RU2642782C2

RU2642782C2 - Системы и способы защиты боковых стенок электролизера

Info

Publication number: RU2642782C2
Application number: RU2015143603A
Authority: RU
Inventors: Синхуа ЛЮ; Дуглас А. ВЕЙРОЧ; Фрэнки Э. ФЕЛПС; Джозеф М. ДАЙНИС; Джонелл М. КЕРКХОФФ; Роберт А. ДИМИЛИЯ
Original assignee: Алкоа Инк.
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2018-01-26
Also published as: EP2971257A1; CA2901615A1; CN203999841U; EP2971257A4; RU2015143603A; BR112015021941A2; CN104047025A; CA2901615C; AU2018267670A1; AU2016247228A1; BR112015021941A8; CN104047025B; BR112015021941B1; EP2971257B1; AU2014248631A1; US20140262807A1; WO2014165203A1; US9771659B2; AU2014248631B2

Abstract

Изобретение относится к двум вариантам электролизера, узлу для защиты боковой стенки электролизера и способу защиты боковой стенки электролизера. Электролизер включает в себя: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем расплавленная ванна электролита имеет химический состав ванны, включающий по меньшей мере один компонент ванны; корпус электролизера, имеющий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, при этом боковая стенка состоит по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, причем боковая стенка дополнительно включает: первую часть боковой стенки, выполненную с возможностью установки на теплоизоляционную футеровку боковой стенки и удерживания электролита; и вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера. При этом вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб; причем желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать этот защитный осадок отдельно от подины электролизера; и защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита. Элементы боковой стенки электролизера позволяют защитить боковую стенку от электролитической ванны. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 1 пр., 11 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка является непредварительной и испрашивает приоритет заявки на патент США с порядковым № 61/780,493, озаглавленной «Системы и способы защиты электролизеров», поданной 13 марта 2013 года, которая включена сюда по ссылке во всей своей полноте.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Традиционно боковые стенки электролизера выполняют из теплопроводных материалов для формирования застывшей настыли вдоль всей боковой стенки (и верхней поверхности ванны) для обеспечения целостности электролизера.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В самом широком смысле настоящее изобретение относится к элементам боковой стенки (например, внутренней боковой стенки, или горячей стороны) электролизера, которые защищают боковую стенку от электролитической ванны в ходе эксплуатации электролизера (например, при производстве металла в электролизере). Более конкретно, элементы внутренней стенки обеспечивают непосредственный контакт с металлом, ванной и/или паром в электролизере при отсутствии застывшей настыли вдоль всей или части внутренней боковой стенки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Сообразно различным вариантам осуществления настоящего изобретения боковая стенка электролизера заменяется, по меньшей мере частично, одной или более боковыми стенками в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0005] В некоторых вариантах представлен стабильный материал боковой стенки, который является устойчивым (например, практически нереакционноспособным) в расплавленном электролите (например, в ванне электролизера) при поддержании одного или более компонентов, входящих в химический состав ванны, на определенном содержании в процентах от насыщения. В некоторых вариантах химический состав ванны поддерживают с помощью по меньшей мере одного устройства питания, размещенного вдоль боковой стенки, которое подает в электролизер питающий материал (например, который удерживается в виде защитного осадка, располагающегося рядом с боковой стенкой электролизера). В некоторых вариантах защитный вкладыш поставляет по меньшей мере один компонент ванны (например, глинозем) в ванну (например, в ванну непосредственно рядом с боковой стенкой). В качестве одного неограничивающего примера, по мере того как защитный осадок медленно растворяется, химический состав ванны рядом с боковой стенкой находится на уровне или вблизи насыщения для этого компонента ванны, тем самым защищая боковую стенку от растворения (например, перехода в раствор/разъедания) в результате взаимодействия с расплавленными электролитом/ванной. В некоторых вариантах процентная степень насыщения ванны конкретным ее компонентом (например, глиноземом) является функцией концентрации питающего материала (например, глинозема) при условиях эксплуатации электролизера (например, температуре, соотношении компонентов ванны, и ванны и/или содержания).

[0006] В некоторых вариантах боковые стенки по настоящему изобретению обеспечивают экономию энергии на: по меньшей мере примерно 5%; по меньшей мере примерно 10%; по меньшей мере примерно 15%; по меньшей мере примерно 20%; по меньшей мере примерно 25%; или по меньшей мере примерно 30%, по сравнению с традиционной футеровкой из теплопроводного материала.

[0007] В некоторых вариантах тепловой поток (т.е. теплопотеря через боковую стенку электролизера во время работы электролизера) составляет: не более чем примерно 5 кВт/м²; не более чем примерно 4 кВт/м²; не более чем примерно 3 кВт/м²; не более чем примерно 2 кВт/м²; не более чем примерно 1 кВт/м²; не более чем примерно 0,75 кВт/м².

[0008] В некоторых вариантах тепловой поток (т.е. теплопотеря через боковую стенку электролизера во время работы электролизера) составляет: по меньшей мере примерно 5 кВт/м²; по меньшей мере примерно 4 кВт/м²; по меньшей мере примерно 3 кВт/м²; по меньшей мере примерно 2 кВт/м²; по меньшей мере примерно 1 кВт/м²; по меньшей мере примерно 0,75 кВт/м².

[0009] В резком контрасте с этим, промышленные электролизеры Холла работают при тепловом потоке через боковую стенку в примерно 8-12 кВт/м².

[0010] В одном аспекте настоящего изобретения представлена система, включающая в себя: электролизер, выполненный с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, включающую по меньшей мере один компонент ванны, причем электролизер включает: подину (например, катод или слой металла) и боковую стенку, состоящую по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны; и систему питания, выполненную с возможностью подачи питающего материала, включающего упомянутый по меньшей мере один компонент ванны, в расплавленную ванну электролита таким образом, что упомянутый по меньшей мере один компонент ванны находится в пределах примерно 2% от насыщения, причем с помощью питающего материала боковая стенка стабильна в расплавленной ванне электролита.

[0011] В некоторых вариантах ванна включает питающий материал (например, глинозем) при содержании выше предела его насыщения (например, таком, что в ванне присутствуют его частицы).

[0012] В некоторых вариантах компонент ванны (например, глинозем) имеет среднее содержание в ванне: в пределах примерно 2% от насыщения; в пределах примерно 1,5% от насыщения; в пределах примерно 1% от насыщения; в пределах примерно 0,5% от насыщения; на уровне насыщения; или выше насыщения (например, в ванне присутствуют нерастворенные частицы этого компонента ванны).

[0013] В некоторых вариантах степень насыщения ванны компонентом составляет: по меньшей мере примерно 95% от насыщения; по меньшей мере примерно 96% от насыщения; по меньшей мере примерно 97% от насыщения; по меньшей мере примерно 98% от насыщения; по меньшей мере примерно 99% от насыщения; 100%-ое насыщение; или выше насыщения (например, в ванне присутствуют нерастворенные частицы компонента ванны).

[0014] В некоторых вариантах степень насыщения ванны компонентом составляет: не более чем примерно 95% от насыщения; не более чем примерно 96% от насыщения; не более чем примерно 97% от насыщения; не более чем примерно 98% от насыщения; не более чем примерно 99% от насыщения; или не более 100%-ого насыщения.

[0015] В некоторых вариантах компонент ванны имеет содержание в ванне в процентах от насыщения, измеренное как среднее значение по всему электролизеру. В некоторых вариантах компонент ванны имеет содержание в ванне в процентах от насыщения, измеренное в местоположении, смежном с боковой стенкой (например, нереакционноспособным/стабильным материалом боковой стенки).

[0016] В некоторых вариантах смежное с боковой стенкой местоположение представляет собой положение в ванне: в прикосновении со стенкой; не более чем примерно 1 дюйм от стенки; не более чем примерно 2 дюйма от стенки, не более чем примерно 4 дюйма от стенки; не более чем примерно 6 дюймов от стенки; не более чем примерно 8 дюймов от стенки; не более чем примерно 10 дюймов от стенки; не более чем примерно 12 дюймов от стенки; не более чем примерно 14 дюймов от стенки; не более чем примерно 16 дюймов от стенки; не более чем примерно 18 дюймов от стенки; не более чем примерно 20 дюймов от стенки; не более чем примерно 22 дюйма от стенки; или не более чем примерно 24 дюйма от стенки.

[0017] В некоторых вариантах смежное с боковой стенкой местоположение представляет собой положение в ванне: в прикосновении со стенкой; менее чем примерно 1 дюйм от стенки; менее чем примерно 2 дюйма от стенки, менее чем примерно 4 дюйма от стенки; менее чем примерно 6 дюймов от стенки; менее чем примерно 8 дюймов от стенки; менее чем примерно 10 дюймов от стенки; менее чем примерно 12 дюймов от стенки; менее чем примерно 14 дюймов от стенки; менее чем примерно 16 дюймов от стенки; менее чем примерно 18 дюймов от стенки; менее чем примерно 20 дюймов от стенки; менее чем примерно 22 дюйма от стенки; или менее чем примерно 24 дюйма от стенки.

[0018] В одном аспекте настоящего изобретения представлена система, включающая: корпус электролизера, выполненный с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, включающую глинозем, причем электролизер включает: подину (например, катод или слой металла) и боковую стенку, состоящую по существу из глинозема; и систему питания, выполненную с возможностью подачи питающего материала, включающего глинозем, в расплавленную ванну электролита так, что содержание глинозема в ванне находится в пределах 10% от насыщения, причем с помощью такого содержания в ванне боковая стенка стабильна в расплавленной ванне электролита.

[0019] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем ванна имеет химический состав ванны, включающий множество компонентов ванны; корпус электролизера, включающий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем боковая стенка состоит по существу из: по меньшей мере одного компонента ванны, входящего в химический состав ванны, причем химический состав ванны включает упомянутый по меньшей мере один компонент ванны в пределах примерно 10% от предела насыщения для этого компонента, так что с помощью химического состава ванны боковая стенка сохраняется на границе раздела боковой стенки и ванны (например, во время работы электролизера).

[0020] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, имеющую химический состав ванны; корпус электролизера, включающий подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью контактировать с расплавленной ванной электролита и удерживать ее, и при этом боковая стенка выполнена из материала, который является компонентом химического состава ванны; и устройство питания, выполненное с возможностью подачи питающего материала, включающего этот компонент, в расплавленную ванну электролита, причем химический состав ванны поддерживается на уровне или вблизи насыщения компонента, так что боковая стенка остается стабильной в расплавленном солевом электролите.

[0021] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем расплавленная ванна электролита имеет химический состав ванны, включающий по меньшей мере один компонент ванны; корпус электролизера, имеющий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, причем боковая стенка состоит по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, причем боковая стенка дополнительно включает: первую часть боковой стенки, выполненную с возможностью установки на теплоизоляционную футеровку боковой стенки и удерживания электролита; и вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера, причем вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб; причем желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать защитный осадок отдельно от подины электролизера (например, слоя металла); причем защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита.

[0022] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем расплавленная ванна электролита имеет химический состав ванны, включающий по меньшей мере один компонент ванны; корпус электролизера, имеющий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, причем боковая стенка состоит по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, причем боковая стенка дополнительно включает: первую часть боковой стенки, выполненную с возможностью установки на теплоизоляционную футеровку боковой стенки и удерживания электролита; и вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера, причем вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб; причем желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать защитный осадок отдельно от подины электролизера (например, слоя металла); причем защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита; и направляющий элемент, причем направляющий элемент размещен между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки, и при этом направляющий элемент разнесен поперечно над желобом, так что направляющий элемент выполнен с возможностью направления защитного осадка в желоб.

[0023] В некоторых вариантах боковая стенка включает первую часть и вторую часть, причем вторая часть выполнена совмещающейся с первой частью боковой стенки относительно теплоизоляционной футеровки, и при том вторая часть боковой стенки выполнена выступающей от боковой стенки (например, профиля боковой стенки) в ступенчатой конфигурации, причем вторая часть боковой стенки включает верхнюю поверхность и боковую поверхность, которые образуют ступенчатый участок. В некоторых вариантах верхняя поверхность выполнена обеспечивающей планарную поверхность (например, плоскую, или параллельную подине электролизера). В некоторых вариантах верхняя поверхность выполнена обеспечивающей скошенную/наклонную поверхность, которая наклонена в сторону первой части боковой стенки так, что первая часть боковой стенки и верхняя поверхность второй части боковой стенки совместно образуют углубленную область. В некоторых вариантах скошенная стабильная боковая стенка является скошенной в сторону центра электролизера/слоя металла (в противоположную от боковой стенки сторону). В некоторых вариантах электролизер включает питатель, выполненный с возможностью подачи питания в электролизер, которое удерживается вдоль по меньшей мере части планарной верхней поверхности и/или стороны второй части боковой стенки в качестве защитного осадка. В некоторых вариантах электролизер включает питатель, выполненный с возможностью подачи питания в электролизер, которое удерживается вдоль углубленной области (например, верхней поверхности второй части боковой стенки).

[0024] В некоторых вариантах основание включает упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

[0025] В некоторых вариантах защитный осадок включает один компонент ванны (по меньшей мере один). В некоторых вариантах защитный осадок включает по меньшей мере два компонента ванны.

[0026] В некоторых вариантах защитный осадок выступает из желоба вверх до по меньшей мере верхней поверхности ванны электролита.

[0027] В некоторых вариантах электролизер дополнительно включает направляющий элемент, причем направляющий элемент размещен между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки, при том направляющий элемент размещен над основанием желоба, и при этом направляющий элемент выполнен с возможностью направления защитного осадка в желоб. В некоторых вариантах направляющий элемент состоит из стабильного материала (например, материала, нереакционноспособного в ванне и/или в паровой фазе).

[0028] В некоторых вариантах направляющий элемент выполнен из материала, который присутствует в химическом составе ванны, так что с помощью химического состава ванны направляющий элемент сохраняется в расплавленном солевом электролите.

[0029] В некоторых вариантах основание желоба образовано питающим блоком, причем питающий блок выполнен из материала, выбранного из компонентов, входящих в химический состав ванны, причем с помощью химического состава ванны питающий блок сохраняется в расплавленной солевой ванне. В некоторых вариантах питающий блок содержит стабильный материал (нереакционноспособный материал). В некоторых вариантах питающий блок содержит глинозем.

[0030] В некоторых вариантах электролизер дополнительно включает питатель (например, устройство питания), выполненный(ое) с возможностью подачи защитного осадка в желоб.

[0031] В некоторых вариантах устройство питания прикреплено к корпусу электролизера.

[0032] В одном аспекте настоящего изобретения представлен способ, включающий: пропускание тока между анодом и катодом через расплавленную ванну электролита электролизера, подачу питающего материала в электролизер для пополнения расплавленной ванны электролита по меньшей мере одним компонентом ванны, причем подача происходит со скоростью, достаточной для поддержания уровня содержания в ванне упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны в пределах примерно 95% от насыщения; и с помощью стадии подачи сохранение боковой стенки электролизера, выполненной из материала, включающего упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

[0033] В некоторых вариантах способ включает: одновременно с первой стадией поддерживание ванны при температуре, не превышающей 960°С, причем боковые стенки электролизеров практически не имеют застывшей настыли.

[0034] В некоторых вариантах способ включает расходование защитного осадка для подачи ионов металла в ванну электролита.

[0035] В некоторых вариантах способ включает получение продукта-металла из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны.

[0036] Различные из аспектов по изобретению, отмеченные здесь выше, могут быть скомбинированы для создания устройств, узлов и способов, относящихся к получению первичного металла в электролизерах при низкой температуре (например, ниже 960°С).

[0037] Эти и прочие аспекты, преимущества и новые признаки изобретения изложены отчасти в нижеследующем описании и станут очевидными специалистам в этой области техники после ознакомления с нижеследующим описанием и фигурами, или же могут быть выяснены при практическом осуществлении изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0038] Фигура 1 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет стабильную боковую стенку (например, нереакционноспособный материал), в соответствии с настоящим изобретением.

[0039] Фигура 2 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки, с питателем, подающим защитный осадок между этими частями боковой стенки, в соответствии с настоящим изобретением.

[0040] Фигура 3 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки, с питателем, подающим защитный осадок между частями боковой стенки, и включает направляющий элемент, в соответствии с настоящим изобретением.

[0041] Фигура 4 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет боковую стенку, которая имеет две стабильных части боковой стенки, причем первая часть боковой стенки и вторая часть боковой стенки выполнены с возможностью прикрепления к теплоизоляционной футеровке, при этом вторая часть боковой стенки выступает за первую часть боковой стенки (например, выполнена обеспечивающей ступенчатую/продленную конфигурацию), в соответствии с настоящим изобретением.

[0042] Фигура 5 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет боковую стенку, которая имеет две стабильных части боковой стенки, причем первая часть боковой стенки и вторая часть боковой стенки выполнены с возможностью прикрепления к теплоизоляционной футеровке, при этом вторая часть боковой стенки выступает за первую часть боковой стенки (например, выполнена обеспечивающей ступенчатую/продленную конфигурацию) и включает защитный осадок, обеспечиваемый питателем, в соответствии с настоящим изобретением.

[0043] Фигура 6 изображает схематический вид сбоку еще одного варианта электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет боковую стенку, которая имеет две стабильных части боковой стенки, причем первая часть боковой стенки и вторая часть боковой стенки выполнены с возможностью прикрепления к теплоизоляционной футеровке, при этом вторая часть боковой стенки выступает за первую часть боковой стенки (например, выполнена обеспечивающей ступенчатую/продленную конфигурации) и включает защитный осадок, обеспечиваемый питателем, в соответствии с настоящим изобретением.

[0044] Фигура 7 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, в соответствии с настоящим изобретением (например, активная боковая стенка представляет собой один или более вариантов осуществления настоящего изобретения).

[0045] Фигура 8 представляет собой график, изображающий скорость (м/с) растворения глинозема в электролитической ванне в зависимости от степени насыщения глиноземом, построенный при пяти (5) различных линиях температуры (750°С, 800°С, 850°С, 900°С и 950°С).

[0046] Фигура 9 представляет график температуры и теплового потока ванны, теплоносителя и настыли на выпуске в зависимости от времени.

[0047] Фигуры 10А-Н изображают частичные виды сбоку в разрезе защитного осадка с различными углами и дна/основания желоба (иногда называемого питающим блоком) под защитным осадком. Изображены различные углы защитного осадка (с наклоном в сторону второй части боковой стенки, с наклоном в сторону первой части боковой стенки, плоские, угловатые и тому подобные). Кроме того, изображены различные углы дна/основания желоба (с наклоном в сторону второй части боковой стенки, с наклоном в сторону первой части боковой стенки, плоские, угловатые и тому подобные).

[0048] Фигуры 11А-D изображают частичные виды сбоку в разрезе разнообразных конфигураций верхнего уступа и/или второй части боковой стенки. Фигура 11А показывает косую конфигурацию с наклоном в сторону центра электролизера (чтобы способствовать стоку из электролизера). Фигура 11В изображает косую конфигурацию, скошенную в сторону боковой стенки (чтобы способствовать удержанию питающего материала в защитном осадке). Фигура 11С изображает угловатую конфигурацию (например, заостренную). Фигура 11D показывает изогнутую, или дугообразную, самую верхнюю область уступа или второй части боковой стенки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0049] Теперь обратимся в подробностях к сопроводительным чертежам, которые по меньшей мере содействуют иллюстрированию разнообразных уместных вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0050] Используемый здесь термин «электролиз» означает любой процесс, который приводит к химической реакции при пропускании электрического тока через материал. В некоторых вариантах электролиз происходит, когда некая разновидность металла восстанавливается в электролизере с получением продукта-металла. Некоторые неограничивающие примеры электролиза включают получение первичного металла. Некоторые неограничивающие примеры получаемых электролитически металлов включают: редкоземельные металлы, цветные металлы (например, медь, никель, цинк, магний, свинец, титан, алюминий и редкоземельные металлы). Применяемый здесь термин «электролизер» означает устройство для проведения электролиза. В некоторых вариантах электролизер включает электролизную ванну, или серию электролизных ванн (например, множественные ванны). В одном неограничивающем примере электролизер оснащен электродами, которые действуют в качестве проводника, через который ток поступает в или покидает неметаллическую среду (например, ванну электролита).

[0051] Используемый здесь термин «электрод» означает положительно заряженные электроды (например, аноды) или отрицательно заряженные электроды (например, катоды).

[0052] Используемый здесь термин «анод» означает положительный электрод (или клемму), посредством которого ток поступает в электролизер. В некоторых вариантах аноды выполнены из электропроводящих материалов. Некоторые неограничивающие примеры анодных материалов включают: металлы, металлические сплавы, оксиды, керамические материалы, металлокерамику, углерод и их сочетания.

[0053] Используемый здесь термин «анодный узел» включает один или более анодов, соединенных с опорой. В некоторых вариантах анодный узел включает: аноды, опору (например, огнеупорный блок и другие устойчивые в ванне материалы) и электрическую ошиновку.

[0054] Используемый здесь термин «опора» означает конструктивный элемент, который поддерживает другой(ие) объект(ы) на своем месте. В некоторых вариантах опора представляет собой конструкцию, которая поддерживает на месте анод(ы). В одном варианте опора способствует электрическому соединению электрической ошиновки с анодом(ами). В одном варианте опора выполнена из материала, который устойчив к агрессивному воздействию ванны. Например, опора выполнена из изоляционного материала, включая, например, огнеупорный материал. В некоторых вариантах множественные аноды соединены (например, механически и электрически) с опорой (например, разъемно присоединены), которая является регулируемой и которую можно поднимать, опускать или иным образом перемещать в электролизере.

[0055] Используемый здесь термин «электрическая ошиновка» относится к электрическим соединителям одного или более компонентов. Например, анод, катод и/или другие компоненты электролизера могут иметь электрическую ошиновку для соединения компонентов друг с другом. В некоторых вариантах электрическая ошиновка включает штыревые соединители в анодах, токопроводы для соединения анодов и/или катодов, электрические цепи для различных компонентов электролизера (или между ними) и их сочетания.

[0056] Используемый здесь термин «катод» означает отрицательный электрод или клемму, через которые ток выходит из электролизера. В некоторых вариантах катоды выполнены из электропроводящего материала. Некоторые неограничивающие примеры катодного материала включают: углерод, металлокерамику, керамический(е) материал(ы), металлический(е) материал(ы) и их сочетания. В одном варианте катод выполнен из боридного соединения переходного металла, например, TiB₂. В некоторых вариантах катод электрически подсоединен через подину электролизера (например, токоотводящий стержень и электрическую ошиновку). В качестве некоторых неограничивающих примеров, катоды выполнены из: TiB₂, композитных материалов TiB₂-С, нитрида бора, боридов циркония, боридов гафния, графита и их сочетаний.

[0057] Используемый здесь термин «катодный узел» относится к катоду (например, катодному блоку), токоотводящему стержню, электрической ошиновке и их сочетаниям.

[0058] Используемый здесь термин «токоотводящий стержень» относится к стержню, который собирает и отводит ток из электролизера. В одном неограничивающем примере токоотводящий стержень собирает ток из катода и передает ток в электрическую ошиновку для отведения тока из системы.

[0059] Используемый здесь термин «ванна электролита» относится к переведенной в жидкое состояние ванне с по меньшей мере одной разновидностью металла, подлежащего восстановлению (например, посредством процесса электролиза). Один неограничивающий пример состава электролитической ванны включает: NaF-AlF₃ (в алюминиевом электролизере), NaF, AlF₃, CF₂, MgF₂, LiF, KF и их сочетания - с растворенным глиноземом.

[0060] Используемый здесь термин «расплавленный» означает находящийся в текучем виде (например, жидкости) вследствие подведения тепла. В качестве одного неограничивающего примера, электролитическая ванна находится в расплавленном виде (например, при температуре по меньшей мере примерно 750°С). В качестве еще одного примера, продукт-металл, который образуется на подине электролизера (например, иногда называемый «слоем металла»), находится в расплавленном виде.

[0061] В некоторых вариантах рабочая температура расплавленной ванны электролита/электролизера составляет: по меньшей мере примерно 750°С; по меньшей мере примерно 800°С; по меньшей мере примерно 850°С; по меньшей мере примерно 900°С; по меньшей мере примерно 950°С; или по меньшей мере примерно 975°С. В некоторых вариантах рабочая температура расплавленной ванны электролита/электролизера составляет: не более чем примерно 750°С; не более чем примерно 800°С; не более чем примерно 850°С; не более чем примерно 900°С; не более чем примерно 950°С; или не более чем примерно 975°С.

[0062] Используемый здесь термин «продукт-металл» означает продукт, который получен электролизом. В одном варианте продукт-металл образуется на подине электролизера в виде слоя металла. Некоторые неограничивающие примеры продуктов-металлов включают: алюминий, никель, магний, медь, цинк и редкоземельные металлы.

[0063] Используемый здесь термин «боковая стенка» означает стенку электролизера. В некоторых вариантах боковая стенка проходит по периметру вокруг подины электролизера и простирается вверх от подины электролизера, образуя корпус электролизера и определяя объем, где содержится ванна электролита. В некоторых вариантах боковая стенка включает: внешний кожух, теплоизоляционную футеровку и внутреннюю стенку. В некоторых вариантах внутренняя стенка и подина электролизера выполнены с возможностью контактировать с и удерживать расплавленную ванну электролита, питающий материал, который подается в ванну (т.е. для проведения электролиза), и продукт-металл (например, слой металла). В некоторых вариантах боковая стенка (внутренняя боковая стенка) включает нереакционноспособную часть боковой стенки (например, стабильную часть боковой стенки).

[0064] Используемый здесь термин «косой» означает угол между двумя поверхностями. В некоторых вариантах эти поверхности составляют острый или тупой угол. В некоторых вариантах «косой» предусматривает угол, близкий или равный прямому углу, или же почти не дает угла, то есть поверхности выглядят как непрерывные (например, под углом 180°). В некоторых вариантах часть боковой стенки (внутренней стенки) является косой, или наклоненной в сторону подины электролизера. В некоторых вариантах вся боковая стенка является косой относительно подины электролизера. В некоторых вариантах стабильный материал боковой стенки имеет скошенную вершинную часть (т.е. скошенную в сторону слоя металла/канта электролизера (чтобы содействовать стоку продукта-металла на подину электролизера).

[0065] В некоторых вариантах вся стенка является косой. В некоторых вариантах часть стенки (первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки, уступ, желоб, направляющий элемент) является косой(ым) (или скошенной, угловатой, изогнутой, дугообразной).

[0066] В некоторых вариантах уступ является косым. В некоторых вариантах вторая часть боковой стенки является косой. Без намерения вдаваться в какую-нибудь конкретную теорию или механизм, представляется, что при выполнении боковой стенки (первой части боковой стенки, второй части боковой стенки, желоба или уступа) в косой форме можно содействовать определенным характеристикам электролизера в режиме работы (например, стеканию металла, направлению питающего материала в электролизер/к подине электролизера). В качестве одного неограничивающего примера, за счет обеспечения косой боковой стенки эту боковую стенку выполняют способствующей захвату питающего материала в защитный осадок в желобе или на уступе (например, наклоненном в ту сторону или выполненном так, чтобы содействовать стоку металла на подину электролизера).

[0067] В некоторых вариантах первая часть боковой стенки является косой (угловатой/скошенной), а вторая часть боковой стенки не является скошенной. В некоторых вариантах первая часть боковой стенки не является скошенной, а вторая часть боковой стенки является скошенной. В некоторых вариантах как первая часть боковой стенки, так и вторая часть боковой стенки являются косыми (угловатыми/скошенными).

[0068] В некоторых вариантах основание (или питающий блок) является косым (скошенным или угловатым). В некоторых вариантах верхняя часть уступа/желоба или второй части боковой стенки является скошенной, угловатой, плоской, косой или изогнутой.

[0069] Используемый здесь термин «угол наклона стенки» означает угол наклона внутренней боковой стенки относительно подины электролизера, измеряемый в градусах. Например, угол наклона стенки в 0 градусов относится к вертикальному углу (или отсутствию угла). В некоторых вариантах угол наклона стенки включает: угол (тэта) от 0 градусов до примерно 30 градусов. В некоторых вариантах угол наклона стенки включает угол (тэта) от 0 градусов до 60 градусов. В некоторых вариантах угол наклона стенки включает угол (тэта) от примерно 0 градусов до примерно 85 градусов.

[0070] В некоторых вариантах угол (тэта) наклона стенки составляет: по меньшей мере примерно 5°; по меньшей мере примерно 10°; по меньшей мере примерно 15°; по меньшей мере примерно 20°; по меньшей мере примерно 25°; по меньшей мере примерно 30°; по меньшей мере примерно 35°; по меньшей мере примерно 40°; по меньшей мере примерно 45°; по меньшей мере примерно 50°; по меньшей мере примерно 55°; или по меньшей мере примерно 60°. В некоторых вариантах угол (тэта) наклона стенки составляет: не более чем примерно 5°; не более чем примерно 10°; не более чем примерно 15°; не более чем примерно 20°; не более чем примерно 25°; не более чем примерно 30°; не более чем примерно 35°; не более чем примерно 40°; не более чем примерно 45°; не более чем примерно 50°; не более чем примерно 55°; или не более чем примерно 60°.

[0071] Используемый здесь термин «внешний кожух» означает самую наружную часть защитного покрова боковой стенки. В одном варианте внешний кожух представляет собой защитную оболочку внутренней стенки электролизера. В качестве неограничивающего примера, внешний кожух выполнен из твердого материала, который охватывает электролизер (например, стали).

[0072] Используемый здесь термин «первая часть боковой стенки» означает часть внутренней боковой стенки.

[0073] Используемый здесь термин «вторая часть боковой стенки» означает еще одну часть внутренней боковой стенки. В некоторых вариантах вторая часть имеет некоторое расстояние от первой части (например, разнесена с ней продольно). В качестве одного неограничивающего примера, вторая часть боковой стенки представляет собой стоящий элемент, имеющий длину и ширину, причем вторая часть боковой стенки находится на расстоянии от первой части.

[0074] В некоторых вариантах вторая часть действует совместно с первой частью для удержания материала или объекта (например, защитного осадка).

[0075] В некоторых вариантах вторая часть имеет постоянную высоту, тогда как в других вариантах высота второй части варьирует. В одном варианте вторая часть выполнена из материала, который устойчив к коррозионной среде ванны и устойчив к продукту-металлу (например, слою металла), а значит, не разрушается или иным образом не реагирует в ванне. В качестве некоторых неограничивающих примеров, стенка выполнена из: TiB₂, TiB₂-C, SiC, Si₃N₄, BN, компонента ванны, который находится на уровне или вблизи насыщения в химическом составе ванны (например, глинозема), и их сочетаний.

[0076] В некоторых вариантах вторая часть изготовлена литьем, горячим прессованием или спеканием с приданием желательных размеров, теоретической плотности, пористости и тому подобного. В некоторых вариантах вторая часть закреплена на одном или более компонентах электролизера, чтобы удерживать вторую часть на месте.

[0077] Используемый здесь термин «направляющий элемент» означает элемент, который выполнен с возможностью направления объекта или материала неким конкретным образом. В некоторых вариантах направляющий элемент предназначен и выполнен с возможностью направлять питающий материал в желоб (например, чтобы он удерживался в желобе в качестве защитного осадка). В некоторых вариантах направляющий элемент подвешен или плавает в электролизере между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки, и при этом над желобом, чтобы направлять поток питающего материала в желоб. В некоторых вариантах направляющий элемент выполнен из материала (по меньшей мере одного компонента ванны), который присутствует в химическом составе ванны на уровне или вблизи насыщения, так что направляющий элемент сохраняется в ванне. В некоторых вариантах направляющий элемент выполнен с возможностью присоединения к каркасу (например, из устойчивого в ванне материала), где каркас выполнен с возможностью регулировать направляющий элемент в электролизере (т.е. перемещать направляющий элемент поперечно (например, вверх или вниз по высоте электролизера) и/или перемещать направляющий элемент продольно (например, влево или вправо относительно желоба/подины электролизера)).

[0078] В некоторых вариантах размеры и/или местоположение направляющего элемента выбирают так, чтобы содействовать определенной конфигурации защитного осадка и/или предварительно заданного режима течения питающего материала в желоб. В некоторых вариантах направляющий элемент присоединен к анодному узлу. В некоторых вариантах направляющий элемент присоединен к боковой стенке электролизера. В некоторых вариантах направляющий элемент присоединен к устройству питания (например, раме, которая удерживает устройство питания в нужном положении). В качестве неограничивающих примеров, направляющий элемент включает пластину, стержень, блок, элемент удлиненной формы и их сочетания. Некоторые неограничивающие примеры материалов направляющего элемента включают: анодные материалы; SiC; SiN; и/или компоненты, которые присутствуют в ванне на уровне или вблизи насыщения, так что направляющий элемент сохраняется в ванне.

[0079] Используемый здесь термин «разнесены продольно» означает размещение одного объекта на расстоянии от другого объекта по длине.

[0080] В некоторых вариантах «разнесены поперечно» (т.е. вторая часть боковой стенки с первой частью боковой стенки - или с желобом) означает разнесение на расстояние: по меньшей мере 1 дюйм, по меньшей мере 1 ½ дюйма, по меньшей мере 2 дюйма, по меньшей мере 2 ½ дюйма, по меньшей мере 3 дюйма, по меньшей мере 3½ дюйма, по меньшей мере 4 дюйма, по меньшей мере 4 ½ дюйма, по меньшей мере 5 дюймов, по меньшей мере 5 ½ дюймов, по меньшей мере 6 дюймов, по меньшей мере 6 ½ дюймов, по меньшей мере 7 дюймов, по меньшей мере 7 ½ дюймов, по меньшей мере 8 дюймов, по меньшей мере 8 ½ дюймов, по меньшей мере 9 дюймов, по меньшей мере 9 ½ дюймов, по меньшей мере 10 дюймов, по меньшей мере 10 ½ дюймов, по меньшей мере 11 дюймов, по меньшей мере 11 ½ дюймов или по меньшей мере 12 дюймов.

[0081] В некоторых вариантах «разнесены поперечно» (т.е. вторая часть боковой стенки с первой частью боковой стенки - или с желобом) означает разнесение на расстояние: не более 1 дюйма, не более 1 ½ дюймов, не более 2 дюймов, не более 2 ½ дюймов, не более 3 дюймов, не более 3 ½ дюймов, не более 4 дюймов, не более 4 ½ дюймов, не более 5 дюймов, не более 5 ½ дюймов, не более 6 дюймов, не более 6 ½ дюймов, не более 7 дюймов, не более 7 ½ дюймов, не более 8 дюймов, не более 8 ½ дюймов, не более 9 дюймов, не более 9 ½ дюймов, не более 10 дюймов, не более 10 ½ дюймов, не более 11 дюймов, не более 11 ½ дюймов или не более 12 дюймов.

[0082] Используемый здесь термин «разнесены поперечно» означает размещение одного объекта на расстоянии от другого объекта по ширине.

[0083] Используемый здесь термин «по меньшей мере» означает больший или равный чему-то.

[0084] Используемый здесь термин «не более чем» означает меньший или равный чему-то.

[0085] Используемый здесь термин «желоб» означает приемный резервуар для удерживания чего-нибудь. В одном варианте желоб образован первой частью боковой стенки, второй частью боковой стенки и основанием (или подиной электролизера). В некоторых вариантах желоб удерживает в себе защитный осадок. В некоторых вариантах желоб удерживает в себе питающий материал в форме защитного осадка, так что желоб предназначен для того, чтобы предотвращать перемещение защитного осадка внутри электролизера (т.е. в слой металла и/или электродную часть электролизера).

[0086] В некоторых вариантах желоб включает материал (по меньшей мере один компонент ванны), который присутствует в химическом составе ванны на уровне или вблизи насыщения, так что он сохраняется в ванне.

[0087] В некоторых вариантах желоб, кроме того, имеет высоту (например, относительно боковой стенки). В качестве неограничивающих вариантов высота желоба (измеренная от подины электролизера до границы раздела ванна/паровая фаза) включает: по меньшей мере 1/4 дюйма, по меньшей мере 1/2 дюйма, по меньшей мере 3/4 дюйма, по меньшей мере 1 дюйм, по меньшей мере 1 ¼ дюйма, по меньшей мере 1 ½ дюйма, по меньшей мере 1 3/4 дюйма, по меньшей мере 2 дюйма, по меньшей мере 2 ¼ дюйма, по меньшей мере 2 ½ дюйма, по меньшей мере 2 3/4 дюйма, по меньшей мере 3 дюйма, 3 ¼ дюйма, по меньшей мере 3 ½ дюйма, по меньшей мере 3 3/4 дюйма, по меньшей мере 4 дюйма, 4 ¼ дюйма, по меньшей мере 4 ½ дюйма, по меньшей мере 4 3/4 дюйма, по меньшей мере 5 дюймов, 5 ¼ дюймов, по меньшей мере 5 ½ дюймов, по меньшей мере 5 3/4 дюймов, или по меньшей мере 6 дюймов. В некоторых вариантах высота желоба включает: по меньшей мере 6 дюймов, по меньшей мере 12 дюймов, по меньшей мере 18 дюймов, по меньшей мере 24 дюйма или по меньшей мере 30 дюймов.

[0088] В качестве неограничивающих вариантов, высота желоба (измеренная от подины электролизера до границы раздела ванна/паровая фаза) включает: не более 1/4 дюйма, не более 1/2 дюйма, не более 3/4 дюйма, не более 1 дюйма, не более 1 ¼ дюйма, не более 1 ½ дюймов, не более 1 3/4 дюйма, не более 2 дюймов, не более 2 ¼ дюймов, не более 2 ½ дюймов, не более 2 3/4 дюймов, не более 3 дюймов, 3 ¼ дюйма, не более 3 ½ дюймов, не более 3 3/4 дюймов, не более 4 дюймов, 4 ¼ дюйма, не более 4 ½ дюймов, не более 4 3/4 дюймов, не более 5 дюймов, 5 ¼ дюймов, не более 5 ½ дюймов, не более 5 3/4 дюймов или не более 6 дюймов. В некоторых вариантах высота желоба включает: не более 6 дюймов, не более 12 дюймов, не более 18 дюймов, не более 24 дюймов или не более 30 дюймов.

[0089] Используемый здесь термин «защитный осадок» относится к скоплению материала, который защищает другой объект или материал. В качестве одного неограничивающего примера «защитный осадок» относится к питающему материалу, который удерживается в желобе. В некоторых вариантах защитный осадок представляет собой: твердый (сплошной) материал; вещество в дисперсной форме; шлам; взвесь; и/или их сочетания. В некоторых вариантах защитный осадок растворяется в ванне (например, вследствие коррозионной природы ванны) и/или расходуется в ходе процесса электролиза. В некоторых вариантах защитный осадок сохраняется в желобе, между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки. В некоторых вариантах защитный осадок выполнен с возможностью отталкивать слой металла (расплавленный металл) от боковой стенки, тем самым защищая боковую стенку от границы раздела ванна-металл. В некоторых вариантах защитный осадок растворяется ванной для обеспечения насыщения на стенке электролизера или вблизи нее, что сохраняет стабильный/нереакционноспособный материал боковой стенки (т.е. состоящий из компонента ванны на уровне или вблизи насыщения). В некоторых вариантах защитный осадок имеет угол наклона осадка (например, защитный осадок образуется в форме, в которой он собрался в желобе), достаточный для защиты боковой стенки и подачи питающего материала в ванну для растворения.

[0090] Используемый здесь термин «питающий материал» означает материал, который представляет собой питание, которое содействует протеканию дальнейших процессов. В качестве одного неограничивающего примера, питающий материал представляет собой оксид металла, который стимулирует электролитическое получение редкоземельных и/или цветных металлов (например, продуктов-металлов) в электролизере. В некоторых вариантах питающий материал, растворившись или потребляясь иным образом, пополняет электролитическую ванну дополнительным исходным материалом (сырьем), из которого получается оксид металла посредством восстановления в электролизере, образуя продукт-металл. В некоторых вариантах питающий материал выполняет две неограничивающих функции: (1) подпитку реакционных условий электролизера для получения продукта-металла; и (2) формирование питающего осадка в канале между стенкой у внутренней боковой стенки для защиты внутренней боковой стенки от коррозионного воздействия среды в ванне. В некоторых вариантах питающий материал включает глинозем в алюминиевом электролизере. Некоторые неограничивающие примеры питающего материала при выплавке алюминия включают: глинозем плавильного сорта или металлургический (SGA), глинозем, пластинчатый или неметаллургический глинозем и их сочетания. При выплавке других металлов (не алюминия) питающие материалы для участия в таких реакциях будут без труда понятными в соответствии с настоящим описанием. В некоторых вариантах питающий материал имеет достаточные размер и плотность для передвижения от границы раздела ванна-воздух через ванну в желоб для формирования защитного осадка.

[0091] Используемый здесь термин «средний размер частиц» относится к усредненной величине множества отдельных частиц. В некоторых вариантах питающий материал в дисперсной (твердой) форме имеет средний размер частиц. В одном варианте средний размер частиц питающего материала является достаточно большим, чтобы он оседал на подину электролизера (а не, например, суспендировался в ванне или иным образом не «плавал» в ванне). В одном варианте средний размер частиц является достаточно малым, чтобы имелась надлежащая удельная площадь поверхности для протекания поверхностных реакций/растворения (например, скорости расходования).

[0092] Используемый здесь термин «скорость подачи» означает определенное количество (или величину) питания в расчете на единицу времени. В качестве одного неограничивающего примера, скорость подачи представляет скорость добавления питающего материала в электролизер. В некоторых вариантах от скорости подачи зависит величина и/или положение защитного осадка. В некотором варианте скорость подачи является фиксированной. В еще одном варианте скорость подачи является регулируемой. В некоторых вариантах питание является непрерывным. В некоторых вариантах питание является периодическим.

[0093] Используемый здесь термин «скорость расходования» означает определенное количество (или величину) использования материала в расчете на единицу времени. В одном варианте скорость расходования - скорость, с которой питающий материал расходуется электролизером (например, ванной, и/или расходуется на образование продукта-металла).

[0094] В некоторых вариантах скорость подачи является более высокой, чем скорость расходования. В некоторых вариантах скорость подачи предназначена обеспечивать защитный осадок (отложение) над границей раздела ванна-воздух.

[0095] Используемый здесь термин «питатель» (иногда называемый устройством питания) относится к устройству, которое вводит материал (например, питание или сырье) во что-нибудь. В одном варианте устройство питания представляет собой устройство, которое подает питающий материал в электролизер. В некоторых вариантах устройство питания является автоматическим, ручным или их сочетанием. В качестве неограничивающих примеров, устройство питания представляет собой шторный питатель или точечный питатель. Используемый здесь термин «шторный питатель» относится к устройству питания, которое перемещается вдоль боковой стенки (например, с помощью самоходной машины) для распределения питающего материала. В одном варианте шторный питатель прикреплен подвижно так, что он перемещается вдоль по меньшей мере одной боковой стенки электролизера.

[0096] Используемый здесь термин «точечный питатель» относится к устройству питания, которое является стационарным на боковой стенке для распределения питающего материала в электролизер. В некоторых вариантах устройство питания присоединено к боковой стенке с помощью устройства крепления. Неограничивающие примеры включают скобы и тому подобные.

[0097] В некоторых вариантах устройство питания является автоматическим. Используемый здесь термин «автоматический» относится к способности работать независимо (например, под управлением машины или компьютера). В некоторых вариантах устройство питания является ручным. Используемый здесь термин «ручное» означает работающее с применением ручного труда.

[0098] Используемый здесь термин «питающий блок» относится к питающему материалу в сплошном твердом виде (например, полученному литьем, спеканием, горячим прессованием или их сочетаниями). В некоторых вариантах основание желоба содержит питающий блок. В качестве одного неограничивающего примера, питающий блок состоит из глинозема.

[0099] Используемый здесь термин «нереакционноспособная боковая стенка» относится к боковой стенке, которая выполнена или состоит из материала (например, покрыта им), который является стабильным (например, нереакционноспособным, инертным, размерно-стабильным и/или сохраняющимся) в расплавленной ванне электролита при рабочих температурах электролизера (например, от выше 750°С до не более чем 960°С). В некоторых вариантах нереакционноспособный материал боковой стенки сохраняется в ванне благодаря химическому составу ванны. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал боковой стенки является стабильным в ванне электролита, поскольку ванна содержит нереакционноспособный материал боковой стенки в качестве компонента ванны в концентрации на уровне или вблизи его предела насыщения в ванне. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал боковой стенки включает по меньшей мере один компонент, который присутствует в химическом составе ванны. В некоторых вариантах химический состав ванны поддерживают путем подачи питающего материала в ванну, тем самым сохраняя химический состав ванны на уровне или вблизи насыщения для нереакционноспособного материала боковой стенки, тем самым сохраняя материал боковой стенки в ванне.

[00100] Некоторые неограничивающие примеры нереакционноспособных материалов боковой стенки включают: Al; Li; Na; K; Rb; Cs; Be; Mg; Ca; Sr; Ba; Sc; Y; La; или Се-содержащие материалы, и их сочетания. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал представляет собой оксид вышеупомянутых примеров. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал представляет собой галогенидную соль или фторид вышеуказанных примеров. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал представляет собой оксофторид вышеуказанных примеров. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал представляет собой вышеупомянутые примеры в чистой металлической форме. В некоторых вариантах нереакционноспособный материал боковой стенки выбирают как материал (например, Са, Mg), который имеет более высокий электрохимический потенциал (например, катионы этого металла являются электрохимически более благородными), чем получаемый продукт-металл (например, Al), реакция нереакционноспособного материала боковой стенки является менее желательной (электрохимически), чем реакция восстановления глинозема до алюминия. В некоторых вариантах нереакционноспособная боковая стенка выполнена из пригодных к литью материалов. В некоторых вариантах нереакционноспособная боковая стенка выполнена из спеченных материалов.

ПРИМЕР: исследование лабораторного масштаба: боковое питание:

[00101] Были проведены испытания в лабораторном масштабе для оценки коррозии-эрозии алюминиевого электролизера. Испытания на коррозию-эрозию показали, что материалы из глинозема и оксида хрома-глинозема преимущественно подвергались агрессивному воздействию на границе раздела ванна-металл. Кроме того, было определено, что скорость коррозии-эрозии на границе раздела ванна-металл резко повышается, когда концентрация глинозема далека от насыщения (например, ниже примерно 95 мас. %). С физическим барьером из питающих материалов, т.е. при питании с повышением концентрации насыщения глиноземом, барьер (например, из частиц глинозема) действовал так, чтобы поддерживать глинозем в насыщенном состоянии на границе раздела ванна-металл для защиты боковой стенки от растворения в ванне. Таким образом, боковая стенка на границе раздела ванна-металл защищена от коррозионно-агрессивного воздействия, и концентрация насыщения глиноземом поддерживалась на уровне примерно 98 мас. %. После выполнения электролиза в течение некоторого периода времени боковая стенка была обследована и оказалась неповрежденной.

ПРИМЕР: испытание в опытном масштабе: автоматизированное боковое питание вращающимся питателем

[00102] Единственный электролизер Холла эксплуатировали непрерывно в течение примерно 700 часов с желобом вдоль боковой стенки по всему периметру электролизера (например, с помощью вращающегося питателя). Питатель имел бункер и вращался вдоль боковой стенки для подачи на всю боковую стенку (вдоль одного борта). Питающий материал из пластинчатого глинозема подавали в электролизер автоматическим питателем в таком положении, чтобы он удерживался в желобе. После завершения электролиза боковая стенка была обследована и найдена неповрежденной (т.е. боковая стенка была защищена боковым питанием).

ПРИМЕР: полномасштабное испытание с боковой подачей (вручную)

[00103] Испытание в промышленном масштабе с питанием на боковой стенке было проведено в непрерывном режиме в течение некоторого периода времени (например, по меньшей мере одного месяца) с желобом вдоль боковой стенки посредством ручной подачи. Питающий материал из пластинчатого глинозема подавали в электролизер вручную в местоположении рядом с боковой стенкой, так что глинозем оставался в электролизере в желобе, расположенном рядом с боковой стенкой. Измерения профиля боковой стенки показали минимальную коррозию-эрозию боковой стенки выше желоба, а измерения профиля желоба показали, что желоб сохранял свою целостность на протяжении всей работы электролизера. Таким образом, поданный вручную глинозем защищал боковую стенку электролизера у границы раздела металл-ванна от коррозии-эрозии. Для убедительного иллюстрации вышеизложенного было выполнено вскрытие электролизера.

[00104] Хотя выше были подробно описаны разнообразные варианты осуществления настоящего изобретения, очевидно, что специалистам в этой области техники придут на ум модификации и адаптации этих вариантов осуществления. Однако должно быть совершенно понятно, что такие модификации и адаптации находятся в пределах сути и объема настоящего изобретения.

Номера позиций

Электролизер 10

Анод 12

Катод 14

Ванна электролита 16

Слой металла 18

Корпус электролизера 20

Электрическая ошиновка 22

Анодный узел 24

Токоотводящий стержень 40

Активная боковая стенка 30

Боковая стенка 38 (например, включает активную боковую стенку и теплоизоляционную футеровку)

Подина 32

Внешний кожух 34

Питающий блок 60

Граница 26 раздела ванна-воздух

Граница 28 раздела металл-ванна

Claims

1. Электролизер, включающий в себя:

анод;

катод в отстоящем от анода положении;

расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем расплавленная ванна электролита имеет химический состав ванны, включающий по меньшей мере один компонент ванны;

корпус электролизера, имеющий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, при этом боковая стенка состоит по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, причем боковая стенка дополнительно включает:

первую часть боковой стенки, выполненную с возможностью установки на теплоизоляционную футеровку боковой стенки и удерживания электролита; и

вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера,

причем вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб;

причем желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать этот защитный осадок отдельно от подины электролизера;

причем защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита.

2. Электролизер по п. 1, в котором компонент ванны имеет среднее содержание в ванне в пределах 1% от насыщения.

3. Электролизер по п. 1, в котором степень насыщения компонента ванны составляет по меньшей мере примерно 95% от насыщения.

4. Электролизер по п. 1, в котором компонент ванны имеет процентное содержание в ванне от насыщения, измеренное в положении рядом с боковой стенкой.

5. Электролизер по п. 4, в котором положение рядом с боковой стенкой дополнительно включает: не более 6 дюймов от боковой стенки.

6. Электролизер, включающий в себя:

анод;

катод в отстоящем от анода положении;

вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера, причем вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб; при этом желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать защитный осадок отдельно от подины электролизера;

причем защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита; и

направляющий элемент, причем направляющий элемент размещен между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки, при этом направляющий элемент разнесен поперечно над желобом, так что направляющий элемент выполнен с возможностью направлять защитный осадок в желоб.

7. Электролизер по п. 6, в котором компонент ванны имеет среднее содержание в ванне в пределах 1% от насыщения.

8. Электролизер по п. 6, в котором степень насыщения компонента ванны составляет по меньшей мере примерно 95% от насыщения.

9. Электролизер по п. 6, в котором компонент ванны имеет процентное содержание в ванне от насыщения, измеренное в положении рядом с боковой стенкой.

10. Электролизер по п. 9, в котором положение рядом с боковой стенкой дополнительно включает не более 6 дюймов от боковой стенки.

11. Узел для защиты боковой стенки электролиза, включающий в себя:

боковую стенку электролиза, имеющую первую часть и вторую часть,

причем вторая часть боковой стенки выполнена совмещающейся с первой частью боковой стенки относительно теплоизоляционной футеровки,

при этом вторая часть боковой стенки выполнена выступающей от боковой стенки в ступенчатой конфигурации, и при этом первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки образуют желоб,

причем вторая часть боковой стенки имеет верхнюю поверхность и боковую поверхность, которые образуют ступенчатый участок.

12. Узел по п. 11, в котором верхняя поверхность выполнена обеспечивающей планарную поверхность.

13. Узел по п. 11, в котором верхняя поверхность выполнена обеспечивающей скошенную поверхность, причем скошенная поверхность имеет наклон в сторону первой части боковой стенки, обеспечивая желоб с помощью совместного действия первой части боковой стенки и верхней поверхности второй части боковой стенки.

14. Узел по п. 11, в котором желоб выполнен с возможностью удерживания в нем защитного осадка.

15. Узел по п. 11, в котором основание содержит упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

16. Узел по п. 14, в котором защитный осадок содержит упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

17. Узел по п. 14, в котором защитный осадок выступает из желоба вверх до по меньшей мере верхней поверхности ванны электролита.

18. Узел по п. 11, включающий в себя:

направляющий элемент, причем направляющий элемент размещен между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки,

при этом направляющий элемент размещен над основанием желоба, и при этом направляющий элемент выполнен с возможностью направления защитного осадка в желоб.

19. Узел по п. 18, в котором направляющий элемент выполнен из материала, который присутствует в химическом составе ванны, так что с помощью химического состава ванны направляющий элемент сохраняется в расплавленном солевом электролите.

20. Узел по п. 11, в котором основание желоба образовано питающим блоком, причем питающий блок выполнен из материала, выбранного из компонентов, входящих в химический состав ванны, причем с помощью химического состава ванны питающий блок сохраняется в расплавленной солевой ванне.

21. Узел по п. 11, дополнительно включающий в себя питатель, выполненный с возможностью подачи защитного осадка в желоб.

22. Узел по п. 11, в котором компонент ванны имеет среднее содержание в ванне в пределах 1% от насыщения.

23. Узел по п. 11, в котором степень насыщения компонента ванны составляет по меньшей мере примерно 95% от насыщения.

24. Узел по п. 11, в котором компонент ванны имеет процентное содержание в ванне от насыщения, измеренное в положении рядом с боковой стенкой.

25. Узел по п. 24, в котором положение рядом с боковой стенкой дополнительно включает не более 6 дюймов от боковой стенки.

26. Способ защиты боковой стенки электролиза, включающий в себя:

пропускание тока между анодом и катодом через расплавленную ванну электролита электролизера,

подачу питающего материала в электролизер для пополнения расплавленной ванны электролита по меньшей мере одним компонентом ванны,

при этом питающий материал удерживается в виде защитного осадка внутри желоба, образованного первой частью боковой стенки электролизера, второй частью боковой стенки электролизера и основанием между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки,

причем подача происходит со скоростью, достаточной для поддержания содержания в ванне упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны в пределах примерно 95% от насыщения; и

с помощью стадии подачи сохранение боковой стенки электролизера, выполненной из материала, включающего упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

27. Способ по п. 26, включающий:

одновременно с первой стадией поддерживание ванны при температуре, не превышающей 960°С, так что боковые стенки электролизеров практически не имеют застывшей настыли.

28. Способ по п. 26, включающий расходование защитного осадка для подачи ионов металла в ванну электролита.

29. Способ по п. 26, включающий получение продукта-металла из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны.

30. Способ по п. 26, в котором компонент ванны имеет среднее содержание в ванне в пределах 1% от насыщения.

31. Способ по п. 26, в котором степень насыщения компонента ванны составляет по меньшей мере примерно 95% от насыщения.

32. Способ по п. 26, в котором компонент ванны имеет процентное содержание в ванне от насыщения, измеренное в положении рядом с боковой стенкой.

33. Способ по п. 32, в котором положение рядом с боковой стенкой дополнительно включает не более 6 дюймов от боковой стенки.