NO318064B1 - Elektrolytisk celle for aluminiumfremstilling, fremgangsmate for fremstilling derav, og karbonkatodeblokk for anvendelse i cellen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse angår en celle for elektrolytisk utvinning av aluminium ved elektrolyse av alumina løst i en fluoridbasert smeltet elektrolytt som kryolitt, hvilken innbefatter forbedrede karbonkatodeblokker.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en elektrolytisk celle for aluminiumfremstilling, en fremgangsmåte for fremstilling derav og en karbonkatodeblokk for anvendelse i cellen.

Oppfinnelsens bakgrunn

Teknologien for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av alumina oppløst i smeltede kryolittholdige salter ved temperaturer omkring 950 °C er mer enn ett hundre år gammel.

Denne prosess, som ble funnet på nesten samtidig av Hall og Heroult, er ikke blitt utviklet så mye som andre elektrokjemiske prosesser, til tross for den voldsomme vekst i totalproduksjonen av aluminium som i løpet av femti år har økt nesten ett hundre ganger. Prosessen og celledesignen har ikke endret seg eller forbedret seg vesentlig, og karbonholdige materialer anvendes fortsatt som elektroder og cellekledninger.

Elektrolysecelletrauet er vanligvis fremstilt av en

stålplate forsynt med en isolerende kledning av ildfast materiale dekket av forbaket antrasitt-grafitt eller massive grafittkarbon-blokker på veggen og på cellegulvbunnen som tjener som katode og hvortil den negative pol til en likestrømskilde er koblet via strømskinner av ledende stål lagt inn i karbonblokkene.

Anodene blir fortsatt fremstilt av karbonholdig materiale og må skiftes ut med få ukers mellomrom. Driftstem-peraturen er fortsatt omtrent 950 °C for å ha en tilstrekkelig høy hastighet for oppløsning av alumina, hvilken avtar ved lavere temperaturer, og for å ha en høyere ledningsevne i elektrolytten.

De karbonholdige materialer anvendt i Hall-Heroult-cellene som cellekledninger nedbrytes under de eksisterende ugunstige driftsbetingelser og begrenser levetiden til cellen.

Anodene har en meget kort levetid fordi oksygenet som burde utvikles på anodeoverflaten under elektrolysen, kombinerer med karbonet slik at det dannes C02og små mengder av CO. Det faktiske anodeforbruk er omtrentlig 450 kg/tonn av aluminium fremstilt, hvilket er mer enn 1/3 høyere enn den teoretiske mengde.

Katodebunnens karbonforing har et anvendelsesliv på noen få år, hvoretter driften av hele cellen må stoppes og cellen må fores på nytt til stor kostnad. Til tross for at aluminiumsmelten har en tykkelse fra 15 til 20 cm som opprettholdes over katoden, kan ikke nedbrytingen av katodekarbonblokkene unngås på grunn av inntrengning av natrium inn i karbonet, hvilket medfører svelling ved kjemisk reaksjon og innskyting, deformasjon og oppbrytning av katodekarbonblokkene, så vel som inntrengning av kryolitt og flytende aluminium.

Karbonblokkene på sideveggene til cellen motstår ikke oksidasjon og angrep av kryolitt, og et lag av kryolitt i fast fase må opprettholdes på sideveggene til cellen for å beskytte dem. Når cellene gjenoppbygges, er det i tillegg problemer med avhending av karbonkatodene som inneholder giftige forbindelser som innbefatter cyanider.

Andre viktige ulemper skyldes imidlertid det faktum at irregulære elektromagnetiske krefter danner bølger i det smeltede aluminium og at anode-katodeavstanden (ACD), også kalt interelektrodegapet (IEG), må holdes på en trygg minimumsverdi på omtrent 50 mm for å unngå kortslutning mellom aluminiumkatoden og anoden eller reoksidering av metallet ved kontakt med C02-gassen dannet på anodeoverflaten.

Den høye elektriske motstand i elektrolytten, hvilken er omtrent 0,4 ohm-cm, medfører et spenningsfall som alene repre-senterer mer enn 40 % av det totale spenningsfall, med et resulterende energiutbytte som når kun 25 % i de fleste moderne celler. Den høye energikost sammen med den lave virkningsgrad er blitt enda viktigere i den totale fremstillingskostnad for aluminium etter oljekrisen, og har senket vekstraten for dette viktige metall.

I den nest største elektrokjemiske industri etter aluminium, nemlig kaustikum- og klorindustrien, har oppfinnelsen av dimensjonsstabile anoder (DSA<®>) basert på edelmetallaktivert. titanmetall, som ble utviklet omkring 1970, muliggjort revolusjonerende fremskritt innen klorcelleteknologien som har medført en vesentlig økning i energiutbyttet for cellen, cellelevetiden og renheten for klor-kaustikum. Erstatningen av grafittanoder med DSA<®>økte levetiden til anodene drastisk og reduserte driftskostnaden for cellene vesentlig. Hurtig vekst av klorkaustikumindustrien ble holdt tilbake bare på grunn av økologiske bekymringer.

I tilfellet aluminiumproduksjon skyldes forurensningen ikke aluminiumet som produseres, men materialene og fremstil-lingsprosessene som anvendes og celledesignen og driften.

Imidlertid er det blitt rapportert fremskritt angående drift av moderne aluminiumfabrikker som gjør bruk av celler hvor gassene som kommer fra cellene i stor grad samles og hensiktsmessig renses, og hvor utslippet av sterkt forurensende gasser under fremstillingen av karbonanodene og katodene kontrolleres grundig.

Mens fremskritt er blitt rapportert angående fabrika-sjon av karbonkatoder ved anvendelse av belegg eller lag ved anvendelse av nye aluminiumfuktbare materialer som også har en barriere for natriuminntrengning under elektrolysen, er ingen fremskritt blitt oppnådd angående design av katoder for aluminiumsproduksjonsceller i den hensikt å hemme bevegelsen av aluminiumsmelten for å redusere interelektrodegapet og slitasje-hastigheten på deres overflate.

I US patent 4560488 (Sane et al) beskrives en nylig utvikling i smeltet saltelektrolyseceller som angår å gjøre materialer fuktbare av smeltet aluminium. Imidlertid er karbon-eller grafittanodene og -katodene av konvensjonell design, med ingen forslag som leder henimot den foreliggende oppfinnelse.

I US patent 4681671 (Duruz) illustreres en annen forbedring i smeltet saltelektrolyse hvor drift ved temperaturer lavere enn vanlig gjennomføres ved anvendelse av permanente anoder, for eksempel metall, legering, keramikk eller en metall-keramikkompositt som beskrevet i den europeiske patentsøknad nr. 0030834 og i US patent nr. 4397729. Selv om forbedret drift oppnås ved lavere temperaturer, finnes nok en gang ingen forslag angående gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse.

PCT-søknad WO 89/06289 (La Camera et al) vedrører en forbedret smelteelektrolyse hvor oppmerksomhet rettes mot en elektrode med øket overflateareal. Imidlertid finnes nok en gang ingen angivelser som leder en til den foreliggende oppfinnelse.

I US-patentene nr. 3400061 (Lewis et al) og 4602990 (Boxall et al) beskrives elektrolyseutvinningsceller for aluminium med hellende drenerte katoder plassert slik at katodene og motstående anodeoverflater skråner på tvers av cellen. I disse celler flyter den smeltede aluminium ned de hellende katoder inn i et midtliggende, langsgående spor langs senteret av cellen, eller inn i tverrgående langsgående spor langs cellesidene, for oppsamling av det smeltede aluminium og avlevering av dette til en sump.

I patent US 5203971 (de Nora et al) beskrives en elektrolyseutvinningscelle for aluminium som har en delvis ildfast og en delvis karbonbasert cellekledning. Den karbon-baserte del av cellebunnen kan være nedsenket med hensyn til den ildfaste del, hvilket hjelper til med å redusere bevegelsen av aluminiumsmelten.

I US patent 3856650 (Kugler) foreslås foring av en karboncellebunn med et keramisk belegg hvorpå parallelle rekker av teglstein plasseres, i det smeltede aluminium, i et gitterlig-nende arrangement i et forsøk på å redusere slitasjen på grunn av bevegelse av aluminiumdammen.

For å begrense bevegelsen i en "dyp" katodisk dam av smeltet aluminium foreslås det i US patent 4824531 (Duruz et al) å fylle cellebunnen med en pakket bed av løse stykker av ildfast materiale. En slik design har mange potensielle fordeler, men på grunn av risikoen for å danne et slam ved løsrivelse av partikler fra den pakkede bed, har designen ikke funnet aksept. I US patent 4443313 (Dewing et al) ble det forsøkt å unngå denne ulempe med den tidligere nevnte løst pakkede bed ved å tilveiebringe et enkeltlag av tettpakkede keramiske former, slik som kuler, rør eller bikaketeglstein.

De følgende henvisninger redegjør for flere andre forbedringer i celleoperasjon.

I europeisk patentsøknad nr. 0308015 {de Nora) angis en ny strømsamler;

europeisk patentsøknad nr. 0308013 (de Nora) vedrører en ny komposittcellebunn; og

i europeisk patentsøknad nr. 0132031 (Dewing) tilveiebringes en ny celleforing.

I patentpublikasjon WO-A-92/03597 (Juric et al) beskrives en aluminiumsmeltecelle med en utformet katodestruktur tilpasset for å bevirke preferensiell utforming av en korresponderende karbonanode, for å gi forkortelse av frigjøringsveien for bobler under anodene. Katodebunnen tilveiebringer en rekke parallelle kanaler ved hjelp av hvilke aluminium kan tas ut.

I patentpublikasjon EP-A-393816 (Stedman) beskrives også en aluminiumsmeltecelle med et utformet katodestruktur tilpasset til å bevirke preferensiell utforming av korresponderende karbonanoder, for å gi forkortelse av frigjøringsveien for bobler.

Mens de foregående henvisninger indikerer fortsatte tilstrebelser for å forbedre driften av smeltecelleelektrolyse-operasjoner, er det ingen som foreslår oppfinnelsen, og alle forslagene om anordninger for å hemme bevegelsen av aluminiumdammen eller -laget på cellebunnen har vist seg å være inef-fektive.

Oppsummering av oppfinnelsen

Denne oppfinnelse tar sikte på å overvinne problemene som er iboende med den konvensjonelle design av celler som er anvendt i den elektrolytiske aluminiumfremstilling via elektrolyse av alumina løst i en smeltet, fluoridbasert smelte, særlig ved å foreslå en forbedret cellebunn som innbefatter anordninger for å hemme aluminiumdammen på cellebunnen, uten noe behov for tilførte stykker som må plasseres eller sikres på cellebunnen.

Nærmere bestemt blir det med den foreliggende oppfinnelse tilveiebrakt en elektrolytisk celle for elektrolytisk utvinning av aluminium fra alumina løst i en fluoridbasert smeltet elektrolytt, i henhold til krav 1, samt en karbonkatodeblokk i henhold til krav 21 for anvendelse i den elektrolytiske celle, og i tillegg blir det tilveiebrakt en fremgangsmåte for fremstilling av den elektrolytiske celle, i henhold til krav 32.

Den foreliggende oppfinnelse tillater mer virkningsfull celledrift ved å modifisere designen av katodeblokkene på cellebunnen. En slik modifisert design kan deretter anvendes i enhver konvensjonell celle og også i drenerte cellekonfigurasjoner.

Oppfinnelsen angår en elektrolysecelle for elektrolytisk utvinning av aluminium fra alumina løst i en fluoridholdig smeltet elektrolytt, med en katodecellebunn fremstilt av en serie av karbonkatodeblokker som hver har en toppflate, sideflater og en bunnflate, hvor katodeblokkene er koblet sammen ved siden av hverandre på tvers av cellen for eksempel med stampepasta som i konvensjonelle celler eller, fortrinnsvis med lim. Hver katodeblokk er utstyrt med en stål- eller annen ledende stang for levering av strøm. Disse ledende stenger er generelt parallelle med hverandre og strekker seg på tvers av cellen. En serie av anoder er opphengt vendende mot en dam eller et lag av smeltet aluminium på toppen av toppflatene på katodeblokkene, og cellebunnen har anordninger for å hemme bevegelsen av dammen eller laget av smeltet aluminium.

I den forbedrede cellebunn ifølge oppfinnelsen omfatter anordningene for å hemme bevegelsen av dammen eller laget av smeltet aluminium en serie parallelle kanaler eller spor i toppflatene på karbonblokkene langs retningen av nevnte ledende stenger på tvers av cellen. Ved anvendelse er disse kanaler eller spor dekket av, og hemmer, dammen eller laget av smeltet aluminium, særlig mot bevegelse i en retning på tvers av kanalene eller sporene, slik at bevegelsen av aluminiumdammen minskes sterkt eller slik at oppsamlingen/evakueringen av aluminium' lettes, hvilket sterkt forbedrer celledriften og forlenger cellelevetiden.

Overflatene på karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen er mest foretrukket belagt med et lag av aluminiumfuktbart, ildfast materiale, fordelaktig et partikkelformet, ildfast hardmetallborid påført fra en oppslemming inneholdende kolloid, for eksempel som beskrevet i WO 93/25731 (Sekhar et al).

Overflatene av karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen kan være dekket med et lag av smeltet aluminium som danner en drenert katodeoverflate, idet kanalene eller sporene danner en kanal som tjener til å lede strømmen av aluminium over cellen.

Ved denne drenerte konfigurasjon er kanalene eller sporene delvis fylt med smeltet aluminium og elektrolyse finner sted mellom den

aluminiumfuktede katode og den motstående anodeflate. Som forklart nedenfor vil det ved denne drenerte katodekonfigurasjon tilveiebringes et arrangement for fjerning av aluminium fra sidene av cellen.

Alternativt er overflatene på karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen dekket av en dam av smeltet aluminium, idet kanalene eller sporene tjener til å redusere bevegelsen av aluminiumet som utgjør denne dam. I dette tilfelle dekker aluminiumdammen karbonblokkene fullstendig slik at elektrolyse finner sted mellom overflaten av aluminiumdammen og den motstående anodeflate. På grunn av formen og størrelsen av kanalene og deres arrangement som segmenterer dammen i seksjoner, minskes de magnetohydrodynamiske kreftene vesentlig, og bevegelsen av aluminium i dammen reduseres vesentlig. Dybden av aluminiumdammen kan således reduseres på grunn av den resulterende reduksjon i turbulens. Videre er reduksjonen av turbulens i aluminiumdammen viktig fordi denne er opphavet til dannelsen av aluminiumpar-tikler i elektrolytten, hvilke partikler oksideres av C02med dannelse av alumina.

I ethvert tilfelle blir, for den drenerte konfigurasjon eller når det er en dam av aluminium, interelektrodedistansen redusert med en ledsagende reduksjon av cellespenning og en økning i energivirkningsgraden.

I alle tilfeller blir, for drenerte konfigurasjoner og når det er en dam av aluminium, kanalene arrangert og utformet

slik, særlig med hensyn til deres dybde og størrelsen og vinkelen på deres vegger, at det smeltede aluminium som holdes i kanalene hemmes fra å bevege seg i den langsgående retning av cellen. For en drenert cellekonfigurasjon kan aluminiumet flyte langs kanalen inn i en oppsamlingskana1, mens for en damkonfigurasjon motvirker kanalveggene bevegelsen av aluminium og hemmer dammen og reduserer turbulensen.

En fordel som er oppnådd med den kanaliserte cellebunn er at dens levetid er forlenget i forhold til andre elektrolytiske aluminiumproduksjonsceller. Videre forbedrer den kanaliserte katode jevnheten av strømfordelingen og øker strømutbyttet. I tillegg, særlig for dype damkonfigurasjoner, kan slam akkumuleres i sporene eller kanalene uten å forstyrre strømfordelingen. I drenerte konfigurasjoner kan sporene eller kanalene tjene til å eliminere slam som samles i sporene eller kanalene, men spyles ut med det smeltede aluminium.

I det minste noen av de tversgående kanaler eller spor kan formes med avfasinger eller utkapp langs toppkantene av karboblokkene. Særlig kan en kanal defineres mellom to avfasede kanter av naboblokker.

I de fleste utførelsesformer er bredden av de tversgående kanaler eller spor i det minste like stor som deres dybde. Disse kanaler eller spor har et rektangulært, trapesformet, V-formet, avrundet (dvs. konkavt i det minste i deres bunndel. De fleste konvekse seksjoner vil ikke hemme den smeltede aluminium) eller et assymmetrisk tverrsnitt designet for å tillate evakuering og oppsamling av aluminium når cellen opereres i en drenert cellekonfigurasjon, eller designet for å virke som en barriere mot aluminiumbevegelse for å redusere eller eliminere turbulent aluminiumbadbevegelse i en damkonfigurasjon.

Det kan med fordel være minst én tverrgående kanal eller spor som strekker seg langs cellen og skjærer de parallelle tversgående kanaler eller spor. Slike kryssende kanaler eller spor kan tjene til å drenere aluminiumet ned de hellende katodeoverflater, og således lede strømmen av smeltet aluminium ned disse overflater og inn i hovedkanalene eller sporene. I drenerte cellekonfigurasjoner kan krysskanaler eller spor av egnede dimensjoner også tjene for å fjerne det smeltede aluminium til et aluminiumreservoar.

Når overflaten av karbonkatodecellebunnen er hellende, kan krysskanaler eller spor løpe ned langs den hellende katodebunnoverflate for å lette drenering av aluminiumet i en drenert konfigurasjon. For eksempel omfatter karbonkatodecellebunnen minst to hellende deler med en oppsamlingskanal ved krysningen av de to hellende deler som leder til et aluminiumreservoar for oppsamling av det drenerte aluminium.

For en drenert katodecelle kan de tversgående kanaler eller spor vanligvis lede inn i minst én kanal arrangert på langs av cellen for oppsamling av det smeltede aluminium, og fortrinnsvis med anordninger slik som et overløp for å holde et konstant nivå av aluminium i de tverrgående kanaler eller spor. Denne a1uminiumoppsamlingskanal kan strekke seg langs én eller begge sider av cellen, eller kan være en dyp, midtliggende kanal maskinert i katodeblokkene.

Overflatene av karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen behandles fordelaktig for å redusere natriuminntrengning, for eksempel som beskrevet i WO 94/20650 eller i WO 94/243337, eller belegges med et lag som reduserer natriuminntrengning, for eksempel et ildfast hardmetallborid påført fra et oppslemmings-holdig kolloid som beskrevet i WO 93/25731 (alle i navnet Sekhar et al) .

Karbonkatodeblokker gjøres vanligvis bestandige mot kjemiske og mekaniske angrep. Overflatene av karbonblokkene som utgjør den kanaliserte katodecellebunn kan også belegges med et lag som før anvendelsen eller under anvendelsen blir hardere enn karbonkatodeblokken og derved beskytter overflaten mot abrasiv slitasje ved begrenset bevegelse av smeltet aluminium. Videre forblir den herdede katodeoverflate dimensjonsstabil mens den motstående karbonanode kan erodere og tilpasses til formen av katoden. Denne overflateherdeeffekt kan oppnås med det forannevnte ildfaste borid eller andre aluminiumfuktbare ildfaste lag som tilveiebringer en i det vesentlige dimensjonsstabil overflate .

På dette vis kan katodecellebunnen forbli dimensjonsstabil under elektrolyse, og på grunn av dette er det både mulig og fordelaktig å tilveiebringe kanaler på toppen av karbonkatodeblokkene fordi disse kanaliserte blokker vil forbli dimensjonsstabile under celledriften.

Cellen som innbefatter den kanaliserte cellebunn kan gjøre bruk av konvensjonelle karbonanoder som slipes på normal måte for damkonfigurasjonen, men med form som tilpasses den kanaliserte katode i den drenerte konfigurasjon. Spesialformede karbonanoder designet for å virke sammen med den kanaliserte katodedesign kan også anvendes, og særlig for å lette gassfri-gjøring ved anoden samtidig som drenering av smeltet aluminium ved katoden understøttes. Dimensjonsstabile anoder kan også anvendes.

En fremgangsmåte for fremstilling av en elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen omfatter å tilveiebringe kanaler i karbonkatodeblokkene før eller etter sammenstilling av blokkene for å danne den kanaliserte katodecellebunn. Kanalene er eventuelt maskinert i karbonkatodeblokkene, for eksempel ved anvendelse av en fres. For noen former, særlig med avfasinger,

kan det imidlertid være hensiktsmessig å tilveiebringe kanalene ved ekstrudering. Hvis blokkene innbefatter avfasinger eller utkapp langs sine kanter, danner avfasingene eller utkappene mellom de sammenstilte naboblokker kanalene når de bringes sammen.

Maskineringsoperasjoner slik som fresing/kutting især

er enkle å utføre for å tilveiebringe en serie av parallelle kanaler eller spor av hvilken som helst tilsiktet form i karbonblokkene.

Når blokkene sammenstilles side ved side, kan åpninger bli værende mellom naboblokkene, hvilke åpninger fylles med en antrasittbasert eller en annen vanlig tettepasta. Imidlertid sammenstilles blokkene fortrinnsvis ved anvendelse av et lim, slik det er kjent for å sammenbinde karbonkatodeblokker med ingen eller kun meget små gap, slik som et harpiksbasert lim, eller et uorganisk lim som beskrevet i WO 94/20651 (Sekhar). På hver måte danner de sammenstilte blokker en kontinuerlig karboncellebunn på samme måte som i konvensjonelle celler, bortsett fra det faktum at overflaten av cellebunnen er kanalisert.

Før eller etter sammenstilling kan karbonblokkene behandles for å gjøre dem bestandige mot kjemiske og mekaniske angrep. Før oppstart av cellen for fremstilling av aluminium behandles den kanaliserte cellebunn fordelaktig for å herde overflaten av katodeblokkene og gjøre overflaten fuktbar av smeltet aluminium, hvorved karbonkatodeblokkene ved anvendelse forblir dimensjonsstabile og fuktes av smeltet aluminium.

Oppfinnelsen vedrører også en karbonkatodeblokk for en elektrolytisk celle for elektrolytisk utvinning av aluminium fra alumina oppløst i en fluoridbasert smeltet elektrolytt, klar til å installeres i en celle. En slik karbonblokk har en toppflate, sideflater og en bunnflate hvor det langs bunnflaten går et langsgående spor eller en lignende fordypning som generelt strekker seg parallelt med blokkens topp og sideflater, for mottagelse av et stål eller en annen ledende stang for levering av strøm.

Ifølge oppfinnelsen er toppflaten på katodeblokken utstyrt med minst én kanal eller et spor; eller i det minste en kant på toppflaten av katodeblokken er utstyrt med i det minste en avfasing eller et utkapp, eller i det minste en del av toppflaten er hellende, slik at når to katodeblokker plasseres ved siden av hverandre dannes en kanal eller et spor mellom dem. Denne kanal, spor, avfasing, utkapp eller hellende del strekker seg langs toppflaten av katodeblokken vanligvis parallelt med sporet eller den lignende fordypning i bunnflaten av katodeblokken, slik at når katodeblokken med sin strømledende stang er installert i en celle, er kanalene eller sporene i katodeblokkens toppflater plassert på tvers av cellen.

Denne kanal eller sporet i toppflaten på blokken, eller som er dannet mellom to blokker, er formet slik og dimensjonert slik at når katodeblokkene anvendes for elektrolytisk utvinning av aluminium, samles smeltet aluminium i kanalen eller sporet og hemmes fra å bevege seg på tvers av kanalen eller sporet, og tilveiebringer vesentlige driftsfordeler som forklart ovenfor.

Disse karbonblokker, som kan innbefatte alle trekk som er beskrevet med hensyn til den ferdige celle, kan ha en flat toppoverflate, eller deres toppflater kan være hellende eller kan omfatte to taklignende, hellende seksjoner slik at blokkene kan sammenstilles side ved side for å danne en cellebunn med vekselvis hellende seksjoner som, ved deres lavereliggende skjærings-linje, danner de forannevnte kanaler i blokkenes toppoverflater.

Beskrivelse av tegningene

Henvisning gjøres nå til tegningene, hvor:

- Figur 1 skjematisk viser en del av en cellebunn formet av tre katodeblokker utstyrt med parallelle kanaler ifølge oppfinnelsen, idet denne skjematiske projeksjon er et langsgående kryssnitt og sideriss av cellen; - Figur 3 er et skjematisk snitt gjennom en del av en elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen, innbefattende kanaliserte katodeblokker og karbonanoder; - Figur 4 er et skjematisk snitt gjennom en del av en annen elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen, som også innbefatter kanaliserte katodeblokker og karbonanoder; - Figur 5 er et tilsvarende riss av en annen elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen, som innbefatter kanaliserte katodeblokker og dimensjonsstabile anoder; - Figur 6 er et riss tilsvarende Fig. 3 av en annen elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen; - Figur 7 er et riss tilsvarende Figur 4 av en annen elektrolytisk celle ifølge oppfinnelsen; og - Figur 8 er et skjematisk grunnriss av cellebunnen på

Figur7under drift, delvis avkappet og med anodene og celleover-bygningen ikke synlige.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 viser skjematisk en del av en cellebunn formet som en sammenstilling av kanaliserte katodeblokker 10 ifølge oppfinnelsen, og tre slike blokker vises. Blokkene 10 er generelt rektangulære og fremstilt av karbon i form av antrasitt eller grafitt av den normale grad anvent for aluminiumproduksjons-katoder. På sin nedre flate har blokkene 10 en fordypning 12 som tar imot en ledende stålstang 11 som er festet i blokkene med et elektrisk ledende bindemateriale, for eksempel støpejern. Disse ledende stålstenger 11 strekker seg ekstern til en negativ strømskinne på cellen.

Den rektangulære katodeblokk 10 har en toppoverflate (som vil danne katodecellebunnen), sideflater (som vil bli sammenføyet) og en bunnflate hvori fordypningen 12 er tilveiebrakt i form av et rektangulært spor som er parallelt med blokkens topp og sideflater. Vanligvis vil sporet 12 strekke seg hele veien langs blokkens bunnflate.

Sidekantene 20 på blokkens toppoverflater er avfaset, og i det midtre av blokkenes øvre overflater maskineres maskinelt V-formede spor 21. Når to blokker 10 bringes sammen, former altså de motliggende avpassede kanter 20 et V-formet spor eller kanal tilsvarende i form og størrelse, og parallelt med, sporene 21.

Naboblokkene 10 sammenføyes ved siden av hverandre med tettepasta 14, for eksempel en antrasittbasert pasta, for å danne en kontinuerlig karboncellebunn. Vanligvis strekker én blokk 10 seg i det vesentlige over hele bredden av cellen. Hvis dette ikke er slik, arrangeres flere blokker 10 ende til ende over cellen, dvs. langs retningen av de ledende stenger 11, og blokkene kan også sammenføyes med tettepasta. Istedenfor å bruke tettepasta kan blokkene fordelaktig bindes sammen med et harpiksbasert lim, i hvilket tilfelle gapet mellom motliggende blokker vil bli mye mindre.

Når blokkene 10 sammenføyesBide-ved-side for å danne en cellebunn, strekker de ledende stenger 11 seg over cellen og stikker ut fra begge sider av cellen (eller vekslende leder-stenger stikker ut fra motstående sider) for tilkobling til strømforsyningen.

En anode 15, sett i sideprojeksjon, er diagramatisk indiktert med en stiplet linje. Under drift er cellebunnen som er formet av blokkene 10 med de V-formede spor eller kanaler 20, 21 dekket av en grunn dam av smeltet aluminium 40 (se Figur 3), eller så er bare sporene eller kanalene 20, 21 delvis fylt med smeltet aluminium, slik det vil beskrives mer detaljert senere.

På Figur 3 vises skjematisk, i lengdesnitt og sideriss, en aluminiumproduksjonscelle som innbefatter en karboncellebunn formet av kanaliserte karbonblokker 10 tilsvarende dem beskrevet ovenfor. Den diagramatisk viste cellestruktur omfatter et stålskall 30 av kjent type som inneholder ildfast materiale 31 over bunnen og opp på sidene. Blokkene 10, støttet på dette ildfaste materiale 31, er plassert side-ved-side og strekker seg over cellen. Karbonblokkene 10 er koblet sammen med tettepasta 14, eller er alternativt limt sammen, og endeblokkene 10 er koblet med tettepasta 34 til en innsats 32 av karbon eller et ildfast karbid slik som silisiumkarbid ved celleenden. Som tidligere har bunnene på blokkene 10 fordypninger 12 som mottar ledende stålstenger 11 festet til blokkene med støpejern, hvilke ledende stenger 11 strekker seg eksternt til en negativ strøm-skinne på cellen, plassert langs siden av cellen.

Toppoverflåtene på blokkene 10 har en rekke av parallelle kanaler i form av en bølget profil 25, men denne profil kunne hatt en hvilken som helst annen form vist i Figur 1, eller andre kanaliserte former som strekker seg over cellen. Denne kanaliserte profil 25 former toppoverflaten på karboncelle-bunnen som fordelaktig er dekket med et belegg 35 av aluminiumfuktbart, ildfast materiale på hvilket, som vist, det er en dam 40 av smeltet aluminium mellom en fluoridbasert, smeltet elektrolytt 41, slik som smeltet kryolitt som inneholder oppløst alumina.

Flere anoder 15, konvensjonelle blokker av forbakt karbon, er opphengt i cellen med de vanlige mekanismer (ikke vist) som gjør det mulig å justere høyden på dem. Oksygenut-viklende ikke-karbonanoder kan opphenges i cellen istedenfor karbonanodene 15, men behøver ikke å være vertikalt justerbare fordi de er ikke-konsumerbare. Anodene 15 stikkes inn i den smeltede elektrolytten 41 som vender mot den kanaliserte katodeoverflate 25. Anode-katodegapet er ikke vist i skala. Ved drift er den kryolittbaserte elektrolytten 41 vanligvis ved en temperatur på omtrent 950 °C, men oppfinnelsen tilkommer også komponenter som anvendes i celler med elektrolytter godt under 900 °C, og så lavt som 700 °C.

Overflaten på den kanaliserte profil 25 på karbonkatodeblokkene 10 kan fremstilles dimensjonsstabilt ved påføring av et belegg 35 av et aluminiumfuktbart, ildfast hardmetall (RHM) med liten eller ingen løselighet i aluminium og med god bestandighet mot angrep av smeltet kryolitt. Bemerk at belegget 35 også dekker tettepastaen 14 og 34. Anvendbart RHM innbefatter borider av titan, zirkonium, tantal, krom, nikkel, kobolt, jern, niob og/eller vanadium. Anvendbare katodematerialer er karbonholdige materialer slik som antrasitt eller grafitt.

Det er foretrukket at den kanaliserte profil 25 på katoden ifølge oppfinnelsen har et belegg 35 av partikkelformet ildfast hardmetallborid i en kolloid tilført fra en oppslemming med partikkelformet, ildfast hardmetallborid i en kolloidal bærer, hvor kolloiden omfatter i det minste en av bestanddelene kolloidalt alumina, silika, yttriumoksid, ceriumoksid, thorium-oksid, zirkoniumoksid, magnesia, litiumoksid, monoaluminiumfosfat eller ceriumacetat. Den kolloidale bærer er blitt funnet å vesentlig forbedre egenskapene til belegget fremstilt ved ikke-reaktiv sintring.

I WO 93/25731 (Sekhar et al) tilveiebringes en fremgangsmåte for påføring av ildfast hardmetallborid på en karbonholdig komponent av en celle for fremstilling av aluminium, særlig ved elektrolyse av alumina løst i en kryolittbasert, smeltet elektrolytt, og denne fremgangsmåte omfatter påføring på overflaten av komponenten av en oppslemming av partikkelformet, forhåndsformet ildfast borid i en kolloidal bærer som spesifisert ovenfor, etterfulgt av tørking, og med varmebehandling før eller etter at komponenten er installert i aluminiumsproduksjonscellen.

Metoden for påføring av oppslemmingen på de kanaliserte katoder ifølge den foreliggende oppfinnelse innebærer maling (med kost eller rulle), dypping, sprøyting eller påhelling av oppslemmingen på den kanaliserte katode og å la katoden tørke før et annet lag påføres. Belegget 35 behøver ikke å være helt tørt for påføring av det neste lag. Det er foretrukket å varme belegget 35 med en egnet kilde for å således tørke det fullstendig og forbedre fortettingen av belegget. Varming og tørking finner fortrinnsvis sted i ikke-oksiderende atmosfærer ved omkring 80-200 °C, vanligvis i en halv time til flere timer, og videre varmebe-handlinger er mulige.

Den kanaliserte profil 25 på katoden kan behandles med sandblåsing eller beising med syrer eller flussmidler slik som kryolitt eller andre kombinasjoner av fluorider og klorider før påføringen av belegget. Tilsvarende kan den kanaliserte katodeoverflate renses med et organisk løsningsmiddel slik som aceton for å fjerne oljeprodukter og andre urenheter før påføringen av belegget. Disse behandlinger vil øke heftefastheten av beleggene til den kanaliserte karbonkatode.

Etter belegging av den kanaliserte katode ved dypping, maling eller sprøyting av oppslemmingen eller kombinasjoner av slike teknikker i ett eller flere lag av belegg, og tørking, kan et sluttelig tynt belegg av kolloidet påføres før anvendelse.

Før eller etter påføring av belegget 35 og før anvendelse, kan den kanaliserte katode males, sprøytes, dyppes eller infiltreres med reagenser og forløpere, geler og/eller kolloider. For eksempel, før påføring av oppslemmingen av partikkelformet ildfast borid i den kolloidale bærer kan den kanaliserte katode impregneres med for eksempel en forbindelse av litium for å forbedre bestandigheten mot inntrenging av natrium, som beskrevet i WO 94/20650 (Sekar et al).

For å understøtte hurtig fukting av den kanaliserte katode av smeltet aluminium, kan det ildfaste belegget 35 på den kanaliserte katode eksponeres for smeltet aluminium i nærvær av et flussmiddel som understøtter inntrenging av aluminium inn i det ildfaste materiale. Flussmidlet kan for eksempel omfatte et fluorid, et klorid eller et borat, eller minst ett av elementene litium og natrium, eller blandinger derav. Slike behandlinger favoriserer aluminiseringen av det ildfaste belegg ved inntrengning deri av aluminium.

Ved drift av cellen illustrert i Figur 3, som vist, dekkes belegget 35 på den kanaliserte profil 25 av karbonblokker 10, som utgjør katodecellebunnen, av en dam av smeltet aluminium 40. Kanalene i overflaten tjener til å hemme bevegelse av aluminiumet som utgjør dammen 40 i det vesentlige i den langsgående retning av cellen. Som illustrert dekker aluminiumdammen 40 karbonblokkene 10 fullstendig, slik at elektrolysen finner sted mellom overflaten av aluminiumdammen 40 og den motstående overflate på anoden 15. En fordel er at dybden av aluminiumdammen 40 kan reduseres på grunn av reduksjonen av turbulens. Videre kan bunnfall akkumuleres i kanalene i den kanaliserte overflate 25 uten å forstyrre strømfordelingen.

Det bør bemerkes at den bevegelseshemmende virkning av den bølgede profil 25 i det vesentlige er på grunn av den konkave, nedre del og av den nedre del av de hellende vegger som har en tilstrekkelig vinkel og høyde til å obstruere bevegelse av den smeltede aluminium i retningen langs cellen.

Alternativt kan den kanaliserte overflate 25 av karbonblokker 10 som utgjør katodecellebunnen som er dekket av et ildfast, aluminiumfuktbart belegg 35, dekkes av et tynt lag av smeltet aluminium som danner en drenert katodeoverflate, hvor kanalene tjener til å lede strømmen av aluminium over cellen. I denne drenerte konfigurasjon er kanalene delvis fylt med smeltet aluminium slik at elektrolyse finner sted mellom den aluminiumfuktede katodeoverflate 25 og den motstående overflate på anoden 15, som vil ha tendens til å slites slik at den passer sammen med overflaten 25. En celle med en slik drenert konfigurasjon vil beskrives nedenfor i forbindelse med Figur 6.

Figur 4, hvor de samme henvisningstall anvendes for å benevne de samme elementer, viser en del av en annen aluminiumproduksjonscelle hvilken cellebunn utgjøres av en rekke av kanaliserte karbonblokker 10 føyet sammen med tettepasta 14. Her er kanalene dannet av sammenstående blokker 10 med hellende overlater 26 eller 27 plassert vekselvis mot hverandre slik at det dannes V-formede kanaler 28 mellom motliggende blokker, og disse kanaler 28 mottar en strøm eller kanal 40' av smeltet aluminium i sin bunndel, som går over cellen. Over den V-formede kanal 28 og aluminiumkanal 40' er karbonanodene 15 med korresponderende V-formede aktive overflater 16 som ender med en nedre avflatet del 17 motstående aluminiumkanalen 40'. Denne avflatede del 17 kan dannes under drift.

Cellen på Figur 4 opereres som en drenert katodecelle, hvor aluminiumet som produseres på de hellende katodeoverflater 26 og 27 belagt med aluminiumfuktbart, ildfast belegg 35, strømmer ned de hellende overflater, i langsgående retning av cellen, inn i kanalen 28 hvor det oppsamles i aluminiumkanalen 40'. Kanalene 28 går sammen i én eller to sidekanaler som heller i den langsgående retning av cellen for å permanent drenere produsert aluminium i en hastighet som holder nivået i aluminiumkanalen 40' stabilt.

I denne drenerte konfigurasjon er kanalene 28 delvis fylt med smeltet aluminium slik at elektrolysen finner sted mellom de hellende aluminiumfuktbare katodeoverflater 26, 27 og de motstående hellende overflater 16 på anoden 15, så vel som mellom aluminiumkanalen 40' og den motstående avflatede del 17 på anoden 15 som vil slites slik at den passer til de motstående overflater (26, 27 og den flate topp på kanal 40'). Videre understøtter helningen av anodeoverflåtene 16 frigjøringen av de anodisk dannede gasser. Alternativt er drift mulig i en helt drenert konfigurasjon uten en aluminiumkanal 40', eller med en smal og grunn kanal av aluminium.

Figur 5 viser en celle av tilsvarende design, hvor de samme elementer er angitt med de samme henvisningstall, men som innbefatter dimensjonsstabile anoder 18 i en "tak"-konfigurasjon som står over toppene av de ved siden av liggende karbonkatodeblokker 10 som også har vekselvis arrangerte hellende overflater 26, 27 belagt med et aluminiumfuktbart, ildfast belegg 35.

Anodene 18 er fremstilt av eller belagt med ethvert egnet ikke-konsumerbart eller i det vesentlige ikke-konsumerbart, elektrisk ledende materiale som er bestandig mot elektrolytten og det anodisk produserte oksygen og andre gasser, damper og røyk tilstede i cellen. Anodene 18 kan for eksempel ha et metall-, legering- eller cermetsubstrat som er beskyttet under drift av et cerium-oksyfluoridbasert beskyttende belegg fremstilt og/eller opprettholdt ved å holde en konsentrasjon av cerium i elektrolytten, som beskrevet i US-patentpublikasjon nr. 4614569 (Duruz et al.)

Cellen på Figur 5 opereres også som en drenert katodecelle, hvor det produserte aluminium på de hellende katodeoverflater 26 og 27 belagt med et aluminiumfuktbart, ildfast belegg 35 flyter ned til bunnen av disse hellende overflater hvor det oppsamles som en aluminiumkanal 40' i et spor 28<*>som vanligvis har et U-formet tverrsnitt. Dette spor 28' er dannet mellom utkappene på kantene av karbonblokkene 10, når blokkene sammenstilles. Som tidligere heller katodeoverflåtene 26, 27 i den langsgående retning av cellen for å permanent drenere det produserte aluminium inn i kanalen 40', og aluminiumet fjernes fra denne kanal 40' i en hastighet for å holde aluminiumnivået i kanalen stabilt. I denne drenerte konfigurasjon er sporene 28' fylt med det smeltede aluminium som danner kanal 40'. Elektrolyse finner sted mellom de hellende, aluminiumfuktbare katodeoverflater 26, 27 og de motstående hellende overflater på de dimensjonsstabile anoder 18. Helningen av anodene 18 understøtter frigjøring av de anodisk dannede gasser gjennom en sentralt plassert åpning 19, og dette kan understøttes videre om nødvendig ved å lage bølgetopper på anodene 18 eller å gjøre anodene gj ennomhullet.

Figur 6 viser en del av en annen celle ifølge oppfinnelsen som er tilsvarende som cellen vist i Figur 3. Istedenfor å ha bølget, kanalisert overflate, har blokkene 10 avfasede øvre sidekanter 20, og kan være avfasede også lang deres toppendekanter, som indiktert med stiplet linje ved 29. De avfasede sidekanter 20 på de hosliggende blokker danner V- eller U-formede kanaler som løper langs blokkene 10, og en tilsvarende V- eller U-formet kanal er dannet mellom den avfasede kant på endeblokken 10 og den hosliggende masse av tettepasta 34. Hovedkanalene dannet av avfasingene 20 strekker seg parallelt med de ledende stenger 11, dvs. over cellen, og tverrkanalene dannet av avfasingene 29 strekker seg langs cellen.

Disse kanaler dannet av de avfasede kanter 2 0 har den fordel å utjevne strømfordelingen i karbonblokkene 10 fra den sentralt plasserte strømfordelingsstang i blokkens nedre overflate. Dette kan særlig gjøre det mulig å redusere høyden av karbonblokkene 10, hvilket medfører en besparelse av karbon som reduserer mengden av giftig karbon som må avhendes når karbon-kledningen rekonstrueres.

I Figur 6 er de motliggende blokkene 10 vist sammen-føyet med et lim 14', slik at det i det vesentlige ikke er noe gap mellom dem. Som vist dekker det aluminiumfuktbare, ildfaste belegg 35 hele de øvre overflater på blokkene 10 med avfasinger 20, 29 og de limte sammenføyninger 14', og strekker seg også over massen ved siden av tettepasta 34.

Hensikten med tverravfasingene 29 på toppendekantene på blokkene 10 er å danne en tverrkanal vinkelrett på de parallelle kanaler som er dannet av de V- eller U-formede spor mellom avfasingene 20, for drenering av det produserte aluminium for å holde kanalene 40' av aluminium i de V- eller U-formede spor på et konstant nivå. Slike tverrkanaler kan formes på én eller begge ender av blokkene og, om nødvendig, kan én eller flere mellom-liggende tverrkanaler formes ved å maskinere spor over blokkene 10, slik at de skjærer de V- eller U-formede spor dannet av avfasingene 20.

Disse tverrkanalene, som strekker seg langs cellen, er forbundet med et reservoar av smeltet aluminium, eventuelt med en overløpskant, for å fastholde nivået i aluminiumskanalene 40'. Drift er mulig med et flukterende nivå i aluminiumskanalene 40' eller med et jevnt nivå.

Cellen som er delvis vist på Figurene 7 og 8 er lik den som er på Figur 4 ved at den omfatter en cellebunn fremstilt av en rekke av karbonblokker 10 sammenføyd med tettepasta 14, hvor V-formede kanaler 28 formes med sammenstående blokker 10 som, i dette eksempel, har taklignende, hellende overflater 26, 27 side-ved-side med de korresponderende overflater 27, 26 på de hosliggende blokker. De V-formede kanaler 28 mottar en strøm eller kanal 40' av smeltet aluminium i bunndelen, som går over cellen. Over de V-formede kanaler 28 og aluminiumkanalene 40' er karbonanodene 15 med korresponderende V-formede aktive overflater 16. Motstående aluminiumkanalen 40' har anodeflåtene 16 en avflatet del 17 som kan formes under drift.

Cellen på Figurene 7 og 8 opereres som en drenert katodecelle, hvor aluminiumet som er produsert på de hellende katodeoverflater 26 og 27 belagt med aluminiumfuktbart ildfast belegg 35 strømmer ned disse overflater og inn i kanalen 28 hvor det oppsamles i aluminiumkanalen 40'. Strømningsretningen av smeltet aluminium er skjematisk indikert på Figur 8 med piler. Som vist går kanalene 28 inn i to sidekanaler 42 som løper langs-med og er hellende i den langsgående retning av cellen, for å permanent drenere det produserte aluminium. Det smeltede aluminium dreneres i en hastighet for å holde nivået i aluminiumkanalene 40' stabilt, for eksempel ved å ha en overløpskant ved utløpsenden av sidekanalene 42.

Som illustrert på høyre del av Figur 8, kan de to langsgående, hellende overflater 26 og 27 på hver katodeblokk 10 utstyres med tverrkanaler eller spor 43 som går ned disse hellende overflater 26 og 27 og går inn i hovedkanalen 28 som går over cellen. Ethvert hensiktsmessig antall av tverrspor 43 kan tilveiebringes med ethvert hensiktsmessig mellomrom. Disse tverrspor 43 leder strømmen av aluminium ned de hellende katodeoverflater 26, 27, samtidig som de hemmer bevegelsen av aluminium over cellen ettersom det dreneres ned disse hellende katodeoverflater. Bare idet det drenerte aluminium går sammen med kanalen 40' kan det flyte fritt over cellen til sidekanalene 28.

Dette arrangement av tverrspor 43 ned de hellende katodeoverflater 26, 27, hovedoppsamlingssporene 28 over cellen, og sidekanalene 42, tilveiebringer en perfekt styrt strømning av smeltet aluminium over cellebunnen og gjør at turbulens på grunn av magnetohydrodynamiske krefter unngås.

Sidekanalene 42 kan formes i endene av katodeblokkene 10, eller de kan lages i cellesideveggene, eller kan være en kombinasjon av avfasinger eller utkapp i endene av katodeblokkene 10, samvirkende med avfasingene eller avsatsene i cellesideveggene. I tillegg eller alternativt kan en sentral kanal tilveiebringes ved å maskinere fordypninger i de sentrale deler av de hellende vegger 26, 27 på katodeblokkene 10, eller ved å lage hver katodeseksjon fra to katodeblokker plassert ende-mot-ende, med utkapp i de motstående ender.

Claims (34)

1. Elektrolytisk celle for elektrolytisk utvinning av aluminium fra alumina løst i en fluoridbasert, smeltet elektrolytt, med en katodecellebunn fremstilt av en rekke av karbonkatodeblokker (10) som hver har en toppoverflate, sideflater og en bunnflate, hvor katodeblokkene er sammenføyd side-ved-side på tvers av cellen og hvor hver blokk er utstyrt med en sentralt plassert stål- eller annen ledende stang (11) for levering av strøm, hvor strømstengene (11) vanligvis er plassert parallelt til hverandre og på tvers av cellen; og en rekke av anoder (15) vender mot en dam eller et lag (40, 40') av smeltet aluminium på topp av toppoverflaten av katodeblokkene, og cellebunnen har en rekke av parallelle kanaler eller spor (20, 25) på toppoverflåtene av karbonblokkene (10) langs retningen av de nevnte ledende stenger (11) på tvers av cellen, og kanalene eller sporene er dekket under bruk av og hemmer bevegelsen til dammen eller laget (40, 40') av smeltet aluminium,karakterisert vedat kanalene eller sporene er formet mellom ved siden av hverandreliggende blokker (10) ved avfasinger (20), avkapp eller helninger langs toppkantene på karbonblokkene som danner kanalene eller sporene når de motstående blokker (10) settes sammen, og kanalene eller sporene (2 0, 25) i de avfasede, utkappede eller hellende kanter er plassert rundt den sentralt plasserte ledende stang (11) for å utjevne strømfordelingen i karbonblokkene (10).

2. Elektrolytisk celle ifølge krav 1,karakterisert vedat overflatene på karbonblokkene (10) som utgjør katodecellebunnen er belagt med et lag (35) av aluminiumfuktbart, ildfast materiale.

3. Elektrolytisk celle ifølge krav 2,karakterisert vedat overflatene på karbonblokkene (10) som utgjør katodecellebunnen er dekket med et lag av smeltet aluminium som danner en drenert katodeoverflate, hvor kanalene eller sporene (20) danner en kanal som tjener til å lede strømmen av aluminium (40') over cellen.

4. Elektrolytisk celle ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat overflatene på karbonblokkene (10) som utgjør katodecellebunnen er dekket av en dam (40) av smeltet aluminium, hvor kanalene eller sporene (20, 25) tjener til å redusere bevegelsen av aluminiumet som utgjør denne dam.

5. Elektrolytisk celle ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat toppoverflåtene på karbonblokkene (10) videre omfatter minst én tverrkanal eller spor (29) som krysser de parallelle kanaler eller spor, hvor tverrkanalen eller sporet (29) strekker seg på langs av cellen.

6. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat minst noen av kanalene eller sporene er formet ved avfasinger (20) langs toppkantene på karbonblokkene.

7. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat bredden av kanalene eller sporene i det minste er like stor som dybden.

8. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat kanalene eller sporene har et rektangulært tverrsnitt.

9. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert vedat kanalene eller sporene har et trapesformet tverrsnitt.

10. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert vedat kanalene eller sporene har et V-formet tverrsnitt.

11. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert vedat kanalene eller sporene (25) har et kurvet eller avrundet tverrsnitt.

12. Elektrolytisk celle ifølge krav 5,karakterisert vedat katodecellebunnen heller på langs og at tverrkanalene eller sporene går ned lags den hellende katodecellebunn.

13. Elektrolytisk celle ifølge krav 5,karakterisert vedat hver katodeblokk {10) omfatter et par av to langsgående, hellende deler (26, 27) i en taklignende konfigurasjon som ved krysningen av de to hellende deler (26, 27) mellom naboblokker definerer en oppsamlingskanal (28) som leder til et aluminiumreservoar, og tverrkanalene eller sporene (43) går ned langs de hellende deler inn i oppsamlingskanalen (28).

14. Elektrolytisk celle ifølge krav 3 eller et hvilket som helst av kravene 5 til 13 som avhenger av krav 3,karakterisert vedat kanalene (20) eller sporene som strekker seg på tvers av cellen leder inn i minst én kanal (29) plassert på langs av cellen for oppsamling av smeltet aluminium, fortrinnsvis med anordninger for å holde et konstant nivå av aluminium (40') i de tverrgående kanaler eller spor.

15. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat overflatene på karbonblokkene (10) som utgjør katodecellebunnen er behandlet for å redusere natriuminntrengning.

16. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat overflatene på karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen er belagt med et belegg (35) som reduserer natriuminntrengning.

17. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat overflatene på karbonblokkene som utgjør katodecellebunnen er belagt med et belegg (35) som før eller under anvendelsen blir hardere enn karbonkatodeblokken.

18. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat karbonkatodeblokkene (10) forblir dimensjonsstabile under elektrolyse.

19. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat karbonkatodeblokkene (10) gjøres bestandige mot kjemiske og mekaniske angrep.

20. Elektrolytisk celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert vedat toppoverflåtene på katodeblokkene (10) videre omfatter minst én ytterligere kanal eller spor (21) mellom og parallelt med kanalene eller sporene (20, 25) dannet av de avfasede eller utkuttede kanter.

21. Karbonkatodeblokk (10) for en elektrolytisk celle for elektrolytisk utvinning av aluminium fra alumina løst i en fluoridbasert smeltet elektrolytt, med en toppoverflate, sideflater og en bunnflate, hvor flaten av katodeblokken (10) har et sentralt plassert spor (12) eller lignende fordypning som strekker seg parallelt med topp- og sideflatene på katodeblokken, for å ta imot en stål- eller annen ledende stang (11) for levering av strøm, karakterisert vedat toppoverflaten på katodeblokken (10) er utstyrt langs sine kanter med minst én avfasing (20) eller utkapping, eller minst en del (26-27) av toppflaten er hellende, slik at når to katodeblokker (10) plasseres side-ved-side, dannes en kanal eller et spor mellom dem; og kanalen eller sporet dannet av avfasingen, utkappet eller den hellende delen strekker seg langs overflaten av katodeblokken (10) vanligvis parallelt med sporet (12) eller en lignende fordypning i bunnflaten på katodeblokken, hvor kanalen eller sporet som er dannet mellom to blokker er formet og dimensjonert slik at når katodeblokkene (10) anvendes for elektrolytisk utvinning av aluminium, samles smeltet aluminium i kanalen eller sporet slik at dette hemmes fra å beveges på tvers av kanalen eller sporet, og kanalene eller sporene (20, 25) i de utfasede, avkappede eller hellende kanter er plassert rundt det sentralt plasserte spor (12) for å utjevne strømfordelingen i karbonblokkene (10).

22. Karbonkatodeblokk ifølge krav 21,karakterisert vedat bredden av kanalene eller sporene er minst like stor som dybden.

23. Karbonkatodeblokk ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat kanalene eller sporene som er dannet når to katodeblokker (10) plasseres side-ved-side, har et rektangulært tverrsnitt.

24. Karbonkatodeblokk ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat kanalene eller sporene som er dannet når to katodeblokker (10) plasseres side-ved-side, har et trapesformet tverrsnitt.

25. Karbonkatodeblokk ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat kanalene eller sporene som er dannet når to katodeblokker (10) plasseres side-ved-side, har et V-formet tverrsnitt.

26. Karbonkatodeblokk ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat kanalene eller sporene (25) som er dannet når to katodeblokker (10) plasseres side-ved-Bide har et kurvet eller avrundet tverrsnitt.

27. Karbonkatodeblokk ifølge krav 21 eller 22,karakterisert vedat dens toppoverflate omfatter to hellende seksjoner (26, 27, i taklignende konfigurasjon slik at blokkene kan sammenstilles side-ved-side for å danne en cellebunn ved vekselvis hellende seksjoner som imellom seg danner sporene eller kanalene (28) parallelt med sporene (12) eller lignende fordypninger i blokkenes bunnflater.

28. Karbonkatodeblokk ifølge et hvilket som helst av kravene 21 til 27, karakterisert vedat det videre omfatter på sin toppoverflate minst én tverrkanal eller spor (29) som krysser den avfasede, utkappede eller hellende del.

29. Karbonkatodeblokk ifølge et hvilket som helst av kravene 21 til 26, karakterisert vedat dens toppoverflate, bortsett fra dens avfasede eller utkappede del, er flat.

30. Karbonkatodeblokk ifølge et hvilket som helst av kravene 21 til 29, karakterisert vedat dens toppoverflate er belagt med et belegg (35) av aluminiumfuktbart, ildfast materiale.

31. Karbonkatodeblokk ifølge et hvilket som helst av kravene 21 til 30, karakterisert vedat den omfatter en stål-eller annen ledende stang (11) festet i sporet (12) eller den . lignende fordypning i bunnflaten på blokken med støpejern eller annet elektrisk ledende bindemateriale.

32. Fremgangsmåte for fremstilling av den elektrolytiske celle ifølge krav 1, karakterisert vedat den omfatter å sammenstille karbonkatodeblokker ifølge et hvilket som helst av kravene 21 til 31 for å danne den kanaliserte katodecellebunn.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 32,karakterisert vedat den omfatter å behandle karbonkatodeblokkene (10) for å gjøre dem bestandige mot kjemiske og mekaniske angrep.

34. Fremgangsmåte ifølge krav 32 eller 33,karakterisert vedat før oppstart av cellen for fremstilling av aluminium behandles den kanaliserte cellebunn for å herde overflaten på katodeblokkene (10) og gjøre overflaten fuktbar av smeltet aluminium og gjøre karbonblokkene dimensjonsstabile under elektrolyse.