RU2374362C2 - High-resistant running non-coal anodes for electrolytic receiving of aluminium - Google Patents

High-resistant running non-coal anodes for electrolytic receiving of aluminium Download PDF

Info

Publication number
RU2374362C2
RU2374362C2 RU2006147308/02A RU2006147308A RU2374362C2 RU 2374362 C2 RU2374362 C2 RU 2374362C2 RU 2006147308/02 A RU2006147308/02 A RU 2006147308/02A RU 2006147308 A RU2006147308 A RU 2006147308A RU 2374362 C2 RU2374362 C2 RU 2374362C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
layer
cobalt
coo
electrolyte
Prior art date
Application number
RU2006147308/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006147308A (en
Inventor
НОРА Витторио ДЕ (CH)
НОРА Витторио ДЕ
Тинх Т. НГУЙЕН (CH)
Тинх Т. НГУЙЕН
Original Assignee
Мольтех Инвент С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мольтех Инвент С.А. filed Critical Мольтех Инвент С.А.
Publication of RU2006147308A publication Critical patent/RU2006147308A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2374362C2 publication Critical patent/RU2374362C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12Anodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: electrolytic cell for electrolytic receiving of aluminium from alumina dissolved in fluoride-bearing molten electrolyte, contains non-coal anode on metallic basis, allowing electroconductive metallic surface. This anode structure contains external part with electrochemical active anode surface on which during electrolysis it is anode extracted oxygen and which is suspended in electrolyte, in essence, parallel to directed to it anode. Anode structure allows one or more running openings passing from active anode surface through this metallic structure, herewith running opening (s) are implemented with ability of direction of electrolyte circulation driven into motion by fast escape of anode extracted oxygen. External part of anode contains layer which contains mainly cobaltous oxide CoO. ^ EFFECT: increasing of resistance increasing of anode against corrosion. ^ 51 cl, 16 dwg, 17 ex

Description

Область изобретенияField of Invention

Это изобретение относится к использованию в расплавленном электролите для электролитического получения алюминия неугольного анода, имеющего проточную активную конструкцию с повышенной устойчивостью.This invention relates to the use in a molten electrolyte for the electrolytic production of aluminum of a non-carbon anode having an active flow structure with increased stability.

Уровень техникиState of the art

Использование неугольных анодов, т.е. анодов, которые выполнены не из углерода как такового, например, графита, кокса и т.д., но, возможно, содержат углерод в каком-либо химическом соединении для производства алюминия в электролизерах, должно радикально улучшить процесс производства алюминия посредством понижения загрязнения и стоимости производства алюминия.Use of non-carbon anodes, i.e. anodes that are not made of carbon as such, such as graphite, coke, etc., but which possibly contain carbon in some chemical compound for the production of aluminum in electrolysis cells, should radically improve the process of aluminum production by reducing pollution and cost aluminum production.

Разработки неугольных анодных материалов, в частности металлов, привели к созданию конструкций анодов новых форм, которые лучше приспособлены к механизмам движения текучих сред в электролизере и электромагнитным эффектам, чем традиционные анодные блоки из твердого углерода.The development of non-carbon anode materials, in particular metals, has led to the creation of new forms of anodes that are better suited to the mechanisms of fluid movement in the electrolyzer and electromagnetic effects than traditional solid carbon anode blocks.

Несколько конструкций, обеспечивающих выделение кислорода анодов для электролизеров электролитического получения алюминия, было предложено в следующих документах. Патент США № 4681671 (Duruz) раскрывает вертикальные анодные пластины или лопасти, работающие в низкотемпературных электролизерах электролитического получения алюминия. Патент США № 5310476 (Sekhar/de Nora) раскрывает обеспечивающие выделение кислорода аноды, состоящие из собранных в виде крыши пар анодных пластин. Патент США № 5362366 (de Nora/Sekhar) описывает нерасходуемые формы анодов, включая собранные в виде крыши пары анодных пластин. Патент США № 5368702 (de Nora) раскрывает обеспечивающие выделение кислорода вертикальные трубчатые или имеющие форму усеченного конуса аноды для мультимонополярных алюминиевых электролизеров. Патент США № 5683559 (de Nora) описывает электролизер электролитического получения алюминия с обеспечивающими выделение кислорода изогнутыми анодными пластинами, которые расположены в конфигурации в виде крыши обращенными к имеющим соответствующую форму катодам. Патент США 5725744 (de Nora/Duruz) раскрывает обеспечивающие выделение кислорода вертикальные анодные пластины, предпочтительно - пористые или сетчатые, при мультимонополярном устройстве электролизера для электролизеров электролитического получения алюминия, работающих при пониженной температуре. WO 00/40781, WO 00/40782 и WO 03/006716 (все de Nora) раскрывают аноды для производства алюминия с рядом параллельных отделенных друг от друга удлиненных анодных элементов, которые являются электрохимически активными по отношению к окислению кислорода.Several designs that provide the release of oxygen anodes for electrolytic cells for the electrolytic production of aluminum were proposed in the following documents. US patent No. 4681671 (Duruz) discloses vertical anode plates or blades operating in low-temperature electrolytic cells for the electrolytic production of aluminum. US Patent No. 5,310,476 (Sekhar / de Nora) discloses anodes providing oxygen evolution, consisting of pairs of anode plates assembled as a roof. US patent No. 5362366 (de Nora / Sekhar) describes non-consumable forms of anodes, including pairs of anode plates assembled in the form of a roof. U.S. Patent No. 5,368,702 (de Nora) discloses vertical tubular or truncated cone-shaped anodes for oxygen evolution in multimonopoly aluminum electrolyzers. US patent No. 5683559 (de Nora) describes an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum with oxygen generation curved anode plates, which are arranged in the form of a roof facing the corresponding cathodes. US Pat. No. 5,725,744 (de Nora / Duruz) discloses oxygen anode vertical anode plates, preferably porous or mesh, with a multimonopol electrolysis device for electrolytic aluminum electrolysis cells operating at low temperature. WO 00/40781, WO 00/40782 and WO 03/006716 (all de Nora) disclose anodes for the production of aluminum with a series of parallel, elongated anode elements that are electrochemically active with respect to oxygen oxidation.

Для растворения исходного материала глинозема требуется высокоагрессивный электролит на фторидной основе, такой как криолит. Были предложены различные модифицированные электролиты с тем, чтобы улучшить работу электролизера и уменьшить износ неугольного анода на металлической основе, в частности, вызываемый коррозией под действием электролита.Dissolving alumina starting material requires a highly aggressive fluoride-based electrolyte such as cryolite. Various modified electrolytes have been proposed in order to improve the operation of the electrolyzer and to reduce the wear of the non-carbon anode on a metal base, in particular caused by corrosion by the action of the electrolyte.

В WO 00/06804 (Crottaz/Duruz) предполагается, что никель-железный анод может быть использован в электролите при температуре от 820 до 870°C, содержащем от 23 до 26,5 мас.% AlF3, от 3 до 5 мас.% Al2О3, от 1 до 2 мас.% LiF и от 1 до 2 мас.% MgF2. Все патенты США №№ 5006209 и 5284562 (оба Back/Brooks), 6258247 и 6379512 (оба Brown/Brooks/Frizzle/Juric), 6419813 (Brown/Brooks/Frizzle) и 6436272 (Brown/Frizzle) раскрывают использование никель-медно-железных анодов в электролите для производства алюминия при 660-800°C, содержащем 6-26 мас.% NaF, 7-33 мас.% KF, 1-6 мас.% LiF и 60-65 мас.% AlF3. Электролит может содержать Al2O3 в количестве вплоть до 30 мас.%, в частности - от 5 до 10 или 15 мас.%, большая часть которого находится в форме взвешенных частиц и некоторая часть которого растворена в электролите, т.е. в типичном случае от 1 до 4 мас.% растворенного Al2O3. В патентах США №№ 6258247, 6379512, 6419813 и 6436272 такой электролит упоминается как пригодный для применения при температурах вплоть до 900°C. В патентах США №№ 6258247 и 6379512 электролит дополнительно содержит от 0,004 до 0,2 мас.% добавок переходных металлов для того, чтобы облегчить растворение глинозема и улучшить работу катода. Патент США № 5725744 (de Nora/Duruz) раскрывает электролизер для производства алюминия, имеющий аноды, выполненные из никеля, железа и/или меди, в электролите при температуре от 680 до 880°C, содержащем 42-63 мас.% AlF3, вплоть до 48 мас.% NaF, вплоть до 48 мас.% LiF и от 1 до 5 мас.% Al2O3. MgF2, KF и CaF2 также упоминаются как возможные компоненты ванны электролита. WO 2004/035871 (de Nora/Nguyen/Duruz) раскрывает анод на металлической основе, содержащий по меньшей мере один из никеля, кобальта и железа. Анод используется для электролитического получения алюминия во фторидсодержащем расплавленном электролите, состоящем из: от 5 до 14 мас.% растворенного глинозема; от 35 до 45 мас.% фторида алюминия; от 30 до 45 мас.% фторида натрия; от 5 до 20 мас.% фторида калия; от 0 до 5 мас.% фторида кальция; и от 0 до 5 масс.% дополнительных компонентов.WO 00/06804 (Crottaz / Duruz) suggests that a nickel-iron anode can be used in an electrolyte at a temperature of from 820 to 870 ° C, containing from 23 to 26.5 wt.% AlF 3 , from 3 to 5 wt. % Al 2 About 3 , from 1 to 2 wt.% LiF and from 1 to 2 wt.% MgF 2 . All US patents Nos. 5006209 and 5284562 (both Back / Brooks), 6258247 and 6379512 (both Brown / Brooks / Frizzle / Juric), 6419813 (Brown / Brooks / Frizzle) and 6436272 (Brown / Frizzle) disclose the use of nickel-copper iron anodes in an electrolyte for aluminum production at 660-800 ° C, containing 6-26 wt.% NaF, 7-33 wt.% KF, 1-6 wt.% LiF and 60-65 wt.% AlF 3 . The electrolyte may contain Al 2 O 3 in an amount up to 30 wt.%, In particular from 5 to 10 or 15 wt.%, Most of which is in the form of suspended particles and some of which is dissolved in the electrolyte, i.e. typically 1 to 4 wt.% dissolved Al 2 O 3 . In US patent No. 6258247, 6379512, 6419813 and 6436272 such an electrolyte is mentioned as suitable for use at temperatures up to 900 ° C. In US Pat. Nos. 6,258,247 and 6,379,512, the electrolyte further comprises from 0.004 to 0.2% by weight of transition metal additives in order to facilitate alumina dissolution and improve cathode performance. US patent No. 5725744 (de Nora / Duruz) discloses an electrolytic cell for the production of aluminum, having anodes made of nickel, iron and / or copper, in an electrolyte at a temperature of from 680 to 880 ° C, containing 42-63 wt.% AlF 3 , up to 48 wt.% NaF, up to 48 wt.% LiF and from 1 to 5 wt.% Al 2 O 3 . MgF 2 , KF and CaF 2 are also referred to as possible components of an electrolyte bath. WO 2004/035871 (de Nora / Nguyen / Duruz) discloses a metal-based anode containing at least one of nickel, cobalt and iron. The anode is used for the electrolytic production of aluminum in a fluoride-containing molten electrolyte, consisting of: from 5 to 14 wt.% Dissolved alumina; from 35 to 45 wt.% aluminum fluoride; from 30 to 45 wt.% sodium fluoride; from 5 to 20 wt.% potassium fluoride; from 0 to 5 wt.% calcium fluoride; and from 0 to 5 wt.% additional components.

Материалами, имеющими самую большую устойчивость к окислению, являются оксиды металлов, которые все являются до некоторой степени растворимыми в криолите. Оксиды являются также плохо проводящими электричество, поэтому, чтобы избежать существенных омических потерь и высоких напряжений на электролизере, использование непроводящих или плохо проводящих оксидов при изготовлении анодов должно быть минимальным. Когда это возможно, для изготовления сердцевины анода должен использоваться хорошо проводящий материал, тогда как поверхность анода предпочтительно выполняют из оксида, имеющего высокую электрокаталитическую активность. Несколько попыток было сделано для того, чтобы разработать неугольные аноды для электролизеров электролитического получения алюминия, устойчивые к химическим агрессивным воздействиям ванны электролита и окружающей среды электролизера и обладающие электрохимически активной поверхностью, предназначенной для окисления ионов кислорода до атомарного и молекулярного газообразного кислорода и имеющей низкую скорость растворения. Много патентов было зарегистрировано на неугольные аноды, но ни один из них еще не нашел коммерческого применения, в том числе по экономическим причинам.The materials having the highest oxidation stability are metal oxides, which are all to some extent soluble in cryolite. Oxides are also poorly conducting electricity, therefore, to avoid significant ohmic losses and high voltages on the cell, the use of non-conducting or poorly conducting oxides in the manufacture of anodes should be minimal. When possible, a well-conductive material should be used to make the core of the anode, while the surface of the anode is preferably made of oxide having high electrocatalytic activity. Several attempts have been made in order to develop non-carbon anodes for electrolytic cells for the production of aluminum, resistant to chemical aggressive effects of the electrolyte bath and the environment of the cell and having an electrochemically active surface designed to oxidize oxygen ions to atomic and molecular gaseous oxygen and having a low dissolution rate . Many patents have been filed for non-carbon anodes, but not one of them has yet found commercial application, including for economic reasons.

Патент США № 4614569 (Duruz/Derivaz/Debely/Adorian) описывает металлические аноды для электролитического получения алюминия, покрытые защитным покрытием из оксифторида церия, образующегося на месте (in situ) в электролизере или предварительно нанесенного, причем это покрытие поддерживается во время электролиза посредством добавления небольших количеств соединения церия в расплавленный криолитный электролит, чтобы таким образом защитить поверхность анода от агрессивного воздействия электролита. Несколько патентов раскрывают использование электропроводящей металлической сердцевины анода с активной наружной частью на оксидной основе, в частности, патенты США №№ 4956069, 4960494, 5069771 (все Nguyen/Lazouni/Doan), 6077415 (Duruz/de Nora), 6103090 (de Nora), 6113758 (de Nora/Duruz) и 6248227 (de Nora/Duruz), 6361681 (de Nora/Duruz), 6365018 (de Nora), 6372099 (Duruz/de Nora), 6379526(Duruz/de Nora), 6413406 (de Nora), 6425992 (de Nora), 6436274 (de Nora/Duruz), 6521116 (Duruz/de Nora/Crottaz), 6521115 (Duruz/de Nora/Crottaz), 6533909 (Duruz/de Nora), 6562224 (Crottaz/Duruz), а также публикации РСТ WO 00/40783 (de Nora/Duruz), WO 01/42534 (de Nora/Duruz), WO 01/42535 (Duruz/de Nora), WO 01/42536 (Nguyen/Duruz/de Nora), WO 02/070786 (Nguyen/de Nora), WO 02/083990 (de Nora/Nguyen), WO 02/083991 (Nguyen/de Nora), WO 03/014420 (Nguyen/Duruz/de Nora), WO 03/078695 (Nguyen/de Nora), WO 03/087435 (Nguyen/de Nora).US patent No. 4614569 (Duruz / Derivaz / Debely / Adorian) describes metal anodes for the electrolytic production of aluminum, coated with a protective coating of cerium oxyfluoride formed in situ in the cell or pre-applied, and this coating is maintained during electrolysis by adding small amounts of cerium compounds in the molten cryolite electrolyte, so as to protect the surface of the anode from the aggressive effects of the electrolyte. Several patents disclose the use of an electrically conductive metal core of the anode with an oxide-based active outer part, in particular, US Pat. , 6113758 (de Nora / Duruz) and 6248227 (de Nora / Duruz), 6361681 (de Nora / Duruz), 6365018 (de Nora), 6372099 (Duruz / de Nora), 6379526 (Duruz / de Nora), 6413406 (de Nora), 6425992 (de Nora), 6436274 (de Nora / Duruz), 6521116 (Duruz / de Nora / Crottaz), 6521115 (Duruz / de Nora / Crottaz), 6533909 (Duruz / de Nora), 6562224 (Crottaz / Duruz ), as well as PCT publications WO 00/40783 (de Nora / Duruz), WO 01/42534 (de Nora / Duruz), WO 01/42535 (Duruz / de Nora), WO 01/42536 (Nguyen / Duruz / de Nora ), WO 02/070786 (Nguyen / de Nora), WO 02/083990 (de Nora / Nguyen), WO 02/083991 (Nguyen / de Nora), WO 03/014420 (Nguyen / Duruz / de Nora), WO 03/078695 (Nguyen / de Nora), WO 03/087435 (Nguyen / de Nora).

Патент США № 4374050 (Ray) раскрывает многочисленные многооксидные композиции для электродов. Такие составы, помимо прочего, включают оксиды железа и кобальта. Эти оксидные композиции могут использоваться в качестве плакировки на металлическом слое никеля, никеля-хрома, стали, меди, кобальта или молибдена. Патент США № 4142005 (Cadwell/Hazelrigg) раскрывает анод, имеющий подложку, выполненную из титана, тантала, вольфрама, циркония, молибдена, ниобия, гафния или ванадия. Эта подложка покрыта оксидом кобальта Co3O4.US patent No. 4374050 (Ray) discloses numerous polyoxide compositions for electrodes. Such compositions include, but are not limited to, iron and cobalt oxides. These oxide compositions can be used as plating on a metal layer of nickel, nickel-chromium, steel, copper, cobalt or molybdenum. US patent No. 4142005 (Cadwell / Hazelrigg) discloses an anode having a substrate made of titanium, tantalum, tungsten, zirconium, molybdenum, niobium, hafnium or vanadium. This substrate is coated with cobalt oxide Co 3 O 4 .

Патенты США №№ 6103090 (de Nora), 6361681 (de Nora /Duruz), 6365018 (de Nora), 6379526 (de Nora/Duruz), 6413406 (de Nora) и 6425992 (de Nora), а также WO 04/018731 (Nguyen/de Nora) раскрывают анодные подложки, которые содержат по меньшей мере один из хрома, кобальта, гафния, железа, молибдена, никеля, меди, ниобия, платины, кремния, тантала, титана, вольфрама, ванадия, иттрия и циркония и которые покрыты по меньшей мере одним из ферритов кобальта, меди, хрома, марганца, никеля и цинка. WO 01/42535 (Duruz/de Nora) и WO 02/097167 (Nguyen/de Nora) раскрывают аноды для электролитического получения алюминия, выполненные из железных сплавов с окисленной поверхностью, которые содержат по меньшей мере один из никеля и кобальта. Патент США № 6638412 (de Nora/Duruz) раскрывает использование анодов, выполненных из содержащего переходный металл сплава, имеющего составляющий одно целое с ним оксидный слой, причем этот сплав содержит по меньшей мере один из железа, никеля и кобальта.U.S. Patent Nos. 6103090 (de Nora), 6361681 (de Nora / Duruz), 6365018 (de Nora), 6379526 (de Nora / Duruz), 6413406 (de Nora) and 6425992 (de Nora), and WO 04/018731 (Nguyen / de Nora) disclose anode substrates which contain at least one of chromium, cobalt, hafnium, iron, molybdenum, nickel, copper, niobium, platinum, silicon, tantalum, titanium, tungsten, vanadium, yttrium and zirconium and which coated with at least one of cobalt, copper, chromium, manganese, nickel and zinc ferrites. WO 01/42535 (Duruz / de Nora) and WO 02/097167 (Nguyen / de Nora) disclose anodes for the electrolytic production of aluminum, made of iron alloys with an oxidized surface, which contain at least one of nickel and cobalt. US patent No. 6638412 (de Nora / Duruz) discloses the use of anodes made of an alloy containing a transition metal having an integral oxide layer with it, this alloy containing at least one of iron, nickel and cobalt.

Неугольные аноды до сих пор еще не применяются коммерчески и в промышленности, и при этом все еще имеется потребность в анодном материале на металлической основе и в подходящей форме анода, которые могут быть использованы при электролитическом получении алюминия.Non-carbon anodes are still not used commercially and in industry, and there is still a need for metal-based anode material and a suitable anode shape that can be used in the electrolytic production of aluminum.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в общем относится к электролитическому получению алюминия с анодами на металлической основе, имеющими форму для способствования циркуляции электролита и имеющими электрохимически активную наружную часть, которая имеет повышенную устойчивость к коррозии под действием высокоагрессивного циркулирующего электролита и/или к окислению выделяющимся на аноде (анодно) кислородом, причем эта повышенная устойчивость обеспечивается посредством слоя, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО.The present invention generally relates to the electrolytic production of aluminum with metal-based anodes having a shape to facilitate electrolyte circulation and having an electrochemically active outer part that has increased resistance to corrosion by the highly aggressive circulating electrolyte and / or to oxidation released on the anode (anode) oxygen, and this increased stability is provided through a layer that contains mainly cobalt oxide CoO.

В частности, изобретение относится к электролизеру для электролитического получения алюминия из глинозема, растворенного во фторидсодержащем расплавленном электролите. Электролизер содержит по меньшей мере один неугольный анод на металлической основе, имеющий электропроводящую металлическую конструкцию, которая содержит наружную часть с электрохимически активной анодной поверхностью, на которой во время электролиза анодно выделяется кислород, и которая подвешена в электролите по существу параллельно обращенному к ней катоду. Эта металлическая конструкция имеет одно или более проточных отверстий, простирающихся от активной анодной поверхности через эту металлическую конструкцию, причем проточное(ые) отверстие(я) выполнено(ы) с возможностью направления циркуляции электролита, приводимого в движение быстрым выходом анодно выделяющегося кислорода. Наружная часть анода содержит вышеупомянутый слой, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО, чтобы повысить устойчивость анода.In particular, the invention relates to an electrolytic cell for electrolytically producing aluminum from alumina dissolved in a fluoride-containing molten electrolyte. The electrolyzer contains at least one non-carbon metal-based anode having an electrically conductive metal structure, which contains an outer part with an electrochemically active anode surface on which oxygen is generated anode anode, and which is suspended in the electrolyte substantially parallel to the cathode facing it. This metal structure has one or more flow holes extending from the active anode surface through this metal structure, and the flow hole (s) are made (s) with the possibility of directing the circulation of the electrolyte, driven by the rapid release of oxygen anode. The outer part of the anode contains the aforementioned layer, which mainly contains cobalt oxide CoO, in order to increase the stability of the anode.

Другими словами, изобретение касается электролизера, имеющего анод, который имеет форму, которая способствует циркуляции электролита, и который имеет электрохимически активную наружную часть, которая устойчива по отношению к циркулирующему электролиту и/или к анодно выделяющемуся кислороду за счет наличия слоя, выполненного преимущественно из особой формы оксида кобальта, т.е. СоО.In other words, the invention relates to an electrolytic cell having an anode that has a shape that promotes the circulation of the electrolyte, and that has an electrochemically active outer part that is resistant to circulating electrolyte and / or anode released oxygen due to the presence of a layer made predominantly of a special forms of cobalt oxide, i.e. CoO.

Имеется несколько форм стехиометрических и нестехиометрических оксидов кобальта, которые основаны на:There are several forms of stoichiometric and non-stoichiometric cobalt oxides, which are based on:

- СоО, который содержит Со(II) и который образуется преимущественно при температуре выше 920°C на воздухе;- CoO, which contains Co (II) and which forms mainly at temperatures above 920 ° C in air;

- Co2О3, который содержит Со(III) и который образуется при температурах вплоть до 895°C, а при более высоких температурах начинает разлагаться до СоО;- Co 2 O 3 , which contains Co (III) and which forms at temperatures up to 895 ° C, and at higher temperatures begins to decompose to CoO;

- Co3О4, который содержит Со(II) и Со(III) и который образуется при температурах между 300 и 900°C.- Co 3 O 4 , which contains Co (II) and Co (III) and which is formed at temperatures between 300 and 900 ° C.

Было установлено, что в отличие от Co2О3, который является неустойчивым, и Co3О4, который незначительно замедляет диффузию кислорода СоО образует хорошо проводящий электрохимически активный материал для окисления ионов кислорода и для замедления диффузии кислорода. Таким образом, этот материал образует ограничивающий барьер против окисления лежащего под ним металлического кобальтового тела анода.It was found that, unlike Co 2 O 3 , which is unstable, and Co 3 O 4 , which slightly slows down the diffusion of oxygen, CoO forms a well-conducting electrochemically active material for the oxidation of oxygen ions and for slowing down the diffusion of oxygen. Thus, this material forms a limiting barrier against oxidation of the anode cobalt metal underlying it.

Указанный СоО-содержащий слой анода может быть слоем, изготовленным из спеченных частиц, в частности, спеченных частиц СоО. Альтернативно, СоО-содержащий слой может быть составляющим одно целое («интегральным») оксидным слоем на Со-содержащем металлическом слое или сердцевине анода. Испытания показали, что составляющие одно целое оксидные слои имеют более высокую плотность, чем спеченные слои, и, таким образом, являются предпочтительными для замедления диффузии кислорода.The specified CoO-containing layer of the anode may be a layer made of sintered particles, in particular, sintered particles of CoO. Alternatively, the CoO-containing layer may be an integral ("integral") oxide layer on the Co-containing metal layer or the core of the anode. Tests have shown that the integral oxide layers have a higher density than the sintered layers, and are thus preferred for inhibiting oxygen diffusion.

Когда СоО должен быть образован посредством окисления металлического кобальта, должны быть приняты меры для того, чтобы осуществить обработку, которая действительно приведет в результате к образованию СоО. Было обнаружено, что использование Co2О3 или Co3О4 в известном электролите для электролитического получения алюминия не приводит к подходящему превращению этих форм оксида кобальта в СоО. Поэтому важно снабдить анод этим слоем СоО перед тем, как анод будет использоваться в электролите для электролитического получения алюминия.When CoO must be formed by oxidizing cobalt metal, steps must be taken to carry out a treatment that will actually result in the formation of CoO. It was found that the use of Co 2 O 3 or Co 3 O 4 in a known electrolyte for the electrolytic production of aluminum does not lead to a suitable conversion of these forms of cobalt oxide into CoO. Therefore, it is important to provide the anode with this CoO layer before the anode is used in the electrolyte to electrolytically produce aluminum.

Образование СоО на металлическом кобальте предпочтительно регулируют так, чтобы получить когерентный и по существу не имеющий трещин оксидный слой. Однако не всякая обработка металлического кобальта при температуре выше 895°C или 900°C в кислородсодержащей атмосфере приведет в результате к оптимально когерентному и по существу не имеющему трещин слою СоО, который предлагает лучшие электрохимические свойства, чем Co2О3/Co3О4.The formation of CoO on cobalt metal is preferably controlled so as to obtain a coherent and substantially crack free oxide layer. However, not every treatment of cobalt metal at temperatures above 895 ° C or 900 ° C in an oxygen-containing atmosphere will result in an optimally coherent and substantially crack-free CoO layer that offers better electrochemical properties than Co 2 O 3 / Co 3 O 4 .

Например, если температура обработки металлического кобальта для образования СоО посредством окисления металлического кобальта на воздухе увеличивается с недостаточной скоростью, например, меньшей чем 200°C/час, то на поверхности металлического кобальта образуется толстый оксидный слой, богатый Co3О4 и стекловидным Co2О3. Такой слой не дает возможности оптимального образования слоя СоО посредством превращения при температуре выше 895°C из Co2О3 и Co3О4 в СоО. Фактически, слой СоО, получающийся в результате такого превращения, не является предпочтительным, но все еще полезным, несмотря на увеличенную пористость, и может быть растрескавшимся. Поэтому требуемая температура для окисления на воздухе, т.е. выше 900°C, обычно по меньшей мере 920°C или, предпочтительно, выше 940°C, должна быть достигнута достаточно быстро, например, при скорости увеличения температуры в по меньшей мере 300°C или 600°C в час, чтобы получить оптимальный слой СоО. Металлический кобальт может также быть помещен в печь, которая предварительно подогрета до желательной температуры выше 900°C.For example, if the processing temperature of metallic cobalt to form CoO by oxidizing metallic cobalt in air increases at an insufficient rate, for example, less than 200 ° C / h, then a thick oxide layer rich in Co 3 O 4 and glassy Co 2 forms on the surface of cobalt metal About 3 . Such a layer does not allow the optimal formation of a CoO layer by conversion at a temperature above 895 ° C from Co 2 O 3 and Co 3 O 4 into CoO. In fact, the CoO layer resulting from such a conversion is not preferred, but still useful, despite the increased porosity, and may be cracked. Therefore, the required temperature for oxidation in air, i.e. above 900 ° C, usually at least 920 ° C, or preferably above 940 ° C, should be achieved quickly enough, for example, at a rate of temperature increase of at least 300 ° C or 600 ° C per hour, in order to obtain the optimum CoO layer. Cobalt metal can also be placed in a furnace that is preheated to a desired temperature above 900 ° C.

Аналогично, если после образования слоя СоО анод не используют немедленно для электролитического получения алюминия, а дают возможность охладиться, то это охлаждение должно быть осуществлено достаточно быстро, например, посредством помещения анода в воздух при комнатной температуре, чтобы избежать значительного образования Co3О4, которое может произойти во время охлаждения, например в печи, которая выключена.Similarly, if after the formation of a CoO layer, the anode is not used immediately for the electrolytic production of aluminum, but is allowed to cool, this cooling should be carried out quickly enough, for example, by placing the anode in air at room temperature to avoid significant formation of Co 3 O 4 , which can occur during cooling, for example in a furnace that is turned off.

Анод со слоем СоО, полученным посредством медленного нагревания металлического кобальта в окислительной окружающей среде, не будет иметь оптимальных свойств, но все же обеспечивает лучшие результаты во время работы электролизера, чем анод, имеющий слой Co2О3-Co3О4, и поэтому также представляет собой улучшенный анод для электролитического получения алюминия согласно изобретению.An anode with a CoO layer obtained by slow heating of cobalt metal in an oxidizing environment will not have optimal properties, but still provides better results during operation of the cell than an anode having a Co 2 O 3 —Co 3 O 4 layer, and therefore also represents an improved anode for the electrolytic production of aluminum according to the invention.

Указанная анодная конструкция может быть перфорированной. Например, анодная конструкция может иметь любую из форм, раскрытых в вышеупомянутых WO 00/40781, WO 00/40782 и WO 03/006716. Например, анодная конструкция содержит ряд параллельных анодных элементов, в частности горизонтальных анодных элементов, имеющих электрохимически активные поверхности во в целом копланарном расположении с образованием указанной активной анодной поверхности, причем эти анодные элементы отделены друг от друга, образуя удлиненные проточные отверстия (проемы) для циркуляции электролита, приводимого в движение быстрым выходом анодно выделяющегося кислорода. В типичном случае эти анодные элементы представляют собой лопасти, стержни, прутки или проволоки. Активная анодная поверхность может быть по существу горизонтальной, по существу вертикальной или наклонной по отношению к горизонтали, например, как раскрыто в WO 00/40782 или WO 03/023092 (оба de Nora).Said anode structure may be perforated. For example, the anode structure may take any of the forms disclosed in the aforementioned WO 00/40781, WO 00/40782 and WO 03/006716. For example, the anode structure contains a number of parallel anode elements, in particular horizontal anode elements having electrochemically active surfaces in a generally coplanar arrangement to form said active anode surface, these anode elements being separated from each other, forming elongated flow openings (openings) for circulation electrolyte, driven by the rapid release of anodic oxygen. Typically, these anode elements are blades, rods, rods, or wires. The active anode surface may be substantially horizontal, substantially vertical or inclined with respect to the horizontal, for example, as disclosed in WO 00/40782 or WO 03/023092 (both de Nora).

В одном варианте реализации указанный расплавленный электролит находится при температуре ниже 950°C, в частности, в диапазоне от 910 до 940°C, и состоит из:In one embodiment, said molten electrolyte is at a temperature below 950 ° C, in particular in the range from 910 to 940 ° C, and consists of:

- от 6,5 до 11 мас.% растворенного глинозема, в частности, от 7 до 10 мас.%;- from 6.5 to 11 wt.% dissolved alumina, in particular, from 7 to 10 wt.%;

- от 35 до 44 мас.% фторида алюминия, в частности, от 36 до 42 мас.% фторида алюминия, например, от 36 до 38 мас.%;- from 35 to 44 wt.% aluminum fluoride, in particular, from 36 to 42 wt.% aluminum fluoride, for example, from 36 to 38 wt.%;

- от 38 до 46 мас.% фторида натрия, в частности, от 39 до 43 мас.%;- from 38 to 46 wt.% sodium fluoride, in particular, from 39 to 43 wt.%;

- от 2 до 15 мас.% фторида калия, в частности, от 3 до 10 мас.% фторида калия, например, от 5 до 7 мас.%;- from 2 to 15 wt.% potassium fluoride, in particular, from 3 to 10 wt.% potassium fluoride, for example, from 5 to 7 wt.%;

- от 0 до 5 мас.% фторида кальция, в частности, от 2 до 4 мас.% фторида кальция; и- from 0 to 5 wt.% calcium fluoride, in particular, from 2 to 4 wt.% calcium fluoride; and

- от 0 до 5 мас.% в сумме одного или более дополнительных компонентов, в частности, вплоть до 3 мас.%.- from 0 to 5 wt.% in the sum of one or more additional components, in particular up to 3 wt.%.

Присутствие в электролите фторида калия в вышеуказанном количестве дает два эффекта. С одной стороны, оно приводит к уменьшению рабочей температуры вплоть до нескольких десятков градусов без увеличения содержания фторида алюминия в электролите или даже при его уменьшении по сравнению со стандартными электролитами, работающими при примерно 950°C, с содержанием фторида алюминия примерно 45 мас.%. С другой стороны, оно поддерживает высокую растворимость глинозема в электролите, т.е. вплоть до значения выше примерно 8 или 9 мас.%, даже несмотря на то, что температура электролита понижается по сравнению с традиционной температурой.The presence in the electrolyte of potassium fluoride in the above amount gives two effects. On the one hand, it leads to a decrease in the operating temperature up to several tens of degrees without increasing the aluminum fluoride content in the electrolyte or even when it is reduced compared to standard electrolytes operating at about 950 ° C, with an aluminum fluoride content of about 45 wt.%. On the other hand, it maintains the high solubility of alumina in the electrolyte, i.e. up to a value above about 8 or 9 wt.%, even though the temperature of the electrolyte is reduced compared to the traditional temperature.

Следовательно, в отличие от известных из уровня техники низкотемпературных электролитов, которые переносят большие количества нерастворенного глинозема в форме частиц, большое количество глинозема находится в растворенной форме в вышеупомянутом электролите.Therefore, in contrast to the low-temperature electrolytes known in the art, which carry large amounts of undissolved alumina in particulate form, a large amount of alumina is in dissolved form in the aforementioned electrolyte.

Без привязки к какой-либо теории предполагается, что сочетание высокой концентрации растворенного глинозема в электролите и ограниченной концентрации фторида алюминия ведет преимущественно к образованию возле анода (основных) бедных фтором ионов оксифторида алюминия ([Al2O2F4]2-) вместо (кислотных) богатых фтором ионов оксифторида алюминия ([Al2OF6]2-). В противоположность кислотным богатым фтором ионам оксифторида алюминия основные бедные фтором ионы оксифторида алюминия в значительной степени не растворяют СоО анода и заметно не пассивируют или не корродируют металлический кобальт. Массовое отношение растворенный глинозем/фторид алюминия в электролите должно быть выше 1/7, а часто - выше 1/6 или даже выше 1/5, чтобы получить благоприятное отношение бедных фтором ионов оксифторида алюминия и богатых фтором ионов оксифторида алюминия.Without reference to any theory, it is assumed that the combination of a high concentration of dissolved alumina in the electrolyte and a limited concentration of aluminum fluoride leads mainly to the formation of (oxyfluoride) poor aluminum fluoride ions ([Al 2 O 2 F 4 ] 2- ) near the anode instead of ( acidic) fluorine-rich aluminum oxyfluoride ions ([Al 2 OF 6 ] 2- ). In contrast to acidic fluorine-rich aluminum oxyfluoride ions, the main fluorine-poor aluminum oxyfluoride ions do not significantly dissolve the CoO anode and do not significantly passivate or corrode metallic cobalt. The mass ratio of dissolved alumina / aluminum fluoride in the electrolyte should be above 1/7, and often above 1/6 or even above 1/5, in order to obtain a favorable ratio of fluorine-poor aluminum oxyfluoride ions and fluorine-rich aluminum oxyfluoride ions.

Из этого следует, что использование вышеописанного электролита с анодами на металлической основе, которые содержат СоО, замедляет их растворение, пассивирование и коррозию. Более того, высокая концентрация растворенного в электролите глинозема дополнительно понижает растворение оксидов из анода, в частности, СоО.It follows that the use of the above-described electrolyte with metal-based anodes that contain CoO slows down their dissolution, passivation and corrosion. Moreover, a high concentration of alumina dissolved in the electrolyte further reduces the dissolution of oxides from the anode, in particular CoO.

Электролит может состоять из: от 7 до 10 мас.% растворенного глинозема; от 36 до 42 мас.% фторида алюминия, в частности, от 36 до 38 мас.%; от 39 до 43 мас.% фторида натрия; от 3 до 10 мас.% фторида калия, например, от 5 до 7 мас.%; от 2 до 4 мас.% фторида кальция; и от 0 до 3 мас.% в сумме одного или более дополнительных компонентов. Это соответствует расплавленному электролиту на основе криолита (Na3AlF6), содержащему избыток фторида алюминия (AlF3), который составляет в диапазоне от примерно 8 до 15 мас.% электролита, в частности, примерно от 8 до 10 мас.%, и добавки, которые могут включать фторид калия и фторид кальция в вышеупомянутых количествах.The electrolyte may consist of: from 7 to 10 wt.% Dissolved alumina; from 36 to 42 wt.% aluminum fluoride, in particular from 36 to 38 wt.%; from 39 to 43 wt.% sodium fluoride; from 3 to 10 wt.% potassium fluoride, for example, from 5 to 7 wt.%; from 2 to 4 wt.% calcium fluoride; and from 0 to 3 wt.% in the sum of one or more additional components. This corresponds to a molten electrolyte based on cryolite (Na 3 AlF 6 ) containing an excess of aluminum fluoride (AlF 3 ), which is in the range from about 8 to 15 wt.% Electrolyte, in particular from about 8 to 10 wt.%, And additives, which may include potassium fluoride and calcium fluoride in the above amounts.

Электролит может в качестве дополнительного(ых) компонента(ов) содержать по меньшей мере один фторид, выбранный из фторида магния, фторида лития, фторида цезия, фторида рубидия, фторида стронция, фторида бария и фторида церия.The electrolyte may contain at least one fluoride selected from magnesium fluoride, lithium fluoride, cesium fluoride, rubidium fluoride, strontium fluoride, barium fluoride and cerium fluoride as additional component (s).

Выгодным образом электролит содержит глинозем в концентрации вблизи насыщения на активной анодной поверхности.Advantageously, the electrolyte contains alumina in a concentration near saturation on the active anode surface.

Для того чтобы поддерживать концентрацию глинозема выше заданного порога в вышеупомянутом диапазоне во время нормального электролиза, электролизер предпочтительно оснащен средствами для контроля и регулировки содержания глинозема в электролите.In order to maintain the alumina concentration above a predetermined threshold in the above range during normal electrolysis, the electrolyzer is preferably equipped with means for monitoring and adjusting the alumina content in the electrolyte.

СоО-содержащий слой анода может быть составляющим одно целое с сердцевиной, выполненной из кобальта или кобальтового сплава. Такая сердцевина анода может быть изготовлена из тех же самых материалов, что и Со-содержащие сплавы, описанные ниже. Выгодным образом кобальтсодержащая сердцевина анода может быть отлита.The CoO-containing layer of the anode can be integral with the core made of cobalt or cobalt alloy. Such an anode core may be made of the same materials as the Co-containing alloys described below. Advantageously, the cobalt-containing core of the anode can be cast.

Альтернативно, анод содержит электропроводящую подложку, которая покрыта нанесенным электрохимически активным покрытием, которое включает в себя СоO-содержащий слой.Alternatively, the anode comprises an electrically conductive substrate that is coated with an applied electrochemically active coating that includes a CoO-containing layer.

СоО-содержащий слой может быть слоем спеченных частиц. В частности, СоО-содержащий слой может быть образован посредством нанесения слоя порошкового СоО на анод и спекания. Например, СоО-содержащий слой наносят в виде суспензии, в частности коллоидной и/или полимерной суспензии, а затем подвергают термообработке. Хорошие результаты были получены при суспендировании порошкового металлического кобальта или СоО, необязательно с добавками, такими как Та, в водном растворе, содержащем по меньшей мере один из этиленгликоля, гексанола, поливинилового спирта, поливинилацетата, полиакриловой кислоты, гидроксипропилметилцеллюлозы и полиметакрилата аммония и их смесей, с последующим нанесением на анод, например, окрашиванием или погружением, и термообработкой.The CoO-containing layer may be a layer of sintered particles. In particular, a CoO-containing layer can be formed by applying a layer of powder CoO to the anode and sintering. For example, the CoO-containing layer is applied in the form of a suspension, in particular a colloidal and / or polymer suspension, and then subjected to heat treatment. Good results were obtained by suspending powdered metal cobalt or CoO, optionally with additives such as Ta, in an aqueous solution containing at least one of ethylene glycol, hexanol, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyacrylic acid, hydroxypropyl methylcellulose and ammonium polymethacrylate, and mixtures thereof followed by application to the anode, for example, staining or immersion, and heat treatment.

СоО-содержащий слой может быть составляющим одно целое с оксидным слоем на нанесенном Со-содержащем металлическом слое покрытия.The CoO-containing layer can be integral with the oxide layer on the deposited Co-containing metal coating layer.

СоО-содержащий слой может быть образован посредством того, что на анод наносят Со-содержащий металлический слой и подвергают этот металлический слой обработке окислением с образованием СоО-содержащего слоя на металлическом слое, причем СоО-содержащий слой составляет одно целое с металлическим слоем.A CoO-containing layer can be formed by applying a Co-containing metal layer to the anode and subjecting the metal layer to oxidation to form a CoO-containing layer on the metal layer, the CoO-containing layer being integral with the metal layer.

Удобным образом обработка окислением могла быть выполнена в кислородсодержащей атмосфере, такой как воздух. Эта обработка может также быть выполнена в атмосфере, которая является богатой кислородом или состоит по существу из чистого кислорода.Conveniently, the oxidation treatment could be performed in an oxygen-containing atmosphere, such as air. This treatment can also be performed in an atmosphere that is oxygen rich or consists essentially of pure oxygen.

Также предусматривается выполнение этой обработки окислением другими средствами, например, электролитически. Однако было обнаружено, что полное образование составляющего одно целое слоя СоО не может быть достигнуто на месте (in situ) во время электролитического получения алюминия при нормальных условиях работы электролизера. Другими словами, когда такой анод предназначен для применения в электролизере для электролитического получения алюминия с неугольным анодом, работающем при обычных условиях, анод должен всегда быть помещен в электролизер с заранее сформированным составляющим одно целое оксидным слоем, содержащим преимущественно СоО.It is also contemplated to perform this oxidation treatment by other means, for example, electrolytically. However, it was found that the complete formation of a single layer of CoO cannot be achieved in situ during the electrolytic production of aluminum under normal conditions of operation of the electrolyzer. In other words, when such an anode is intended for use in an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum with a non-carbon anode operating under ordinary conditions, the anode should always be placed in the electrolyzer with a pre-formed integral oxide layer containing predominantly CoO.

Поскольку превращение Со(III) в Со(II) происходит при температуре примерно 895°C, обработка окислением должна быть выполнена выше этой температуры. Обычно обработку окислением выполняют при температуре обработки выше 895°C или 920°C, предпочтительно выше 940°C, в частности - в пределах диапазона от 950°C до 1050°C. Со-содержащий металлический слой может быть нагрет от комнатной температуры до этой температуры обработки со скоростью по меньшей мере 300°C/час, в частности по меньшей мере 450°C/час, или помещен в окружающую среду, в частности - в печь, которая предварительно нагрета до указанной температуры. Обработка окислением при этой температуре обработки может быть выполнена в течение более чем 8 или 12 часов, в частности от 16 до 48 часов. Конкретнее, когда содержание кислорода в окислительной атмосфере увеличивается, продолжительность обработки может быть уменьшена до уровня менее 8 часов, например, вплоть до 4 часов.Since the conversion of Co (III) to Co (II) occurs at a temperature of about 895 ° C, the oxidation treatment must be performed above this temperature. Typically, the oxidation treatment is carried out at a treatment temperature above 895 ° C or 920 ° C, preferably above 940 ° C, in particular within the range of 950 ° C to 1050 ° C. The co-containing metal layer can be heated from room temperature to this processing temperature at a rate of at least 300 ° C / hour, in particular at least 450 ° C / hour, or placed in an environment, in particular in a furnace, which preheated to the indicated temperature. The oxidation treatment at this processing temperature can be carried out for more than 8 or 12 hours, in particular from 16 to 48 hours. More specifically, when the oxygen content in the oxidizing atmosphere increases, the processing time can be reduced to less than 8 hours, for example up to 4 hours.

Со-содержащий металлический слой может быть дополнительно окислен во время использования. Однако основное образование СоО предпочтительно достигается перед использованием и контролируемым образом по причинам, объясненным выше.The co-containing metal layer may be further oxidized during use. However, the basic formation of CoO is preferably achieved before use and in a controlled manner for the reasons explained above.

Способ образования СоО-содержащего слоя на Со-содержащем металлическом слое может быть использован для того, чтобы сформировать СоО-содержащий слой на ранее упомянутой Со-содержащей сердцевине анода.A method of forming a CoO-containing layer on a Co-containing metal layer can be used to form a CoO-containing layer on the previously mentioned Co-containing core of the anode.

Со-содержащий металлический слой может содержать легирующие металлы для еще большего уменьшения диффузии кислорода и/или коррозии через металлический слой.The co-containing metal layer may contain alloying metals to further reduce oxygen diffusion and / or corrosion through the metal layer.

В одном варианте реализации анод содержит барьерный для кислорода слой между СоО-содержащим слоем и электропроводящей подложкой. Барьерный для кислорода слой может содержать по меньшей мере один металл, выбранный из никеля, меди, вольфрама, молибдена, тантала, ниобия и хрома, или их оксид, например, легированный кобальтом, такой как кобальтовый сплав, содержащий вольфрам, молибден, тантал и/или ниобий, в частности, сплав, содержащий по меньшей мере один из никеля, вольфрама, молибдена, тантала и ниобия в суммарном количестве от 5 до 30 мас.%, таком как от 10 до 20 мас.%; и один(одно) или более дополнительных элементов и соединений в суммарном количестве вплоть до 5 мас.%, таком как от 0,01 до 4 мас.%, причем остальное составляет кобальт. Эти дополнительные элементы могут содержать по меньшей мере один из алюминия, кремния и марганца.In one embodiment, the anode comprises an oxygen barrier layer between the CoO-containing layer and the electrically conductive substrate. The oxygen barrier layer may contain at least one metal selected from nickel, copper, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium and chromium, or their oxide, for example, alloyed with cobalt, such as a cobalt alloy containing tungsten, molybdenum, tantalum and / or niobium, in particular, an alloy containing at least one of nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and niobium in a total amount of from 5 to 30 wt.%, such as from 10 to 20 wt.%; and one (one) or more additional elements and compounds in a total amount up to 5 wt.%, such as from 0.01 to 4 wt.%, with the rest being cobalt. These additional elements may contain at least one of aluminum, silicon and manganese.

Типично, барьерный для кислорода слой и СоО-содержащий слой образуют посредством окисления поверхности нанесенного слоя из вышеупомянутого кобальтового сплава, который содержит никель, вольфрам, молибден, тантал и/или ниобий. Получающийся в результате СоО-содержащий слой преимущественно выполнен из СоО и составляет одно целое с неокисленной частью металлического кобальтового сплава, который образует барьерный для кислорода слой.Typically, the oxygen barrier layer and the CoO-containing layer form by oxidizing the surface of the deposited layer of the aforementioned cobalt alloy, which contains nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and / or niobium. The resulting CoO-containing layer is predominantly made of CoO and is integral with the non-oxidized portion of the cobalt metal alloy, which forms an oxygen-barrier layer.

Когда слой СоО составляет одно целое с кобальтовым сплавом, никель, если он присутствует, должен содержаться в сплаве в количестве вплоть до 20 мас.%, в частности, от 5 до 15 мас.%. Такое количество никеля в сплаве ведет к образованию небольшого количества оксида никеля NiO в составляющем одно целое оксидном слое в примерно тех же отношениях к кобальту, как и в металлической части, т.е. от 5 до 15 или 20 мас.%. Было установлено, что присутствие небольшого количества оксида никеля стабилизирует оксид кобальта СоО и надолго замедляет образование Со2О3 или Со3О4. Однако, когда массовое отношение никель/кобальт превышает 0,15 или 0,2, полезные химические и электрохимические свойства оксида кобальта СоО имеют тенденцию к исчезновению. Поэтому содержание никеля не должно превысить этот предел.When the CoO layer is integral with the cobalt alloy, nickel, if present, should be contained in the alloy in an amount up to 20 wt.%, In particular from 5 to 15 wt.%. Such an amount of nickel in the alloy leads to the formation of a small amount of nickel oxide NiO in the integral oxide layer in approximately the same ratio to cobalt as in the metal part, i.e. from 5 to 15 or 20 wt.%. It was found that the presence of a small amount of nickel oxide stabilizes cobalt oxide CoO and for a long time slows down the formation of Co 2 O 3 or Co 3 O 4 . However, when the nickel / cobalt weight ratio exceeds 0.15 or 0.2, the useful chemical and electrochemical properties of cobalt oxide CoO tend to disappear. Therefore, the nickel content should not exceed this limit.

Альтернативно, барьерный для кислорода слой, например, выполненный из вышеупомянутого кобальтового сплава, который содержит никель, вольфрам, молибден, тантал и/или ниобий, может быть покрыт нанесенным слоем СоО или его предшественником, как обсуждено выше. В этом случае барьерный для кислорода слой может быть нанесенным слоем или же он может быть составляющим одно целое с электропроводящей подложкой.Alternatively, an oxygen barrier layer, for example made of the aforementioned cobalt alloy, which contains nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and / or niobium, may be coated with a coated CoO layer or its precursor, as discussed above. In this case, the oxygen barrier layer may be a deposited layer or it may be integral with the electrically conductive substrate.

В другом варианте реализации Со-содержащий металлический слой состоит по существу из кобальта, в типичном случае содержит кобальт в количестве по меньшей мере 95 мас.%, в частности, более 97 мас.% или 99 мас.%.In another embodiment, the Co-containing metal layer consists essentially of cobalt, typically contains cobalt in an amount of at least 95 wt.%, In particular more than 97 wt.% Or 99 wt.%.

Необязательно, Со-содержащий металлический слой содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из кремния, никеля, марганца, ниобия, тантала и алюминия в суммарном количестве от 0,1 до 2 мас.%.Optionally, the Co-containing metal layer contains at least one additive selected from silicon, nickel, manganese, niobium, tantalum and aluminum in a total amount of from 0.1 to 2 wt.%.

Такой Со-содержащий слой может быть нанесен на барьерный для кислорода слой, который составляет одно целое с электропроводящей подложкой проточной анодной конструкции или нанесен на нее.Such a Co-containing layer can be applied to the oxygen barrier layer, which is integral with or deposited on the electrically conductive substrate of the flow-through anode structure.

Электропроводящая подложка может содержать по меньшей мере один металл, выбранный из хрома, кобальта, гафния, железа, молибдена, никеля, меди, платины, кремния, титана, вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, ванадия, иттрия и циркония, или их соединения, в частности, оксида, или их сочетания. Например, электропроводящая подложка может иметь наружную часть, выполненную из кобальта или сплава, содержащего преимущественно кобальт, на которую нанесено покрытие. Например, этот кобальтовый сплав содержит никель, вольфрам, молибден, тантал и/или ниобий, в частности, он содержит: никель, вольфрам, молибден, тантал и/или ниобий в суммарном количестве от 5 до 30 мас.%, например, от 10 до 20 мас.%; и один(одно) или более дополнительных элементов и/или соединений в суммарном количестве вплоть до 5 мас.%, остальное составляет кобальт. Эти дополнительные элементы могут содержать по меньшей мере один из алюминия, кремния и марганца. Электропроводящая подложка или ее наружная часть может содержать по меньшей мере один стойкий к окислению металл или состоять по существу из по меньшей мере одного стойкого к окислению металла, в частности, одного или более металлов, выбранных из никеля, вольфрама, молибдена, кобальта, хрома и ниобия, и, например, содержать менее чем 1, 5 или 10 мас.% в сумме других металлов и соединений металлов, в частности, оксидов. Альтернативно, электропроводящая подложка может быть выполнена из сплава никеля, железа и меди, в частности, сплава, содержащего: от 65 до 85 мас.% никеля; от 5 до 25 мас.% железа; от 1 до 20 мас.% меди; и от 0 до 10 мас.% дополнительных компонентов. Например, сплав содержит примерно: 75 мас.% никеля; 15 мас.% железа; и 10 мас.% меди.The electrically conductive substrate may contain at least one metal selected from chromium, cobalt, hafnium, iron, molybdenum, nickel, copper, platinum, silicon, titanium, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, vanadium, yttrium and zirconium, or their compounds, in particular oxide, or combinations thereof. For example, the electrically conductive substrate may have an outer part made of cobalt or an alloy containing predominantly cobalt, which is coated. For example, this cobalt alloy contains nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and / or niobium, in particular, it contains: nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and / or niobium in a total amount of from 5 to 30 wt.%, For example, from 10 up to 20 wt.%; and one (one) or more additional elements and / or compounds in a total amount of up to 5 wt.%, the rest is cobalt. These additional elements may contain at least one of aluminum, silicon and manganese. The electrically conductive substrate or its outer part may comprise at least one oxidation resistant metal or consist essentially of at least one oxidation resistant metal, in particular one or more metals selected from nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, chromium and niobium, and, for example, contain less than 1, 5 or 10 wt.% in the sum of other metals and metal compounds, in particular oxides. Alternatively, the electrically conductive substrate may be made of an alloy of nickel, iron and copper, in particular an alloy containing: from 65 to 85 wt.% Nickel; from 5 to 25 wt.% iron; from 1 to 20 wt.% copper; and from 0 to 10 wt.% additional components. For example, an alloy contains about: 75% by weight nickel; 15 wt.% Iron; and 10 wt.% copper.

Выгодным образом, СоО-содержащий слой анода, в частности, когда слой СоО составляет одно целое с нанесенным Со-содержащим металлическим слоем или телом анода, имел открытую пористость ниже 12%, такую как, например, ниже 7%.Advantageously, the CoO-containing anode layer, in particular when the CoO layer is integral with the deposited Co-containing metal layer or anode body, has an open porosity of less than 12%, such as, for example, less than 7%.

СоО-содержащий слой анода может иметь пористость со средним размером пор менее 7 микрон, в частности, менее 4 микрон. Является предпочтительным обеспечить по существу не имеющий трещин СоО-содержащий слой для того, чтобы эффективно защитить металлическую наружную часть анода, которая покрыта этим СоO-содержащим слоем.The CoO-containing anode layer may have porosity with an average pore size of less than 7 microns, in particular less than 4 microns. It is preferable to provide a substantially crack-free CoO-containing layer in order to effectively protect the metal outer portion of the anode that is coated with this CoO-containing layer.

Обычно СоО-содержащий слой содержит оксид кобальта СоО в количестве по меньшей мере 80 мас.%, в частности, более 90 мас.% или 95 мас.% или 98 мас.%.Typically, the CoO-containing layer contains cobalt oxide CoO in an amount of at least 80 wt.%, In particular more than 90 wt.% Or 95 wt.% Or 98 wt.%.

Выгодным образом, СоО-содержащий слой по существу свободен от оксида кобальта Со2О3 и по существу свободен от Со3О4 и содержит, предпочтительно, менее 3 или 1,5% этих форм оксида кобальта.Advantageously, the CoO-containing layer is substantially free of Co 2 O 3 cobalt oxide and substantially free of Co 3 O 4 and preferably contains less than 3 or 1.5% of these forms of cobalt oxide.

СоО-содержащий слой может быть электрохимически активным по отношению к окислению ионов кислорода во время использования, и в этом случае данный слой является непокрытым или покрыт проницаемым для электролита слоем.The CoO-containing layer may be electrochemically active with respect to the oxidation of oxygen ions during use, in which case this layer is uncoated or coated with an electrolyte-permeable layer.

Альтернативно, СоО-содержащий слой может быть покрыт нанесенным защитным слоем, в частности, нанесенным оксидным слоем, таким как слой, содержащий оксид кобальта и/или железа, например, феррит кобальта. Нанесенный защитный слой может содержать предварительно образованное и/или осажденное на месте соединение церия, в частности, оксифторид церия, что, например, раскрыто в вышеупомянутых патентах США 4956069, 4960494 и 5069771. Такой нанесенный защитный слой обычно является электрохимически активным по отношению к окислению ионов кислорода и является непокрытым или покрыт в свою очередь проницаемым для электролита слоем.Alternatively, the CoO-containing layer may be coated with a deposited protective layer, in particular an applied oxide layer, such as a layer containing cobalt and / or iron oxide, for example cobalt ferrite. The applied protective layer may contain a pre-formed and / or locally deposited cerium compound, in particular cerium oxyfluoride, as, for example, disclosed in the aforementioned US Pat. oxygen and is uncoated or in turn is coated with a layer permeable to electrolyte.

Электрохимически активная поверхность анода может содержать по меньшей мере одну присадку, в частности по меньшей мере одну присадку, выбранную из металлов иридия, палладия, платины, родия, рутения, кремния, вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, олова или цинка, мишметалла и металлов ряда лантаноидов, в виде металлов и соединений, в частности, оксидов, и их смесей. Присадка(и) может/могут присутствовать на поверхности анода в суммарном количестве от 0,1 до 5 мас.%, в частности, от 1 до 4 мас.%.The electrochemically active surface of the anode may contain at least one additive, in particular at least one additive selected from metals iridium, palladium, platinum, rhodium, ruthenium, silicon, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, tin or zinc, mischmetal and metals a number of lanthanides, in the form of metals and compounds, in particular oxides, and mixtures thereof. Additive (s) may / may be present on the surface of the anode in a total amount of from 0.1 to 5 wt.%, In particular, from 1 to 4 wt.%.

Такая присадка может быть электрокатализатором для благоприятствования окислению ионов кислорода на электрохимически активной поверхности анода и/или может способствовать замедлению диффузии ионов кислорода в анод.Such an additive may be an electrocatalyst to favor the oxidation of oxygen ions on the electrochemically active surface of the anode and / or may help slow the diffusion of oxygen ions into the anode.

Присадка может быть добавлена к материалу-предшественнику, который наносится для образования активной поверхности, или же она может быть нанесена уже на активную поверхность в виде тонкой пленки, например, посредством плазменного напыления или нанесения суспензии, и внедрена в эту поверхность посредством термической обработки.The additive can be added to the precursor material, which is applied to form an active surface, or it can already be applied to the active surface in the form of a thin film, for example, by plasma spraying or applying a suspension, and incorporated into this surface by heat treatment.

Электролизер может иметь катод, который имеет смачиваемую алюминием поверхность, в частности горизонтальную или наклонную дренированную поверхность. Эта поверхность может быть образована смачиваемым алюминием материалом, который содержит огнеупорный борид и/или способствующий смачиванию алюминием оксид. Примеры таких материалов раскрыты в WO 01/42168, WO 01/42531, WO 02/070783, WO 02/096830 и WO 02/096831 (все на имя MOLTECH).The cell may have a cathode that has an aluminum wettable surface, in particular a horizontal or inclined drained surface. This surface can be formed by a wettable aluminum material that contains refractory boride and / or an oxide wetting aid. Examples of such materials are disclosed in WO 01/42168, WO 01/42531, WO 02/070783, WO 02/096830 and WO 02/096831 (all in the name of MOLTECH).

Анод может быть подвешен в электролите посредством стержня, в частности, стержня, имеющего наружную часть, содержащую слой, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО.The anode can be suspended in the electrolyte by means of a rod, in particular, a rod having an outer part containing a layer that contains mainly cobalt oxide CoO.

Другой аспект изобретения относится к способу электролитического получения алюминия в таком электролизере, как описанный выше. Способ включает в себя электролиз растворенного глинозема с получением кислорода на аноде и алюминий на катоде и подачу глинозема в электролит для поддержания в нем концентрации растворенного глинозема от 6,5 до 11 мас.%, в частности, от 7 до 10 мас.%.Another aspect of the invention relates to a method for the electrolytic production of aluminum in such an electrolyzer as described above. The method includes electrolysis of dissolved alumina to produce oxygen at the anode and aluminum at the cathode and feeding alumina to the electrolyte to maintain dissolved alumina in it from 6.5 to 11 wt.%, In particular from 7 to 10 wt.%.

Ионы кислорода могут быть окислены на СоО-содержащем слое анода, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО, и/или, при его наличии, на активном слое, нанесенном на слой СоО анода, причем слой СоО замедляет окисление и/или коррозию металлической наружной части анода.Oxygen ions can be oxidized on the CoO-containing layer of the anode, which mainly contains cobalt oxide CoO, and / or, if present, on the active layer deposited on the CoO layer of the anode, the CoO layer slowing down the oxidation and / or corrosion of the metal outer part of the anode .

Изобретение также относится к неугольному аноду на металлической основе для электролитического получения алюминия из глинозема, растворенного во фторидсодержащем расплавленном электролите. Этот анод содержит электропроводящую металлическую конструкцию, которая содержит наружную часть с электрохимически активной анодной поверхностью, на которой анодно выделяется кислород и которая во время использования подвешена в электролите по существу параллельно обращенному к ней катоду. Эта металлическая конструкция имеет одно или более проточных отверстий, простирающихся от активной анодной поверхности через металлическую конструкцию. Это(и) проточное(ые) отверстие(я) выполнено(ы) с возможностью направления во время использования циркуляции электролита, приводимого в движение быстрым выходом анодно выделяющегося кислорода. Наружная часть анода содержит вышеупомянутый слой, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО для повышения устойчивости анода. Этот анод может обладать любым из вышеописанных признаков анода или их сочетанием.The invention also relates to a metal-based non-carbon anode for the electrolytic production of aluminum from alumina dissolved in a fluoride-containing molten electrolyte. This anode contains an electrically conductive metal structure that contains an outer part with an electrochemically active anode surface on which oxygen is anode released and which, during use, is suspended in the electrolyte substantially parallel to the cathode facing it. This metal structure has one or more flow openings extending from the active anode surface through the metal structure. This (and) flow-through (s) hole (s) is made (s) with the possibility of directing during use the circulation of the electrolyte, set in motion by the rapid release of anodically released oxygen. The outer part of the anode contains the aforementioned layer, which mainly contains cobalt oxide CoO to increase the stability of the anode. This anode may have any of the above features of the anode or a combination thereof.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение будет теперь описано со ссылкой на схематические чертежи, на которых:The invention will now be described with reference to schematic drawings in which:

Фиг. 1а и 1b показывают соответственно вид сбоку и вид сверху анода согласно изобретению;FIG. 1a and 1b show, respectively, a side view and a top view of the anode according to the invention;

Фиг. 2a и 2b показывают соответственно вид сбоку и вид сверху другого анода согласно изобретению;FIG. 2a and 2b show, respectively, a side view and a top view of another anode according to the invention;

Фиг. 3, 4, 5 и 6 показывают виды сбоку вариантов анода, показанного на Фиг.1а и 1b;FIG. 3, 4, 5 and 6 show side views of variants of the anode shown in FIGS. 1a and 1b;

Фиг. 7 и 8 показывают поперечные сечения состоящих из нескольких деталей анодных элементов согласно изобретению;FIG. 7 and 8 show cross-sections of several parts of the anode elements according to the invention;

Фиг.9 показывает электролизер для электролитического получения алюминия, работающий с анодами согласно изобретению, снабженными направляющими электролит элементами;Fig.9 shows an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum, working with the anodes according to the invention, equipped with guiding electrolyte elements;

Фиг. 10, 11 и 12 представляют собой увеличенные виды деталей вариантов направляющих электролит элементов, показанных на Фиг.9, Фиг.10, иллюстрирующие работу электролизера;FIG. 10, 11 and 12 are enlarged views of parts of variants of electrolyte guiding elements shown in FIG. 9, FIG. 10, illustrating the operation of the electrolyzer;

Фиг.13 представляет собой поперечное сечение другого анода согласно изобретению с направляющими электролит элементами, из которых показан только один;13 is a cross section of another anode according to the invention with electrolyte guiding elements, of which only one is shown;

Фиг.14 показывает вид сверху половины сборки нескольких направляющих электролит элементов, подобных показанному на Фиг.13;Fig. 14 shows a top view of a half assembly of several electrolyte guiding elements similar to that shown in Fig. 13;

Фиг.15 представляет собой вид сверху анода, показанного на Фиг.13, с половиной сборки направляющих электролит элементов, которая показана на Фиг.14; иFig is a top view of the anode shown in Fig, with half the assembly of the guiding electrolyte elements, which is shown in Fig; and

Фиг.16 представляет собой вид сверху варианта анода по Фиг.15.Fig.16 is a top view of a variant of the anode of Fig.15.

Подробное описаниеDetailed description

Фиг.1а и 1b схематически показывают анод 10 электролизера для электролитического получения алюминия согласно изобретению.Figa and 1b schematically show the anode 10 of the electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum according to the invention.

Анод 10 содержит вертикальный токоподвод 11 для подсоединения анода к положительной электрической шине, поперечину 12 и пару поперечных соединительных элементов 13 для соединения ряда анодных элементов 15.The anode 10 comprises a vertical current lead 11 for connecting the anode to the positive busbar, a cross member 12 and a pair of transverse connecting elements 13 for connecting a number of anode elements 15.

Анодные элементы 15 имеют электрохимически активную нижнюю поверхность 16, где во время работы электролизера анодно выделяется кислород. Анодные элементы 15 имеют форму параллельных стержней в копланарном расположении, отделенных друг от друга в боковом направлении межэлементными зазорами 17. Межэлементные зазоры 17 составляют проточные отверстия для циркуляции электролита и выхода анодно выделяющегося газа, высвобождающегося на электрохимически активных поверхностях 16.The anode elements 15 have an electrochemically active lower surface 16, where oxygen is generated anode anode during the operation of the cell. The anode elements 15 are in the form of parallel rods in a coplanar arrangement, laterally separated by inter-element gaps 17. The inter-element gaps 17 constitute flow openings for the circulation of the electrolyte and the release of the anode released gas released on the electrochemically active surfaces 16.

Анодные элементы 15 соединены в поперечном направлении парой поперечных соединительных элементов 13, которые в свою очередь соединены вместе поперечиной 12, на которой смонтирован вертикальный токоподвод 11. Токоподвод 11, поперечина 12, поперечные соединительные элементы 13 и анодные элементы 15 механически соединены вместе посредством сварки, заклепок или других средств.The anode elements 15 are connected in the transverse direction by a pair of transverse connecting elements 13, which in turn are connected together by a cross member 12 on which a vertical current lead 11 is mounted. The current lead 11, the cross member 12, the transverse connecting elements 13 and the anode elements 15 are mechanically connected together by welding, rivets or other means.

В соответствии с изобретением электрохимически активная поверхность 16 анодных элементов 15 образована наружной частью, которая содержит слой, содержащий преимущественно СоО. Этот слой СоО может образовать электрохимически активную поверхность 16 и непосредственно подвергаться воздействию электролита во время использования, или же слой СоО может быть покрыт дополнительным слоем, например, слоем, содержащим преимущественно соединение церия, такое как оксифторид церия.In accordance with the invention, the electrochemically active surface 16 of the anode elements 15 is formed by the outer part, which contains a layer containing mainly CoO. This CoO layer may form an electrochemically active surface 16 and be directly exposed to the electrolyte during use, or the CoO layer may be coated with an additional layer, for example, a layer containing predominantly a cerium compound such as cerium oxyfluoride.

Поперечина 12 и поперечные соединительные элементы 13 выполнены и размещены поверх анодных элементов 15 так, чтобы обеспечить по существу равномерное распределение тока через анодные элементы 15 к их электрохимически активным поверхностям 16. Токоподвод 11, поперечина 12 и поперечные соединительные элементы 13 необязательно должны быть электрохимически активными, и их поверхность может пассивироваться при воздействии электролита. Однако они должны хорошо проводить электричество, чтобы избежать ненужных падений напряжения, и не должны существенно растворяться в электролите. Электрохимически неактивные токопроводящие элементы (11, 12, 13) могут иметь наружную часть с защитным слоем, содержащим преимущественно СоО.The cross member 12 and the transverse connecting elements 13 are made and placed on top of the anode elements 15 so as to ensure a substantially uniform distribution of current through the anode elements 15 to their electrochemically active surfaces 16. The current lead 11, the cross member 12 and the transverse connecting elements 13 need not be electrochemically active, and their surface can be passivated by exposure to an electrolyte. However, they must conduct electricity well to avoid unnecessary voltage drops, and should not dissolve significantly in the electrolyte. Electrochemically inactive conductive elements (11, 12, 13) can have an outer part with a protective layer containing mainly CoO.

Фиг.2a и 2b схематически показывают вариант анода 10, показанного на Фиг.1а и 1b.Figa and 2b schematically show a variant of the anode 10 shown in Figa and 1b.

Вместо наличия поперечных соединительных элементов 13, поперечины 12 и токоподвода 11 для механического и электрического соединения анодных элементов 15 с положительной электрической шиной, как проиллюстрировано на Фиг. 1а и 1b, анод 10, показанный на Фиг. 2a и 2b, имеет пару литых или профилированных опорных элементов 14, выполняющих ту же самую функцию. Каждый литой опорный элемент 14 содержит нижнюю горизонтально простирающуюся лапу 14а для электрического и механического соединения анодных элементов 15, стержень 14b для соединения анода 10 с положительной электрической шиной и пару боковых усиливающих фланцев 14c между горизонтально простирающейся лапой 14а и стержнем 14b.Instead of having transverse connecting elements 13, a cross member 12, and a current lead 11 for mechanically and electrically connecting the anode elements 15 to a positive busbar, as illustrated in FIG. 1a and 1b, the anode 10 shown in FIG. 2a and 2b, has a pair of cast or profiled support elements 14 that perform the same function. Each cast support element 14 comprises a lower horizontally extending leg 14a for electrically and mechanically connecting the anode elements 15, a rod 14b for connecting the anode 10 to the positive busbar, and a pair of side reinforcing flanges 14c between the horizontally extending leg 14a and the rod 14b.

Анодные элементы 15 могут быть прикреплены посредством тугой посадки или приваривания к горизонтальной лапе 14а. В качестве альтернативы, форма анодных элементов 15 и соответствующих принимающих пазов в лапе 14а может быть такой, чтобы обеспечить возможность только продольных перемещений анодных элементов. Например, анодные элементы 15 и лапа 14а могут быть соединены посредством соединений типа «ласточкин хвост».Anode elements 15 can be attached by tight fit or welding to a horizontal foot 14a. Alternatively, the shape of the anode elements 15 and the corresponding receiving grooves in the paw 14a may be such that only longitudinal movements of the anode elements are possible. For example, the anode elements 15 and the paw 14a can be connected via dovetail connections.

Фиг. 3-6 показывают ряд анодов 10 согласно изобретению, которые подобны аноду 10, показанному на Фиг. 1а и 1b. Однако поперечные сечения анодных элементов 15 анодов 10, показанных на Фиг. 3-6, отличаются от круглого поперечного сечения анодных элементов 15, показанных на Фиг. 1а и 1b.FIG. 3-6 show a series of anodes 10 according to the invention, which are similar to the anode 10 shown in FIG. 1a and 1b. However, the cross sections of the anode elements 15 of the anodes 10 shown in FIG. 3-6 differ from the circular cross section of the anode elements 15 shown in FIG. 1a and 1b.

Анодные элементы 15 анода, показанного на Фиг.3, имеют в поперечном сечении в целом полукруглую верхнюю часть и плоское основание, которое образует электрохимически активную поверхность 16 каждого анодного элемента 15.The anode elements 15 of the anode shown in FIG. 3 have, in cross section, a generally semicircular upper part and a flat base that forms the electrochemically active surface 16 of each anode element 15.

Фиг.4 иллюстрирует анодные элементы 15 в форме прутков, которые имеют поперечное сечение в целом колоколообразной или грушеобразной формы. Электрохимически активная поверхность 16 таких анодных элементов 10 размещена вдоль основания этой колоколообразной или грушеобразной формы.FIG. 4 illustrates bar-shaped anode elements 15 that have a cross section of a generally bell-shaped or pear-shaped shape. The electrochemically active surface 16 of such anode elements 10 is placed along the base of this bell-shaped or pear-shaped shape.

Анодные элементы 15, показанные на Фиг.5, представляют собой прутки, имеющие в целом прямоугольное поперечное сечение. Электрохимически активная поверхность 16 размещена вдоль нижней узкой стороны прутка.The anode elements 15 shown in FIG. 5 are rods having a generally rectangular cross section. The electrochemically active surface 16 is placed along the lower narrow side of the bar.

Фиг. 6 и 7 показывают анод 10, имеющий сборные, состоящие из нескольких деталей анодные элементы 15, содержащие первый элемент 15b, поддерживающий электрохимически активный второй элемент 15a. Электрохимически активный элемент 15a имеет электрохимически активную поверхность 16 и соединен вдоль всей своей длины с хорошо проводящим электричество опорным элементом 15b посредством промежуточного соединительного элемента 15c, такого как, например, фланец.FIG. 6 and 7 show an anode 10 having prefabricated, multi-piece anode elements 15 comprising a first element 15b supporting an electrochemically active second element 15a. The electrochemically active element 15a has an electrochemically active surface 16 and is connected along its entire length to the electrically conductive supporting element 15b via an intermediate connecting element 15c, such as, for example, a flange.

Фиг.7 показывает увеличенный вид сборного анодного элемента 15 по Фиг.6, содержащего в целом цилиндрический электрохимически активный элемент 15a с электрохимически активной поверхностью 16, в целом цилиндрический электропроводящий опорный элемент 15b и промежуточный соединительный элемент или фланец 15c, электрически и механически соединяющий опорный элемент 15b с электрохимически активным элементом 15a. Альтернативно, соединительный элемент 15c может быть выступом либо электрохимически активного элемента 15a, либо опорного элемента 15b, как показано на Фиг.8.Fig. 7 shows an enlarged view of the assembled anode element 15 of Fig. 6, containing a generally cylindrical electrochemically active element 15a with an electrochemically active surface 16, a generally cylindrical electrically conductive support element 15b and an intermediate connecting element or flange 15c, electrically and mechanically connecting the supporting element 15b with an electrochemically active element 15a. Alternatively, the connecting element 15c may be a protrusion of either the electrochemically active element 15a or the supporting element 15b, as shown in Fig. 8.

Промежуточный соединительный элемент 15c, показанный на Фиг.7, может быть соединен с электрохимически активным элементом 15a и с опорным элементом 15b посредством тугой посадки или сварки. Однако эти части могут быть механически соединены посредством обеспечения подходящей геометрии соединительных элементов 15c и соответствующих приемных пазов электрохимически активного элемента 15a и опорного элемента 15b, например, с соединениями типа «ласточкин хвост».The intermediate connecting element 15c shown in FIG. 7 can be connected to the electrochemically active element 15a and to the supporting element 15b by means of a tight fit or welding. However, these parts can be mechanically connected by providing a suitable geometry of the connecting elements 15c and the corresponding receiving grooves of the electrochemically active element 15a and the supporting element 15b, for example, with dovetail connections.

В соответствии с изобретением электрохимически активный элемент 15a, показанный на Фиг. 7 и 8, имеет наружную часть, которая содержит слой, содержащий преимущественно СоО. Как упомянуто выше, этот слой СоО может образовать электрохимически активную поверхность 16 и непосредственно подвергаться воздействию электролита во время использования, или же слой СоО может быть покрыт дополнительным слоем, например, слоем, содержащим преимущественно соединение церия, такое как оксифторид церия.According to the invention, the electrochemically active element 15a shown in FIG. 7 and 8, has an outer part, which contains a layer containing predominantly CoO. As mentioned above, this CoO layer can form an electrochemically active surface 16 and be directly exposed to the electrolyte during use, or the CoO layer can be coated with an additional layer, for example, a layer containing mainly a cerium compound, such as cerium oxyfluoride.

Опорный элемент 15b, показанный на Фиг.7 и 8, и соединительный элемент 15c, показанный на Фиг.7, являются предпочтительно высоко проводящими и могут содержать металлическую сердцевину, например, из никеля, покрытую слоем окисленного кобальта (имеющего поверхность на основе СоО).The support member 15b shown in FIGS. 7 and 8 and the connecting member 15c shown in FIG. 7 are preferably highly conductive and may contain a metal core, for example, nickel, coated with a layer of oxidized cobalt (having a CoO based surface).

Фиг.9 показывает электролизер для электролитического получения алюминия согласно изобретению, имеющий ряд в целом горизонтальных анодов 10, которые являются подобными тем, которые показаны на Фиг. 1а и 1b, погруженных в электролит 30. Аноды 10 обращены к горизонтальной катодной подине 20 электролизера, соединенной с отрицательной электрической шиной посредством токопроводящих стержней 21. Катодная подина 20 электролизера изготовлена из проводящего материала, такого как графит или другой углеродистый материал, покрытого смачиваемым алюминием огнеупорным катодным покрытием 22, на котором получается алюминий 35 и с которого он стекает или на котором он образует неглубокую (мелкую) ванну, глубокую ванну или стабилизированную ванну. Полученный расплавленный алюминий 35 отделен от обращенных к нему анодов 10 междуполюсным зазором.FIG. 9 shows an electrolytic cell for electrolytically producing aluminum according to the invention, having a series of generally horizontal anodes 10, which are similar to those shown in FIG. 1a and 1b immersed in the electrolyte 30. The anodes 10 face the horizontal cathode bottom 20 of the cell connected to the negative busbar by conductive rods 21. The cathode bottom 20 of the cell is made of a conductive material such as graphite or other carbon material coated with a wettable aluminum refractory a cathode coating 22, on which aluminum 35 is obtained and from which it flows or on which it forms a shallow (shallow) bath, a deep bath or a stabilized bath. The obtained molten aluminum 35 is separated from the anodes 10 facing it by an interpolar gap.

Пары анодов 10 соединены с положительной электрической шиной через первичный вертикальный токоподвод 11' и горизонтальный токораспределитель 11", соединенный на обоих своих концах с перфорированным анодом 10 через вторичный вертикальный токораспределитель 11"'.The pairs of anodes 10 are connected to the positive busbar through a primary vertical current lead 11 'and a horizontal current distributor 11 "connected at both ends with a perforated anode 10 through a secondary vertical current distributor 11".

Вторичный вертикальный токораспределитель 11"' смонтирован на анодной конструкции 12, 13, 15 на поперечине 12, которая в свою очередь соединена с парой поперечных соединительных элементов 13 для подсоединения ряда анодных элементов 15. Токоподводы 11', 11" и 11"', поперечина 12, поперечные соединительные элементы 13 и анодные элементы 15 механически скреплены вместе сваркой, заклепками или другими средствами.The secondary vertical current distributor 11 ″ is mounted on the anode structure 12, 13, 15 on the cross member 12, which in turn is connected to a pair of transverse connecting elements 13 for connecting a series of anode elements 15. Current leads 11 ′, 11 ″ and 11 ″, cross member 12 , transverse connecting elements 13 and anode elements 15 are mechanically fastened together by welding, rivets or other means.

Анодные элементы 15 имеют электрохимически активную нижнюю поверхность 16, на которой во время работы электролизера анодно выделяется кислород. Анодные элементы 15 выполнены в форме параллельных прутков в «перфорированном» копланарном расположении, отделенных в боковом направлении друг от друга межэлементными зазорами 17. Межэлементные зазоры 17 образуют проточные отверстия для циркуляции электролита и выхода анодно выделяющегося газа с электрохимически активных поверхностей 16.The anode elements 15 have an electrochemically active lower surface 16, on which oxygen is anode emitted during operation of the electrolyzer. The anode elements 15 are made in the form of parallel rods in a “perforated” coplanar arrangement, separated laterally from each other by inter-element gaps 17. The inter-cell gaps 17 form flow openings for circulation of the electrolyte and the release of anode released gas from electrochemically active surfaces 16.

Поперечина 12 и поперечные соединительные элементы 13 обеспечивают по существу равномерное распределение тока по анодным элементам 15 к их электрохимически активным поверхностям 16. Токоподвод 11, поперечина 12 и поперечные соединительные элементы 13 необязательно должны быть электрохимически активными, и их поверхность может пассивироваться при воздействии электролита. Однако они должны хорошо проводить электричество, чтобы избежать ненужных падений напряжения, и не должны в существенной степени растворяться в расплавленном электролите.The cross member 12 and the transverse connecting elements 13 provide a substantially uniform distribution of current across the anode elements 15 to their electrochemically active surfaces 16. The current lead 11, the cross member 12 and the transverse connecting elements 13 need not be electrochemically active, and their surface can be passivated by the action of an electrolyte. However, they must conduct electricity well in order to avoid unnecessary voltage drops, and should not substantially dissolve in the molten electrolyte.

В соответствии с изобретением активная поверхность 16 анодных элементов 15 может быть выполнена на основе СоО.In accordance with the invention, the active surface 16 of the anode elements 15 can be made based on CoO.

Эта поверхность на основе СоО может простираться по всем погруженным деталям 11"', 12, 13, 15 анода 10, в частности, по погруженной части вторичного вертикального токораспределителя 11"', который предпочтительно покрыт слоем на основе СоО, по меньшей мере, вплоть до 10 см над поверхностью электролита 30.This CoO-based surface can extend over all the immersed parts 11 ″, 12, 13, 15 of the anode 10, in particular along the immersed portion of the secondary vertical current distributor 11 ″, which is preferably coated with a CoO-based layer, at least up to 10 cm above the surface of the electrolyte 30.

Аноды 10 дополнительно оснащены средствами для повышения растворения подаваемого глинозема в форме направляющих электролит элементов 5, образованных из параллельных, отделенных друг от друга наклонных дефлекторов 5, расположенных выше и примыкающих к перфорированной анодной конструкции 12, 13, 15. Дефлекторы 5 обеспечивают верхние сходящиеся вниз поверхности 6 и нижние сходящиеся вверх поверхности 7, которые отражают газообразный кислород, который производится на аноде под электрохимически активной поверхностью 16 анодных элементов 15 и который выходит между межэлементными зазорами 17 через перфорированную анодную конструкцию 12, 13, 15. Кислород, высвобождающийся над дефлекторами 5, стимулирует растворение глинозема, подаваемого в электролит 30 над сходящимися вниз поверхностями 6. Дополнительные подробности таких дефлекторов раскрыты в вышеупомянутых WO 00/40781 и WO 00/40782.The anodes 10 are additionally equipped with means for increasing the dissolution of the supplied alumina in the form of electrolyte guiding elements 5 formed from parallel, separated from each other inclined deflectors 5 located above and adjacent to the perforated anode structure 12, 13, 15. The deflectors 5 provide upper downward converging surfaces 6 and lower upward converging surfaces 7, which reflect gaseous oxygen, which is produced on the anode under the electrochemically active surface 16 of the anode elements 15 and the cat the ore exits between the inter-element gaps 17 through the perforated anode structure 12, 13, 15. The oxygen released above the deflectors 5 stimulates the dissolution of the alumina supplied to the electrolyte 30 above the downwardly facing surfaces 6. Further details of such deflectors are disclosed in the aforementioned WO 00/40781 and WO 00/40782.

Смачиваемое алюминием катодное покрытие 22 электролизера, показанного на Фиг.9, может выгодным образом представлять собой нанесенное из суспензии огнеупорное твердосплавное покрытие, которое раскрыто в WO 01/42534 (de Nora/Durus), WO 01/42531 (Nguyen/Durus/de Nora) и WO 02/096831 (Nguyen/de Nora).The aluminum-wettable cathode coating 22 of the electrolyzer shown in FIG. 9 can advantageously be a suspension refractory carbide coating which is disclosed in WO 01/42534 (de Nora / Durus), WO 01/42531 (Nguyen / Durus / de Nora ) and WO 02/096831 (Nguyen / de Nora).

Во время работы электролизера глинозем подают в электролит 30 на всем протяжении дефлекторов 5 и металлической анодной конструкции 12, 13, 15. Подаваемый глинозем растворяется и распределяется от нижнего конца сходящихся поверхностей 6 в междуполюсный зазор через межэлементные зазоры 17 и вокруг краев металлической анодной конструкции 12, 13, 15, т.е. между соседними парами анодов 10 или между периферийными анодами 10 и боковыми стенками 25. При пропускании электрического тока между анодами 10 и обращенной к ним катодной подиной 20 электролизера на электрохимически активных анодных поверхностях 16 выделяется кислород, и при этом производится алюминий, который объединяется с катодным расплавленным алюминием 35. Кислород, выделившийся на активных поверхностях 16, выходит через межэлементные зазоры 17 и отражается сходящимися вверх поверхностями 7 дефлекторов 5. Кислород выходит от самых верхних концов сходящихся вверх поверхностей 7, повышая растворение глинозема, подаваемого над сходящимися вниз поверхностями 6.During operation of the electrolyzer, the alumina is fed into the electrolyte 30 along the entire length of the deflectors 5 and the metal anode structure 12, 13, 15. The supplied alumina dissolves and is distributed from the lower end of the converging surfaces 6 into the interpolar gap through the gap elements 17 and around the edges of the metal anode structure 12, 13, 15, i.e. between adjacent pairs of anodes 10 or between peripheral anodes 10 and side walls 25. When electric current is passed between the anodes 10 and the cathode bottom 20 of the electrolyzer facing them, oxygen is released on the electrochemically active anode surfaces 16, and aluminum is produced, which combines with the molten cathode aluminum 35. Oxygen released on the active surfaces 16 exits through the inter-element gaps 17 and is reflected by the upwardly facing surfaces 7 of the deflectors 5. Oxygen exits from the uppermost x ends up converging surfaces 7 enhancing dissolution of alumina fed above the downward converging surfaces 6.

Электролизеры для электролитического получения алюминия, частично показанные на Фиг. 10, 11 и 12, подобны электролизеру для электролитического получения алюминия, показанному на Фиг.9.Electrolytic cells for the electrolytic production of aluminum, partially shown in FIG. 10, 11 and 12, are similar to the electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum, shown in Fig.9.

На Фиг.10 направляющие элементы представляют собой наклонные дефлекторы 5, как показано на Фиг.9. В этом примере самый верхний конец каждого дефлектора 5 размещен чуть выше середины высоты между поверхностью электролита 30 и поперечными соединительными элементами 13.In figure 10, the guide elements are inclined deflectors 5, as shown in figure 9. In this example, the uppermost end of each deflector 5 is placed just above the middle of the height between the surface of the electrolyte 30 and the transverse connecting elements 13.

Также показанная на Фиг.10 циркуляция 31 электролита создается посредством выхода газа, который высвобождается с активных поверхностей 16 анодных элементов 15 между межэлементными зазорами 17 и который отражается сходящимися вверх поверхностями 7 дефлекторов 5, ограничивающих поток газа и электролита между их самыми верхними кромками. От самых верхних кромок дефлекторов 5 анодно выделяющийся газ выходит к поверхности электролита 30, тогда как циркуляция 31 электролита протекает вниз по сходящимся вниз поверхностям 6 через межэлементные зазоры и вокруг краев металлической анодной конструкции 12, 13, 15, чтобы компенсировать разрежение, создаваемое анодно высвобождающимся газом под активными поверхностями 17 анодных элементов 15. Циркуляция 31 электролита втягивает вниз в междуполюсный зазор растворяющиеся частицы 32 глинозема, которые подают над сходящимися вниз поверхностями 6.Also shown in FIG. 10, electrolyte circulation 31 is generated by a gas outlet that is released from the active surfaces 16 of the anode elements 15 between the gap elements 17 and which is reflected by the upwardly facing surfaces 7 of the deflectors 5, restricting the gas and electrolyte flow between their uppermost edges. From the uppermost edges of the deflectors 5, the anode-released gas exits to the surface of the electrolyte 30, while the circulation of the electrolyte 31 flows downward along the converging surfaces 6 through the gap elements and around the edges of the metal anode structure 12, 13, 15, to compensate for the vacuum created by the anode-released gas under the active surfaces 17 of the anode elements 15. The circulation 31 of the electrolyte draws down into the pole gap the dissolving alumina particles 32, which are fed over the converging surface mi 6.

Фиг.11 показывает часть электролизера для электролитического получения алюминия с дефлекторами 5, действующими в качестве направляющих электролит элементов подобно тем, которые показаны в электролизере по Фиг.9, но поверхности которых сходятся только частично. Нижние секции 4 дефлекторов 5 являются вертикальными и параллельными друг другу, тогда как их верхние секции имеют сходящиеся вверх и вниз поверхности 6, 7. Самые верхние концы дефлекторов 5 размещены ниже поверхности электролита 30, но близко к ней, чтобы увеличить турбулентность на поверхности электролита, вызванную высвобождением анодно выделяющегося газа.11 shows a portion of an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum with deflectors 5 acting as electrolyte guiding elements similar to those shown in the electrolytic cell of FIG. 9, but whose surfaces converge only partially. The lower sections 4 of the deflectors 5 are vertical and parallel to each other, while their upper sections have upward and downward converging surfaces 6, 7. The uppermost ends of the deflectors 5 are located below the surface of the electrolyte 30, but close to it, to increase turbulence on the surface of the electrolyte, caused by the release of anodic gas.

Фиг.12 показывает вариант дефлекторов, показанных на Фиг.11, в которых параллельные вертикальные секции 4 размещены выше сходящихся поверхностей 6, 7.Fig. 12 shows a variant of the deflectors shown in Fig. 11, in which parallel vertical sections 4 are placed above the converging surfaces 6, 7.

Посредством направления и принуждения анодно выделяющегося кислорода двигаясь к поверхности электролита 30 с помощью дефлекторов или других ограничивающих средств, как показано на Фиг.11 и 12, кислород высвобождается столь близко к поверхности, чтобы создать турбулентность над сходящимися вниз поверхностями 6, стимулируя растворение глинозема, подаваемого сверху.By directing and forcing the anodically released oxygen to move to the surface of the electrolyte 30 using deflectors or other restrictive means, as shown in FIGS. 11 and 12, oxygen is released so close to the surface as to create turbulence over the downwardly facing surfaces 6, thereby stimulating the dissolution of the alumina supplied from above.

Понятно, что ограничивающие электролит элементы 5, показанные на Фиг.9, 10, 11 и 12, могут быть либо удлиненными дефлекторами, либо, вместо этого, могут состоять из ряда вертикальных «вытяжных» проемов воронок круглого или многоугольного поперечного сечения, например, как описано ниже.It is understood that the electrolyte-limiting elements 5 shown in FIGS. 9, 10, 11 and 12 can either be elongated deflectors or, instead, can consist of a series of vertical “exhaust” openings of funnels of round or polygonal cross section, for example, as described below.

Фиг.13 и 15 иллюстрируют анод 10', имеющий круглое основание (подошву), причем анод 10' показан в поперечном сечении на Фиг.13 и сверху на Фиг.15. С правой стороны на Фиг.13 и 15 анод 10' показан с направляющими электролит элементами 5'. Направляющие электролит элементы 5', представленные на Фиг.15, показаны отдельно на Фиг.14.13 and 15 illustrate the anode 10 ′ having a circular base (sole), wherein the anode 10 ′ is shown in cross section in FIG. 13 and from above in FIG. 15. On the right side in FIGS. 13 and 15, the anode 10 ′ is shown with electrolyte guiding elements 5 ′. The electrolyte guiding elements 5 ′ shown in FIG. 15 are shown separately in FIG. 14.

Анод 10', показанный на Фиг.13 и 15, имеет несколько концентрических круглых анодных элементов 15. Эти анодные элементы 15 отделены друг от друга в боковом направлении межэлементными зазорами 17 и соединены вместе посредством радиальных соединительных элементов в форме фланцев 13, которые соединяются с наружным кольцом 13'. Наружное кольцо 13' простирается вертикально вверх от наиболее внешних анодных элементов 15, как показано на Фиг.13, образуя с радиальными фланцами 13 колесообразную конструкцию 13, 13', показанную на Фиг.15, которая прикрепляет анодные элементы 15 к центральному анодному токоподводу 11.The anode 10 ′ shown in FIGS. 13 and 15 has several concentric circular anode elements 15. These anode elements 15 are laterally separated by inter-element gaps 17 and connected together by radial connecting elements in the form of flanges 13 that are connected to the outer ring 13 '. The outer ring 13 'extends vertically upward from the outermost anode elements 15, as shown in Fig. 13, forming with the radial flanges 13 the wheel-shaped structure 13, 13' shown in Fig. 15, which attaches the anode elements 15 to the central anode current lead 11.

Как показано на Фиг.13, самый внутренний круглый анодный элемент 15 частично объединяется с токоподводом 11, причем между самым внутренним круглым анодным элементом 15 и токоподводом 11 проходят каналы 18 с тем, чтобы обеспечить возможность выхода кислорода, произведенного ниже под центральным токоподводом 11.As shown in FIG. 13, the innermost circular anode element 15 is partially integrated with the current lead 11, with channels 18 extending between the innermost circular anode element 15 and the current lead 11 so as to allow oxygen produced below under the central current lead 11 to escape.

Каждый направляющий электролит элемент 5' имеет в целом форму воронки, имеющей широкое донное отверстие 9 для приема анодно произведенного кислорода и узкое верхнее отверстие 8, где высвобождается кислород, стимулируя растворение глинозема, подаваемого поверх направляющего электролит элемента 5'. Внутренняя поверхность 7 направляющего электролит элемента 5' расположена так, чтобы канализировать и стимулировать восходящий поток электролита, приводимого в движение анодно произведенным кислородом. Наружная поверхность 6 направляющего электролит элемента 5' расположена так, чтобы стимулировать растворение подаваемого сверху глинозема и направлять богатый глиноземом электролит вниз в междуполюсный зазор, причем электролит течет главным образом вокруг перфорированной конструкции.Each electrolyte guide element 5 'has a generally funnel shape having a wide bottom hole 9 for receiving anodically produced oxygen and a narrow upper hole 8 where oxygen is released, thereby dissolving the alumina fed over the electrolyte guide element 5'. The inner surface 7 of the electrolyte guiding element 5 'is positioned to channel and stimulate an upward flow of electrolyte driven by anodically produced oxygen. The outer surface 6 of the electrolyte-guiding element 5 ′ is positioned to stimulate the dissolution of the alumina fed from above and to direct the alumina-rich electrolyte down into the interpolar gap, the electrolyte flowing mainly around the perforated structure.

Как показано на Фиг.14 и 15, направляющие электролит элементы 5' находятся в круговом расположении, причем показана только половина этого расположения. Направляющие электролит элементы 5' в боковом направлении прикреплены друг к другу крепежными приспособлениями 3 и расположены так, чтобы удерживаться поверх анодных элементов 15, причем эти крепежные приспособления 3 помещены, например, на фланцах 13, как показано на Фиг.15, или закреплены, как это требуется. Каждый направляющий электролит элемент 5' помещен в круговой сектор, образованный двумя соседними радиальными фланцами 13 и дугой наружного кольца 13', как показано на Фиг.15.As shown in FIGS. 14 and 15, the electrolyte guiding elements 5 ′ are in a circular arrangement, with only half of this arrangement shown. The electrolyte guiding elements 5 ′ are laterally attached to each other by fastening devices 3 and arranged to be held on top of the anode elements 15, these fastening devices 3 being placed, for example, on the flanges 13, as shown in FIG. 15, or fixed as it is required. Each electrolyte guide element 5 'is placed in a circular sector formed by two adjacent radial flanges 13 and an arc of the outer ring 13', as shown in Fig. 15.

Узел из направляющих электролит элементов 5' и анода 10' может быть цельнолитым. Это дает преимущество исключения механических соединений и риска изменений свойств материалов направляющих электролит элементов 5' или анода 10' при сварке.The assembly of the electrolyte guiding elements 5 'and the anode 10' may be solid. This gives the advantage of eliminating mechanical joints and the risk of changes in the properties of materials guiding the electrolyte elements 5 'or anode 10' during welding.

Аноды 10' и направляющие электролит элементы 5' могут быть изготовлены из одних тех же материалов, в частности, они могут быть выполнены из металлического тела, имеющего наружную часть со слоем, содержащим преимущественно СоО.Anodes 10 'and electrolyte guiding elements 5' can be made of the same materials, in particular, they can be made of a metal body having an outer part with a layer containing mainly CoO.

Фиг.16 иллюстрирует квадратный анод 10' как вариант круглого анода 10' на Фиг.13 и 15. Анод 10' по Фиг.16 имеет в целом прямоугольные концентрические параллельные анодные элементы 15 со скругленными углами. Анод 10', показанный на Фиг.16, может быть оснащен направляющими электролит элементами, подобными показанным на Фиг.13-15, но в соответствующем прямоугольном расположении.FIG. 16 illustrates a square anode 10 ′ as an embodiment of the circular anode 10 ′ in FIGS. 13 and 15. The anode 10 ′ of FIG. 16 has generally rectangular concentric parallel anode elements 15 with rounded corners. The anode 10 'shown in Fig. 16 may be equipped with electrolyte guiding elements similar to those shown in Figs. 13-15, but in a corresponding rectangular arrangement.

Аноды 10' по Фиг.13 и 16 могут быть изготовлены посредством литья металла или сплава. Типично, анодная подложка, например, состоящая главным образом из никеля, может быть отлита с образованием внутренней части анода, которую затем покрывают так, как описано выше, образуя наружную часть анода, имеющую слой, который состоит преимущественно из СоО. Альтернативно, кобальт или кобальтовый сплав может быть отлит с образованием внутренней части анода, которая затем окисляется, как описано выше, образуя наружную часть со слоем, который состоит преимущественно из СоО. Также предусматривается разливать кобальт или кобальтовый сплав вокруг анодной сердцевины или анодного каркаса, имеющей(го) состав, отличный от литого кобальта или кобальтового сплава, например железо или сталь. Направляющие электролит элементы 5' могут быть изготовлены тем же способом и из тех же или других материалов.The anodes 10 ′ of FIGS. 13 and 16 can be made by casting a metal or alloy. Typically, the anode substrate, for example, consisting mainly of nickel, may be cast to form the inside of the anode, which is then coated as described above, forming the outside of the anode having a layer that consists predominantly of CoO. Alternatively, the cobalt or cobalt alloy may be cast to form the inside of the anode, which is then oxidized as described above, forming the outside with a layer that consists predominantly of CoO. It is also contemplated to pour cobalt or cobalt alloy around an anode core or anode skeleton having a composition other than cast cobalt or cobalt alloy, such as iron or steel. The electrolyte guiding elements 5 'can be made in the same way and from the same or different materials.

Полезные варианты этой анодной конструкции раскрыты в вышеупомянутой WO 00/40782. Дополнительные подходящие конструкции анодов раскрыты в WO 99/027064 (de Nora/Duruz), WO 01/31088, WO 03/006716 и WO 03/023092 и патенте США 5368702 (все de Nora).Useful variations of this anode structure are disclosed in the aforementioned WO 00/40782. Additional suitable anode designs are disclosed in WO 99/027064 (de Nora / Duruz), WO 01/31088, WO 03/006716 and WO 03/023092 and US Pat. No. 5,368,702 (all de Nora).

Изготовление и поведение в электролизере для электролитического получения алюминия содержащего оксид кобальта материала, используемого для выполнения анода по настоящему изобретению, будут дополнительно описаны в следующих примерах.The fabrication and behavior in the electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum of a cobalt oxide-containing material used to make the anode of the present invention will be further described in the following examples.

Сравнительный Пример 1Comparative Example 1

Цилиндрический образец металлического кобальта был окислен с образованием составляющего одно целое слоя оксида кобальта, который не содержал преимущественно СоО. Образцы кобальта содержали в сумме не более чем 1 мас.% добавок и примесей и имели диаметр 1,94 см и высоту 3 см.A cylindrical metal cobalt sample was oxidized to form a coherent cobalt oxide layer that did not contain predominantly CoO. The cobalt samples contained a total of not more than 1 wt.% Additives and impurities and had a diameter of 1.94 cm and a height of 3 cm

Окисление было выполнено посредством помещения образца кобальта в печь на воздухе и увеличения температуры от комнатной температуры до 850°C при скорости 120°C/час.The oxidation was carried out by placing a cobalt sample in a furnace in air and increasing the temperature from room temperature to 850 ° C at a rate of 120 ° C / hour.

После 24 часов при 850°C окисленному образцу кобальта дали возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 24 hours at 850 ° C, the oxidized cobalt sample was allowed to cool to room temperature and examined.

Образец кобальта был покрыт сероватой окалиной, имеющей толщину примерно 300 микрон. Эта окалина состояла из: внутреннего слоя толщиной 80 микрон, который имел пористость 5% с порами, которые имели размер 2-5 микрон; и наружного слоя толщиной 220 микрон, имевшего открытую пористость 20% с порами, которые имели размер 10-20 микрон. Наружный оксидный слой состоял из смеси по существу Со2О3 и Co3О4. Более плотный внутренний оксидный слой состоял из СоО.A cobalt sample was coated with a grayish scale having a thickness of about 300 microns. This scale consisted of: an inner layer 80 microns thick, which had a porosity of 5% with pores that were 2-5 microns in size; and an outer layer with a thickness of 220 microns, having an open porosity of 20% with pores that were 10-20 microns in size. The outer oxide layer consisted of a mixture of essentially Co 2 O 3 and Co 3 O 4 . The denser inner oxide layer consisted of CoO.

Как показано в Сравнительных Примерах 2 и 3, такой окисленный кобальт обеспечивает плохие результаты при его использовании в качестве материала анода в электролизере для электролитического получения алюминия.As shown in Comparative Examples 2 and 3, such oxidized cobalt provides poor results when used as an anode material in an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum.

Пример 1аExample 1a

Образец кобальта, который может быть использован для изготовления анода согласно изобретению, был получен так же, как в Сравнительном Примере 1, за исключением того, что этот образец был окислен в печи, нагретой от комнатной температуры до температуры 950°C (вместо 850°C) при той же самой скорости (120°C/час).A cobalt sample that can be used to make the anode according to the invention was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that this sample was oxidized in a furnace heated from room temperature to 950 ° C (instead of 850 ° C ) at the same speed (120 ° C / hour).

После 24 часов при 950°C окисленному образцу кобальта дали возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 24 hours at 950 ° C, the oxidized cobalt sample was allowed to cool to room temperature and examined.

Образец кобальта был покрыт черной стекловидной окалиной, имевшей толщину примерно 350 микрон (вместо 300 микрон). Эта окалина имела сплошную структуру (вместо слоистой структуры) с открытой пористостью 10% (вместо 20%) и порами, которые имели размер 5 микрон. Наружный оксидный слой состоял из СоО, полученного выше 895°C в результате превращения в СоО тех Co3О4 и стекловидного Со2О3, которые образовались ниже этой температуры и посредством окисления металлической наружной части образца (внизу под оксидом кобальта) непосредственно до СоО. Пористость была связана с изменением фазы во время превращения Со2О3 и Co3О4 в СоО.The cobalt sample was coated with a black glassy scale having a thickness of about 350 microns (instead of 300 microns). This scale had a continuous structure (instead of a layered structure) with an open porosity of 10% (instead of 20%) and pores that were 5 microns in size. The outer oxide layer consisted of CoO obtained above 895 ° C as a result of the conversion into CoO of those Co 3 O 4 and glassy Co 2 O 3 that formed below this temperature and by oxidation of the metal outer part of the sample (below under cobalt oxide) directly to CoO . Porosity was associated with a phase change during the conversion of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 into CoO.

Такой материал может быть использован для изготовления анода для электролитического получения алюминия согласно изобретению. Однако плотность слоя СоО и характеристики этого материала могут быть дополнительно улучшены, как показано в примерах 1с и 1d.Such a material can be used to make an anode for the electrolytic production of aluminum according to the invention. However, the density of the CoO layer and the characteristics of this material can be further improved, as shown in examples 1c and 1d.

Вообще говоря, чтобы обеспечить возможность надлежащего превращения оксида кобальта и роста СоО из металлической наружной части подложки, важно оставить образец достаточно надолго при температуре выше 895°C. Продолжительность термической обработки будет зависеть от содержания кислорода в окислительной атмосфере, температуры термической обработки, желательного количества СоО и количества Со2О3 и Co3О4, подлежащих превращению в СоО.Generally speaking, in order to ensure the proper conversion of cobalt oxide and the growth of CoO from the metal outer part of the substrate, it is important to leave the sample long enough at temperatures above 895 ° C. The duration of the heat treatment will depend on the oxygen content in the oxidizing atmosphere, the temperature of the heat treatment, the desired amount of CoO and the amount of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 to be converted to CoO.

Пример 1bExample 1b

Пример 1а был повторен с подобным же цилиндрическим образцом металлического кобальта. Печь, в которой образец был окислен, нагрели до температуры 1050°C (вместо 950°C) при той же самой скорости (120°C/час).Example 1a was repeated with a similar cylindrical sample of metallic cobalt. The furnace in which the sample was oxidized was heated to a temperature of 1050 ° C (instead of 950 ° C) at the same speed (120 ° C / h).

После 24 часов при 1050°C окисленному образцу кобальта дали возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 24 hours at 1050 ° C, the oxidized cobalt sample was allowed to cool to room temperature and examined.

Образец кобальта был покрыт черной кристаллизованной окалиной, имевшей толщину примерно 400 микрон (вместо 350 микрон). Эта окалина имела сплошную структуру с открытой пористостью 20% (вместо 10%) и порами, которые имели размер 5 микрон. Наружный оксидный слой состоял из СоО, полученного выше 895°C, как и в Примере 1а.A cobalt sample was coated with a black crystallized scale having a thickness of about 400 microns (instead of 350 microns). This scale had a continuous structure with an open porosity of 20% (instead of 10%) and pores that were 5 microns in size. The outer oxide layer consisted of CoO obtained above 895 ° C, as in Example 1a.

Такой окисленный кобальт сравним с окисленным кобальтом из Примера 1а и может быть аналогично использован в качестве материала анода для производства алюминия в соответствии с настоящим изобретением.Such oxidized cobalt is comparable to the oxidized cobalt from Example 1a and can likewise be used as an anode material for the production of aluminum in accordance with the present invention.

Вообще говоря, чтобы обеспечить возможность надлежащего превращения оксида кобальта и роста СоО из металлической наружной части подложки, важно оставить образец достаточно надолго при температуре выше 895°C. Продолжительность термической обработки при температуре выше 895°C будет зависеть от содержания кислорода в окислительной атмосфере, температуры термической обработки, желательного количества СоО и количества Со2О3 и Co3О4 (полученных ниже 895°C), которое должно быть превращено в СоО.Generally speaking, in order to ensure the proper conversion of cobalt oxide and the growth of CoO from the metal outer part of the substrate, it is important to leave the sample long enough at temperatures above 895 ° C. The duration of the heat treatment at temperatures above 895 ° C will depend on the oxygen content in the oxidizing atmosphere, the temperature of the heat treatment, the desired amount of CoO and the amount of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 (obtained below 895 ° C), which should be converted to CoO .

Пример 1с (улучшенный материал)Example 1c (improved material)

Пример 1а был повторен с подобным же цилиндрическим образцом металлического кобальта. Печь, в которой образец был окислен, нагрели до той же самой температуры (950°C) при скорости 360°С/час (вместо 120°C/час).Example 1a was repeated with a similar cylindrical sample of metallic cobalt. The furnace in which the sample was oxidized was heated to the same temperature (950 ° C) at a speed of 360 ° C / hour (instead of 120 ° C / hour).

После 24 часов при 950°C окисленному образцу кобальта дали возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 24 hours at 950 ° C, the oxidized cobalt sample was allowed to cool to room temperature and examined.

Образец кобальта был покрыт темно-серой, по существу не стекловидной окалиной, имевшей толщину примерно 350 микрон. Эта окалина имела сплошную структуру с открытой пористостью менее 5% (вместо 10%), и поры имели размер 5 микрон.The cobalt sample was coated with a dark gray, substantially non-glassy, scale having a thickness of about 350 microns. This scale had a continuous structure with an open porosity of less than 5% (instead of 10%), and the pores were 5 microns in size.

Наружный оксидный слой состоял из СоО, который был образован непосредственно из металлического кобальта при температуре выше 895°C, которая была достигнута после примерно 2,5 часов, и в ограниченной степени в результате превращения ранее образовавшихся Со2О3 и Co3О4. Из этого следовало, что здесь имела место меньшая пористость, вызываемая превращением Со2О3 и Co3О4 в СоО, чем в примере 1а.The outer oxide layer consisted of CoO, which was formed directly from cobalt metal at a temperature above 895 ° C, which was reached after about 2.5 hours, and to a limited extent as a result of the conversion of the previously formed Co 2 O 3 and Co 3 O 4 . It followed that there was less porosity caused by the conversion of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 into CoO than in Example 1a.

Такой образец окисленного кобальта имел значительно большую плотность, чем образцы из Примеров 1а и 1b, и по существу не имел трещин. Этот окисленный кобальт представляет собой предпочтительный материал для изготовления улучшенного анода для электролитического получения алюминия, предназначенного для использования в электролизере согласно изобретению.Such a sample of oxidized cobalt had a significantly higher density than the samples from Examples 1a and 1b, and essentially had no cracks. This oxidized cobalt is a preferred material for the manufacture of an improved anode for the electrolytic production of aluminum, intended for use in the electrolyzer according to the invention.

Пример 1d (улучшенный материал)Example 1d (improved material)

Пример 1с был повторен с подобным же цилиндрическим образцом металлического кобальта. Печь, в которой образец был окислен, нагрели до той же самой температуры (1050°C) при скорости 600°С/час (вместо 120°C/час в Примере 1а и 1b и 360°С/час в Примере 1с).Example 1c was repeated with a similar cylindrical sample of metallic cobalt. The furnace in which the sample was oxidized was heated to the same temperature (1050 ° C) at a speed of 600 ° C / hour (instead of 120 ° C / hour in Example 1a and 1b and 360 ° C / hour in Example 1c).

После 18 часов при 1050°C окисленному образцу кобальта дали возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 18 hours at 1050 ° C, the oxidized cobalt sample was allowed to cool to room temperature and examined.

Образец кобальта был покрыт темно-серой, по существу не стекловидной окалиной, имевшей толщину примерно 300 микрон (вместо 400 микрон в Примере 1b и 350 микрон в Примере 1с). Эта окалина имела сплошную структуру с не имеющей трещин открытой пористостью менее 5% (вместо 20% в Примере 1b), и поры имели размер менее 2 микрон (вместо 5 микрон в Примере 1b и в Примере 1с).The cobalt sample was coated with a dark gray, substantially non-glassy, scale having a thickness of about 300 microns (instead of 400 microns in Example 1b and 350 microns in Example 1c). This scale had a continuous structure with no cracked open porosity of less than 5% (instead of 20% in Example 1b), and the pores had a size of less than 2 microns (instead of 5 microns in Example 1b and in Example 1c).

Наружный оксидный слой состоял из СоО, который был образован непосредственно из металлического кобальта при температуре выше 895°C, которая была достигнута после примерно 1,5 часа, и в крайне незначительной степени в результате превращения ранее образовавшихся Со2О3 и Co3О4. Из этого следовало, что здесь имела место значительно меньшая пористость, вызываемая превращением Со2О3 и Co3О4 в СоО, чем в Примере 1b и в Примере 1с.The outer oxide layer consisted of CoO, which was formed directly from cobalt metal at a temperature above 895 ° C, which was reached after about 1.5 hours, and to a very small extent as a result of the conversion of the previously formed Co 2 O 3 and Co 3 O 4 . From this it followed that there was a significantly lower porosity caused by the conversion of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 into CoO than in Example 1b and Example 1c.

Такой образец окисленного кобальта имел значительно более высокую плотность, чем образцы в Примерах 1а и 1b, и по существу не имел трещин. Этот окисленный кобальт представляет собой предпочтительный материал для изготовления улучшенного анода для электролитического получения алюминия, предназначенного для использования в электролизере согласно изобретению.Such a sample of oxidized cobalt had a significantly higher density than the samples in Examples 1a and 1b, and essentially had no cracks. This oxidized cobalt is a preferred material for the manufacture of an improved anode for the electrolytic production of aluminum, intended for use in the electrolyzer according to the invention.

Сравнительный Пример 2 (испытание на перенапряжение)Comparative Example 2 (overvoltage test)

Анод, выполненный из металлического кобальта, окисленного при условиях Сравнительного Примера 1, был испытан в электролизере для электролитического получения алюминия.An anode made of cobalt metal oxidized under the conditions of Comparative Example 1 was tested in an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum.

Электролит такого электролизера находился при температуре 925°C и состоял из 11 мас.% AlF3, 4 мас.% CaF2, 7 мас.% KF и 9,6 мас.% Al2O3, остальное составлял криолит Na3AlF6.The electrolyte of such an electrolyzer was at a temperature of 925 ° C and consisted of 11 wt.% AlF 3 , 4 wt.% CaF 2 , 7 wt.% KF and 9.6 wt.% Al 2 O 3 , the rest was cryolite Na 3 AlF 6 .

Анод был помещен в электролит электролизера на расстоянии 4 см от обращенного к нему катода. От анода к катоду пропускали ток электролиза 7,3 А при плотности анодного тока 0,8 А/см2.The anode was placed in the electrolyte of the electrolyzer at a distance of 4 cm from the cathode facing it. An electrolysis current of 7.3 A was passed from the anode to the cathode at an anode current density of 0.8 A / cm 2 .

Ток электролиза варьировали между 4 и 10 А, и измеряли соответствующее напряжение на электролизере, чтобы оценить перенапряжение кислорода на аноде.The electrolysis current was varied between 4 and 10 A, and the corresponding voltage across the electrolyzer was measured in order to evaluate the overvoltage of oxygen at the anode.

При экстраполяции потенциала электролизера на нулевой ток электролиза было обнаружено, что перенапряжение кислорода на аноде составляло 0,88 В.When extrapolating the electrolyzer potential to zero electrolysis current, it was found that the oxygen overvoltage at the anode was 0.88 V.

Пример 2 (испытание на перенапряжения)Example 2 (overvoltage test)

Испытание было выполнено при условиях Сравнительного Примера 2 с двумя анодами, выполненными из металлического кобальта, окисленного при условиях Примера 1с и 1d соответственно, в электролизерах согласно изобретению с использованием того же самого электролита, что и в Сравнительном Примере 2. Оцененное перенапряжение кислорода для этих анодов составляло 0,22 В и 0,21 В соответственно, т.е. примерно на 75% ниже, чем в Сравнительном Примере 2.The test was performed under the conditions of Comparative Example 2 with two anodes made of cobalt metal, oxidized under the conditions of Example 1c and 1d, respectively, in electrolyzers according to the invention using the same electrolyte as in Comparative Example 2. Estimated oxygen overvoltage for these anodes was 0.22 V and 0.21 V, respectively, i.e. about 75% lower than in Comparative Example 2.

Из этого следует, что использование металлического кобальта, покрытого составляющим с ним одно целое слоем СоО вместо Со2О3 и Со3О4, в качестве материала анода для электролитического получения алюминия в электролизере согласно изобретению приводит к значительной экономии энергии.From this it follows that the use of metallic cobalt coated with an integral layer of CoO instead of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 as the anode material for the electrolytic production of aluminum in the electrolyzer according to the invention leads to significant energy savings.

Сравнительный Пример 3 (электролитическое получение алюминия)Comparative Example 3 (electrolytic production of aluminum)

Другой анод, выполненный из металлического кобальта, окисленного при условиях Сравнительного Примера 1, т.е. приводящих в результате к составляющему одно целое поверхностному слою из Со2О3 и Со3О4, был испытан в электролизере для электролитического получения алюминия. Электролит такого электролизера находился при температуре 925°С и имел тот же состав, что и в Сравнительном Примере 2. От анода к катоду пропускали номинальный ток электролиза 7,3 А при плотности анодного тока 0,8 A/см2.Another anode made of cobalt metal oxidized under the conditions of Comparative Example 1, i.e. resulting in a coherent surface layer of Co 2 O 3 and Co 3 O 4 , was tested in an electrolytic cell for electrolytic aluminum production. The electrolyte of such an electrolyzer was at a temperature of 925 ° C and had the same composition as in Comparative Example 2. A nominal electrolysis current of 7.3 A was passed from the anode to the cathode at an anode current density of 0.8 A / cm 2 .

Напряжение на электролизере при пуске составляло выше 20 В и падало до 5,6 В после примерно 30 секунд. В течение первоначальных 5 часов напряжение на электролизере колебалось около 5,6 В между 4,8 и 6,4 В с короткими пиками выше 8 В. После этого первоначального периода напряжение на электролизере стабилизировалось на уровне 4,0-4,2 В.The voltage at the electrolyzer at start-up was above 20 V and dropped to 5.6 V after about 30 seconds. During the initial 5 hours, the voltage across the cell fluctuated around 5.6 V between 4.8 and 6.4 V with short peaks above 8 V. After this initial period, the voltage across the cell stabilized at 4.0-4.2 V.

На протяжении всего электролиза в электролит подавали свежий глинозем с тем, чтобы компенсировать уже подвергнутый электролизу глинозем.Throughout the electrolysis, fresh alumina was supplied to the electrolyte in order to compensate for the alumina already subjected to electrolysis.

После 100 часов электролиза анод извлекли из электролизера, дали ему возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 100 hours of electrolysis, the anode was removed from the electrolyzer, allowed it to cool to room temperature and examined.

Диаметр анода увеличился с 1,94 до 1,97 см. Металлическая часть анода была сильно окислена. Толщина составляющей одно целое окалины увеличилась с 350 микрон до примерно 1,1-1,5 мм. Окалина состояла из: наружного слоя толщиной 300-400 микрон, содержащего поры с размером 30-50 микрон и имеющего трещины; внутреннего слоя толщиной 1-1,1 мм, который был образован во время электролиза. Внутренний слой был пористым и содержал электролит под трещинами наружного слоя.The diameter of the anode increased from 1.94 to 1.97 cm. The metal part of the anode was highly oxidized. The thickness of the one-piece scale has increased from 350 microns to about 1.1-1.5 mm. Scale consisted of: an outer layer 300-400 microns thick, containing pores with a size of 30-50 microns and having cracks; the inner layer is 1-1.1 mm thick, which was formed during electrolysis. The inner layer was porous and contained electrolyte under the cracks of the outer layer.

Пример 3 (электролитическое получение алюминия)Example 3 (electrolytic production of aluminum)

Анод, выполненный из металлического кобальта, окисленного при условиях Примера 1с, т.е. приводящих в результате к составляющему одно целое поверхностному слою СоО, был испытан в электролизере для электролитического получения алюминия при условиях Сравнительного Примера 3. От анода к катоду пропускали номинальный ток электролиза 7,3 А при плотности анодного токаAn anode made of cobalt metal oxidized under the conditions of Example 1c, i.e. resulting in a coherent surface layer of CoO, was tested in an electrolytic cell for electrolytic aluminum production under the conditions of Comparative Example 3. A nominal electrolysis current of 7.3 A was passed from the anode to the cathode at an anode current density

0,8 A/см2.0.8 A / cm 2 .

При пуске напряжение на электролизере составляло 4,1 В и монотонно понижалось до 3,7-3,8 В после 30 минут (вместо 4-4,2 в Сравнительном Примере 3). Напряжение на электролизере стабилизировалось на этом уровне на всем протяжении испытания без значительных колебаний, в отличие от Сравнительного Примера 3.At start-up, the voltage across the electrolyzer was 4.1 V and monotonically decreased to 3.7-3.8 V after 30 minutes (instead of 4-4.2 in Comparative Example 3). The voltage across the cell stabilized at this level throughout the test without significant fluctuations, in contrast to Comparative Example 3.

После 100 часов электролиза анод извлекли из электролизера, дали ему возможность охладиться до комнатной температуры и исследовали.After 100 hours of electrolysis, the anode was removed from the electrolyzer, allowed it to cool to room temperature and examined.

Наружный диаметр анода не изменился во время электролиза и остался равным 1,94 см. Внутренняя часть из металлического кобальта внизу под окалиной слегка уменьшилась с 1,85 до 1,78 см. Толщина окалины из оксида кобальта увеличилась с 0,3 до 0,7-0,8 мм (вместо 1-1,1 мм в Сравнительном Примере 3) и состояла из: непористого наружного слоя толщиной 300-400 микрон; и пористого внутреннего слоя толщиной 400 микрон, который был образован во время электролиза. Этот рост внутреннего оксида (толщина 400 микрон за 100 часов) был много меньше, чем рост, наблюдавшийся в Сравнительном Примере 3 (толщина 1-1,1 мм за 100 часов).The outer diameter of the anode did not change during electrolysis and remained equal to 1.94 cm. The inner part of cobalt metal below the scale decreased slightly from 1.85 to 1.78 cm. The thickness of the cobalt oxide scale increased from 0.3 to 0.7 -0.8 mm (instead of 1-1.1 mm in Comparative Example 3) and consisted of: a non-porous outer layer 300-400 microns thick; and a 400 micron porous inner layer that was formed during electrolysis. This growth of internal oxide (thickness 400 microns per 100 hours) was much less than the growth observed in Comparative Example 3 (thickness 1-1.1 mm per 100 hours).

Из этого следует, что составляющий одно целое поверхностный слой СоО анода замедляет диффузию кислорода и окисление нижележащего металлического кобальта по сравнению с составляющим одно целое поверхностным слоем Со2О3 и Со3О4 анода в Сравнительном Примере 3.It follows that the integral surface layer of the CoO anode slows down the diffusion of oxygen and the oxidation of the underlying metallic cobalt as compared with the integral surface layer of the Co 2 O 3 and Co 3 O 4 anode in Comparative Example 3.

Пример 4 (Варианты)Example 4 (Options)

Материал анода по Примерам 1а-1d, 2 и 3 может быть покрыт после образования составляющего одно целое слоя СоО нанесенным слоем суспензии, в частности, содержащим частицы CoFe2О4 в коллоиде гидроксида железа, после чего следует сушка при 250°C с образованием защитного слоя на составляющем одно целое слое СоО.The anode material of Examples 1a-1d, 2, and 3 can be coated after the formation of a single layer CoO layer by an applied suspension layer, in particular, containing CoFe 2 O 4 particles in an iron hydroxide colloid, followed by drying at 250 ° C to form a protective layer on a component of a single layer of CoO.

Пример 5Example 5

Покрытый анод для использования в электролизере согласно изобретению был изготовлен посредством покрытия металлической кобальтовой подложки электрохимически нанесенным активным покрытием, содержащим наружный слой СоО и внутренний слой оксидов тантала и кобальта.A coated anode for use in the electrolytic cell according to the invention was made by coating a cobalt metal substrate with an electrochemically deposited active coating containing an outer layer of CoO and an inner layer of tantalum and cobalt oxides.

Такое покрытие было образовано посредством нанесения кобальта и тантала с использованием электроосаждения. Конкретнее, тантал был диспергирован в форме физических включений в электролитических отложениях кобальта.Such a coating was formed by applying cobalt and tantalum using electrodeposition. More specifically, tantalum was dispersed in the form of physical inclusions in electrolytic cobalt deposits.

Электролит для электроосаждения имел рН от 3,0 до 3,5 и содержал:The electrolyte for electrodeposition had a pH of from 3.0 to 3.5 and contained:

- 400 г/л CoSО4·7H2О;- 400 g / l CoSO 4 · 7H 2 O;

- 40 г/л H33;- 40 g / l H 3 BO 3 ;

- 40 г/л KCl; и- 40 g / l KCl; and

- 7-10 г/л частиц Та.- 7-10 g / l of Ta particles.

Частицы тантала имели размер менее 10 микрон и были диспергированы в электролите для электроосаждения.Tantalum particles were less than 10 microns in size and were dispersed in an electrolyte for electrodeposition.

Электроосаждение на кобальтовую подложку выполняли при плотности тока 35 мА/см2, что привело к образованию кобальтового отложения, содержащего включения Та, причем отложение росло на подложке со скоростью 45 микрон в час.Electrodeposition on a cobalt substrate was performed at a current density of 35 mA / cm 2 , which led to the formation of a cobalt deposit containing Ta inclusions, the deposit growing on the substrate at a speed of 45 microns per hour.

После того как отложение достигло общей толщины 250-300 микрон, электроосаждение было прервано. Отложение содержало 9-15 мас.% Та, что соответствует объемной доле 4-7 об.%.After deposition reached a total thickness of 250-300 microns, electrodeposition was interrupted. The deposition contained 9-15 wt.% Ta, which corresponds to a volume fraction of 4-7 vol.%.

Чтобы образовать покрытие, подложка с ее отложением были подвергнуты обработке окислением при температуре 950°С. Подложка с ее отложением были доведены от комнатной температуры до температуры 950°C при скорости 450-500°C/час в печи для оптимизации образования СоО вместо Co2О3 или Co3О4.In order to form a coating, the substrate with its deposition was subjected to oxidation treatment at a temperature of 950 ° C. The substrate with its deposition was brought from room temperature to a temperature of 950 ° C at a speed of 450-500 ° C / hour in an oven to optimize the formation of CoO instead of Co 2 O 3 or Co 3 O 4 .

После 8 часов при 950°С подложка и покрытие, которое было образовано посредством окисления отложения, вынули из печи и дали возможность охладиться до комнатной температуры. Покрытие имело наружный оксидный слой СоО на внутреннем оксидном слое из оксидов Со-Та, в частности CoTaО4, который вырос из отложения. Самая внутренняя часть отложения осталась неокисленной, так что слой оксидов Со-Ta был составляющим одно целое с оставшимся металлическим отложением Со-Ta. Слой оксидов Со-Ta и слой СоО имели общую толщину примерно 200 микрон на оставшемся металлическом Со-Ta.After 8 hours at 950 ° C, the substrate and the coating that was formed by oxidation of the deposit were removed from the oven and allowed to cool to room temperature. The coating had an outer oxide layer of CoO on an inner oxide layer of Co-Ta oxides, in particular CoTaO 4 , which grew from deposition. The innermost part of the deposition remained unoxidized, so that the Co-Ta oxide layer was integral with the remaining metallic Co-Ta deposition. The Co-Ta oxide layer and the CoO layer had a total thickness of about 200 microns on the remaining metallic Co-Ta.

Как демонстрируется в Примере 6, этот наружный слой СоО может действовать в качестве электрохимически активной анодной поверхности. Внутренний слой оксидов Со-Ta замедляет диффузию кислорода к металлической кобальтовой подложке.As demonstrated in Example 6, this outer layer of CoO can act as an electrochemically active anode surface. The inner layer of Co-Ta oxides slows down the diffusion of oxygen to the cobalt metal substrate.

Пример 6Example 6

Покрытый анод был выполнен из кобальтовой подложки, покрытой Со-Ta-м покрытием, как в Примере 5, и использовался в электролизере для электролитического получения алюминия согласно изобретению.The coated anode was made of a cobalt substrate coated with a Co-Ta coating, as in Example 5, and was used in an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum according to the invention.

Такой анод был подвешен в электролите электролизера на расстоянии 4 см от обращенного к нему катода. Электролит содержал 11 мас.% AlF3, 4 мас.% CaF2, 7 мас.% KF и 9,6 мас.% Al2O3, остальное составлял Na3AlF6. Электролит находился при температуре 925°C.Such an anode was suspended in the electrolyte of the electrolyzer at a distance of 4 cm from the cathode facing it. The electrolyte contained 11 wt.% AlF 3 , 4 wt.% CaF 2 , 7 wt.% KF and 9.6 wt.% Al 2 O 3 , the rest was Na 3 AlF 6 . The electrolyte was at a temperature of 925 ° C.

От анода к катоду пропускали ток электролиза при плотности анодного тока 0,8 A/см2. Напряжение на электролизере оставалось поразительно стабильным на уровне 3,6 В на протяжении всего электролиза.An electrolysis current was passed from the anode to the cathode at an anode current density of 0.8 A / cm 2 . The voltage across the cell remained remarkably stable at 3.6 V throughout the entire electrolysis.

После 150 часов электролиза анод извлекли из электролизера. При визуальном осмотре никакого значительного изменения размеров анода не наблюдалось.After 150 hours of electrolysis, the anode was removed from the electrolyzer. On visual inspection, no significant change in the size of the anode was observed.

Пример 7Example 7

Пример 5 был повторен посредством нанесения Со-Ta-го покрытия на анодную подложку, выполненную из металлического сплава, содержавшего 75 мас.% Ni, 15 мас.% Fe и 10 мас.% Cu.Example 5 was repeated by applying a Co-Ta coating on an anode substrate made of a metal alloy containing 75 wt.% Ni, 15 wt.% Fe and 10 wt.% Cu.

Анод был испытан так же, как в Примере 6, при плотности анодного тока 0,8 A/см2. При пуске напряжение на электролизере было 4,2 В и понижалось в пределах первых 24 часов до 3,7 В, а после этого оставалось стабильным.The anode was tested in the same manner as in Example 6, at an anode current density of 0.8 A / cm 2 . At start-up, the voltage across the electrolyzer was 4.2 V and decreased within the first 24 hours to 3.7 V, and after that it remained stable.

После 120 часов электролиза анод из электролизера был удален. При визуальном осмотре анода никаких признаков пассивирования богатой никелем подложки не наблюдалось, и не было замечено никакого значительного изменения размеров анода.After 120 hours of electrolysis, the anode from the cell was removed. Upon visual inspection of the anode, no signs of passivation of the nickel-rich substrate were observed, and no significant change in the size of the anode was observed.

Пример 8Example 8

Примеры с 5 по 7 могут быть повторены при замене тантала ниобием.Examples 5 to 7 can be repeated when replacing tantalum with niobium.

Пример 9Example 9

Другой анод для использования в электролизере согласно изобретению был изготовлен посредством нанесения покрытия Co-W на анодную подложку, выполненную из металлического сплава, содержащего 75 мас.% Ni, 15 мас.% Fe и 10 мас.% Cu.Another anode for use in the electrolyzer according to the invention was made by coating Co-W on an anode substrate made of a metal alloy containing 75 wt.% Ni, 15 wt.% Fe and 10 wt.% Cu.

Покрытие было образовано посредством нанесения кобальта и вольфрама с использованием электроосаждения. Электролит для электроосаждения содержал:The coating was formed by applying cobalt and tungsten using electrodeposition. The electrolyte for electrodeposition contained:

- 100 г/л CoCl2·6H2О;- 100 g / l CoCl 2 · 6H 2 O;

- 45 г/л Na24·2H2О;- 45 g / l Na 2 WO 4 · 2H 2 O;

- 400 г/л KNaC4H4О6·4H2О; и- 400 g / l KNaC 4 H 4 O 6 · 4H 2 O; and

- 50 г/л NH4Cl.- 50 g / l NH 4 Cl.

Кроме того, к этому электролиту был добавлен NH4OH так, что электролит достиг рН 8,5-8,7.In addition, NH 4 OH was added to this electrolyte so that the electrolyte reached a pH of 8.5-8.7.

Электроосаждение на Ni-Fe-Cu-ю подложку выполняли при температуре 82-90°C и при плотности тока 50 мА/см2, что привело к отложению на подложке сплава кобальт-вольфрам, причем отложение росло со скоростью 35-40 микрон в час при катодном выходе по току примерно 90%.Electrodeposition on the Ni-Fe-Cu substrate was performed at a temperature of 82-90 ° C and a current density of 50 mA / cm 2 , which led to the deposition of cobalt-tungsten alloy on the substrate, and the deposition grew at a rate of 35-40 microns per hour at a cathode current output of approximately 90%.

После того как отложение достигло общей толщины примерно 250 микрон, электроосаждение было прервано. Отложившийся кобальтовый сплав содержал 20-25 мас.% вольфрама.After deposition reached a total thickness of approximately 250 microns, electrodeposition was interrupted. The deposited cobalt alloy contained 20-25 wt.% Tungsten.

Чтобы образовать покрытие, подложка с ее отложением были подвергнуты обработке окислением при температуре 950°С. Подложку с ее отложением довели от комнатной температуры до 950°C со скоростью 450-500°C/час в печи для того, чтобы оптимизировать образование СоО вместо Co2О3 или Co3О4.In order to form a coating, the substrate with its deposition was subjected to oxidation treatment at a temperature of 950 ° C. The substrate with its deposition was brought from room temperature to 950 ° C at a rate of 450-500 ° C / hour in an oven in order to optimize the formation of CoO instead of Co 2 O 3 or Co 3 O 4 .

После 8 часов при 950°C подложку и покрытие, которое было образовано посредством окисления отложения, вынули из печи и дали возможность охладиться до комнатной температуры. Покрытие содержало на своей поверхности монооксид кобальта и оксид вольфрама.After 8 hours at 950 ° C, the substrate and the coating that was formed by oxidation of the deposit were removed from the oven and allowed to cool to room temperature. The coating contained cobalt monoxide and tungsten oxide on its surface.

Структура покрытия после окисления была более плотной и более когерентной, чем у покрытия, полученного окислением электроосажденного слоя Ta-Со, как это раскрыто в Примере 1.The structure of the coating after oxidation was denser and more coherent than that of the coating obtained by oxidizing the electrodeposited Ta-Co layer, as disclosed in Example 1.

Как продемонстрировано в Примере 10, это покрытие может действовать в качестве электрохимически активной анодной поверхности. Присутствие вольфрама замедляет диффузию кислорода к металлической кобальтовой подложке.As demonstrated in Example 10, this coating can act as an electrochemically active anode surface. The presence of tungsten slows the diffusion of oxygen to the cobalt metal substrate.

Пример 10Example 10

Анод был изготовлен так, как в Примере 9, и использовался в электролизере для электролитического получения алюминия согласно изобретению.The anode was fabricated as in Example 9, and was used in an electrolytic cell to electrolytically produce aluminum according to the invention.

Такой анод был подвешен в электролите электролизера на расстоянии 4 см от обращенного к нему катода. Электролит содержал 11 мас.% AlF3, 4 мас.% CaF2, 7 мас.% KF и 9,6 мас.% Al2O3, остальное составлял Na3AlF6. Электролит находился при температуре 925°C.Such an anode was suspended in the electrolyte of the electrolyzer at a distance of 4 cm from the cathode facing it. The electrolyte contained 11 wt.% AlF 3 , 4 wt.% CaF 2 , 7 wt.% KF and 9.6 wt.% Al 2 O 3 , the rest was Na 3 AlF 6 . The electrolyte was at a temperature of 925 ° C.

От анода к катоду пропускали ток электролиза при плотности анодного тока 0,8 A/см2. Напряжение на электролизере оставалось стабильным на уровне 3,5-3,7 В на протяжении всего электролиза. После 100 часов электролиза анод извлекли из электролизера. При визуальном осмотре никакого изменения размеров анода не наблюдалось.An electrolysis current was passed from the anode to the cathode at an anode current density of 0.8 A / cm 2 . The voltage across the electrolyzer remained stable at 3.5-3.7 V throughout the electrolysis. After 100 hours of electrolysis, the anode was removed from the cell. On visual inspection, no change in the size of the anode was observed.

Пример 11Example 11

Примеры 9 и 10 могут быть повторены с подложкой анода, выполненной из кобальта, никеля или сплава из 92 мас.% никеля и 8 масс.% меди.Examples 9 and 10 can be repeated with an anode support made of cobalt, nickel or an alloy of 92 wt.% Nickel and 8 wt.% Copper.

Сравнительные испытания показывают, что использование в традиционном электролите на основе криолита при 960°C анода на металлической основе, имеющего электрохимически активную наружную часть, содержащую слой, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО, приводит к ускоренному окислению анода и растворению в электролите оксидов из этого анода, в частности, СоО. Более того, использование такого анода в электролите при 910°-940°C без фторида калия приводит к коррозии или пассивированию анода.Comparative tests show that the use of a metal-based anode in a traditional cryolite-based electrolyte at 960 ° C with an electrochemically active outer part containing a layer that contains predominantly cobalt oxide CoO leads to accelerated oxidation of the anode and dissolution of the oxides from this anode in the electrolyte , in particular, CoO. Moreover, the use of such an anode in an electrolyte at 910 ° -940 ° C without potassium fluoride leads to corrosion or passivation of the anode.

Эти Примеры демонстрируют, что материал, имеющий наружную часть со слоем, который содержит преимущественно оксид кобальта СоО, как описано выше, обеспечивает повышенную устойчивость во время использования в электролизере для электролитического получения алюминия и поэтому является подходящим для защиты анодов, имеющих проточную конструкцию, которая подвергается воздействию расплавленного электролита на фторидной основе, который делается более агрессивным по отношению к анодам при его циркуляции через эти аноды.These Examples demonstrate that a material having an outer part with a layer that contains predominantly cobalt oxide CoO, as described above, provides increased stability during use in an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum and is therefore suitable for protecting anodes having a flow structure that undergoes the influence of molten electrolyte on a fluoride basis, which becomes more aggressive with respect to the anodes when it is circulated through these anodes.

Claims (51)

1. Электролизер для электролитического получения алюминия из глинозема, растворенного во фторидсодержащем расплавленном электролите, содержащий по меньшей мере один неугольный анод на металлической основе, имеющий электропроводящую металлическую конструкцию, которая содержит наружную часть с электрохимически активной анодной поверхностью, на которой во время электролиза анодно выделяется кислород, и которая подвешена в электролите, по существу, параллельно обращенному к ней катоду, причем упомянутая металлическая конструкция имеет одно или более проточных отверстий, простирающихся от активной анодной поверхности через эту металлическую конструкцию, причем упомянутое(ые) проточное(ые) отверстие(я) выполнено(ы) с возможностью направления циркуляции электролита, приводимого в движение быстрым выходом анодно выделяющегося кислорода, при этом упомянутая наружная часть анода содержит слой, который содержит преимущественно оксид кобальта CoO.1. An electrolyzer for the electrolytic production of aluminum from alumina dissolved in a fluoride-containing molten electrolyte, containing at least one non-carbon metal-based anode, having an electrically conductive metal structure, which contains an outer part with an electrochemically active anode surface, on which oxygen is released during electrolysis , and which is suspended in the electrolyte, essentially parallel to the cathode facing it, and the metal structure mentioned has one or more flow holes extending from the active anode surface through this metal structure, said flow passage hole (s) being made (s) with the possibility of directing the circulation of the electrolyte, driven by the rapid release of anodically released oxygen, said outer part of the anode contains a layer that contains predominantly cobalt oxide CoO. 2. Электролизер по п.1, в котором анодная конструкция является перфорированной конструкцией.2. The cell of claim 1, wherein the anode structure is a perforated structure. 3. Электролизер по п.2, в котором анодная конструкция содержит ряд параллельных анодных элементов, в частности - горизонтальных анодных элементов, имеющих электрохимически активные поверхности во в целом копланарном расположении с образованием упомянутой активной анодной поверхности, причем эти анодные элементы отделены друг от друга с образованием удлиненных проточных отверстий для циркуляции электролита, приводимого в движение быстрым выходом анодно выделяющегося кислорода.3. The cell according to claim 2, in which the anode structure contains a series of parallel anode elements, in particular horizontal anode elements having electrochemically active surfaces in a generally coplanar arrangement to form said active anode surface, these anode elements being separated from each other with the formation of elongated flow holes for the circulation of the electrolyte, driven by the rapid release of anodic oxygen. 4. Электролизер по п.3, в котором анодные элементы представляют собой лопасти, стержни, прутки или проволоки.4. The cell according to claim 3, in which the anode elements are blades, rods, rods or wires. 5. Электролизер по п.1, в котором активная анодная поверхность является, по существу, горизонтальной.5. The cell of claim 1, wherein the active anode surface is substantially horizontal. 6. Электролизер по п.1, в котором активная анодная поверхность является, по существу, вертикальной или наклонной относительно горизонтали.6. The cell of claim 1, wherein the active anode surface is substantially vertical or inclined relative to the horizontal. 7. Электролизер по п.1, в котором расплавленный электролит находится при температуре ниже 950°С, в частности в диапазоне от 910 до 940°С, и состоит из
от 6,5 до 11 мас.% растворенного глинозема, в частности от 7 до 10 мас.%;
от 35 до 44 мас.% фторида алюминия, в частности от 36 до 42 мас.% фторида алюминия, например, от 36 до 38 мас.%;
от 38 до 46 мас.% фторида натрия, в частности от 39 до 43 мас.%;
от 2 до 15 мас.% фторида калия, в частности от 3 до 10 мас.% фторида калия, например, от 5 до 7 мас.%;
от 0 до 5 мас.% фторида кальция, в частности от 2 до 4 мас.% фторида кальция; и
от 0 до 5 мас.% в сумме одного или более дополнительных компонентов, в частности вплоть до 3 мас.%.
7. The electrolyzer according to claim 1, in which the molten electrolyte is at a temperature below 950 ° C, in particular in the range from 910 to 940 ° C, and consists of
from 6.5 to 11 wt.% dissolved alumina, in particular from 7 to 10 wt.%;
from 35 to 44 wt.% aluminum fluoride, in particular from 36 to 42 wt.% aluminum fluoride, for example, from 36 to 38 wt.%;
from 38 to 46 wt.% sodium fluoride, in particular from 39 to 43 wt.%;
from 2 to 15 wt.% potassium fluoride, in particular from 3 to 10 wt.% potassium fluoride, for example, from 5 to 7 wt.%;
from 0 to 5 wt.% calcium fluoride, in particular from 2 to 4 wt.% calcium fluoride; and
from 0 to 5 wt.% in the sum of one or more additional components, in particular up to 3 wt.%.
8. Электролизер по п.7, в котором электролит в качестве дополнительного(ых) компонента(ов) содержит по меньшей мере один фторид, выбранный из фторида магния, фторида лития, фторида цезия, фторида рубидия, фторида стронция, фторида бария и фторида церия.8. The electrolyzer according to claim 7, in which the electrolyte as an additional component (s) contains at least one fluoride selected from magnesium fluoride, lithium fluoride, cesium fluoride, rubidium fluoride, strontium fluoride, barium fluoride and cerium fluoride . 9. Электролизер по п.1, в котором электролит содержит глинозем в концентрации вблизи насыщения на активной анодной поверхности.9. The electrolyzer according to claim 1, in which the electrolyte contains alumina in a concentration near saturation on the active anode surface. 10. Электролизер по п.1, в котором упомянутый CoO-содержащий слой является составляющим одно целое с сердцевиной, выполненной из кобальта или кобальтового сплава.10. The cell of claim 1, wherein said CoO-containing layer is integral with the core made of cobalt or cobalt alloy. 11. Электролизер по п.1, в котором анод содержит электропроводящую подложку, которая покрыта нанесенным электрохимически активным покрытием, которое содержит упомянутый CoO-содержащий слой.11. The electrolyzer according to claim 1, in which the anode contains an electrically conductive substrate, which is coated with an applied electrochemically active coating, which contains said CoO-containing layer. 12. Электролизер по п.11, в котором CoO-содержащий слой представляет собой слой спеченных частиц.12. The electrolyzer according to claim 11, in which the CoO-containing layer is a layer of sintered particles. 13. Электролизер по п.11, в котором CoO-содержащий слой представляет собой составляющий одно целое оксидный слой на нанесенном Co-содержащем металлическом слое этого покрытия.13. The electrolyzer according to claim 11, in which the CoO-containing layer is an integral oxide layer on the deposited Co-containing metal layer of this coating. 14. Электролизер по п.11, который содержит барьерный для кислорода слой между CoO-содержащим слоем и электропроводящей подложкой.14. The electrolyzer according to claim 11, which contains an oxygen barrier layer between the CoO-containing layer and the electrically conductive substrate. 15. Электролизер по п.14, в котором барьерный для кислорода слой содержит по меньшей мере один металл, выбранный из никеля, меди, вольфрама, молибдена, тантала, ниобия и хрома, или их оксид.15. The cell of claim 14, wherein the oxygen barrier layer comprises at least one metal selected from nickel, copper, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, and chromium, or an oxide thereof. 16. Электролизер по п.15, в котором барьерный для кислорода слой дополнительно содержит кобальт.16. The cell of claim 15, wherein the oxygen barrier layer further comprises cobalt. 17. Электролизер по п.16, в котором барьерный для кислорода слой представляет собой кобальтовый сплав, содержащий по меньшей мере один металл, выбранный из никеля, вольфрама, молибдена, тантала и ниобия.17. The electrolyzer according to clause 16, in which the oxygen-barrier layer is a cobalt alloy containing at least one metal selected from nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and niobium. 18. Электролизер по п.17, в котором этот кобальтовый сплав содержит
по меньшей мере один из никеля, вольфрама, молибдена, тантала и ниобия в суммарном количестве от 5 до 30 мас.%, в частности 10-20 мас.%; и
один(но) или более дополнительных элементов и соединений в суммарном количестве вплоть до 5 мас.%,
остальное составляет кобальт.
18. The electrolyzer according to 17, in which this cobalt alloy contains
at least one of nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and niobium in a total amount of from 5 to 30 wt.%, in particular 10-20 wt.%; and
one (but) or more additional elements and compounds in a total amount of up to 5 wt.%,
the rest is cobalt.
19. Электролизер по п.18, содержащий в качестве упомянутых дополнительных элементов по меньшей мере один из алюминия, кремния и марганца.19. The cell of claim 18, comprising as said additional elements at least one of aluminum, silicon and manganese. 20. Электролизер по п.14, в котором CoO-содержащий слой является составляющим одно целое с барьерным для кислорода слоем.20. The cell of claim 14, wherein the CoO-containing layer is integral with the oxygen barrier layer. 21. Электролизер по п.14, в котором барьерный для кислорода слой является составляющим одно целое с электропроводящей подложкой.21. The cell of claim 14, wherein the oxygen barrier layer is integral with the electrically conductive substrate. 22. Электролизер по п.14, в котором барьерный для кислорода слой и CoO-содержащий слой или их предшественники являются отдельными нанесенными слоями.22. The cell of claim 14, wherein the oxygen barrier layer and the CoO containing layer or their precursors are separate deposited layers. 23. Электролизер по п.13, в котором Co-содержащий металлический слой содержит кобальт в количестве по меньшей мере 95 мас.%, в частности более 97 мас.% или 99 мас.%.23. The cell of claim 13, wherein the Co-containing metal layer contains cobalt in an amount of at least 95 wt.%, In particular more than 97 wt.% Or 99 wt.%. 24. Электролизер по п.13, в котором Co-содержащий металлический слой содержит по меньшей мере одну добавку, выбранную из кремния, марганца, никеля, ниобия, тантала и алюминия, в суммарном количестве от 0,1 до 2 мас.%.24. The cell of claim 13, wherein the Co-containing metal layer contains at least one additive selected from silicon, manganese, nickel, niobium, tantalum and aluminum, in a total amount of from 0.1 to 2 wt.%. 25. Электролизер по п.11, в котором электропроводящая подложка содержит по меньшей мере один металл, выбранный из хрома, кобальта, гафния, железа, никеля, меди, платины, кремния, вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, титана, вольфрама, ванадия, иттрия и циркония, или их соединение, в частности - оксид, или их сочетание.25. The electrolyzer of claim 11, in which the electrically conductive substrate contains at least one metal selected from chromium, cobalt, hafnium, iron, nickel, copper, platinum, silicon, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, titanium, tungsten, vanadium , yttrium and zirconium, or a compound thereof, in particular an oxide, or a combination thereof. 26. Электролизер по п.25, в котором электропроводящая подложка имеет наружную часть, выполненную из кобальта или богатого кобальтом сплава, на которую нанесено упомянутое покрытие.26. The electrolytic cell according A.25, in which the electrically conductive substrate has an outer part made of cobalt or a cobalt-rich alloy, on which said coating is applied. 27. Электролизер по п.26, в котором наружная часть выполнена из богатого кобальтом сплава, содержащего по меньшей мере один из никеля, вольфрама, молибдена, тантала и ниобия, причем упомянутый кобальтовый сплав содержит, в частности
по меньшей мере один из никеля, вольфрама, молибдена, тантала и ниобия в суммарном количестве от 5 до 30 мас.%, в частности 10-20 мас.%; и
один(но) или более дополнительных элементов и соединений в суммарном количестве вплоть до 5 мас.%,
остальное составляет кобальт.
27. The electrolyzer according to claim 26, wherein the outer part is made of a cobalt-rich alloy containing at least one of nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and niobium, said cobalt alloy containing, in particular
at least one of nickel, tungsten, molybdenum, tantalum and niobium in a total amount of from 5 to 30 wt.%, in particular 10-20 wt.%; and
one (but) or more additional elements and compounds in a total amount of up to 5 wt.%,
the rest is cobalt.
28. Электролизер по п.11, в котором электропроводящая подложка содержит один или более или состоит, по существу, из одного или более стойких к окислению металлов.28. The electrolyzer according to claim 11, in which the electrically conductive substrate contains one or more or consists essentially of one or more oxidation-resistant metals. 29. Электролизер по п.28, в котором упомянутый один или более стойких к окислению металлов выбран(ы) из никеля, кобальта, хрома и ниобия.29. The electrolyzer of claim 28, wherein said one or more oxidation-resistant metals is selected (s) from nickel, cobalt, chromium and niobium. 30. Электролизер по п.25, в котором электропроводящая подложка представляет собой сплав никеля, железа и меди, в частности сплав, содержащий от 65 до 85 мас.% никеля; от 5 до 25 мас.% железа; от 1 до 20 мас.% меди; и от 0 до 10 мас.% дополнительных компонентов.30. The electrolytic cell according A.25, in which the electrically conductive substrate is an alloy of Nickel, iron and copper, in particular an alloy containing from 65 to 85 wt.% Nickel; from 5 to 25 wt.% iron; from 1 to 20 wt.% copper; and from 0 to 10 wt.% additional components. 31. Электролизер по п.10, в котором сердцевина выполнена из того же самого материала, что и барьерный для кислорода слой по любому из пп.16 - 19; Co-содержащий металлический слой по п.23 или 24; или богатый кобальтом сплав по п.27.31. The electrolyzer of claim 10, in which the core is made of the same material as the oxygen barrier layer according to any one of paragraphs.16 to 19; Co-containing metal layer according to item 23 or 24; or cobalt-rich alloy according to claim 27. 32. Электролизер по п.1, в котором CoO-содержащий слой имеет открытую пористость вплоть до 12%, в частности вплоть до 7%.32. The electrolyzer according to claim 1, in which the CoO-containing layer has an open porosity of up to 12%, in particular up to 7%. 33. Электролизер по п.1, в котором CoO-содержащий слой имеет пористость со средним размером пор менее 7 мк, в частности, менее 4 мк.33. The electrolyzer according to claim 1, in which the CoO-containing layer has a porosity with an average pore size of less than 7 microns, in particular less than 4 microns. 34. Электролизер по п.1, в котором CoO-содержащий слой содержит оксид кобальта CoO в количестве по меньшей мере 80 мас.%, в частности более 90 мас.% или 95 мас.%.34. The electrolyzer according to claim 1, in which the CoO-containing layer contains cobalt oxide CoO in an amount of at least 80 wt.%, In particular more than 90 wt.% Or 95 wt.%. 35. Электролизер по п.1, в котором CoO-содержащий слой является, по существу, свободным от Со2О3 и, по существу, свободным от Co3O4.35. The electrolyzer according to claim 1, in which the CoO-containing layer is essentially free of Co 2 O 3 and essentially free of Co 3 O 4 . 36. Электролизер по п.1, в котором CoO-содержащий слой является электрохимически активным по отношению к окислению ионов кислорода и непокрытым или покрыт проницаемым для электролита слоем.36. The electrolyzer according to claim 1, in which the CoO-containing layer is electrochemically active with respect to the oxidation of oxygen ions and uncoated or coated with a layer permeable to electrolyte. 37. Электролизер по п.1, в котором CoO-содержащий слой покрыт нанесенным защитным слоем, в частности нанесенным оксидным слоем.37. The electrolyzer according to claim 1, in which the CoO-containing layer is coated with a deposited protective layer, in particular a deposited oxide layer. 38. Электролизер по п.37, в котором нанесенный защитный слой содержит оксид кобальта.38. The electrolyzer according to clause 37, in which the applied protective layer contains cobalt oxide. 39. Электролизер по п.37, в котором нанесенный защитный слой содержит оксид железа.39. The electrolyzer according to clause 37, in which the applied protective layer contains iron oxide. 40. Электролизер по п.39, в котором нанесенный защитный слой содержит оксиды кобальта и железа, в частности феррит кобальта.40. The electrolyzer according to § 39, in which the applied protective layer contains oxides of cobalt and iron, in particular cobalt ferrite. 41. Электролизер по п.37, в котором нанесенный защитный слой содержит соединение церия, в частности оксифторид церия.41. The electrolyzer according to clause 37, in which the applied protective layer contains a compound of cerium, in particular cerium oxyfluoride. 42. Электролизер по п.37, в котором нанесенный защитный слой является электрохимически активным по отношению к окислению ионов кислорода и непокрытым или покрыт проницаемым для электролита слоем.42. The electrolyzer according to clause 37, in which the applied protective layer is electrochemically active with respect to the oxidation of oxygen ions and uncoated or coated with a layer permeable to electrolyte. 43. Электролизер по п.1, который имеет электрохимически активную поверхность, которая содержит по меньшей мере одну присадку, в частности по меньшей мере одну присадку, выбранную из металлов иридия, палладия, платины, родия, рутения, кремния, вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, олова или цинка, мишметалла, металлов ряда лантаноидов, в виде металлов и соединений, в частности - оксидов, и их смесей.43. The electrolyzer according to claim 1, which has an electrochemically active surface that contains at least one additive, in particular at least one additive selected from metals iridium, palladium, platinum, rhodium, ruthenium, silicon, tungsten, molybdenum, tantalum , niobium, tin or zinc, mischmetal, metals of a number of lanthanides, in the form of metals and compounds, in particular oxides, and mixtures thereof. 44. Электролизер по п.43, в котором электрохимически активная поверхность выполнена из активного материала, содержащего эту(и) присадку(и) в суммарном количестве от 0,1 до 5 мас.%, в частности от 1 до 4 мас.%.44. The electrolyzer according to item 43, in which the electrochemically active surface is made of an active material containing this (s) additive (s) in a total amount of from 0.1 to 5 wt.%, In particular from 1 to 4 wt.%. 45. Электролизер по п.1, содержащий катод, который имеет смачиваемую алюминием поверхность, в частности горизонтальную или наклонную дренированную поверхность.45. The electrolyzer according to claim 1, containing a cathode, which has a wettable surface of aluminum, in particular a horizontal or inclined drained surface. 46. Электролизер по п.45, в котором катод имеет смачиваемое алюминием покрытие, которое содержит огнеупорный борид и/или способствующий смачиванию алюминием оксид.46. The electrolyzer according to item 45, in which the cathode has a wettable aluminum coating, which contains refractory boride and / or promotes wetting with aluminum oxide. 47. Электролизер по п.1, в котором анод подвешен в электролите на стержне, в частности стержне, имеющем наружную часть, содержащую слой, который содержит преимущественно оксид кобальта CoO.47. The electrolyzer according to claim 1, in which the anode is suspended in an electrolyte on a rod, in particular a rod having an outer part containing a layer that contains mainly cobalt oxide CoO. 48. Способ производства алюминия в электролизере по любому из пп.1-47, включающий в себя пропускание электрического тока через упомянутую или каждую активную анодную конструкцию к ее активным анодным поверхностям в виде электронного тока и через электролит к катоду в виде ионного тока, посредством чего осуществляют электролиз растворенного глинозема с получением алюминия на катоде(ах) и кислорода на активной(ых) анодной(ых) поверхности(ях), который отводится сквозь упомянутые проточные отверстия.48. A method for producing aluminum in an electrolytic cell according to any one of claims 1 to 47, comprising transmitting an electric current through said or each active anode structure to its active anode surfaces in the form of an electronic current and through the electrolyte to the cathode in the form of an ion current, whereby carry out the electrolysis of dissolved alumina to produce aluminum at the cathode (s) and oxygen on the active anode (s) surface (s), which is discharged through said flow openings. 49. Способ по п.48, в котором ионы кислорода окисляются на анодном слое, который содержит преимущественно оксид кобальта CoO.49. The method according to p, in which oxygen ions are oxidized on the anode layer, which contains mainly cobalt oxide CoO. 50. Способ по п.48, в котором ионы кислорода окисляются на активном слое, нанесенном на анодный слой, который содержит преимущественно оксид кобальта CoO.50. The method according to p, in which oxygen ions are oxidized on the active layer deposited on the anode layer, which contains mainly cobalt oxide CoO. 51. Неугольный анод на металлической основе для электролитического получения алюминия из глинозема, растворенного во фторидсодержащем расплавленном электролите, содержащий электропроводящую металлическую конструкцию, которая содержит наружную часть с электрохимически активной анодной поверхностью, на которой анодно выделяется кислород, и которая во время использования подвешена в электролите по существу параллельно обращенному к ней катоду, причем упомянутая металлическая конструкция имеет одно или более проточных отверстий, простирающихся от активной анодной поверхности через эту металлическую конструкцию, причем упомянутое(ые) проточное(ые) отверстие(я) выполнено(ы) с возможностью направления во время использования циркуляции электролита, приводимого в движение быстрым выходом анодно выделяющегося кислорода, при этом упомянутая наружная часть анода содержит слой, который содержит преимущественно оксид кобальта CoO. 51. A non-metallic metal-based anode for the electrolytic production of aluminum from alumina dissolved in a fluoride-containing molten electrolyte, containing an electrically conductive metal structure that contains an outer part with an electrochemically active anode surface on which oxygen is anode released, and which is suspended in the electrolyte during use by essentially parallel to the cathode facing it, and said metal structure has one or more flow openings, rubbing from the active anode surface through this metal structure, the aforementioned flow-through hole (s) being made (s) with the possibility of directing during use the circulation of the electrolyte, driven by the rapid release of anode released oxygen, while the outer part the anode contains a layer that contains predominantly cobalt oxide CoO.
RU2006147308/02A 2004-06-03 2005-05-25 High-resistant running non-coal anodes for electrolytic receiving of aluminium RU2374362C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IBPCT/IB2004/001900 2004-06-03
IB2004001900 2004-06-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006147308A RU2006147308A (en) 2008-07-20
RU2374362C2 true RU2374362C2 (en) 2009-11-27

Family

ID=35429260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006147308/02A RU2374362C2 (en) 2004-06-03 2005-05-25 High-resistant running non-coal anodes for electrolytic receiving of aluminium

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110100834A1 (en)
EP (1) EP1756334A2 (en)
AU (1) AU2005250240B2 (en)
CA (1) CA2567127C (en)
RU (1) RU2374362C2 (en)
WO (1) WO2005118916A2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532200C2 (en) * 2012-07-20 2014-10-27 Анатолий Иванович Киселев Method of obtaining of aluminium by electrolysis of cryolite-aluminuos melt using carbon oxide
RU2568546C2 (en) * 2011-03-25 2015-11-20 Дзе Досиса Anode for electroextraction and method of electroextraction with its use
RU2570149C1 (en) * 2013-08-19 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Iron-based anode for production of aluminium by fused electrolysis
RU2698162C2 (en) * 2017-03-01 2019-08-22 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Perforated metal inert anode for aluminium production by molten electrolysis
RU2758697C1 (en) * 2020-12-23 2021-11-01 Евгений Сергеевич Горланов Method for electrolytic production of aluminium using solid electrodes

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105132952B (en) * 2015-08-26 2017-09-29 贵州理工学院 It is a kind of to reduce the electrolyte system of perfluocarbon discharge capacity

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4142005A (en) * 1976-02-27 1979-02-27 The Dow Chemical Company Process for preparing an electrode for electrolytic cell having a coating of a single metal spinel, Co3 O4
US4098669A (en) * 1976-03-31 1978-07-04 Diamond Shamrock Technologies S.A. Novel yttrium oxide electrodes and their uses
NO157461C (en) * 1979-12-26 1988-03-23 Asahi Chemical Ind HYDROGEN DEVELOPING ELECTRODE.
US6372119B1 (en) * 1997-06-26 2002-04-16 Alcoa Inc. Inert anode containing oxides of nickel iron and cobalt useful for the electrolytic production of metals
US6217739B1 (en) * 1997-06-26 2001-04-17 Alcoa Inc. Electrolytic production of high purity aluminum using inert anodes
US6077415A (en) * 1998-07-30 2000-06-20 Moltech Invent S.A. Multi-layer non-carbon metal-based anodes for aluminum production cells and method
EP1105553B1 (en) * 1998-07-30 2005-09-28 MOLTECH Invent S.A. Methods for the production of nickel-iron alloy-based anodes for aluminium electrowinning cells
AU760052B2 (en) * 1998-08-18 2003-05-08 Moltech Invent S.A. Bipolar cell for the production of aluminium with carbon cathodes
US6521116B2 (en) * 1999-07-30 2003-02-18 Moltech Invent S.A. Cells for the electrowinning of aluminium having dimensionally stable metal-based anodes
US6638412B2 (en) * 2000-12-01 2003-10-28 Moltech Invent S.A. Prevention of dissolution of metal-based aluminium production anodes
AU2002321684A1 (en) * 2001-07-13 2003-01-29 Moltech Invent S.A. Alloy-based anode structures for aluminium production
WO2005090641A2 (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Moltech Invent S.A. Non-carbon anodes with active coatings
CA2557957C (en) * 2004-03-18 2012-05-15 Moltech Invent S.A. Non-carbon anodes

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2568546C2 (en) * 2011-03-25 2015-11-20 Дзе Досиса Anode for electroextraction and method of electroextraction with its use
RU2532200C2 (en) * 2012-07-20 2014-10-27 Анатолий Иванович Киселев Method of obtaining of aluminium by electrolysis of cryolite-aluminuos melt using carbon oxide
RU2570149C1 (en) * 2013-08-19 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Iron-based anode for production of aluminium by fused electrolysis
AU2013398387B2 (en) * 2013-08-19 2017-06-29 Obshestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu "Ob'edinennaya Kompania "Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr" Iron-based anode for producing aluminum by electrolysis of melts
RU2698162C2 (en) * 2017-03-01 2019-08-22 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Perforated metal inert anode for aluminium production by molten electrolysis
US11746431B2 (en) 2017-03-01 2023-09-05 Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennosty Yu “Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr” Metal inert anode for aluminum production of by the electrolysis of a melt
RU2758697C1 (en) * 2020-12-23 2021-11-01 Евгений Сергеевич Горланов Method for electrolytic production of aluminium using solid electrodes

Also Published As

Publication number Publication date
CA2567127C (en) 2012-08-28
AU2005250240A1 (en) 2005-12-15
WO2005118916A3 (en) 2007-03-15
RU2006147308A (en) 2008-07-20
WO2005118916A2 (en) 2005-12-15
AU2005250240B2 (en) 2011-06-30
EP1756334A2 (en) 2007-02-28
CA2567127A1 (en) 2005-12-15
US20110100834A1 (en) 2011-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5562962B2 (en) Oxygen generating metal anode operating at high current density for aluminum reduction cells
US7740745B2 (en) Non-carbon anodes with active coatings
US6113758A (en) Porous non-carbon metal-based anodes for aluminium production cells
RU2374362C2 (en) High-resistant running non-coal anodes for electrolytic receiving of aluminium
US6800192B2 (en) Cells for the electrowinning of aluminium having dimensionally stable metal-based anodes
US6878247B2 (en) Metal-based anodes for aluminium electrowinning cells
US6248227B1 (en) Slow consumable non-carbon metal-based anodes for aluminium production cells
US7846308B2 (en) Non-carbon anodes
US6521116B2 (en) Cells for the electrowinning of aluminium having dimensionally stable metal-based anodes
US20050194066A1 (en) Metal-based anodes for aluminium electrowinning cells
US20030070937A1 (en) Cells for the electrowinning of aluminium having dimensionally stable metal-based anodes
US20030226760A1 (en) Aluminium electrowinning with metal-based anodes

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110809