UA109767C2 - Днище катода, метод виробництва днища катода і застосування його в елекролізері для виробництва алюмінію - Google Patents

Abstract

Винахід стосується днища катода (1) для електролізера для виробництва алюмінію і містить матеріал (3), який може бути встановлений принаймні на одному катодному блоці (7), який відрізняється тим, що матеріал (3) містить заздалегідь стиснуту пластину на основі розширеного графіту. Даний винахід також належить до методу виробництва днища катода (1), що включає наступні операції: установку як мінімум одного катодного блока (7), установку матеріалу (3) на принаймні одній поверхні принаймні одного катодного блока (7), в якому матеріал (3) містить принаймні одну заздалегідь стиснуту пластину на основі розширеного графіту. Днище катода (1) використовується в електролізері при виробництві алюмінію.

Description

Цей винахід відноситься до днища катода, методу виробництва днища катода і використання його в електролізері для виробництва алюмінію.

Взагалі, алюміній виробляють вогненним електролізом в так званих електролізерах.

Електролізер являє собою піддон, зроблений з листа заліза або сталі, низ якого, покритий тепловою ізоляцією. Усередині цього піддону, розміщені до 24 катодних блоків вуглецю або графіту, які з'єднуються з негативним полюсом джерела енергії, формують низ іншого піддону, стінка якої складається з бічних стінок блоків, зроблених з вуглецю, графіту, або кремнієвого карбіду. Між двома катодними блоками утворений один відповідний зазор. Розташування катодного блоку і можливо заповненого зазору загалом названа днищем катода. Загально прийнято, що зазори між катодними блоками наповнені набивною масою, яка зроблена з вуглецю і/або графіту із смолою. Це використовується для герметизації розплавлених компонентів і компенсації механічного тиску протягом використання. Катодні блоки і набивна маса використовуються як днище катода. Короткі вуглецеві блоки, які підвішені на підтримуючій рамці і сполучені з позитивним полюсом джерела енергії, використовуються як анод.

Усередині такого електролізера, розплавлену суміш алюмінієвого оксиду (А1203) і кріоліту (МазАІЕб), переважно близько 15 до 2095 алюмінієвого оксиду і від 85 до 8095 кріоліту, піддають вогненному електролізу при температурі близько 960 "С. Таким чином, розчинений алюмінієвий оксид реагує з твердим вуглецевим блоком анода і формує рідкий алюміній і газоподібну вуглекислоту. Розплавлені компоненти покривають бічні стінки електролізера захисною кіркою, поки алюміній, завдяки його більшій щільності порівняно з щільністю розплавленої маси, збирається внизу електролізера нижче розплавленої маси, для того, щоб бути захищеним від зворотного окислення атмосферним киснем. Тому вироблюваний алюміній видаляють з електролізера і очищають.

Протягом електролізу, анод спожитий, годі як днище катода демонструє хімічно інертну поведінку. Тому, анод - зношена частина, яка буде замінена в ході робочого часу, тоді як днище катода проектується для тривалої і постійної дії. Проте, існуючі катодні днища схильні до зносу.

Алюмінієвий шар, що рухається через днище катода, проводитиме механічне стирання поверхні катода. Крім того, завдяки утворенню алюмінієвого карбіду і натрієвої дисперсії (електро-) відбуватиметься хімічна корозія катодного днища. Також, часткове прилипання до поверхні катода призводить до ослаблення конструкції. Загалом, використовують від 100 до 300 електролізерів, сполучених в серії, щоб отримати економічну установку для виробництва алюмінію, причому така установка повинна використовуватися загалом принаймні від 4 до 10 років, поломка і заміна катодного блоку в електролізере такої установки може бути дорогою і вимагає складного ремонту, що в значній мірі зменшує прибутковість установки.

Одним з недоліків електролізера, описаного вище, який має набивну масу, зроблену з вуглецю і/або графіту із смолою, є те, що, зважаючи на технічні причини, такі як наприклад механічна стабільність, або процедура набивання, не можливо отримати тонкі шари грубозернистої набивної маси тобто існують зазори, що з одного боку зменшить поверхню катода, з іншого боку, алюміній і частинки можуть розсіятися, таким чином збільшуючи знос днища катода.

Здебільшого використовують антрацитну набивну масу, менш електро- і теплопровідну, ніж, зокрема, графітовані катодні блоки. Тому, ефективна катодна поверхня таким чином втрачена, а більший сумарний опір приводитиме до більшого енергоспоживання, таким чином скорочуючи прибутковість процесу. Крім того, знос днища збільшується з причини вищої питомої витрати.

Одна з альтернатив полягає в склеюванні блоків в одне монодії не катодне днище, але з'являється проблема виникнення термо-механічного тиску, що робить таку конструкцію ледве застосовною.

Тому, цей винахід направлений на те, щоб забезпечити засоби по збільшенню поверхні катода, які підходять для формування катодного днища, що має велику катодну поверхню. Крім того, задачею, поставленою в основу винаходу, є забезпечення простого методу для створення днища катода, яке має велику катодну поверхню.

Ця задача вирішена в днищі катода за пунктом 1 формули, і методом за пунктом 8 формули.

Відповідно до винаходу, пристрій зроблений так, щоб днище катода включало матеріал, який може бути поміщений принаймні на одному катодному блоці, і яке відрізняється тим, що матеріал містить заздалегідь стислу пластину, засновану на розширеному графіті. Надалі, заздалегідь стисла пластина, заснована на розширеному графіті, також буде позначена як заздалегідь стисла графітова пластина. З цією метою у винаході терміни взаємозамінні і позначають заздалегідь стислу пластину, зроблену з розширеного графіту, який може також включати подальші добавки. Тому, засоби збільшення катодної поверхні являють собою бо матеріал, що містить заздалегідь стислу графітову пластину. Матеріал може бути не позитивно сполучений з катодний блоком. Заздалегідь стисла графітова пластина, використовувана у винаході, може бути виконана в областях електролізера, де зазвичай використовується набивна маса, тобто зокрема в зазорах, які сформовані між катодними блоками, але і в інтервалах, утворених між бічними стінками електролізера і катодних блоків. Заздалегідь стисла графітова пластина використовується зокрема як засіб ущільнювання між катодними блоками днища катода.

Днище катода, що має заздалегідь стислу графітову пластину, має велику ефективну катодну поверхню завдяки можливості скріплення за допомогою не позитивного зв'язку безлічі катодних блоків, розміри яких виконані, виходячи з обмежень по економічній і технічній продуктивності.

Один позитивний ефект - фізична безпека заздалегідь стислої графітової пластини порівняно з обумовленими масовим змістом вуглецевих смол і поліциклічних ароматичних вуглеводів, які шкідливі для здоров'я. Крім того, в порівнянні з традиційною смолою, і вуглецевими масами, що містять смолу, заздалегідь стисла графітова пластина має вищу електричну і теплову провідність і тому також збільшує катодну поверхню.

Розширений графіт має наступні вигідні властивості: виключена загроза здоров'ю, він сумісний з навколишнім середовищем, м'який, такий, що стискається, легкий, нестаріючий, хімічно- і тепло- стійкий, технічно газо- і рідино-непроникний, негорючий, і легко оброблюваний.

Крім того, він не утворює сплав з рідким алюмінієм. Тому, він підходить як матеріал для днища катода електролізера для виробництва алюмінію.

Розширений графіт може бути отриманий хімічною і тепловою обробкою графіту, як наприклад натуральний графіт. Протягом виробничого процесу, графіт може піддаватися об'ємному калібруванню з коефіцієнтом від 200 до 400, з постійною тепловою і електричною провідністю.

Наприклад, графіт оброблятиметься дисперсним розчином, наприклад розчином сірчаної кислоти, щоб сформувати графітову дисперсну суміш (графітова сіль). Потім, виконується теплове розкладання при близько 1000 С, причому розсіяні реагенти будуть видалені з розширеного графіту. Потім отриманий розширений графіт може бути крім того оброблений наприклад змішенням, стисненням, збагаченням, коченням, і збором Наприклад, розширений

Зо графіт може бути окрім цього ущільнюватися в графітову плівку або пластини. У цьому винаході переважно використовується заздалегідь стисла пластина, заснована на розширеному графіті, який виробляється як згадано вище. Проте, заздалегідь стисла графітова пластина може також окрім цього бути просочена смолами. Розширений графіт комерційно доступний наприклад від

ОЇ Сатроп 5Е.

З метою цього винаходу, заздалегідь стисла пластина, на основі розширеного графіту, містить розширений графіт, що був ущільнений, або може бути ущільнений погім. Тобто, мається на увазі попередньо стисла графітова пластина для отримання розширеного графіту у формі частково стислої пластини, що попередньо була стисла, або буде стисла.

Переважно, заздалегідь стисла графітова пластина зроблена принаймні у вигляді однієї пластини. У цьому винаході заздалегідь стисла пластина, яка включає більш ніж одну пластину, має складені в стопку пластини. Складені в стопку пластини можуть бути склеєні за допомогою адгезії, наприклад феноловою смолою.

Переважно, матеріал, який може бути поміщений в катодний блок, складається із заздалегідь стислої графітової пластини, заснованої на розширеному графіті. Крім того, можуть бути введені неорганічні або органічні добавки, наприклад диборид титана і диборид цирконію.

У найкращому варіанті здійснення винаходу, заздалегідь стисла графітова пластина виконана у вигляді плівки. Плівки тонкі, гнучкі, і легко пристосовуються до форми сусідніх елементів. Наприклад плівка може бути легко адаптована до розмірів зазору між катодними блоками і зовнішніх розмірів катодних блоків. Крім того, плівка має фасонну структуру листа.

Тому, плівка також має перевагу при складанні стопки без створення западин.

У переважному варіанті реалізації винаходу днище катода містить принаймні один катодний блок, який встановлюється на зумовленій відстані від іншого катодного блоку таким чином, що між ними зроблений принаймні один зазор. Матеріал, зокрема заздалегідь стисла пластина, заснована на розширеному графіті, заповнить зазор і не позитивно з'єднає катодні блоки.

Використання заздалегідь стислої графітової пластини замість загальноприйнятого використовуваного сплаву ущільненої маси вуглецю, дозволяє зменшити ширину зазору між катодними блоками, і отже збільшити ефективну катодну поверхню. Матеріал використовується як заповнювач між двома катодного блоками і може не тільки ущільнювати зазор між обома катодними блоками, але і, завдяки природі магеріалу, що стискається, компенсувати бо розширення катодних блоків, яке відбувається протягом електролізу. Матеріал і катодні блоки не позитивно сполучені і переважно із запасом. Матеріал і катодний блок можуть бути склеєні, наприклад за допомогою фенолової смоли.

Катодні блоки мають більш великі подовжні, ніж поперечні розміри, тоді як ширина і висота приблизно однакові. Взагалі, катодні блоки мають довжину аж до 3800 мм, ширину до 700 мм, і висоту до 500 мм. Переважно, принаймні два катодні блоки влаштовані таким чином, що їхня довжина однакова. Зумовлений зазор між двома катодними блоками складає від 1/10 до 1/100 від поперечного розміру катодного блоку. Скорочення зазору між катодними блоками можливо при використанні матеріалу відповідно до даного винаходу. Тому, наприклад, коли ширина катодних блоків складає 650 мм, зазор між катодними блоками повинен скласти принаймні 40 мм, якщо між ними використовується звичайна ущільнююча маса як заповнювач, або він буде зменшений до 10 мм, якщо використовується заздалегідь стисла графітова пластина. У технології АРЗО, наприклад при ширині 650 мм, катодні блоки і зазори шириною 40 мм зменшені до 10 мм, що дозволяє збільшити ефективну поверхню катодного блоку приблизно на 5 95.

Переважно, принаймні один катодний блок містить принаймні один засіб для з'єднання з джерелом енергії. Наприклад, катодний блок має принаймні один зазор, щоб отримати провідну рейку, яка може бути сполучена з джерелом енергії. Якщо принаймні два катодні блоки вирівняно таким чином, що подовжні розміри однакові, зазор переважно вирівнюється в подовжньому напрямі катодного блоку, тобто зазор розташований паралельно до зазору, сформованого між двома катодними блоками. Звичайно, днище катода, може крім того мати складовий елемент між катодним блоком і провідною рейкою, як наприклад для контактної маси і т.п.

Принаймні один катодний блок розміщений так, щоб бути електрично- і тепло- провідним, стійким до високих температур, хімічно стабільним до електролітичних компонентів ванни, і нездібним до формування сплаву з алюмінієм. Катодний блок переважно робиться з графітового, напів-графітового, графітованого, напів-графітованого, і/або аморфного вуглецю.

Переважно катодний блок містить графіт або графітований вуглець, тому що вони краще всього задовольняють вимогам теплової і електричної провідності і вимозі хімічної стабільності для формування днища катода в електролізері для виробництва алюмінію.

У попередньому переважному варіанті реалізації винаходу виконані зокрема принаймні два катодних блоки з надпровідними ділянками катодних блоків, і матеріалом, що містить заздалегідь стислу пластину, засновану на розширеному графіті, днище катода містить області, які матимуть нижчу провідність, ніж катодні блоки, але які здібні до ущільнення зазорів, сформованих між катодними блоками таким чином, що жоден з компонентів ванни, не може проникнути на ділянки днища катода протягом електролізу. Тому, два компоненти, тобто катодні блоки і заздалегідь стисла графітова пластина, виконуватимуть різні функції днища катода.

Завдяки багатофункціональній конструкції останнього, це днище катода може тому мати великі розміри. Завдяки установці безлічі катодних блоків отримана велика провідна катодна поверхня, а завдяки ефективному ущільненню зазорів між катодними блоками із заздалегідь стислою графітовою пластиною, знос і стирання катодних поверхонь між катодними блоками зменшуються.

У іншому переважному варіанті реалізації винаходу, одна поверхня принаймні одного катодного блоку, розміщена напроти поверхні іншого текстурованого катодного блоку.

Текстурована поверхня може бути створена наприклад доданням шорсткості поверхні. | навпаки, одна поверхня принаймні одного катодного блоку, розміщена напроти поверхні іншого катодного блоку, має принаймні один жолобок, який може бути виконаний наприклад в нетвердій формі. Виготовлення жолобка або текстурування поверхні катодного блоку поліпшить встановлення попередньо стислої графітової пластини в зазорі. Заздалегідь стисла графітова пластина встановлюється в текстурованій або зробленій жолобкованій поверхні, і може бути приклеєна до неї, таким чином заповнюючи поверхню катодного блоку, жолобковану або текстуровану. Завдяки виготовленню жолобків або текстуруванню поверхні, заповненої заздалегідь стислою графітовою пластиною, остання позитивно відповідатиме поверхні катодного блоку. У цьому варіанті реалізації, зв'язок між заздалегідь стислою графітовою пластиною і катодним блоком як негативний, так і позитивний. Кількість і розміри жолобків на поверхні катодного блоку залежатиме від розмірів катодного блоку. Також, ступінь огрубіння поверхні катодного блоку залежатиме від розмірів.

У іншому переважному варіанті реалізації винаходу матеріал розміщують на двох протилежних поверхнях катодного блоку, суміжного з поверхнею, яка утворює зазор, також як і усередині зазору, таким чином, що матеріал наявний із надлишком. У даному винаході, під надлишком матеріалу розуміється, що матеріал розташовується на катодних блоках таким 60 чином, що днище катода матиме відповідно однакові розміри уздовж довжини, висоти, і ширини.

Для днища катода, усередині електролізера, є інтервал між бічними стінками електролізера і катодних блоків. В даному випадку, матеріал розташований так, щоб заповнити зазори між катодними блоками, також як і області між катодними блоками і бічними стінками, а ділянки між зазорами наповнені матеріалом і бічними стінками. Тому, днище кагода формує повне дно електролізера, тобто воно тягнеться до всіх бічних стінок електролізера, маючи області вищої теплової і електричної провідності як на катодних блоках, так і області з нижчою тепловою і електричною провідністю, таких як матеріал розширеного графіту. У цьому варіанті реалізації, переважно всі поверхні катодного блоку, які знаходяться у контакті з матеріалом, зокрема заздалегідь стисла пластина, заснована на розширеному графіті, текстуровані і/або з жолобками таким чином, що матеріал з'єднується з вказаними поверхнями не тільки негативно, але і позитивно.

Метод виробництва днища катода відповідно до винаходу містить наступні операції: "- виготовлення принаймні один катодний блок, і " розташування матеріалу принаймні на одній поверхні принаймні одного катодного блоку, причому матеріал включає принаймні одну заздалегідь стислу пластину, засновану на розширеному графіті.

Виробництво катодного днища, що має заздалегідь стислу пластину на розширеному графіті дозволяє отримати надзвичайно ефективну катодну поверхню, отриману завдяки можливості з'єднання безлічі катодних блоків. Виробництво катодного блоку виконується таким чином, що з матеріалом негативно сполучений принаймні один катодний блок, розміщений за потреби за допомогою використання адгезії.

У варіанті реалізації, якому віддається перевага, метод відповідно до винаходу також містить наступну операцію: " розміщують принаймні один подальший катодний блок в зумовленій відстані від принаймні одного катодного блоку таким чином, що матеріал заповнить зазор, який утворений у подальшому катодному блоку в зумовленій відстані від принаймні одного катодного блоку.

Розміщення подальшого катодного блоку на катодному блоці дозволяє отримати не позитивний зв'язок, який утворюється між катодними блоками за допомогою попередньо стислої графітова пластини. Розміщення подальшого катодного блоку, отриманого за допомогою гідравлічного або механічного пресингу, можливо з використанням клею. Метод, відповідно до винаходу, дозволяє зменшити ширину зазору між катодними блоками, порівняно із загальноприйнятою шириною зазору і, таким чином збільшити ефективну катодну поверхню.

Заздалегідь стисла графітова пластина, що заповнює зазор, виконана такою, що стискається, але частково оборотною, таким чином, що можливо компенсувати розширення катодних блоків. Слід знову зазначити, що в цьому винаході, під заздалегідь стислою графітовою пластиною розуміється частково стислий розширений графіт, який попередньо стислий і, можливо, ще буде стислий. Коли подальший катодний блок був розміщений, заздалегідь стисла графітова пластина виявляється усередині зазору, будучи матеріалом низької еластичності, що ущільнює зазор без формування порожнеч. Операція підготовки принаймні одного подальшого катодного блоку може виконуватися як перед, так і після того, як на матеріалі розміщений принаймні один катодний блок.

У переважному варіанті реалізації операція розміщення матеріалу принаймні на одній поверхні принаймні одного катодного блоку включає прикріплення до поверхні принаймні одного катодного блоку за допомогою клею. Як клей може бути використана наприклад фенолова смола.

Перед або після установки катодні блоки можуть бути закріплені засобами з'єднання з джерелом енергії. Наприклад, перед або після установки катодний блок може бути встановлений принаймні з одним зазором, в який введена принаймні одна провідна рейка, яка може бути сполучена з джерелом енергії. Крім того, катодний блок, який був заздалегідь встановлений теж перед або після установки, може бути далі приєднаний за допомогою розміщення контактної маси між катодним блоком і провідною рейкою.

У варіанті реалізації, якому віддається перевага, заздалегідь стисла пластина заснована на розширеному графіті, представлена в методі відповідно до винаходу, формується у вигляді плівки. Виконання пластини у вигляді плівки дозволяє легко пристосовувати її до форми зазору або до зовнішньої поверхні катодного блоку.

У варіанті реалізації, якому віддається перевага, метод згідно винаходу містить наступні операції: "- пристосовують плівк) до розмірів принаймні одного катодного блоку.

При пристосуванні плівки до розмірів катодного блоку, плівка може бути встановлена 60 оптимально на катодному блоці, без створення країв, опуклостей, або інших видів нерівності, які утворюються поряд або покривають ділянки катодного блоку, або без створення неправильного заповнення зазору, сформованого між катодними блоками, і приводять до порожнеч усередині катодного днища. Наприклад, пристосування стрічки виконується за допомогою обрізання плівки до розмірів катодного блоку.

У іншому варіанті реалізації, якому віддається перевага, метод згідно винаходу також містить операцію, що виконується як до, так і після того, як встановлений принаймні один катодний блок: "- текстурування принаймні однієї поверхні принаймні одного катодного блоку.

Текстурування може виконуватися за допомогою огрубления поверхні або виконання желобковання поверхні. Переважно, щоб принаймні одна поверхня катодного блоку була текстурованою, яка знаходиться напроти поверхні принаймні одного подальшого катодного блоку. Виконання жолобка може бути здійснено наприклад, за допомогою ріжучого інструменту, тоді як огрубления виконується за допомогою абразивного інструменту.

Днище катода, відповідно до винаходу, використовується в електролізері для виробництва алюмінію. У переважному варіанті реалізації, електролізер являє собою піддон, який як правило включає лист заліза або стали, що має круглу або чотирикутну, переважно прямокутну, форму.

Бічні стінки піддону можуть бути окантовані вуглецем, карбідом, або кремнієвим карбідом.

Переважно, що принаймні днище піддону окантоване тепловою ізоляцією. Днище катода встановлюється внизу піддону або на тепловій ізоляції. Принаймні два, переважно від 10 до 24 катодних блоків, встановлюється паралельно один одному відносно подовжнього розміру з попереднім проведенням розрахунків, таким чином, що зазор, сформований між ними, заповнюється відповідно принаймні однією заздалегідь стислою пластиною на основі розширеного графіту. Інтервали між бічними стінками і заповненим зазором між бічними стінками і катодними блоками довільно наповнені матеріалом, зокрема заздалегідь стислою пластиною, заснованою на розширеному графіті, або на набивній масі звичайного антрациту.

Катодні блоки з'єднуються з негативним полюсом джерела енергії. Принаймні один анод, як наприклад електрод бодегрега, підвішений в підтримуючій рамці, сполучений з позитивним полюсом джерела енергії і виступає у напрямі піддону без торкання щодо днища катода або бічних стінок підноса. Переважно, відстань від анода до стінок більше, ніж до днища катода або

Зо алюмінієвого шару, що збільшується.

Для виробництва алюмінію, розчин алюмінієвого оксиду підданий вогняному електролізу в розплавленому електроліті при температурі близько 960 "С, причому бічні стінки піддону покриє тверда кірка розплавленої маси, тоді як алюміній накопичується під розплавленою масою, оскільки він важчий, ніж розплавлена маса.

Подальші особливості і переваги винаходу будуть проведені, посилаючись на фігури без обмеження об'єму прав.

На Фіг. 1 схематично показаний поперечний вигляд днища катода згідно винаходу;

На Фіг. 2 схематично показаний поперечний вигляд іншого днища катода згідно винаходу;

На Фіг. З схематично показаний поперечний вигляд однієї частини електролізера для виробництва алюмінію, що має днище катода згідно винаходу;

На Фіг. 4 схематично показаний поперечний вигляд днища однієї частини іншого електролізера для виробництва алюмінію, що має днище катода згідно винаходу;

На Фігурах 5а - 5с схематично показана операцію створення днища катода згідно винаходу;

Фігури ба - бс схематично показують іншу операцію створення днища катода згідно винаходу.

На Фіг. 1 схематично показаний поперечний вигляд днища катода 1 згідно винаходу. Днище катода 1 містить матеріал 3, що складається із заздалегідь стислої графітової пластини і заповненого зазору 5, сформованого між двома катодними блоками 7. Катодні блоки 7 демонструють достатню електричну і теплову провідність для використання у вогненному електролізі і виконані наприклад з графітованого вуглецю. Кожен з катодних блоків 7 має зазор 9, щоб отримати провідну рейку (не показана), дозволяючи останній бути сполученою з джерелом енергії. Матеріал З і катодні блоки 7 переважають.

Фіг. 2 схематично показує поперечний вигляд іншого днища катода згідно винаходу 21.

Днище катода має матеріал 23, що складається із заздалегідь стислої графітової пластини, що заповнює зазор 25. сформований між двома катодними блокам 27. Матеріал і катодні блоки 27 переважають. Катодні блоки 27 демонструють достатню електричну і теплову провідність для використання у вогненному електролізі, зроблені наприклад з графітованого вуглецю. Кожен з катодних блоків 27 має зазор 29, щоб отримати провідну рейку (не показана),

дозволяючи останньої бути сполученою з джерелом енергії. Крім того, кожен з катодних блоків 27 має два жолобки 211. Кожен з жолобків 211 встановлений на поверхні катодного блоку 27, розміщеного напроти поверхні іншого катодного блоку 27. Матеріал 23 заповнить зазор 25 і жолобки 211. Жолобки 211 забезпечують непозитивний зв'язок між матеріалом 23 і катодними блоками 27 завдяки позитивному зв'язку з матеріалом 23. На Фіг. 2, кожен катодний блок 27 має два жолобки 211, проте, число жолобків 211, виконаних в одному катодний блоці 277, вибирається довільно і залежатиме від розмірів катодного блоку 27.

Фіг. З схематично показує поперечний вигляд однієї частини електролізера 313 для виробництва алюмінію. Електролізер 313 має піддон 315, зроблений із сталі. Бічні стінки 317 піддону 315, одна з яких показана на Фіг. 3, окантовані блоками 319 з графіту, один з яких показаний на Фіг. 3. Днище піддону 315 окантовано теплоізоляційним шаром 321, таким чином, що воно цілком покривається ним. Днище катода 31 розташовують на ізоляційному шарі 321.

Днище катода 31 має матеріал 33 і катодні блоки 37, два з яких показані на Фіг. 3, які встановлені на певній відстані, також як і набивна маса 34. Матеріал 33 охоплює заздалегідь стислу графітову пластину. Набивна маса 34 включає звичайну набивну масу, зроблену з вуглецю. Між катодними блоками 37, відповідно сформований один зазор 35. Матеріал 33 заповнює зазор 35, і набивна маса заповнює в достатній кількості відповідний інтервал між катодним блоком 37 і бічною стінкою 317 таким чином, що тепло-ізоляційний шар 321 цілком покриває днище катода 31, зокрема набивну масу 34, матеріал 33, і катодні блоки 37. Як видно з Фіг. 3, матеріал 33 переважає в катодних блоках 37. Кожен з каюдних блоків 37 має зазор 39, який виконується для отримання провідної рейки (не показаний), яка може бути сполучений з негативним полюсом джерела енергії (не показаний). Крім того, електролізер 313 має аноди 323, два з яких показані на Фіг. З, які відповідно підвішені на опорі 325, сполученій з позитивним полюсом джерела енергії (не показаний). Усередині електролізера 313 є розчин 327, що складається з алюмінієвого оксиду в розплавленому кріоліті. Протягом електролізу, алюміній 329 збирається між розчином 327 і днищем катода 31.

Фіг. 4 схематично показує поперечний вигляд однієї частини іншого електролізера 413 для виробництва алюмінію. Електролізер 413 має піддон 415, виготовлений із сталі. Бічні стінки 417 піддону 415, одна з яких показана на фіг. 4, окантовані

Зо блоками 419 з графіту, один з яких показаний на Фіг. 4. У блоках 419 з графіту також розміщені заздалегідь випалені блоки 431 з вуглецю або графіту, один з яких показаний на Фіг. 4. Днище піддону 415 окантовано теплоїзоляційним шаром 421, таким чином, що воно покрите повністю.

На тепло-їізолюючому шарі 421 розташовано днище катода 41. Днище катода 41 містить матеріал 43 і катодні блоки 47, два з яких показані на Фіг. 4, які встановлюються з певним зазором. Матеріал 43 містить заздалегідь стислу графітова пластину.

Між катодними блоками 47 утворений відповідний зазор 45. Матеріал 43 заповнює зазор 45, і крім того, інший матеріал 43 заповнить інтервал між катодним блоком 47 і блоком 431 таким чином, що теплоізоляційний шар 421 цілком покриває днище катода 41, зокрема матеріал 43 і катодні блоки 47. Як показано на Фіг. 4, матеріал 43 переважає в катодних блоках 47. Кожен з катодних блоків 47 має зазор 49, достатній для отримання провідної рейки (не показана), яка може бути сполучена з негативним полюсом джерела енергії (не показане). Крім того, електролізер 413 має аноди 423, два з яких показані на Фіг. 4, і підвішені на відповідній опорі 425, сполученій з позитивним полюсом джерела енергії (не показане). Усередині електролізера 413 є розчин 427 з алюмінієвого оксиду в розплавленому кріоліті. Протягом електролізу, алюміній 429 збирається між розчином 427 і днищем катода 41.

Фігури 5а - 5с схематично показують операцію виробництва днища катода 51 згідно винаходу.

Фіг. ба показує два катодні блоки 57, встановлені з певним зазором таким чином, що сформований зазор 55. Фіг. 50 показує матеріал 53, що містить заздалегідь стислу графітову пластину, яка вставляється в зазор 55. Фіг. 5с показує днище катода 51, яке може бути використано для електролізера для виробництва алюмінію. Матеріал 53 заповнить зазор 55.

Кількість і розміри матеріалу 53 вибрані так, що матеріал 53 переважає в катодних блоках 57 і заповнює зазор 55 цілком. Зазначимо, що можливі зв'язки і засоби з'єднання днища катода 51 з джерелом енергії не показані на фігурах 5а - 5с для кращого розуміння.

Фігури ба - бс схематично показують іншу операцію для виробництва днища катода згідно винаходу 61.

Фіг. ба показує, що катодний блок 67 має зазор 69 для отримання провідної рейки (не показана). Фіг. 60 показує матеріал 63, що містить заздалегідь стислу графітову пластину, встановлену в двох напрямах на поверхні катодного блоку 67 з використанням клейкого 60 з'єднання, якщо потрібно. У разі потреби, надалі матеріал 63 може бути встановлений таким чином, що утворюється безліч матеріалу 63 (не показаний), який встановлюється на катодному блоці 67. Фіг. бс показує, що інший катодний блок 67 із зазором 69 встановлюється на матеріалі 63, щоб бути не позитивно сполученим з катодний блоком 67 за допомогою матеріалу 63. Фіг. бс показує днище катода 61, яке може бути використане для електролізера для виробництва алюмінію.

Повторюючи операції, показані на Фіг. 65 і бс, може бути створено днище катода з безліччю послідовних катодний блоків.

Слід зазначити, що можливі зв'язки і засоби з'єднання днища катода 61 з джерелом енергії не показані на фігурах ба - 6 з для кращого розуміння.

Claims (11)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Днище катода (1, 21, 31, 41, 51, 61) для електролізера для виробництва алюмінію, що містить принаймні два катодних блока (7, 27, 37, 47, 57, 67), і/або принаймні один катодний блок і бічний блок (431), які розміщені на зумовленій відстані один від одного із зазором (5, 25, 35, 45, 55, 65), сформованим між ними таким чином, що він заповнений наповнюючим матеріалом (3, 23, 33, 43, 53, 63), який може бути розташований на принаймні одному катодному блоці (7, 27, 37, 47, 57, 67), яке відрізняється тим, що матеріал (3, 23, 33, 43, 53, 63) являє собою принаймні одну заздалегідь стислу графітову пластину.

2. Днище катода (1, 21, 31. 41, 51, 61) за п. 1, яке відрізняється тим, що матеріал, який може бути розміщений на катодному блоці, складається із заздалегідь стиснутої графітової пластини на основі розширеного графіту.

3. Днище катода (1, 21, 31, 41, 51, 61) за п. 1 або п. 2, яке відрізняється тим, що заздалегідь стиснута пластина сформована у вигляді плівки.

4. Днище катода (21) за п. 4, яке відрізняється тим, що одна поверхня катодного блока (27) напроти поверхні наступного катодного блока (27) має текстуровану поверхню.

5. Днище катода (21) за п. 4, яке відрізняється тим, що одна поверхня катодного блока (27) напроти поверхні наступного катодного блока (27) має принаймні один жолобок (211).

б. Днище катода (41) за будь-яким з пп. 4-6, яке відрізняється тим, що матеріал (43) розташований на двох протилежних поверхнях катодного блока (47), суміжних з поверхнею катодного блока (47), які формують зазори (45), і усередині зазору (45), таким чином, що вони Зо наповнені матеріалом (43).

7. Метод виробництва днища катода (1, 21, 31, 41, 51, 61), що включає наступні операції: забезпечують принаймні один катодний блок (7, 27, 37, 47, 57, 67): встановлюють матеріал (3, 23, 33, 43, 53, 63) принаймні на одній поверхні принаймні одного катодного блока (7, 27, 37, 47, 57, 67), причому матеріал (3, 23, 33, 43, 53, 63) містить принаймні одну заздалегідь стиснуту пластину, засновану на розширеному графіті, встановлюють принаймні один подальший катодний блок (7, 27, 37, 47, 57, 67) на зумовленій відстані від принаймні одного катодного блока (7, 27, 37, 47, 57, 67) таким чином, що матеріал (3, 23, 33, 43, 53, 63) заповнює зазор (5, 25, 35, 45, 55, 65), сформований за допомогою установки подальшого катодного блока (7, 27, 37, 47, 57, 67) на зумовленій відстані від принаймні одного катодного блока (7, 27, 37, 47, 57, 67).

8. Метод за п. 7, який відрізняється тим, що встановлюють матеріал принаймні на одній поверхні принаймні одного катодного блока прикріпленням до поверхні за допомогою адгезії.

9. Метод за будь-яким з пп. 7 або 8, який відрізняється тим, що матеріал (3, 23, 33, 43, 53, 63) сформований у вигляді плівки.

10. Метод за будь-яким з пп. 7-9, який крім того містить операцію, виконувану перед або після того, як встановлений принаймні один катодний блок (27): текстурування принаймні однієї поверхні принаймні одного катодного блока (27).

11. Застосування катодного днища (31, 41) за будь-яким з пп. 1-6 в електролізері (313, 413) для виробництва алюмінію.

) з ЕЕ ЕЕ КЕ 3 нн нн Канн Бена ЕєЄСС ОН ОХ п. АЖ є є є я 77 ав в

Фіг. 1 21 211 23 914 ЕНН ЕНН ЕЕ ЕЕ ЕЕ НЕ ЕЕ НЕННЯ 88 3 Ж ЬК2(«а Я сви то, мат 29 ре 29 Фіг

325 325 323 п. о Ен пЕкЕНН диня ншонНиНЕ 327 (десяте тет форекс / Я с с 1 до о в ДК Й в в М, 329 6 8 6Ф«ФЖЗ Ж. Б ЕЕ ЕНН ЕЕ с ОХ 447 с а ОВ У рай ЕЕ 5 5 513 37 33 за. і г 393537 З 821315 34

Фіг. З

425 425 й 423 ЕЕоеннккаосня інн 423 НЕ Женя / ОО ДЕЕне й - 427 : пня г; кох о її у 419 г , Є 3: с з тр її я Б 7 о Є . БОС ня ЕВ Й ЕС с а? ре ) нення ЕЕ : ЕЕ п 413 Ї 47 не НЯ 43749 3 дБА М 431 424 415

Фіг. 4 в ЕЕ ее НЕ

Фіг. Зв ЕЕ ЕЕ 57 89 55 57 59 53 п Б БАН 56Б:ї-

Фіг. 5Б ЕЕ ЕЕ ЕЕ КІ 0 А у 57 Ба 5557 Щ 59 53 т в Ек ЕЕ весен

Фіг. 5с вве ЕЕ ЕЕ и НЄ Гай пиши а 57 595 5557 ДЦ (55

Дос птиттр Ессен с. танні Енея осн : ЕЕ ЕН встетеВ ЕЕ ЕЕ ЕЕ я ЕЕ пушннн ЕЕ т г бу до 57 65 53

Фіг. ба фіг. бЬ нн Енн ЕЕ Яна МА о, ЕЕ Енея / ! ! і 67 69 63 655 69 67

Фіг. бе