialmente, sobre toda la longitud horizontal de
un correspondiente espacio entre electrodos.
En este contexto, una "superficie en forma de
V" significa una superficie que tiene una sección transversal
perpendicular que, estrictamente o de forma general, forma una V, en
particular una V lisa o truncada. Dicha superficie puede ser,
generalmente, cónica, frustocónica o biplanar.
La celda con cátodo drenado, según la presente
invención, y el correspondiente método de extracción electrolítica
de aluminio, tienen numerosas ventajas, que incluyen las
siguientes:
a) Los gases producidos anódicamente se extraen
rápidamente debido a la pendiente de las superficies anódicas
activas.
b) La celda puede funcionar a una densidad de
corriente elevada, proporcionando una extracción ascendente
suficiente del gas producido anódicamente para producir una
circulación ascendente correspondiente del electrolito en el espacio
entre ánodo y cátodo.
c) La pendiente de las superficies catódicas es
suficiente para permitir un drenaje eficaz del aluminio producto, a
pesar de la contracorriente de electrolito arrastrada hacia arriba
por la liberación del gas.
d) El pasaje, generalmente horizontal,
proporciona parte de un camino de retorno para el electrolito,
permitiendo una circulación en un estado estacionario del
electrolito alrededor de los electrodos.
e) Se puede conseguir una mejor circulación de
electrolito proporcionando un conjunto de caminos de retorno
asociados con los electrodos, tanto anódicos como catódicos.
f) La circulación inducida de electrolito se
puede combinar de forma ventajosa con un suministro de alúmina para
compensar el agotamiento durante la electrólisis. Este suministro de
alúmina puede estar adyacente al extremo superior del espacio
inclinado entre electrodos o, posiblemente, sobre los
electrodos.
g) El/Los cátodo(s) se puede(n)
fabricar fácilmente a partir de los tipos de carbono utilizados para
las aplicaciones en el cátodo, estando las superficies catódicas
inclinadas recubiertas con, como mínimo, un recubrimiento adecuado
de material refractario humectable por aluminio, por ejemplo, un
recubrimiento aplicado como emulsión que contiene diboruro de
titanio, por ejemplo, tal como se describe en la Patente de Estados
Unidos 5.651.874 (de Nora/Sekhar) o WO 98/17842
(Sekhar/Duruz/Liu).
h) La fabricación de los cátodos con surcos
generalmente cónicos, en forma de cuña o prismáticos en la cara
superior catódica conduce a un diseño muy compacto y eficaz de
energía.
i) Las celdas se pueden utilizar con ánodos de
carbono consumibles, pero se pueden asegurar grandes ventajas
utilizando, sustancialmente, ánodos sin carbono dimensionalmente
estables que desprenden oxígeno, particularmente junto con cátodos
que tienen en su cara superior, generalmente, surcos cónicos, en
forma de cuña o prismáticos.
j) Los cátodos se pueden suspender de los ánodos
para facilitar la extracción y reinserción en la
celda.
celda.
Cada pasaje horizontal del camino del electrolito
se puede formar mediante una abertura que se extiende a través de un
cátodo o un ánodo.
El/Los cátodo(s) se puede(n)
asociar con un camino del electrolito. El camino de electrolito se
puede extender a través de un pasaje vertical en el centro de una
superficie catódica en forma de V invertida desde la parte superior
hasta la parte inferior del cátodo o cátodos. Alternativamente, el
camino del electrolito se puede extender a través de un pasaje
vertical que se extiende desde la parte adyacente de la parte
superior de una superficie del cátodo en forma de V hasta la parte
inferior del cátodo o cátodos.
De forma similar, el/los ánodo(s) se
puede(n) asociar con un camino del electrolito. El camino del
electrolito se puede extender a través de un pasaje vertical desde
la parte superior hasta la parte inferior del ánodo o ánodos en el
centro de una superficie anódica en forma de V. Alternativamente, el
camino del electrolito se puede extender a través de un pasaje
vertical desde la parte superior de una superficie del ánodo en
forma de V invertida hasta la parte adyacente de la parte inferior
del ánodo.
Los pasajes horizontales pueden estar delimitados
por una cara superior externa de un ánodo o una cara inferior
externa de un cátodo.
Las superficies inclinadas del cátodo drenado
pueden conducir a un dispositivo para recoger aluminio producto.
El/Los cátodo(s) se puede(n)
conectar a, como mínimo, un ánodo mediante medios de conexión
fabricados de materiales con una elevada resistencia eléctrica,
química y mecánica que mantienen los espacios entre electrodos
sustancialmente constantes, de manera que el cátodo o cátodos son
extraíbles e insertables en la celda con el/los ánodo(s) al/a
los que se conecta. De este modo, el/los cátodo(s) se
puede(n) suspender de, como mínimo, un ánodo, o se pueden
suspender de un ánodo mediante otros medios. Alternativamente,
el/los cátodo(s) se puede(n) asegurar mecánicamente
entre una pareja de ánodos adyacentes mediante, como mínimo, una
vara o barra horizontal no conductora eléctricamente que está
asegurada en la pareja de ánodos adyacentes y que se extiende a
través del cátodo. La vara o barra no conductora eléctricamente se
puede extender a través de un conjunto de cátodos.
Habitualmente, las superficies del cátodo drenado
tienen un recubrimiento humectable por aluminio. Además, las
superficies del cátodo drenado se pueden hacer dimensionalmente
estables mediante un recubrimiento de material refractario
humectable por aluminio aplicado en forma de emulsión.
El electrolito fundido que contiene fluoruros de
la celda puede ser, esencialmente, criolita o criolita con un exceso
de AlF_{3}, habitualmente, un exceso correspondiente a,
aproximadamente, de un 25 a un 35% en peso del electrolito. Un
exceso de AlF_{3} en el electrolito reduce el punto de fusión del
electrolito y permite el funcionamiento de la celda con un
electrolito a una temperatura inferior, habitualmente, de 780ºC a
880ºC, en particular de 820ºC a 860ºC.
La presente invención también se refiere a un
método de producción de aluminio en una celda, tal como se ha
descrito anteriormente, que contiene alúmina disuelta en un
electrolito fundido. El método comprende: la electrólisis de alúmina
disuelta en los espacios entre electrodos, produciendo así aluminio
sobre la(s) superficie(s) del/de los cátodo(s)
drenado(s) y gas sobre la(s) superficie(s)
activa(s) del/de los ánodo(s). La circulación
ascendente del electrolito en los espacios inclinados entre
electrodos está favorecida por la extracción ascendente del gas
producido anódicamente. El electrolito es devuelto desde una parte
superior a una parte inferior de los espacios entre electrodos a lo
largo de los caminos del electrolito. El electrolito agotado de
alúmina se rellena con alúmina en los caminos del electrolito,
preferiblemente, adyacentes a las partes superiores de los espacios
entre electrodos.
Cuando los ánodos están fabricados de material de
carbono, se produce CO_{2} anódicamente durante la
electrólisis.
Alternativamente, los ánodos están fabricados de
material inerte sin carbono, preferiblemente, de un material
metálico o de base metálica, tal como se da a conocer, por ejemplo,
en WO 99/36593, WO 99/36594, WO 00/06801, WO 00/06805 y WO 00/ 40783
(todas titularidad de de Nora/Duruz), la Patente de Estados Unidos
6.077.415 (Duruz/de Nora), WO 99/36591 y la Patente de Estados
Unidos 6.103.090 (ambas titularidad de de Nora). En una realización
preferida, los ánodos están fabricados de una aleación de base
níquel-hierro, por ejemplo, tal como se da a conocer
en WO 00/06803 (Duruz/de Nora/Crottaz) o WO 00/06804
(Crottaz/Duruz). Cuando los ánodos están fabricados de un material
inerte, se desprende oxígeno anódicamente mediante la oxidación de
iones que contienen oxígeno directamente sobre las superficies
activas, o bien, mediante la oxidación, en primer lugar, de iones
que contienen flúor que posteriormente reaccionan con iones que
contienen oxígeno, tal como se describe en la PCT/IB99/01976
(Duruz/de Nora).
Cuando la celda funciona con ánodos de base
metálica, el electrolito fundido se satura, de forma ventajosa y
sustancialmente, con alúmina, particularmente sobre la superficie
anódica electroquímicamente activa, y con especies de, como mínimo,
un metal mayoritario presente en la superficie de los ánodos para
mantener los ánodos dimensionalmente estables, tal como se da a
conocer en WO 00/06802 (Duruz/de Nora/Crottaz).
Un "metal mayoritario" se refiere a un metal
que está presente en la superficie del ánodo, en particular en uno o
más compuestos de óxidos, en una cantidad de, como mínimo, un 25% de
la cantidad total de metal presente en la superficie del ánodo.
El/Los ánodo(s) se puede(n) asociar
con un camino del electrolito, introduciendo la alúmina por encima
de la parte superior del ánodo o ánodos en la que se disuelve en el
electrolito y circula a lo largo del camino del electrolito hasta
una parte inferior del espacio entre electrodos. Alternativamente o
adicionalmente, el/los cátodo(s) se puede(n) asociar
con un camino del electrolito, introduciendo la alúmina por encima
de la parte superior del cátodo o cátodos en la que se disuelve en
el electrolito y circula a lo largo del camino del electrolito hasta
una parte inferior del espacio entre electrodos.
Otro aspecto de la presente invención se refiere
a un cátodo de una celda para la extracción electrolítica de
aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido que
contiene fluoruros, tal como se ha descrito anteriormente. El cátodo
comprende una o más superficies inclinadas de cátodo drenado en
forma de V invertida opuestas, durante la utilización, a uno o más
ánodos y separados de éstos por espacios entre electrodos. El cátodo
está asociado con uno o más caminos del electrolito para el retorno
del electrolito desde una parte superior hasta una parte inferior de
los espacios entre electrodos. El/Los camino(s)
del electrolito se extiende(n) a través de un pasaje vertical desde una parte superior hasta una parte inferior del cátodo y, a continuación, a través de un pasaje horizontal en o por debajo de la parte inferior del cátodo. El/Los pasaje(s) horizontal(es) se extiende(n), sustancialmente, sobre toda la longitud horizontal de la correspondiente superficie del cátodo en forma de V invertida.
del electrolito se extiende(n) a través de un pasaje vertical desde una parte superior hasta una parte inferior del cátodo y, a continuación, a través de un pasaje horizontal en o por debajo de la parte inferior del cátodo. El/Los pasaje(s) horizontal(es) se extiende(n), sustancialmente, sobre toda la longitud horizontal de la correspondiente superficie del cátodo en forma de V invertida.
Un aspecto adicional de la presente invención se
refiere a un ánodo de una celda para la extracción electrolítica de
aluminio a partir de alúmina disuelta en un electrolito fundido que
contiene fluoruros, tal como se ha descrito anteriormente. El ánodo
comprende una superficie anódica activa inclinada en forma de V,
opuesta, durante la utilización, a una correspondiente superficie
inclinada de cátodo drenado y separada de ésta por espacios entre
electrodos. El ánodo está asociado con un camino del electrolito
para el retorno del electrolito desde una parte superior hasta una
parte inferior de los espacios entre electrodos. El camino del
electrolito se extiende a través de un pasaje horizontal en o sobre
una parte superior del ánodo y, a continuación, a través de un
pasaje vertical que se extiende desde la parte superior hasta la
parte inferior del ánodo. El pasaje horizontal se extiende,
sustancialmente, sobre toda la longitud horizontal de la superficie
del ánodo en forma de V.
La presente invención también se refiere a una
celda con cátodo drenado para la extracción electrolítica de
aluminio mediante la electrólisis de alúmina disuelta en un
electrolito fundido que contiene fluoruros. La celda comprende una
serie de ánodos suspendidos sobre uno o más cátodos. Los ánodos y
el/los cátodo(s) tienen, respectivamente, superficies
inclinadas activas de los ánodos y superficies paralelas inclinadas
de cátodo drenado, opuestas entre sí, y separadas por espacios
inclinados entre eléctrodos, dispuestas de manera que el electrolito
circula de forma ascendente por los espacios inclinados entre
electrodos favorecido por el gas producido anódicamente y, a
continuación, vuelve de las partes superiores a las partes
inferiores de los espacios entre electrodos a lo largo de los
caminos del electrolito. Cada camino del electrolito se extiende a
través de pasajes verticales y horizontales, tal como se indica a
continuación: un pasaje vertical asociado con un cátodo y, a
continuación, un pasaje horizontal en o por debajo de la parte
inferior del cátodo; y/o un pasaje horizontal en o sobre una parte
superior de un ánodo y, a continuación, un pasaje vertical asociado
con el ánodo. Cada pasaje horizontal se extiende, sustancialmente,
sobre toda la longitud horizontal de un correspondiente espacio
entre electrodos.
La presente invención se describirá con más
detalle con referencias a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los
que:
la figura 1 es una vista transversal que muestra
parte de una celda con cátodo drenado, según la presente
invención;
la figura 2 es una vista desde debajo de una
realización de un cátodo de la celda de la figura 1;
la figura 2a ilustra un detalle de la figura
2;
la figura 3 es una vista similar a la figura 1
que muestra parte de una celda con un cátodo modificado;
la figura 4 es una vista transversal de una celda
que incluye una realización adicional de un cátodo, según la
presente invención;
las figuras 5 a 7 son vistas transversales de
realizaciones adicionales de celdas con cátodos drenados, según la
presente invención, en las que la circulación de electrolito tiene
lugar alrededor de los ánodos; y
la figura 8 es una vista transversal de una celda
con cátodo drenado multimonopolar, según la presente invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente una celda
con cátodo drenado para la extracción electrolítica de aluminio (10)
en un electrolito fundido (12) que contiene fluoruro, tal como
criolita que contiene alúmina disuelta. La celda comprende un
conjunto de ánodos (14) suspendidos sobre y separados por espacios
inclinados entre electrodos (20) de bloques de cátodos (16). La
celda puede contener un número adecuado de filas de ánodos (14) y
bloques de cátodos (16); para simplificar, sólo se muestran un ánodo
(14) y un bloque de cátodo (16).
Los bloques de cátodos (16) tienen superficies
inclinadas de cátodos drenados (18) fabricadas de o recubiertas con
un material refractario humectable por aluminio. Por ejemplo, los
bloques de cátodos (16) están fabricados de carbono y la superficie
del cátodo humectable por aluminio es un recubrimiento que contiene
diboruro de titanio depositado a partir de una emulsión, tal como se
describe en la Patente de Estados Unidos 5.651.874 (de Nora/Sekhar)
o WO 98/17842 (Sekhar/Duruz/Liu). Los bloques de cátodos (16) están
colocados encima o asegurados a la parte inferior de la celda (40),
mediante unión o medios mecánicos. La parte inferior de la celda
(40) también pues estar fabricada de carbono recubierto con una
superficie humectable por aluminio que contiene diboruro de
titanio.
La humectabilidad del recubrimiento se puede
mejorar mediante la adición de un agente humectante que consiste en,
como mínimo, un óxido metálico, tal como óxido de cobre, hierro o
níquel, que reacciona durante la utilización con aluminio fundido
para producir óxido de aluminio y el metal del óxido humectante, tal
como se describe en la PCT/IB99/01982 (de Nora/Duruz).
Estas superficies inclinadas del cátodo drenado
(18) conducen a un dispositivo para recoger aluminio producto (10)
drenado de las superficies catódicas (18) sobre la parte inferior de
la celda (40). Los ánodos (14) tienen superficies inclinadas
anódicas operativas (22) opuestas a las superficies inclinadas del
cátodo drenado (18). Estas superficies inclinadas anódicas
operativas (22) favorecen la extracción ascendente de los gases
producidos anódicamente, tal como se indica por las flechas G.
La superficie de la base de cada bloque de cátodo
(16) dispone de cuatro surcos dirigidos hacia las paredes (26') que
delimitan, generalmente, los pasajes horizontales del electrolito
(26). Cada surco dirigido horizontalmente hacia las paredes (26') se
extiende desde una cara lateral externa (28) hasta una cara central
interna (30) del bloque de cátodo (16) por debajo del extremo del
fondo (18'') de la superficie inclinada del cátodo (18).
Estos pasajes horizontales del electrolito (26)
trabajan conjuntamente con los pasajes, generalmente verticales, del
electrolito (27), delimitados por las caras laterales exteriores
(28) de los bloques de cátodos (16) adyacentes para definir un
camino de regreso del electrolito para la circulación del
electrolito (12) inducida por la extracción de gases producidos
anódicamente a lo largo de la superficie anódica inclinada (22) en
los espacios entre electrodos (20), tal como se indica por la flecha
G.
En cada espacio entre electrodos (20), el
electrolito (12) circula de forma ascendente, en contra del drenaje
de aluminio que baja de las superficies inclinadas del cátodo
drenado (18). Cuando el electrolito (12) alcanza la cara lateral
externa (28) del bloque de cátodo (16), después de haber alcanzado
el extremo superior del espacio entre electrodos (20) en la parte
superior (18') de la superficie inclinada del cátodo drenado (18),
fluye de forma descendente por el pasaje, generalmente vertical, del
electrolito (27) y es devuelto a la cara interna (30) del bloque de
cátodo (16) a través del pasaje, generalmente horizontal, del
electrolito (26). A continuación, el electrolito circula desde la
cara interna (30) hasta el extremo inferior del espacio entre
electrodos (20) en el extremo del fondo (18'') de la superficie
inclinada del cátodo drenado (18).
Esta circulación del electrolito está indicada
por las flechas E en la parte derecha de la figura 1, mientras que
el drenaje del aluminio producto está indicado por las flechas A en
la parte izquierda de la figura 1.
Tal como se indica por las flechas F en la figura
1, el electrolito (12) se alimenta con alúmina allí donde circula
cerca de la superficie del electrolito, es decir, por encima de la
parte superior de los espacios entre electrodos (20).
Posteriormente, el electrolito (12) rico en alúmina fluye de forma
descendente alrededor de los cátodos (16) por los pasajes,
generalmente verticales, del electrolito (27), para ser administrado
a los pasajes, generalmente horizontales, del electrolito (26),
proporcionando un electrolito rico en alúmina a la base de los
espacios entre electrodos (20).
La parte superior de los surcos (26') que
delimitan los pasajes, generalmente horizontales, del electrolito
(26) se extienden por encima del nivel de aluminio que se recoge
como una acumulación superficial (10) sobre el fondo de la celda
(40). El aluminio (10) se recoge en un depósito (no mostrado)
externo al dispositivo de ánodos (14) y bloques de cátodos (16), y
este depósito se abre a intervalos regulares para mantener la
acumulación de aluminio (10) en un nivel deseado. Este depósito
puede estar situado en el centro de la celda, tal como se da a
conocer en la solicitud pendiente PCT/IB99/00698 (de Nora), o en un
extremo de la celda, dentro o fuera de la celda. El nivel de
aluminio se controla de manera que en la acumulación (10) no supere
un nivel que se aproxime a la parte superior de los pasajes (26)
donde podría obstruir la circulación de electrolito.
La figura 2 muestra un bloque de cátodo (16),
generalmente cilíndrico, de la figura 1 en una vista esquemática
desde debajo. En este ejemplo, se disponen cuatro surcos (26')
dirigidos hacia las paredes que forman los pasajes, generalmente
horizontales, del electrolito (26) en la parte inferior del bloque
de cátodo (16), en una configuración de cruz, encontrándose en el
centro en la cara interna (30) que es un hueco cilíndrico. En esta
realización, las superficies inclinadas del cátodo drenado (18) y
las superficies inclinadas anódicas (22) son, generalmente,
frustocónicas. Si es necesario, los pasajes (26) se pueden redondear
o pueden sobresalir en sus extremos externos por donde conducen a la
cara externa (28), generalmente cilíndrica, del bloque de cátodo
(16).
Tal como se muestra en la figura 2a, las partes
superiores de los surcos (26) que forman los pasajes, generalmente
horizontales, del electrolito (26) por encima del nivel de
acumulación de aluminio (10), pueden tener forma de arco. En una
realización alternativa, los pasajes, generalmente horizontales, del
electrolito (26) se pueden formar mediante agujeros en la parte
inferior de los bloques de cátodo (16), o los bloques de cátodo (16)
pueden estar suspendidos, por ejemplo, de los ánodos (14), para
dejar un espacio entre los bloques de cátodo (16) y el aluminio
fundido recogido (10) que define un pasaje, generalmente horizontal,
del electrolito (26) bajo toda la superficie de la base del bloque
de cátodo (16).
La figura 2 también muestra mediante una línea de
puntos (29) el perfil de un bloque de cátodo de forma,
generalmente, rectangular, que tiene la misma configuración
interna.
La figura 1 ilustra el pasaje, generalmente
horizontal, del electrolito (26) con una altura uniforme desde un
extremo al otro. Sin embargo, para mejorar la circulación del
electrolito (12) e impedir el desgaste, se podrían curvar las partes
de los extremos de los pasajes (26), tal como se muestra en las
líneas de puntos en la parte derecha de la figura 1. De forma
similar, la cara superior del bloque de cátodo (16) puede ser lisa,
tal como se muestra, o bien, redondeada.
La figura 3 muestra parte de una celda con cátodo
drenado, según la presente invención, similar a la celda de la
figura 1, que contiene una o varias filas de bloques de cátodos
(16). En la celda de la figura 3, los pasajes, generalmente
horizontales, del electrolito (26) están situados en las aberturas
(26') que se extienden a través de la mayor parte del cuerpo
catódico (16), separados por encima de la base del cuerpo catódico
(16) y, por tanto, por encima de la base de la celda (40). Las
aberturas (26') pueden ser, por ejemplo, de sección transversal
ovalada o circular, o rectangular con bordes redondeados. Al igual
que antes, el nivel de aluminio (10) se mantiene, aproximadamente, a
la mitad del recorrido hasta estas aberturas (26'). En esta
realización, la introducción de alúmina indicada por la flecha F
está sobre el cátodo (16), así como sobre los pasajes verticales
(27) conduciendo a los pasajes generalmente horizontales (26).
El cátodo mostrado en la figura 3 también podría
ser anular con las superficies inclinadas catódicas (18)
distribuidas alrededor de la parte superior del anillo.
La figura 4 ilustra una circulación del
electrolito, indicada por las flechas E, en y alrededor de un cátodo
(16). Esta circulación del electrolito, generalmente, corresponde a
una circulación del electrolito que se puede obtener colocando un
conjunto de dispositivos ánodo-cátodo (14), (16),
tal como se muestra de forma individual en la figura 3, uno junto al
otro, pero separados en la celda.
El cátodo (16) mostrado en la figura 4 comprende
un conjunto de superficies catódicas (18) dispuestas por parejas con
formas de V truncada o V invertida opuestas al correspondiente
número de ánodos (14) separados de las mismas mediante espacios
entre electrodos (20).
Los cátodos (16) incluyen un conjunto de caminos
del electrolito (26), (27). Cada camino de electrolito se extiende a
través de un pasaje vertical (27) delimitado por una abertura
vertical entre una pareja de superficies catódicas (18), desde la
parte superior hasta la parte inferior de un cátodo (16), y, a
continuación, a través de un pasaje horizontal (26) delimitado por
una abertura horizontal (26') en la parte inferior del cátodo.
Las figuras 5, 6 y 7 muestran esquemáticamente un
dispositivo diferente ánodo-cátodo de una celda con
cátodo drenado en la que tiene lugar una circulación de electrolito
alrededor de los ánodos (14), (14'). En la práctica, los ánodos
serán todos iguales, pero para el objetivo de la ilustración se
muestran dos configuraciones diferentes de ánodo (14), (14').
Las figuras 5 y 6 muestran una celda con cátodo
drenado para la extracción electrolítica de aluminio (10) en un
electrolito fundido que contiene fluoruros (12) y contiene alúmina
disuelta. La celda comprende un conjunto de ánodos (14), (14')
suspendidos sobre y separados por espacios inclinados entre
electrodos (20) de los bloques de cátodos (16). La celda puede
contener un número adecuado de filas de ánodos (14), (14') y bloques
de cátodos (16).
Los bloques de ánodos (14), (14') tienen
superficies inclinadas activas anódicas (22). Los ánodos pueden
estar fabricados de material carbonáceo, en particular impregnado de
una solución que contiene boro, tal como se describe en la Patente
de Estados Unidos 5.486.278 (Manganiello/Duruz/Bellò) y en la
Patente EP-B-0874789 (de
Nora/Duruz/Berclaz). Sin embargo, los ánodos son, preferiblemente,
ánodos no consumibles desprendedores de oxígeno fabricados de
material inerte sin carbono, en particular de material metálico o de
base metálica, que se puede mantener dimensionalmente estable, tal
como se mencionó anteriormente.
Las superficies inclinadas activas anódicas (22)
están opuestas a las correspondientes superficies inclinadas del
cátodo drenado (18) que conducen a un dispositivo para la recogida
de aluminio producto (10) drenado de las superficies catódicas (18)
sobre la base de la celda (40). Las superficies inclinadas activas
anódicas (22) favorecen la extracción ascendente de los gases
producidos anódicamente, tal como se indica por las flechas G.
La superficie de la base de cada bloque de cátodo
(16) está dispuesta, opcionalmente, con un surco cóncavo (26'') que
se extiende lateralmente a través del bloque de cátodo (16) para
facilitar el movimiento del aluminio producto (10) cuando se abre en
un extremo de la celda. Dicho surco (26''), en oposición a los
surcos (26') mostrados en las figuras previas, no funciona para la
circulación del electrolito. Los diferentes dispositivos para la
recogida de aluminio son adecuados, por ejemplo, tal como se da a
conocer en la Patente de Estados Unidos 5.683.559 (de Nora).
La parte superior de cada bloque de ánodo (14),
(14') está asociada con un pasaje, generalmente horizontal, del
electrolito (36), que define parte de un camino de retorno del
electrolito.
En la parte izquierda de la figura 5, cada ánodo
(14) comprende en su parte superior un surco o abertura (36') que
delimita el pasaje, generalmente horizontal, del electrolito (36).
Este surco o abertura (36') se extiende horizontalmente adyacente a
los extremos superiores (22') de la superficie inclinada activa
anódica (22) hasta una abertura vertical (23) que se extiende hasta
una parte inferior del ánodo (14) entre las superficies anódicas
(22) que definen un camino vertical del electrolito (37).
En la parte derecha de la figura 5 y en la figura
6, cada ánodo (14') está dispuesto con una cara superior (36') que
delimita el pasaje, generalmente horizontal, del electrolito (36).
En este caso, los ánodos (14') están suspendidos de un soporte (15)
con toda la parte operativa del ánodo (14') sumergida en el
electrolito fundido (12), dejando un espacio sobre la cara superior
(36') para la circulación del electrolito.
Cada pasaje, generalmente horizontal, del
electrolito (36) está asociado con un pasaje, generalmente vertical,
del electrolito (37) que está delimitado por una abertura (23) que
se extiende hasta una parte inferior del ánodo (14) entre las
superficies anódicas (22). Los pasajes, generalmente horizontales y
verticales, (36), (37), forman un camino de retorno del electrolito
para la circulación del electrolito desde la parte superior del
espacio entre electrodos (20) en el extremo superior (22') de la
superficie inclinada activa anódica (22) hasta la parte inferior del
espacio entre electrodos (20) en el extremo inferior (22'') de la
superficie inclinada activa anódica (22). La circulación de
electrolito se induce mediante la liberación de gases producidos
anódicamente a lo largo de la superficie inclinada del ánodo (22) en
el espacio entre electrodos (20), tal como está indicado por las
flechas G.
En el espacio entre electrodos (20), el
electrolito (12) circula de forma ascendente, en contra del drenaje
de aluminio que baja de las superficies inclinadas del cátodo
drenado (18). Cuando el electrolito (12) alcanza el pasaje,
generalmente horizontal, del electrolito (36) asociado con los
ánodos (14), (14'); fluye a lo largo del pasaje (36) y, a
continuación, baja por el pasaje, generalmente vertical, del
electrolito (37) a lo largo de la abertura (23) desde donde vuelve
hasta la base del espacio entre electrodos (20) en el extremo
inferior (22'') de la superficie inclinada activa del ánodo
(22).
Esta circulación del electrolito (12) está
indicada por las flechas E en la parte izquierda de la figura 5,
mientras que el drenaje del aluminio producto está indicado por las
flechas A en la parte derecha de la figura 5. Tal como indican las
flechas F, en la parte izquierda de la figura 5, se introduce la
alúmina entre los ánodos (14), mientras que en la parte derecha de
la figura 5, la alúmina se puede introducir entre y/o por encima de
los ánodos sumergidos (14).
En la figura 6, cada cátodo (16) está asegurado
mecánicamente entre una pareja de ánodos adyacentes (14') mediante
barras horizontales no conductoras eléctricamente (19) que están
aseguradas en los ánodos (14') y que se extienden a través de los
cátodos (16). Esta configuración permite la inserción y extracción
simultánea de los ánodos (14') y los cátodos (16) así como la
colocación de forma precisa de los ánodos (14') sobre los cátodos
(16) permitiendo el funcionamiento con un espacio pequeño entre
electrodos (20).
En la figura 7, cada ánodo (14') y cátodo (16),
están asociados, respectivamente, con un pasaje, generalmente
horizontal, del electrolito (36), (26), que funciona conjuntamente
con un pasaje, generalmente vertical, del electrolito (37), (27),
que define los caminos de retorno, tal como se describió
anteriormente.
Durante el funcionamiento de la celda, la alúmina
disuelta en el electrolito (12) es electrolizada en los espacios
entre electrodos (20) para producir aluminio sobre la superficie
inclinada del cátodo drenado (18) y gas, por ejemplo oxígeno, sobre
las superficies activas anódicas (22). El aluminio producto se drena
de forma descendente por las superficies inclinadas catódicas (18)
en un dispositivo para recoger el aluminio fundido (10), mientras
que la extracción de gases producidos anódicamente a lo largo de la
superficie inclinada anódica (22) en el espacio entre electrodos
(20), tal como se indica mediante la flecha G, induce un flujo
ascendente del electrolito que produce la circulación del
electrolito indicada por las flechas E.
El electrolito (12) fluye de forma ascendente por
el espacio entre electrodos (20) en el que se agota progresivamente
la alúmina mediante la electrólisis que tiene lugar entre las
superficies de trabajo opuestas (18), (22) de los ánodos/cátodos
(14'), (16). El electrolito sale de la parte superior del espacio
entre electrodos (20) entre los extremos superiores (18'), (22') de
las superficies de trabajo del ánodo/cátodo (18), (22) y se libera
el gas producido anódicamente en la superficie del electrolito (12).
Parte del electrolito fluye alrededor y a través de los ánodos (14')
inicialmente a lo largo de los pasajes, generalmente horizontales,
del electrolito (36), a continuación, desciende por los pasajes
(37). Otra parte del electrolito fluye alrededor y a través de los
cátodos (16), desciende por el pasaje (27) y, a continuación,
asciende por el espacio entre electrodos (20).
Tal como indican las flechas F, el electrolito
(12) es alimentado con alúmina allí donde circula cerca de la
superficie del electrolito, es decir, por encima de la parte
superior de los espacios entre electrodos (20) o por encima de las
caras superiores (36') de los ánodos (14'). Posteriormente, el
electrolito (12) rico en alúmina fluye de forma descendente por los
pasajes, generalmente verticales, del electrolito (27), (37) a
través de los ánodos (14') y a través de los cátodos (16),
respectivamente, para ser administrado, por un lado, directamente a
los extremos inferiores (22'') de las superficies inclinadas activas
anódicas (22) y, por otro lado, a través de los pasajes,
generalmente horizontales, del electrolito (26), asociados con los
cátodos (16),proporcionando así un electrolito rico en alúmina a la
base de los espacios entre electrodos (20).
La figura 8 muestra una celda con cátodo drenado
multimonopolar en la que los ánodos (14') y cátodos (16) están
suspendidos por encima de la celda mediante soportes para los ánodos
(15) y soportes para los cátodos (17), los cuales también sirven
para proporcionar corriente a los ánodos (14') y los cátodos
(16).
De forma similar a la celda mostrada en la figura
6, los ánodos (14') y los cátodos (16) se mantienen separados
mediante una barra horizontal no conductora eléctricamente (19) para
su inserción y extracción simultánea y para situar de forma precisa
las superficies activas anódicas (22) sobre las superficies del
cátodo drenado (18), permitiendo así el funcionamiento con un
espacio pequeño entre electrodos (20). La barra horizontal no
conductora eléctricamente (19) mostrada en la figura 8 está
asegurada a los soportes para los ánodos (15) y a los soportes para
los cátodos (17) y está situada por encima del electrolito fundido
(12). Por lo tanto, no es necesario que la barra horizontal no
conductora eléctricamente (19) mostrada en la figura 8 sea
resistente al electrolito fundido (12).
Los ánodos (14') y cátodos (16) mostrados en la
figura 8 están asociados cada uno con un pasaje, generalmente
horizontal, del electrolito (26), (36) que funciona conjuntamente
con un pasaje, generalmente vertical, del electrolito (27), (37),
definiendo los caminos de retorno del electrolito, tal como se
describe para la figura 7.
Además, los cátodos (16) mostrados en la figura 8
están separados sobre la base de la celda (40) y el aluminio
producto (10). El espacio entre cada cátodo (16) y la base de la
celda (40) define el pasaje, generalmente horizontal, (26) para el
retorno del electrolito fundido (12) rico en alúmina al extremo
inferior del espacio entre electrodos (20).
Durante el funcionamiento de la celda, el
dispositivo ánodo-cátodo (14'), (16) permite una
circulación del electrolito conducida por el oxígeno desprendido de
los ánodos, tal como se describió anteriormente. En la celda de la
figura 8, el oxígeno desprendido en las superficies activas de los
ánodos (22) mediante la electrólisis de la alúmina disuelta en los
espacios entre electrodos (20), se escapa hacia la superficie del
electrolito fundido (12), tal como se indica mediante las flechas G.
El escape de oxígeno por debajo de las superficies activas de los
ánodos (22) genera una circulación de electrolito, tal como se
indica mediante las flechas E, a lo largo de los espacios entre
electrodos (20) y los caminos de retorno del electrolito que
comprenden los pasajes verticales y horizontales (27), (26), (37),
(36) asociados con los ánodos (14') y los cátodos (16).
El electrolito (12) circula de forma ascendente
en los espacios inclinados entre electrodos (20) y, a continuación,
vuelve a la base de los espacios entre electrodos (20) a través de
los ánodos (14') o cátodos (16) de la parte superior de los espacios
entre electrodos (20), tal como se indica a continuación: parte del
electrolito (12) regresa a través de las aberturas (27') y a lo
largo de los pasajes (27) que se extienden verticalmente a través de
los cátodos (16) y, a continuación, a lo largo de los pasajes
horizontales (26) por debajo de los cátodos (16); otra parte del
electrolito (12) regresa a lo largo de los pasajes horizontales (36)
sobre los ánodos (14'), y, a continuación, a través de las aberturas
(37') y a lo largo de los pasajes verticales (37) que se extienden a
través de los ánodos (14').
Aunque la presente invención ha sido descrita
junto con las realizaciones específicas de la misma, es evidente que
las alternativas, modificaciones, y variaciones serán obvias para
los técnicos en la materia.
Claims (26)
1. Celda con cátodo drenado para la extracción
electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un
electrolito fundido que contiene fluoruros, que comprende:
- -
- uno o más ánodos o uno o más cátodos, teniendo el/los ánodo(s) y cátodo(s), respectivamente, una superficie inclinada activa del ánodo en forma de V o en forma de V invertida y una superficie inclinada paralela del cátodo drenado en forma de V o en forma de V invertida, opuestas entre sí, y separadas por dos espacios entre electrodos, dispuestas de manera que el electrolito circula de forma ascendente en los espacios inclinados entre electrodos favorecido por el gas producido anódicamente y, a continuación, regresa desde la parte superior hasta la parte inferior de cada espacio entre electrodos a lo largo de un camino del electrolito, extendiéndose cada camino del electrolito a través de pasajes horizontales y verticales, tal como se indica a continuación: un pasaje vertical desde la parte superior hasta la parte inferior de un cátodo y, a continuación, un pasaje horizontal en o por debajo de la parte inferior del cátodo, y/o un pasaje horizontal en o por encima de la parte superior de un ánodo y, a continuación, un pasaje vertical que se extiende desde la parte superior hasta la parte inferior del ánodo; o
- -
- un conjunto de ánodos y uno o más cátodos, teniendo los ánodos y el/los cátodo(s), respectivamente, superficies inclinadas activas del ánodo y superficies inclinadas paralelas del cátodo drenado, opuestas entre sí, y separadas por espacios entre electrodos, dispuestas de manera que el electrolito circula de forma ascendente en los espacios inclinados entre electrodos favorecido por el gas producido anódicamente y, a continuación, regresa desde las partes superiores hasta las partes inferiores de los espacios entre electrodos a lo largo de los caminos del electrolito, extendiéndose cada camino del electrolito a través de pasajes horizontales y verticales, tal como se indica a continuación: un pasaje vertical asociado con un cátodo y, a continuación, un pasaje horizontal en o por debajo de la parte inferior del cátodo, y/o un pasaje horizontal en o por encima de la parte superior de un ánodo y, a continuación, un pasaje vertical asociado con el ánodo, extendiéndose cada pasaje horizontal, sustancialmente, sobre toda la longitud horizontal de un correspondiente espacio entre eléctrodos.
2. Celda, según la reivindicación 1, en la que
cada pasaje horizontal está formado por una abertura que se extiende
a través de un cátodo o un ánodo.
3. Celda, según la reivindicación 1 ó 2, en la
que cada pasaje horizontal está delimitado por una cara superior
externa de un ánodo o una cara inferior externa de un cátodo.
4. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el/los cátodo(s)
está(n) aso-
ciado(s) con un camino del electrolito.
ciado(s) con un camino del electrolito.
5. Celda, según la reivindicación 4, en la que el
camino del electrolito se extiende a través de un pasaje vertical en
el centro de una superficie del cátodo en forma de V invertida desde
la parte superior hasta la parte inferior del/de los
cátodo(s).
6. Celda, según la reivindicación 4, en la que el
camino del electrolito se extiende a través de un pasaje vertical
que se extiende desde la parte adyacente de la parte superior de una
superficie del cátodo en forma de V hasta la parte inferior del/de
los cátodo(s).
7. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el/los ánodo(s)
está(n) aso-
ciado(s) con un camino del electrolito.
ciado(s) con un camino del electrolito.
8. Celda, según la reivindicación 7, en la que el
camino del electrolito se extiende a través de un pasaje vertical
desde la parte superior hasta la parte inferior del/de los
ánodo(s) en el centro de una superficie del ánodo en forma de
V.
9. Celda, según la reivindicación 7, en la que el
camino del electrolito se extiende a través de un pasaje vertical
desde la parte superior del/de los ánodo(s)
hasta la parte adyacente de la parte inferior de una superficie del ánodo en forma de V invertida.
hasta la parte adyacente de la parte inferior de una superficie del ánodo en forma de V invertida.
10. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el/los ánodo(s) y
cátodo(s) están cada uno asociados con un camino del
electrolito.
11. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que las superficies inclinadas
del cátodo drenado conducen a un dispositivo para la recogida de
aluminio producto.
12. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el/los cátodo(s)
está(n) conectado(s) a, como mínimo, un ánodo mediante medios
de conexión fabricados de materiales de elevada resistencia
eléctrica y mecánica que mantienen los espacios entre electrodos
sustancialmente constantes, siendo el/los cátodo(s)
extraíble(s) e insertable(s) en la celda con dicho,
como mínimo, un ánodo al que está conectado.
13. Celda, según la reivindicación 12, en la que
el/los cátodo(s) está(n) asegurado(s) mecánicamente
entre una pareja de ánodos adyacentes mediante, como mínimo, una
barra o vara horizontal no conductora eléctricamente que está
asegurada en la pareja de ánodos adyacentes y que se extiende a
través del cátodo.
14. Celda, según la reivindicación 13, en la que
dicha, como mínimo, una barra o vara no conductora eléctricamente se
extiende a través de un conjunto de cátodos.
15. Celda, según la reivindicación 12, en la que
el/los cátodo(s) está(n) suspendido(s) de, como
mínimo, un ánodo.
16. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que las superficies de los
cátodos drenados tienen un recubrimiento humectable por
aluminio.
17. Celda, según la reivindicación 16, en la que
las superficies de los cátodos drenados están fabricadas de forma
dimensionalmente estable mediante un recubrimiento de material
refractario humectable por aluminio aplicado en forma de
emulsión.
18. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el electrolito fundido
consiste, esencialmente, en criolita con un exceso de AlF_{3} que
corresponde a, aproximadamente, de un 25 a un 35% en peso del
electrolito.
19. Celda, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que el electrolito tiene una
temperatura desde 780ºC a 880ºC, en particular de 820ºC a 860ºC.
20. Método de extracción electrolítica de
aluminio en una celda, según se define en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, que contiene alúmina disuelta en un
electrolito fundido que contiene fluoruros, comprendiendo el método:
la electrólisis de la alúmina disuelta en los espacios entre
electrodos, produciendo así aluminio en la superficie(s)
del/de los cátodo(s) drenado(s) y gas en la(s)
superficie(s) activa(s) del/de los ánodo(s);
favoreciendo la circulación del electrolito de forma ascendente en
los espacios inclinados entre electrodos mediante la extracción de
forma ascendente de gas producido anódicamente; volviendo el
electrolito desde la parte superior hasta la parte inferior de los
espacios entre electrodos a lo largo de dichos caminos del
electrolito, y el relleno con alúmina del electrolito agotado de
alúmina en dichos caminos del electrolito.
21. Método, según la reivindicación 20, que
comprende el relleno con alúmina del electrolito agotado de alúmina
adyacente a las partes superiores de los espacios entre
electrodos.
22. Método, según la reivindicación 20 ó 21, en
el que el/los ánodo(s) está(n) asociado(s) con un
camino del electrolito, introduciendo alúmina desde por encima de la
parte superior del/de los ánodo(s) donde está disuelta en el
electrolito y circulando a lo largo del camino del electrolito hasta
la parte inferior del espacio entre electrodos.
23. Método, según la reivindicación 20 ó 21, en
el que el/los cátodo(s) está(n) asociado(s) con un
camino del electrolito, introduciendo alúmina desde por encima de la
parte superior del/de los cátodo(s) donde está disuelta en el
electrolito y circulando a lo largo del camino del electrolito hasta
la parte inferior del espacio entre electrodos.
24. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 23, en el que el/los ánodo(s) y el/los
cátodo(s)
están cada uno asociados con un camino del electrolito, circulando una parte del electrolito a lo largo de cada camino del electrolito asociado con un ánodo respectivo, circulando otra parte del electrolito a lo largo de cada camino del electrolito asociado con un cátodo respectivo.
están cada uno asociados con un camino del electrolito, circulando una parte del electrolito a lo largo de cada camino del electrolito asociado con un ánodo respectivo, circulando otra parte del electrolito a lo largo de cada camino del electrolito asociado con un cátodo respectivo.
25. Cátodo de un celda para la extracción
electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un
electrolito fundido que contiene fluoruros, según se define en la
reivindicación 1, comprendiendo el cátodo una o más superficies
inclinadas de cátodo drenado en forma de V invertida opuestas,
durante la utilización, a uno o más ánodos y separados de éstas por
espacios entre electrodos, estando el cátodo asociado con uno o más
caminos del electrolito para el retorno del electrolito desde una
parte superior hasta una parte inferior de los espacios entre
electrodos, extendiéndose el/los camino(s) del electrolito a
través de un pasaje vertical desde una parte superior hasta una
parte inferior del cátodo y, a continuación, a través de un pasaje
horizontal en o por debajo de la parte inferior del cátodo,
extendiéndose cada pasaje horizontal, sustancialmente, sobre toda la
longitud horizontal de la correspondiente superficie del cátodo en
forma de V invertida.
26. Ánodo de una celda para la extracción
electrolítica de aluminio a partir de alúmina disuelta en un
electrolito fundido que contiene fluoruros, según se define en la
reivindicación 1, comprendiendo el ánodo una superficie inclinada
activa del ánodo en forma de V, opuesta, durante la utilización, a
una correspondiente superficie inclinada de cátodo drenado y
separada de ésta por espacios entre electrodos, estando el ánodo
asociado con un camino del electrolito para el retorno del
electrolito desde una parte superior hasta una parte inferior de los
espacios entre electrodos, extendiéndose el camino del electrolito a
través de un pasaje horizontal en o sobre una parte superior del
ánodo y, a continuación, a través de un pasaje vertical que se
extiende desde la parte superior hasta la parte inferior del ánodo,
extendiéndose el pasaje horizontal, sustancialmente, sobre toda la
longitud horizontal de la superficie del ánodo en forma de V.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| WOPCT/IB99/01740 | 1999-10-26 | ||
| IBPCT/IB99/01740 | 1999-10-26 |
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