WO2017046376A1 - Cathode bottom for producing aluminum - Google Patents

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WO2017046376A1
WO2017046376A1 PCT/EP2016/072048 EP2016072048W WO2017046376A1 WO 2017046376 A1 WO2017046376 A1 WO 2017046376A1 EP 2016072048 W EP2016072048 W EP 2016072048W WO 2017046376 A1 WO2017046376 A1 WO 2017046376A1
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graphite
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blocks
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PCT/EP2016/072048
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Rainer Schmitt
Martin Christ
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Sgl Carbon Se
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/935—Seal made of a particular material
    • Y10S277/936—Composite
    • Y10S277/938—Carbon or graphite particle or filament

Definitions

  • An electrolysis cell generally comprises a pan made of sheet iron or steel, the bottom of which is lined with thermal insulation.
  • cathode blocks made of carbon or graphite which are connected to the negative pole of a power source, form the bottom of another trough, the wall of which consists of side stones made of carbon, graphite or silicon carbide.
  • a gap is formed between two cathode blocks in each case a gap is formed.
  • the arrangement of the cathode block and possibly filled gap is generally referred to as the cathode bottom.
  • the joints between the cathode blocks are conventionally filled by ramming mass of carbon and / or graphite based on coal tar.
  • Expanded graphite has the following advantageous properties: It is harmless to health, environmentally friendly, soft, compressible, lightweight, resistant to aging, chemically and thermally resistant, technically gas and liquid-tight, non-combustible and easy to work. In addition, it does not form an alloy with liquid aluminum. It is therefore suitable as a filler material for a cathode bottom for an electrolytic cell for the production of aluminum.
  • the pre-compressed graphite plate used according to the invention can be used in the areas of an electrolysis cell in which conventional ramming mass is used, ie in particular joints which are formed between cathode blocks, but also in intermediate spaces which are located between side walls of the electrolytic cell and cathode blocks.
  • the precompressed graphite plate is used, in particular, as a sealing means between cathode blocks of a cathode bottom and between the cathode block and the side wall of a cathode bottom.
  • the filling material and the cathode blocks or cathode block and side wall are non-positively connected and preferably terminate flush.
  • the filler material and cathode block or side wall may optionally be glued together, for example by means of a phenolic resin.
  • the terms sidewall and sidewall are used analogously.
  • the precompressed graphite plate therefore has a thickness of 2 to 35 mm, preferably 5 to 20 mm, particularly preferably 10 to 15 mm.
  • a minimum thickness of 2 mm is required to compensate for the sodium expansion of the cathode block or the side wall.
  • the pre-compressed graphite sheet has a density from 0.04 to 0.5 g / cm 3, preferably 0.05 to 0.3 g / cm 3 particularly preferably 0.07 to 0.1 g / cm 3.
  • the density must be less than 0.5 g / cm 3 in order to give a 2 mm thick graphite plate at a typical basis weight of 1000 g / m 3 .
  • the filler material is disposed on two opposing surfaces of a cathode block adjacent the joint-forming surface and on and in the joint such that the filler material is flush.
  • the cathode bottom in the above preferred embodiments with the at least two cathode blocks and / or at least one cathode block and at least one sidewall brick comprises regions which have a high conductivity, and with the filler material comprising the precompressed graphite plate, regions which are generally smaller conductivity have as the cathode blocks and / or sidewalls, but are able to seal the joints formed between the cathode blocks so that no bath components can penetrate into deeper areas of the cathode bottom in an electrolysis.
  • the two components, ie cathode blocks or sidewalls, and precompressed graphite plate therefore perform various functions of the cathode bottom. Due to its multifunctional design, this cathode bottom is therefore dimensioned for large-scale use.
  • the joints between the cathode blocks can optionally be filled with a precompressed graphite plate or with conventional anthracite ramming mass.
  • Each joint of the cathode bottom can be filled differently.
  • the cathode blocks are connected to the negative pole of a power source.
  • At least one anode such as a Soderberg electrode or preheated electrode, hangs from a support frame connected to the positive pole of the power source and projects into the tub without touching the cathode bottom or sidewalls of the tub.
  • the distance of the anode to the walls is greater than to the cathode bottom or the forming aluminum layer.
  • Figures 4a to 4c is a schematic representation of a further process sequence for the production of a cathode floor according to the invention.
  • the cathode blocks 27 each have a recess 29 which is suitable for receiving a bus bar (not shown), which can be connected to a negative pole of a current source (not shown).
  • the electrolytic cell 213 has anodes 223, two of which are shown in FIG. 2, each attached to a support 225 connected to a positive pole of a power source (not shown).
  • a solution 227 of alumina in molten cryolite In the electrolytic cell 213 is a solution 227 of alumina in molten cryolite. During the electrolysis, aluminum 229 collects between the solution 227 and the cathode bottom 21.
  • FIGS. 3 a to 3 c show a schematic representation of a method sequence for producing a cathode bottom 31 according to the invention.

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Abstract

The invention relates to a cathode bottom, to a method for the production thereof, and to the use thereof in an electrolytic cell for producing aluminum. The cathode bottom (1) comprises at least two cathode blocks (7) and/or at least one cathode block (7) and at least one sidewall block, which are arranged at a distance from each other, wherein the gap (5) is filled with a pre-compressed graphite plate (3), composed of expanded graphite and a graphite intercalation compound.

Description

KATHODENBODEN ZUR HERSTELLUNG VON ALUMINIUM  CATHODE FLOOR FOR THE MANUFACTURE OF ALUMINUM
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kathodenboden, ein Verfahren zu sei- ner Herstellung und seine Verwendung in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium. The present invention relates to a cathode bottom, a process for its production and its use in an electrolytic cell for the production of aluminum.
Aluminium wird im Allgemeinen durch Schmelzflusselektrolyse in so genannten Elektrolysezellen hergestellt. Eine Elektrolysezelle umfasst im Allgemei- nen eine Wanne aus Eisenblech oder Stahl, deren Boden mit einer Wärmeisolierung ausgekleidet ist. In dieser Wanne bilden bis zu 24 Kathodenblöcke aus Kohlenstoff oder Graphit, die mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden sind, den Boden einer weiteren Wanne, deren Wand aus Seitensteinen aus Kohlenstoff, Graphit oder Siliciumcarbid besteht. Zwischen zwei Kathodenblöcken ist jeweils eine Fuge ausgebildet. Die Anordnung von Kathodenblock und gegebenenfalls gefüllter Fuge wird im Allgemeinen als Kathodenboden bezeichnet. Die Fugen zwischen den Kathodenblöcken werden konventionell durch Stampfmasse aus Kohlenstoff und/oder Graphit auf Steinkohlenteerbasis gefüllt. Dies dient zur Abdichtung gegen schmelzflüs- sige Bestandteile und Kompensation mechanischer Spannungen während der Inbetriebnahme. Als Anode dienen in der Regel Kohlenstoffblöcke, die an einem mit dem positiven Pol der Stromquelle verbundenen Traggerüst hängen . In eine derartige Elektrolysezelle wird eine geschmolzene Mischung aus Aluminiumoxid (AI2O3) und Kryolith (Na3AIF6), bevorzugt etwa 2 bis 5 % Aluminiumoxid, etwa 85-80% Kryolith und weiteren Zusatzstoffen, einer Schmelzflusselektrolyse bei einer Temperatur von etwa 960 °C unterzogen. Dabei reagiert das gelöste Aluminiumoxid mit der festen Kohlenstoff- anode und bildet flüssiges Aluminium und gasförmiges Kohlendioxid. Das Schmelzgemisch überzieht die Seitenwände der Elektrolysezelle mit einer schützenden Kruste, während sich Aluminium aufgrund seiner größeren Dichte im Vergleich zu der Dichte der Schmelze am Boden der Elektrolysezelle unter der Schmelze ansammelt, um vor einer Rückoxidation durch Luftsauerstoff geschützt zu sein. Das so hergestellte Aluminium wird aus der Elektrolysezelle entnommen und weiterverarbeitet. Aluminum is generally produced by fused-salt electrolysis in so-called electrolysis cells. An electrolysis cell generally comprises a pan made of sheet iron or steel, the bottom of which is lined with thermal insulation. In this trough, up to 24 cathode blocks made of carbon or graphite, which are connected to the negative pole of a power source, form the bottom of another trough, the wall of which consists of side stones made of carbon, graphite or silicon carbide. Between two cathode blocks in each case a gap is formed. The arrangement of the cathode block and possibly filled gap is generally referred to as the cathode bottom. The joints between the cathode blocks are conventionally filled by ramming mass of carbon and / or graphite based on coal tar. This serves to seal against molten components and to compensate for mechanical stresses during commissioning. The anode is usually carbon blocks, which depend on a connected to the positive pole of the power source support frame. In such an electrolytic cell, a molten mixture of alumina (Al 2 O 3) and cryolite (Na 3 AIF 6 ), preferably about 2 to 5% alumina, about 85-80% cryolite and other additives, is subjected to fused-salt electrolysis at a temperature of about 960 ° C. The dissolved aluminum oxide reacts with the solid carbon anode and forms liquid aluminum and gaseous carbon dioxide. The melt mixture covers the side walls of the electrolysis cell with a protective crust while aluminum accumulates under the melt due to its greater density compared to the density of the melt at the bottom of the electrolysis cell to be protected from reoxidation by atmospheric oxygen. The aluminum thus produced is removed from the electrolysis cell and further processed.
Bei der Elektrolyse wird die Anode verbraucht, während sich der Kathodenboden während der Elektrolyse weitgehend chemisch inert verhält. Die Anode stellt daher ein Verschleißteil dar, das im Laufe der Betriebszeit ausgewechselt wird, während der Kathodenboden für einen langfristigen und dauerhaften Einsatz ausgelegt ist. Dennoch unterliegen gegenwärtige Kathodenböden einem Verschleiß. Durch die sich über den Kathodenboden bewegende Aluminiumschicht erfolgt ein mechanischer Abrieb der Kathodenoberfläche. Weiterhin erfolgt durch Aluminiumcarbid-Bildung und Natriumeinlagerung eine (elektro-)chemische Korrosion des Kathodenbodens. Da im Allgemeinen 100 bis 300 Elektrolysezellen in Reihe geschaltet werden, um eine wirtschaftliche Anlage zur Herstellung von Aluminium darzustellen, und eine derartige Anlage im Allgemeinen mindestens 4 bis 1 0 Jahre eingesetzt werden soll, kann der Ausfall und Ersatz eines Katho- denblocks in einer Elektrolysezelle in einer derartigen Anlage teuer sein und aufwendige Reparaturen erfordern, die die Wirtschaftlichkeit der Anlage stark herabsetzen. During electrolysis, the anode is consumed, while the cathode bottom behaves largely chemically inert during the electrolysis. The anode therefore represents a wearing part which is replaced during operation while the cathode bottom is designed for long-term and durable use. Nevertheless, current cathode bottoms are subject to wear. By moving over the cathode bottom aluminum layer is a mechanical abrasion of the cathode surface. Furthermore, aluminum carbide formation and sodium incorporation result in (electro) chemical corrosion of the cathode bottom. Since generally 100 to 300 electrolysis cells are connected in series in order to represent an economical plant for the production of aluminum, and such a plant is generally to be used for at least 4 to 10 years, the failure and replacement of a cathode block in an electrolysis cell be expensive in such a system and require expensive repairs that greatly reduce the cost of the system.
Ein Nachteil der vorstehend dargestellten Elektrolysezelle, die Stampfmas- se aus Kohlenstoff und/oder Graphit auf Steinkohlenteerbasis aufweist, ist, dass aus technischen Gründen wie beispielsweise der mechanischen Stabilität oder der Stampfprozedur dünne Schichten der grobkörnigen Stampfmasse nicht zu realisieren sind, so dass Fugen vorhanden sind, welche einerseits die Kathodenoberfläche verkleinern und in die sich andererseits Aluminium und Partikel einlagern können, die den Verschleiß des Kathodenbodens erhöhen. Die meist verwendeten Anthrazit-Stampfmassen sind elektrisch und thermisch weniger leitfähig als insbesondere graphitierte Kathodenblöcke. So geht effektive Kathodenfläche verloren und durch den größeren Gesamtwi- derstand resultiert ein höherer Energieverbrauch, der die Wirtschaftlichkeit des Prozesses erniedrigt. Zudem erhöht sich der Kathodenbodenverschleiß durch die höhere spezifische Belastung. A disadvantage of the above-described electrolysis cell, which has tamping mass of carbon and / or graphite on a coal tar basis, is that for technical reasons such as mechanical stability or stamping procedure, thin layers of the coarse-grained ramming mass can not be realized, so that joints are present which, on the one hand, reduce the size of the cathode surface and on the other hand, aluminum and particles which increase the wear of the cathode bottom can be incorporated into the latter. The most commonly used anthracite ramming masses are electrically and thermally less conductive than in particular graphitized cathode blocks. Thus, effective cathode area is lost and the higher overall resistance results in higher energy consumption, which lowers the cost-effectiveness of the process. In addition, the cathode floor wear increases due to the higher specific load.
Ein weiteres Problem ist, dass Stampfmassen meist Binder auf Steinkohlen- teerbasis enthalten, die polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe enthalten. Diese sind giftig und/oder krebserregend. Bei der Anwendung gelangen diese bzw. die Pyrolyseprodukte teilweise in die Atmosphäre. Another problem is that ramming masses usually contain coal-based binders containing polycyclic aromatic hydrocarbons. These are toxic and / or carcinogenic. During use, these or the pyrolysis products partly reach the atmosphere.
In der WO 2010/142580A1 wird die Stampfmasse durch eine kompressible Graphitfolie ersetzt, wodurch zum einen auf gesundheitsbedenkliche Substanzen der Stampfmasse, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, verzichtet werden kann und zum anderen eine Abdichtung zwischen den Kathodenblöcken des Kathodenbodens erreicht wird. Allerdings verändert sich durch zum Beispiel die Wiederverwendung der Stahlwanne einer Elektrolysezelle das Verformungsverhalten gegenüber einer idealen derart, dass zusätzliche Spalte, Risse oder Verschiebungen ganzer Kathodenblöcke auftreten, wodurch die Abdichtung nicht gewährleistet werden kann. Da oftmals die Vorhersage des Verformungsverhaltens schwie- rig ist, stellen diese zusätzlichen Spalte, Risse oder Verschiebungen ein Betriebsrisiko dar, da es hier zum Austreten von Aluminium oder Elektrolytschmelze kommen kann, welches sogar zum sofortigen Ausfall der Zelle führen kann. Aus diesem Grund müssen die zusätzlichen Spalte bzw. Risse kompensiert werden. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Kathodenboden bereitzustellen, welcher das Verformungsverhalten der Elektrolysezelle kompensieren kann und so eine Abdichtung gewährleistet werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Kathoden- boden nicht nur die Anordnung von mindestens 2 Kathodenblöcken mit gegebenenfalls gefüllter Fuge verstanden, sondern auch die Anordnung von mindestens einem Kathodenblock und mindestens einem Seitenwandstein mit gegebenenfalls gefüllter Fuge. Eine Fuge stellt den Zwischenraum zwischen zwei Kathodenblöcken oder einem Kathodenblock und einem In WO 2010 / 142580A1 the ramming mass is replaced by a compressible graphite foil, which on the one hand can be dispensed with harmful substances ramming mass, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, and on the other hand, a seal between the cathode blocks of the cathode bottom is achieved. However, for example, the reuse of the steel tub of an electrolytic cell changes the deformation behavior from an ideal one such that additional gaps, cracks or displacements of entire cathode blocks occur, whereby the sealing can not be ensured. Since often the prediction of the deformation behavior is difficult, these additional gaps, cracks or displacements represent an operational risk, since this can lead to the emergence of aluminum or electrolyte melt, which can even lead to the immediate failure of the cell. For this reason, the additional gaps or cracks must be compensated. The present invention is therefore based on the object to provide a cathode bottom, which can compensate for the deformation behavior of the electrolysis cell and so a seal can be ensured. In the context of the present invention, a cathode bottom is understood to mean not only the arrangement of at least two cathode blocks with possibly filled joints, but also the arrangement of at least one cathode block and at least one sidewall brick with possibly filled joints. A joint provides the space between two cathode blocks or a cathode block and a
Seitenwandstein dar. Sidewall stone
Diese Aufgabe wird durch einen Kathodenboden für eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium, umfassend mindestens zwei Kathodenblöcke und/oder zumindest einen Kathodenblock und mindestens einen Seitenwand- stein, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Fuge mit einem Füllmaterial, welches zuvor auf zumindest einen Kathodenblock oder Seitenwandstein angeordnet werden kann, befüllt ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Füllmaterial eine vorverdichtete Graphitplatte bestehend aus expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung ist, gelöst. This object is achieved by a cathode bottom for an electrolytic cell for the production of aluminum, comprising at least two cathode blocks and / or at least one cathode block and at least one Seitenwand- stone, which are arranged at a predetermined distance from each other, wherein the joint with a filler, which previously on at least one cathode block or side wall brick can be arranged, is filled, characterized in that the filler is a pre-compressed graphite plate consisting of expanded graphite and a Graphiteinlagerungsverbindung solved.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kathodenboden ein Füllmaterial umfasst, das an mindestens einen Kathodenblock und/oder eine Seitenwandstein angeordnet ist und das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Füllmaterial eine vorverdichtete Platte basierend auf expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung umfasst. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet vorverdichtet, dass die Platte basierend auf expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung verdichtet worden ist, aber weiterhin verdichtbar ist. Das heißt, dass die vorverdichtete Platte basierend auf expandier- tem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung teilkomprimiert ist und daher sowohl gepresst ist als auch weiter pressbar ist. Gemäß dieser Erfindung wird die vorverdichtete Graphitplatte basierend auf expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung auch als vorverdichtete Graphitplatte bezeichnet. Diese beiden Begriffe sind im Sinne der vorliegenden Erfindung austauschbar und bezeichnen eine vorverdichtete Graphitplatte aus expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung. According to the invention, the cathode bottom comprises a filling material which is arranged on at least one cathode block and / or one side wall brick and which is characterized in that the filling material comprises a pre-compressed plate based on expanded graphite and a graphite intercalation compound. For the purposes of the present invention, precompacting means that the sheet has been compacted based on expanded graphite and a graphite intercalation compound, but is still compressible. That is, the precompressed sheet is partially compressed based on expanded graphite and a graphite intercalation compound and therefore both pressed and further pressable. According to this invention, the precompressed graphite plate based on expanded graphite and a graphite intercalation compound is also referred to as pre-compressed graphite plate. These two terms are interchangeable in the sense of the present invention and refer to a pre-compressed graphite plate of expanded graphite and a Graphiteinlagerungsverbindung.
Expandierter Graphit weist folgende vorteilhafte Eigenschaften auf: Er ist gesundheitlich unbedenklich, umweltverträglich, weich, kompressibel, leicht, alterungsbeständig, chemisch und thermisch beständig, technisch gas- und flüssigkeitsdicht, nicht brennbar und leicht bearbeitbar. Zudem bildet er mit flüssigem Aluminium keine Legierung. Er eignet sich daher als Füllmaterial für einen Kathodenboden für eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium. Expanded graphite has the following advantageous properties: It is harmless to health, environmentally friendly, soft, compressible, lightweight, resistant to aging, chemically and thermally resistant, technically gas and liquid-tight, non-combustible and easy to work. In addition, it does not form an alloy with liquid aluminum. It is therefore suitable as a filler material for a cathode bottom for an electrolytic cell for the production of aluminum.
Zur Herstellung von expandiertem Graphit mit einer wurmförmigen Struktur wird üblicherweise Graphit, wie Naturgraphit, mit einem Interkalat wie einer anorganischen Säure, wie beispielsweise Salpetersäure, Schwefelsäure oder deren Mischungen, vermischt, und so eine Graphiteinlagerungsverbindung als Zwi- schenprodukt erhalten, welches anschließend bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise 600 °C bis 1200 °C wärmebehandelt (DE10003927A1 ) wird. Die Einlagerung der Säure erfolgt typischerweise in Gegenwart eines Oxida- tionsmittels wie zum Beispiel Salpetersäure (HNO3), Wasserstoffperoxid (H2O2), Kaliumpermanganat (KMnO4) oder Kaliumchlorat (KCIO3). For producing expanded graphite having a vermiform structure, graphite such as natural graphite is usually mixed with an intercalate such as an inorganic acid such as nitric acid, sulfuric acid or mixtures thereof to give an intercalary graphite intercalation compound which is subsequently increased in an amount Temperature of, for example, 600 ° C to 1200 ° C heat-treated (DE10003927A1) is. The incorporation of the acid is typically conducted in the presence of an oxidising agent such as nitric acid (HNO3), hydrogen peroxide (H2O2), potassium permanganate (KMnO 4) or potassium chlorate (KCIO3).
Expandierter Graphit stellt einen Graphit dar, der im Vergleich zu natürlichem Graphit in der Ebene senkrecht zu den hexagonalen Kohlenstoffschichten beispielsweise um den Faktor 80 oder mehr expandiert ist. Aufgrund der Expansion zeichnet sich expandierter Graphit durch eine hervorragende Formbarkeit und gute Verzahnbarkeit aus. Expandierter Graphit kann in Folienform gebracht werden, wobei Wärmeleitfähigkeiten von bis zu 500 W/(m-K) erreicht werden. Die Wärmeleitfähigkeit wird mittels der Angström-Methode („Ängström's Method of Measuring Thermal Conductivity"; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses) bestimmt. Das Interkalat einer Graphiteinlagerungsverbindung kann ein Elektronendonator oder Elektronenakzeptor, bevorzugt ein Elektronenakzeptor sein. Als Elektronendonator werden gemäß dieser Erfindung Verbindungen oder Elemente verstanden, die über freie Elektronen verfügen, wie beispielsweise Lithium, Kalium, Rubidium oder Cäsium. Als Elektronenakzeptor wird gemäß dieser Erfindung eine Verbindung verstanden, die eine Elektronenlücke aufweist, d.h. über eine unvollständige Edelgaskonfiguration verfügt. Expanded graphite represents a graphite that is expanded by a factor of 80 or more, for example, compared to natural graphite in the plane perpendicular to the hexagonal carbon layers. Due to the expansion, expanded graphite is characterized by excellent formability and good intermeshability. Expanded graphite can be made into foil form, with thermal conductivities of up to 500 W / (mK) can be achieved. The thermal conductivity is determined by the angstrom method ("Ängström's Method of Measuring Thermal Conductivity", Amy L. Lytle, Physics Department, The College of Wooster, Theses) The intercalate of a graphite intercalation compound may be an electron donor or electron acceptor, preferably an electron acceptor. According to this invention, the term "electron donor" refers to compounds or elements which have free electrons, such as lithium, potassium, rubidium or cesium. [0009] According to this invention, the electron acceptor is a compound which has an electron gap, ie has an incomplete noble gas configuration.
Als Elektronenakzeptoren können im Rahmen der Erfindung Metallhalogenide, bevorzugt Metallchloride, der Elemente Eisen (Fe), Aluminium (AI), Antimon (Sb), Zinn (Zn), Yttrium (Y), Chrom (Cr) oder Nickel (Ni) und Säuren, bevorzugt Schwefelsäure (H2SO4), Essigsäure (CH3COOH) und Salpetersäure (HNO3), oder auch Mischungen von Schwefelsäure/Salpetersäure als auch Schwefelsäure/Essigsäure ausgewählt. Bevorzugt werden als Elektronenakzeptoren Aluminiumhalogenide, besonders bevorzugt Aluminiumchloride, oder Schwe- feisäure (H2SO4) verwendet. In the context of the invention, metal halides, preferably metal chlorides, of the elements iron (Fe), aluminum (AI), antimony (Sb), tin (Zn), yttrium (Y), chromium (Cr) or nickel (Ni) and acids can be used as electron acceptors , preferably sulfuric acid (H 2 SO 4 ), acetic acid (CH 3 COOH) and nitric acid (HNO 3 ), or mixtures of sulfuric acid / nitric acid and sulfuric acid / acetic acid. Aluminum halides, particularly preferably aluminum chlorides, or sulfuric acid (H 2 SO 4 ) are preferably used as electron acceptors.
Die Verwendung der vorverdichteten Graphitplatte als Füllmaterial ermöglicht die beim Prozess oder beim Wiederverwenden der Stahlwanne auftretenden Spalte oder Risse durch ein Expandieren der Graphiteinlagerungsverbindung , welches durch die vorliegenden Temperaturen bedingt wird, zu schließen. Somit wird also eine Art„Selbstheilung" der Risse oder Spalte ermöglicht. The use of the precompressed graphite plate as a filler enables the gaps or cracks occurring during the process or reuse of the steel tub to be completed by expanding the graphite intercalation compound caused by the present temperatures. Thus, a kind of "self-healing" of the cracks or gaps is possible.
Auch mögliche Fehler oder Risse verursacht durch die Installation können durch die Expansion des Salzes ausgeheilt werden, sowie Lücken zwischen möglichen Stoßkanten, die bei der Verwendung von vorverdichteten Graphitplatten, die kleiner als die volle Kathodenlänge sind, minimiert werden. Hierdurch können auch Risse oder Spalte unter anderem auch in unzugänglichen Bereichen der Kathode geschlossen werden. Durch das Schließen der zusätzlichen Risse bzw. Spalte wird eine Abdichtung der Elektrolysezelle er- reicht. Also possible faults or cracks caused by the installation can be healed by the expansion of the salt, as well as gaps between possible abutting edges, which are minimized when using pre-compressed graphite plates smaller than the full cathode length. As a result, cracks or gaps can be closed, inter alia, in inaccessible areas of the cathode. By closing the additional cracks or gaps, sealing of the electrolysis cell is achieved.
Erfindungsgemäß können auch verschiedene Graphiteinlagerungsverbindungen miteinander vermischt werden, die aufgrund der unterschiedlichen Inter- kalaten bei relativ zueinander unterschiedlichen Temperaturen ein Beginnen der Expansion zeigen. Damit können gezielt verschiedene Temperaturbereiche der Zelle, wie beispielsweise zwischen den Kathodenblöcken und zwischen Kathode und Seitenstein, abgedeckt werden. According to the invention, various graphite intercalation compounds can also be mixed with one another, which, because of the different intercalates, start to expand at relatively different temperatures. This can specifically different temperature ranges of the cell, such as between the cathode blocks and between the cathode and side stone, are covered.
Hierdurch ist es möglich ein maßgeschneidertes Füllmaterial bereitzustellen. This makes it possible to provide a tailor-made filling material.
Vorteilhafterweise liegt der Anteil an expandiertem Graphit in der vorverdichteten Graphitplatte zwischen 70 und 99,5 Gew.-%, bevorzugt zwischen 80 und 95 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 90 Gew.-% und der Anteil an der Graphiteinlagerungsverbindung in der vorverdichteten Graphitplatte zwischen 0,5 und 30 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 20 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 10 Gew.-%. Zusammen ergeben die Bestandteile aus expandiertem Graphit und der Graphiteinlagerungsverbindung immer 100 Gew.-%. Advantageously, the proportion of expanded graphite in the precompressed graphite plate between 70 and 99.5 wt .-%, preferably between 80 and 95 wt .-% and particularly preferably 90 wt .-% and the proportion of graphite intercalation compound in the pre-compressed graphite plate between 0.5 and 30 wt .-%, preferably between 5 and 20 wt .-% and particularly preferably at 10 wt .-%. Together, the expanded graphite and graphite intercalation components are always 100% by weight.
Ist der Anteil an der Graphiteinlagerungsverbindung in der vorverdichteten Graphitplatte kleiner als 0,5 Gew.-%, werden zu wenige Risse geschlossen, da zu wenig der Graphiteinlagerungsverbindung, welche nachexpandieren kann, vorhanden ist und somit sich aufgrund der geringen Verteilung gerade in Oberflächennähe die Graphiteinlagerungsverbindung gegebenenfalls an der falschen Stelle befindet. Bei einem Graphiteinlagerungsverbindungsanteil in der vorverdichteten Graphitplatte von über 30 Gew.-% ist die Stabilität der vorverdichteten Graphitplatte zu gering, da die vorverdichtete Graphitplatte durch die Verzahnung der bereits expandierten Graphitpartikel Stabilität erlangt. If the proportion of the graphite intercalation compound in the precompressed graphite plate is less than 0.5 wt%, too few cracks are closed because too little of the graphite intercalation compound which can expand is present and hence the graphite intercalation compound due to the small distribution just near the surface if necessary in the wrong place. With a graphite intercalation bonding fraction in the precompressed graphite plate of over 30 wt%, the stability of the precompressed graphite plate is too low because the precompressed graphite plate obtains stability by the interlocking of the already expanded graphite particles.
Bei einem Anteil von 0,5 - 30 Gew.-% der Graphiteinlagerungsverbindung in der vorverdichteten Graphitplatte wird die beschriebene Selbstheilung der Risse bzw. Spalte ermöglicht, dass heißt durch das nachexpandieren der Graphiteinlagerungsverbindung beim bei den vorliegenden Temperaturen der Elek- trolysezelle, werden noch vorhandene Risse oder Spalte geschlossen. Durch die Wahl der Graphiteinlagerungsverbindung kann ein an das Temperaturprogramm der Elektrolysezelle angepasstes und somit maßgeschneidertes Füllmaterial bereitgestellt werden. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist die physiologische Unbedenklichkeit der vorverdichteten Graphitplatte im Vergleich zur herkömmlichen steinkohlen- teerhaltigen Kohlenstoffmasse, welche polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe enthält, die gesundheitlich bedenklich sind. Zudem weist die vorverdichtete Graphitplatte im Hinblick auf die herkömmliche steinkohlen- teerhaltige Kohlenstoffmasse eine höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und erhöht auch damit die effektive Kathodenfläche. With a proportion of 0.5-30% by weight of the graphite intercalation compound in the precompressed graphite plate, the described self-healing of the cracks or gaps is enabled, that is to say by the post-expansion of the graphite intercalation compound at the present temperatures of the electrolysis cell Cracks or gaps closed. By choosing the graphite intercalation compound, it is possible to provide a filler material adapted to the temperature program of the electrolysis cell and thus tailor-made. Another beneficial effect is the physiological safety of the precompressed graphite plate in comparison to the conventional coal-tar carbonaceous mass containing polycyclic aromatic hydrocarbons, which are of concern to health. In addition, the precompressed graphite plate has a higher electrical and thermal conductivity with respect to the conventional coal carbonaceous carbon mass and thus also increases the effective cathode area.
Die erfindungsgemäß verwendete vorverdichtete Graphitplatte kann in den Bereichen einer Elektrolysezelle eingesetzt werden, bei welchen her- kömmliche Stampfmasse eingesetzt wird, d.h. insbesondere in Fugen, die zwischen Kathodenblöcken ausgebildet sind, aber auch in Zwischenräumen, die sich zwischen Seitenwänden der Elektrolysezelle und Kathodenblöcken befinden . Die vorverdichtete Graphitplatte wird insbesondere als Abdichtmittel zwischen Kathodenblöcken eines Kathodenbodens und zwi- sehen Kathodenblock und Seitenwand eines Kathodenbodens verwendet. Das Füllmaterial und die Kathodenblöcke bzw. Kathodenblock und Seitenwand sind kraftschlüssig verbunden und schließen bevorzugt bündig ab. Das Füllmaterial und Kathodenblock bzw. Seitenwand können gegebenenfalls miteinander verklebt sein, beispielsweise mittels eines Phenolharzes. In dieser Erfindung werden die Begriffe Seitenwand und Seitenwandstein analog verwendet. The pre-compressed graphite plate used according to the invention can be used in the areas of an electrolysis cell in which conventional ramming mass is used, ie in particular joints which are formed between cathode blocks, but also in intermediate spaces which are located between side walls of the electrolytic cell and cathode blocks. The precompressed graphite plate is used, in particular, as a sealing means between cathode blocks of a cathode bottom and between the cathode block and the side wall of a cathode bottom. The filling material and the cathode blocks or cathode block and side wall are non-positively connected and preferably terminate flush. The filler material and cathode block or side wall may optionally be glued together, for example by means of a phenolic resin. In this invention, the terms sidewall and sidewall are used analogously.
Durch Verwendung einer vorverdichteten Graphitplatte statt herkömmlich verwendeter steinkohlenteerhaltiger Stampfmasse kann die Breite der Fuge zwischen Kathodenblöcken reduziert werden und so die wirksame Kathodenfläche vergrößert werden. Das Material dient als ein Füllstoff zwischen den beiden Kathodenblöcken, der nicht nur in der Lage ist, die Fuge zwischen den beiden Kathodenblöcken abzudichten, sondern zudem aufgrund seines kompressiblen Charakters in der Lage ist, Ausdehnungen der Kathodenblöcke bzw. Seitenwandsteine bedingt durch die Natriumexpansion, die während einer Elektrolyse auftreten, zu kompensieren. Das Natrium gelangt über Diffusion aus der Schmelze aus Kryolith (Na3AIF6) in die Kathodenblöcke bzw. Seitenwandsteine. Erfindungsgemäß weist die vorverdichtete Graphitplatte deshalb eine Dicke von 2 - 35 mm, bevorzugt von 5 - 20 mm, besonders bevorzugt von 10 - 15 mm auf. Eine Mindestdicke von 2 mm ist erforderlich um die Natriumexpansion des Kathodenblockes bzw. der Seitenwand ausgleichen zu können. By using a precompressed graphite plate instead of conventionally used coal tar-containing ramming mass, the width of the joint between cathode blocks can be reduced and thus the effective cathode area can be increased. The material serves as a filler between the two cathode blocks, which not only is able to seal the gap between the two cathode blocks, but is also able, due to its compressible character, to expand the cathode blocks or sidewalls due to the sodium expansion during an electrolysis occur to compensate. The sodium enters the cathode blocks or sidewall stones via diffusion from the cryolite (Na3AIF 6 ) melt. According to the invention, the precompressed graphite plate therefore has a thickness of 2 to 35 mm, preferably 5 to 20 mm, particularly preferably 10 to 15 mm. A minimum thickness of 2 mm is required to compensate for the sodium expansion of the cathode block or the side wall.
Erfindungsgemäß weist die vorverdichtete Graphitplatte eine Dichte von 0,04 - 0,5 g/cm3, bevorzugt 0,05 - 0,3 g/cm3 besonders bevorzugt 0,07 - 0,1 g/cm3 auf. Die Dichte muss kleiner als 0,5 g/cm3 sein, damit die sich bei einem typischen Flächengewicht von 1000 g/m3 eine Graphitplatte mit 2 mm Dicke ergibt. Diese kann noch weiter verdichtet werden, so dass es zu keiner Lückenbildung zwischen Kathodenblock und/oder Seitenwand kommt. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Füllmatehal an zwei sich gegenüber liegenden Oberflächen eines Kathodenblocks, die an die Fuge bildende Oberfläche angrenzen, und an die und in der Fuge angeordnet, so dass das Füllmaterial bündig ist. Dass das Füllmaterial bündig ist, bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das Füllmaterial an den Kathodenblöcken derart angeordnet ist, dass der Kathodenboden jeweils einheitliche Abmessungen entlang seiner Länge, Höhe und Breite aufweist. Bei einem Kathodenboden in einer Elektrolysezelle befindet sich zwischen den Seitenwänden der Elektro- lysezelle und Kathodenblöcken ein Zwischenraum. Das Füllmaterial ist in diesem Fall derart angeordnet, dass es die Fugen zwischen den Kathodenblöcken sowie die Bereiche zwischen Kathodenblöcken und Seitenwänden füllt. Der Kathodenboden bildet somit den gesamten Boden der Elektrolysezelle, d.h. er erstreckt sich bis zu allen Seitenwänden der Elektrolysezelle, wobei er Bereiche mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit in Form von Kathodenblöcken und Bereiche mit geringerer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit in Form von dem Füllmaterial aus expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung aufweist. Die Kathodenblöcke weisen bevorzugt eine größere Längen- als Breitenabmessung auf, während die Breiten- und Höhenabmessungen ungefähr gleich sind. Im Allgemeinen sind Kathodenblöcke bis zu 3800 mm lang, 700 mm breit und 500 mm hoch. Bevorzugt sind die mindestens zwei Kathodenblöcke derart angeordnet, dass ihre Längenabmessungen parallel sind. Der vorbestimmte Ab- stand zwischen zwei Kathodenblöcken beträgt üblicherweise ungefähr 30 bis 60mm. Eine Reduzierung des Abstands zwischen Kathodenblöcken ist durch Verwendung des Füllmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung möglich . So muss beispielsweise bei dem Einsatz von 650 mm breiten Kathodenblöcken der Abstand zwischen Kathodenblöcken unter Verwen- dung herkömmlicher Stampfmassen als Füllmasse zwischen ihnen mindestens 40 mm betragen, während er durch Verwendung der vorverdichte- ten Graphitplatte auf bis zu 1 0 mm reduziert werden kann . So erhöht sich beispielsweise mit 650 mm breiten Kathodenblöcken und 40 mm breiten Fugen bei einer Reduzierung auf 1 0 mm die effektive Kathodenblockober- f lache um ca. 5 %. According to the invention the pre-compressed graphite sheet has a density from 0.04 to 0.5 g / cm 3, preferably 0.05 to 0.3 g / cm 3 particularly preferably 0.07 to 0.1 g / cm 3. The density must be less than 0.5 g / cm 3 in order to give a 2 mm thick graphite plate at a typical basis weight of 1000 g / m 3 . This can be further compressed, so that there is no gap formation between the cathode block and / or side wall. In another preferred embodiment, the filler material is disposed on two opposing surfaces of a cathode block adjacent the joint-forming surface and on and in the joint such that the filler material is flush. The fact that the filling material is flush means in the sense of the present invention that the filling material is arranged on the cathode blocks such that the cathode bottom in each case has uniform dimensions along its length, height and width. In the case of a cathode bottom in an electrolysis cell, there is a space between the side walls of the electrolysis cell and cathode blocks. The filler material in this case is arranged so that it fills the joints between the cathode blocks as well as the areas between cathode blocks and side walls. The cathode bottom thus forms the entire bottom of the electrolysis cell, ie it extends to all side walls of the electrolytic cell, wherein he areas of high thermal and electrical conductivity in the form of cathode blocks and areas of lower thermal and electrical conductivity in the form of the expanded graphite filler and a graphite intercalation compound. The cathode blocks preferably have a greater length than width dimension, while the width and height dimensions are approximately equal. In general, cathode blocks are up to 3800 mm long, 700 mm wide and 500 mm high. Preferably, the at least two cathode blocks are arranged such that their length dimensions are parallel. The predetermined distance between two cathode blocks is usually about 30 to 60 mm. A reduction in the distance between cathode blocks is possible by using the filling material according to the present invention. For example, when using 650 mm wide cathode blocks, the distance between cathode blocks using conventional ramming masses as filler between them must be at least 40 mm, while using the precompression graphite plate can be reduced to 1 0 mm. For example, with 650 mm wide cathode blocks and 40 mm wide joints with a reduction to 1 0 mm, the effective cathode block surface increases by approx. 5%.
Bevorzugt umfasst der mindestens eine Kathodenblock mindestens ein Mittel zur Verbindung mit einer Stromquelle. Beispielsweise weist der Kathodenblock mindestens eine Aussparung zur Aufnahme einer Stromschiene auf, welche mit einer Stromquelle verbindbar ist. Wenn mindestens zwei Kathodenblöcke aus- gerichtet sind, sodass ihre Längenabmessungen parallel sind, ist die Aussparung bevorzugt in die Längsrichtung des Kathodenblocks ausgerichtet, d.h. die Aussparung verläuft parallel zu der zwischen zwei Kathodenblöcken ausgebildeten Fuge. Selbstverständlich kann der Kathodenboden weiterhin ein Verbundelement zwischen Kathodenblock und Stromschiene wie beispielsweise eine Kontaktmasse und dergleichen aufweisen. Preferably, the at least one cathode block comprises at least one means for connection to a current source. For example, the cathode block has at least one recess for receiving a bus bar, which is connectable to a power source. When at least two cathode blocks are aligned so that their length dimensions are parallel, the recess is preferably aligned in the longitudinal direction of the cathode block, i. the recess runs parallel to the gap formed between two cathode blocks. Of course, the cathode bottom may further comprise a composite element between the cathode block and the bus bar such as a contact mass and the like.
Der mindestens eine Kathodenblock ist derart ausgestaltet, dass er elektrisch und thermisch leitfähig ist, gegen hohe Temperaturen resistent ist, gegenüber Badkomponenten der Elektrolyse chemisch stabil ist und keine Legierung mit Aluminium bilden kann. Der Kathodenblock ist bevorzugt aus Graphit und/oder amorphem Kohlenstoff gebildet. Besonders bevorzugt umfasst der Kathodenblock Graphit oder graphitierten Kohlenstoff, weil diese den Ansprüchen an die thermische und elektrische Leitfähigkeit und die chemische Beständigkeit zur Bildung eines Kathodenbodens in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium am meisten genügen. The at least one cathode block is designed such that it is electrically and thermally conductive, is resistant to high temperatures, is chemically stable with respect to bath components of the electrolysis and can not form an alloy with aluminum. The cathode block is preferably formed from graphite and / or amorphous carbon. Most preferably, the cathode block comprises graphite or graphitized carbon because it most satisfies the thermal and electrical conductivity and chemical resistance requirements for forming a cathode bottom in an electrolytic cell for producing aluminum.
Der Kathodenboden umfasst in den vorstehenden bevorzugten Ausführungsformen mit den mindestens zwei Kathodenblöcken und/oder mindestens einen Kathodenblock und mindestens einen Seitenwandstein Bereiche, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, und mit dem Füllmaterial, das die vorverdichtete Graphitplatte umfasst, Bereiche, die in der Regel eine geringere Leitfähigkeit aufweisen als die Kathodenblöcke und/oder Seitenwandsteine, aber in der Lage sind, die zwischen den Kathodenblöcken ausgebildeten Fugen derart abzudichten, dass keine Badkomponenten bei einer Elektrolyse in tiefere Bereiche des Kathodenbodens eindringen können. Die beiden Komponenten, d.h. Kathodenblöcke oder Seitenwandsteine, und vorverdichtete Graphitplatte, erfüllen daher verschiedene Funktionen des Kathodenbodens. Durch seine multifunktionale Bauweise ist dieser Kathodenboden daher für den großtechnischen Einsatz dimensionierbar. Durch die Anordnung einer Vielzahl von Kathodenblöcken und/oder Kathodenblöcken und Seitenwandstei- nen wird eine große leitfähige Kathodenfläche erhalten und durch die effektive Abdichtung der Fugen zwischen den Kathodenblöcken mit der vorverdichteten Graphitplatte werden ein Verschleiß und eine Schädigung der Kathodenflächen zwischen den Kathodenblöcken verhindert. Die erfindungsgemäßen Kathodenböden können gemäß einem Verfahren umfassend die folgenden Schritte hergestellt werden: The cathode bottom in the above preferred embodiments with the at least two cathode blocks and / or at least one cathode block and at least one sidewall brick comprises regions which have a high conductivity, and with the filler material comprising the precompressed graphite plate, regions which are generally smaller conductivity have as the cathode blocks and / or sidewalls, but are able to seal the joints formed between the cathode blocks so that no bath components can penetrate into deeper areas of the cathode bottom in an electrolysis. The two components, ie cathode blocks or sidewalls, and precompressed graphite plate therefore perform various functions of the cathode bottom. Due to its multifunctional design, this cathode bottom is therefore dimensioned for large-scale use. The arrangement of a plurality of cathode blocks and / or cathode blocks and Seitenwandstei- NEN a large conductive cathode surface is obtained and the effective sealing of the joints between the cathode blocks with the precompressed graphite plate wear and damage to the cathode surfaces between the cathode blocks is prevented. The cathode bottoms according to the invention can be prepared according to a method comprising the following steps:
a) Bereitstellen von mindestens einem Kathodenblock; a) providing at least one cathode block;
b) Anordnen eines Füllmaterials an mindestens einer Oberfläche von dem mindestens einen Kathodenblock, wobei das Füllmaterial mindestens eine vorverdichtete Platte basierend auf expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung umfasst; b) placing a filler material on at least one surface of the at least one cathode block, the filler material comprising at least one precompressed sheet based on expanded graphite and a graphite intercalation compound;
c) Anordnen von mindestens einem weiteren Kathodenblock oder mindestens einem Seitenwandstein in einem vorbestimmten Abstand zu dem mindestens einen Kathodenblock derart, dass das Füllmaterial eine Fuge füllt, die durch das Anordnen des weiteren Kathodenblocks oder des Seitenwandsteins in dem vorbestimmten Anstand zu dem mindestens einen Kathodenblock ausgebildet wird. c) arranging at least one further cathode block or at least one sidewall brick at a predetermined distance from the at least one cathode block such that the filling material fills a joint formed by arranging the further cathode block or sidewall in the predetermined order to the at least one cathode block becomes.
Durch Herstellung eines Kathodenbodens, der eine vorverdichtete Graphitplatte aufweist, wird durch Ermöglichung einer Aneinanderreihung einer Vielzahl von Kathodenblöcken eine hohe effektive Kathodenfläche erzielt. Die Herstellung des Kathodenblocks erfolgt derart, dass das Füllmate al durch seine Anordnung an den mindestens einen Kathodenblock mit diesem formschlüssig verbunden ist, wenn notwendig, wird zusätzlich ein Klebstoff eingesetzt. By manufacturing a cathode bottom having a precompressed graphite plate, by allowing a plurality of Cathode blocks achieved a high effective cathode area. The preparation of the cathode block is such that the Füllmate al is positively connected by its arrangement to the at least one cathode block with this, if necessary, an additional adhesive is used.
Durch das Anordnen des weiteren Kathodenblocks oder Seitenwandsteins an dem Kathodenblock wird eine zunächst eine weitere formschlüssige Verbindung zwischen den Kathodenblöcken oder zwischen Kathodenblock und Seiten- wandstein mittels der vorverdichteten Graphitplatte erzielt. Das Anordnen des weiteren Kathodenblocks oder Seitenwandsteins wird durch hydraulisches oder mechanisches Andrücken gegebenenfalls unter Einsatz von Klebstoff realisiert und so eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Breite der Fuge zwischen Kathodenblöcken oder zwischen Kathodenblock und Seitenwandstein im Vergleich zu herkömm- liehen Fugenbreiten zu reduzieren und damit die wirksame Kathodenfläche zu erhöhen. Die die Fuge füllende vorverdichtete Graphitplatte ist teilreversibel kompressibel, so dass sie Ausdehnungen der Kathodenblöcke kompensieren kann. Nach dem Anordnen des weiteren Kathodenblocks wird eine vorverdichtete Graphitplatte in der Fuge erhalten, die ein wenig elastisches Füllmaterial darstellt, das die Fuge ohne Bildung von Hohlräumen abdichtet. Der Schritt des Anordnens von mindestens einem weiteren Kathodenblock kann vor oder nach dem Anordnen des Füllmaterials an dem mindestens einen Kathodenblock durchgeführt werden. By arranging the further cathode block or side wall brick on the cathode block, a first positive-locking connection between the cathode blocks or between cathode block and side wall brick is achieved by means of the precompressed graphite plate. The arrangement of the further cathode block or side wall brick is realized by hydraulic or mechanical pressing optionally with the use of adhesive and thus produces a frictional connection. By the method according to the invention, it is possible to reduce the width of the joint between cathode blocks or between the cathode block and side wall brick compared to conventional lenth joint widths and thus to increase the effective cathode area. The pre-compressed graphite plate filling the joint is partially reversible compressible so that it can compensate for expansions of the cathode blocks. After arranging the further cathode block, a pre-compressed graphite plate is obtained in the joint, which is a little elastic filling material, which seals the joint without formation of voids. The step of disposing at least one further cathode block may be performed before or after placing the fill material on the at least one cathode block.
Die Kathodenblöcke können vor oder nach ihrer Bereitstellung mit Mitteln versehen werden, die ihren Anschluss an eine Stromquelle erlauben. Beispielsweise kann ein Kathodenblock vor oder nach seiner Bereitstellung mit min- destens einer Aussparung versehen werden, in die mindestens eine Stromschiene eingeführt wird, der mit einer Stromquelle verbindbar ist. Weiterhin kann ein derart behandelter Kathodenblock vor oder nach seiner Bereitstellung mit weiteren Mitteln versehen werden, beispielsweise kann zwischen Kathodenblock und Stromschiene eine Kontaktmasse angeordnet werden. Der erfindungsgemäße Kathodenboden wird in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium verwendet. Die Elektrolysezelle umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Wanne, die in der Regel Eisenblech oder Stahl umfasst und eine runde oder viereckige, bevorzugt rechteckige, Form aufweist. Die Seitenwände der Wanne können mit Kohlenstoff, Carbid oder Siliciumcarbid ausgekleidet sein. Bevorzugt ist zumindest der Boden der Wanne mit einer Wärmeisolierung ausgekleidet. Auf dem Boden der Wanne bzw. auf der Wärmeisolierung ist der Kathodenboden angeordnet. Mindestens zwei, bevorzugt 10 bis 24, Kathodenblöcke sind parallel zueinander in Bezug auf ihre Längenabmessung in einem vorbestimmten Abstand angeordnet, sodass zwischen ihnen jeweils eine Fuge ausgebildet ist, die jeweils mit mindestens einer vorverdichteten Graphitplatte gefüllt ist. Die Zwischenräume zwischen Seitenwänden und Kathodenblöcken sind wahlweise mit Füllmaterial, das eine vorverdichtete Graphitplatte umfasst, oder mit herkömmlicher Anthrazit-Stampfmasse gefüllt. Ebenso können die Fugen zwischen den Kathodenblöcken wahlweise mit einer vorverdichteten Graphitplatte, oder mit herkömmlicher Anthrazit-Stampfmasse gefüllt sein. Jede Fuge des Kathodenbodens kann unterschiedlich gefüllt sein. Die Kathodenblöcke sind mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden. Mindestens eine Anode wie beispielsweise eine Söderberg-Elektrode oder vorgebrannte Elektrode hängt an einem mit dem positiven Pol der Stromquelle verbundenen Traggerüst und ragt in die Wanne hinein, ohne den Kathodenboden oder die Seitenwände der Wanne zu berühren. Bevorzugt ist der Abstand der Anode zu den Wänden größer als zu dem Kathodenboden bzw. der sich bildenden Aluminiumschicht. Zur Herstellung des Aluminiums wird eine Lösung von Aluminiumoxid in geschmolzenen Kryolith bei einer Temperatur von etwa 960°C einer Schmelz- flusselektrolyse unterzogen, wobei sich die Seitenwände der Wanne mit einer festen Kruste des Schmelzgemisches überziehen, während sich das Aluminium, weil es dichter als die Schmelze ist, unter der Schmelze ansammelt. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren erläutert, ohne diese auf sie einzuschränken. The cathode blocks can be provided with means for their connection to a power source before or after their provision. For example, before or after its provision, a cathode block can be provided with at least one recess, into which at least one bus bar is inserted, which can be connected to a current source. Farther If such a treated cathode block can be provided with further means before or after its provision, for example, a contact mass can be arranged between the cathode block and the busbar. The cathode bottom according to the invention is used in an electrolysis cell for the production of aluminum. In a preferred embodiment, the electrolysis cell comprises a trough, which as a rule comprises iron sheet or steel and has a round or quadrangular, preferably rectangular, shape. The side walls of the tub may be lined with carbon, carbide or silicon carbide. Preferably, at least the bottom of the tub is lined with a thermal insulation. On the bottom of the tub or on the heat insulation of the cathode bottom is arranged. At least two, preferably 10 to 24, cathode blocks are arranged parallel to each other with respect to their length dimension at a predetermined distance, so that between each one a joint is formed, which is filled with at least one precompressed graphite plate. The spaces between side walls and cathode blocks are optionally filled with filler material comprising a precompressed graphite plate or with conventional anthracite ramming mass. Likewise, the joints between the cathode blocks can optionally be filled with a precompressed graphite plate or with conventional anthracite ramming mass. Each joint of the cathode bottom can be filled differently. The cathode blocks are connected to the negative pole of a power source. At least one anode, such as a Soderberg electrode or preheated electrode, hangs from a support frame connected to the positive pole of the power source and projects into the tub without touching the cathode bottom or sidewalls of the tub. Preferably, the distance of the anode to the walls is greater than to the cathode bottom or the forming aluminum layer. In order to produce the aluminum, a solution of aluminum oxide in molten cryolite at a temperature of about 960 ° C. is melted. subjected to flow electrolysis, wherein the side walls of the tub coat with a solid crust of the melt mixture, while the aluminum, because it is denser than the melt, accumulates under the melt. Further features and advantages of the invention will now be explained with reference to the following figures, without restricting them to them.
Es zeigt: Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kathodenbodens; FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a cathode bottom according to the invention;
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a part of a
Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium, die einen erfindungsgemäßen Kathodenboden aufweist;  Electrolysis cell for the production of aluminum, which has a cathode bottom according to the invention;
Figuren 3a bis 3c eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufes zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kathodenbodens; und FIGS. 3a to 3c a schematic representation of a method sequence for producing a cathode bottom according to the invention; and
Figuren 4a bis 4c eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensablaufes zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Katho- denbodens.  Figures 4a to 4c is a schematic representation of a further process sequence for the production of a cathode floor according to the invention.
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kathodenbodens 1 . Der Kathodenboden 1 weist Füllmaterial 3 aus einer vorverdichteten Graphitplatte auf, das eine Fuge 5 füllt, die zwischen zwei Kathoden- blocken 7 ausgebildet ist. Die Kathodenblöcke 7 weisen eine zur Verwendung in einer Schmelzflusselektrolyse hinreichende elektrische und thermische Leitfähigkeit auf und sind beispielsweise aus graphitiertem Kohlenstoff gefertigt. Die Kathodenblöcke 7 weisen jeweils eine Aussparung 9 zur Aufnahme einer Stromschiene (nicht gezeigt) auf, die ihren Anschluss an eine Stromquelle er- möglichen. Das Füllmaterial 3 und die Kathodenblöcke 7 schließen bündig ab. Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Elektrolysezelle 213 zur Herstellung von Aluminium. Die Elektrolysezelle 213 weist eine Wanne 215 aus Stahl auf. Die Seitenwände 217 der Wanne 215, von denen eine in Fig. 2 gezeigt ist, sind mit Seitenwandsteinen 219 aus Graphit aus- gekleidet, von denen einer in Fig. 2 gezeigt ist. Der Boden der Wanne 215 ist mit einer wärmeisolierenden Schicht 221 ausgekleidet, sodass er vollständig von ihr bedeckt ist. Auf der wärmeisolierenden Schicht 221 ist ein Kathodenboden 21 angeordnet. Der Kathodenboden 21 weist Füllmaterial 23 und Kathodenblöcke 27, von denen zwei in Fig. 2 gezeigt sind, die in einem vorbestimm- ten Abstand angeordnet sind. In Standardelektrolysezellen handelt es sich bei dem Füllmaterial 24, welches zwischen Seitenwandstein 219 und Kathodenblock 27 angeordnet ist, um Stampfmasse aus Kohlenstoff. Hierdurch wird die Fuge zwischen Seitenwandstein 219 und Kathodenblock 27 gefüllt. Erfindungsgemäß kann das Füllmaterial 24 auch eine vorverdichtetet Graphitplatte sein. Das Füllmaterial 23 umfasst ebenfalls eine vorverdichtete Graphitplatte. Zwischen den Kathodenblöcken 27 ist jeweils eine Fuge 25 ausgebildet. Das Füllmaterial 23 füllt die Fuge 25, und die Stampfmasse 24 füllt den jeweiligen Zwischenraum zwischen Kathodenblock 27 und Seitenwand 217 derart, dass die wärmeisolierende Schicht 221 mit dem die Stampfmasse 24, das Füllmaterial 23 und die Kathodenblöcke 27 umfassenden Kathodenboden 21 vollständig bedeckt ist. Wie in der Figur 2 gezeigt ist, schließt das Füllmaterial 23 mit den Kathodenblöcken 27 bündig ab. Die Kathodenblöcke 27 weisen jeweils eine Aussparung 29 auf, die zur Aufnahme einer Stromschiene (nicht gezeigt) geeignet ist, die an einen negativen Pol einer Stromquelle (nicht gezeigt) an- schließbar ist. Weiterhin weist die Elektrolysezelle 213 Anoden 223, von denen zwei in Fig. 2 gezeigt sind, auf, die jeweils an einem mit einem positiven Pol einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbundenen Träger 225 hängen. In der Elektrolysezelle 213 befindet sich eine Lösung 227 aus Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith. Während der Elektrolyse sammelt sich Aluminium 229 zwi- sehen der Lösung 227 und dem Kathodenboden 21 . Figuren 3a bis 3c zeigen eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufes zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kathodenbodens 31 . FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a cathode bottom 1 according to the invention. The cathode bottom 1 has filling material 3 made of a pre-compressed graphite plate which fills a gap 5, which is formed between two cathode blocks 7. The cathode blocks 7 have a sufficient electrical and thermal conductivity for use in a fused-salt electrolysis and are made for example of graphitized carbon. The cathode blocks 7 each have a recess 9 for receiving a busbar (not shown), which allows their connection to a power source. The filling material 3 and the cathode blocks 7 are flush. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a part of an electrolytic cell 213 for producing aluminum. The electrolytic cell 213 has a tub 215 made of steel. The sidewalls 217 of the well 215, one of which is shown in FIG. 2, are lined with graphite side wall bricks 219, one of which is shown in FIG. The bottom of the tub 215 is lined with a heat-insulating layer 221 so that it is completely covered by it. On the heat-insulating layer 221, a cathode bottom 21 is disposed. The cathode bottom 21 has filling material 23 and cathode blocks 27, two of which are shown in FIG. 2, which are arranged at a predetermined distance. In standard electrolysis cells, the filling material 24, which is arranged between the side wall brick 219 and the cathode block 27, is ramming mass of carbon. As a result, the gap between side wall brick 219 and cathode block 27 is filled. According to the invention, the filling material 24 may also be a precompressed graphite plate. The filling material 23 also comprises a precompressed graphite plate. Between the cathode blocks 27, a joint 25 is formed in each case. The filling material 23 fills the gap 25, and the ramming mass 24 fills the respective space between the cathode block 27 and side wall 217 such that the heat insulating layer 221 is completely covered with the cathode bottom 21 comprising the ramming mass 24, the filling material 23 and the cathode blocks 27. As shown in FIG. 2, the filling material 23 is flush with the cathode blocks 27. The cathode blocks 27 each have a recess 29 which is suitable for receiving a bus bar (not shown), which can be connected to a negative pole of a current source (not shown). Furthermore, the electrolytic cell 213 has anodes 223, two of which are shown in FIG. 2, each attached to a support 225 connected to a positive pole of a power source (not shown). In the electrolytic cell 213 is a solution 227 of alumina in molten cryolite. During the electrolysis, aluminum 229 collects between the solution 227 and the cathode bottom 21. FIGS. 3 a to 3 c show a schematic representation of a method sequence for producing a cathode bottom 31 according to the invention.
Figur 3a zeigt die Bereitstellung von zwei Kathodenblöcken 37 mit je einer Aus- sparung 39 zur Aufnahmen der Stromschienen, die in einem vorbestimmten Abstand derart angeordnet werden, dass eine Fuge 35 ausgebildet wird. In Figur 3b ist gezeigt, dass in die Fuge 35 das Füllmaterial 33 eingeschoben wird, das eine vorverdichtete Graphitplatte umfasst. Figur 3c zeigt den Kathodenboden 31 , wie er für eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium verwen- det werden kann. Das Füllmaterial 33 füllt die Fuge 35. Die Menge Abmessungen des Füllmaterials 33 sind derart gewählt, dass das Füllmaterial 33 mit den Kathodenblöcken 37 bündig abschließt und die Fuge 35 vollständig füllt. Es sei bemerkt, dass etwaige Anschlüsse und Verbindungsmittel des Kathodenbodens 31 an eine Stromquelle in den Figuren 3a bis 3c der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. FIG. 3 a shows the provision of two cathode blocks 37, each with a recess 39 for receiving the busbars, which are arranged at a predetermined distance such that a gap 35 is formed. In FIG. 3b it is shown that the filling material 33, which comprises a pre-compressed graphite plate, is inserted into the joint 35. FIG. 3c shows the cathode bottom 31, as it can be used for an electrolytic cell for the production of aluminum. The filling material 33 fills the gap 35. The amount of dimensions of the filling material 33 are selected such that the filling material 33 is flush with the cathode blocks 37 and completely fills the gap 35. It should be noted that any connections and connection means of the cathode bottom 31 to a current source have been omitted in FIGS. 3a to 3c for the sake of clarity.
Figuren 4a bis 4c zeigen eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensablaufes zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kathodenbodens 41 . Figur 4a zeigt die Bereitstellung von einem Kathodenblock 47, der eine Aussparung 49 zur Aufnahme einer Stromschiene (nicht gezeigt) aufweist. In Figur 4b ist gezeigt, dass Füllmaterial 43, das eine vorverdichtete Graphitplatte umfasst, an einer Oberfläche des Kathodenblocks 47 flächig angeordnet wird, wobei gegebenenfalls ein Klebstoff zur Befestigung verwendet wird. Figur 4c zeigt, dass ein weiterer Kathodenblock 47 mit einer Aussparung 49 an dem Füllmaterial 43 derart angeordnet wird, dass er mit dem Kathodenblock 47 mittels des Füllmaterials 43 kraftschlüssig verbunden ist. Figur 4c zeigt den Kathodenboden 41 , wie er für eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium verwendet werden kann. Durch Wiederholen der in Figuren 4b und 4c gezeigten Schritten kann ein Kathodenboden mit einer Vielzahl von aneinander gereihten Kathodenblöcken hergestellt werden. Es sei bemerkt, dass etwaige Anschlüsse und Verbindungsmittel des Kathodenbodens 41 an eine Stromquelle in den Figuren 4a bis 4c der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. FIGS. 4a to 4c show a schematic illustration of a further process sequence for producing a cathode bottom 41 according to the invention. Figure 4a shows the provision of a cathode block 47 having a recess 49 for receiving a bus bar (not shown). In FIG. 4b it is shown that filling material 43, which comprises a pre-compressed graphite plate, is arranged flat on a surface of the cathode block 47, optionally using an adhesive for fixing. FIG. 4 c shows that a further cathode block 47 with a recess 49 is arranged on the filling material 43 in such a way that it is frictionally connected to the cathode block 47 by means of the filling material 43. Figure 4c shows the cathode bottom 41 as it can be used for an electrolytic cell for the production of aluminum. By repeating the steps shown in Figs. 4b and 4c, a cathode bottom can be made with a plurality of cathode blocks arranged side by side. It should be noted that any connections and Connecting means of the cathode bottom 41 to a power source in Figures 4a to 4c have been omitted for clarity.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei die Ausführungsbeispiele keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Hereinafter, the present invention will be explained with reference to embodiments, wherein the embodiments are not limiting the invention.
Ausführungsbeispiel 1 20 g Graphit werden mit 50 g Schwefelsäure (95-98 %ige) und 1 g H2O2 (70 % ige) versetzt. Nach Ablauf der Einlagerungszeit von 20 Minuten wird der Reaktionsbrei abgenutscht, mit destilliertem Wasser (ca. 250 ml) in mehreren Portionen gewaschen und wieder abgenutscht. Die erhaltene Graphiteinlagerungsverbindung wurde bei 120 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Exemplary Embodiment 1 20 g of graphite are mixed with 50 g of sulfuric acid (95-98% strength) and 1 g of H 2 O 2 (70% strength). After the storage time of 20 minutes, the reaction mixture is filtered off with suction, washed with distilled water (about 250 ml) in several portions and sucked off again. The resulting graphite intercalation compound was dried at 120 ° C to constant weight.
Anschließend werden 90 Gew.-% der erhaltenen Graphiteinlagerungsverbindung bei etwa 1000 °C expandiert. Der so erhaltene expandierte Graphit wird mit 10 Gew.-% der Graphiteinlagerungsverbindung durch kontinuierliches Verteilen der Graphiteinlagerungsverbindung auf eine Lage expandierten Subsequently, 90% by weight of the obtained graphite intercalation compound is expanded at about 1000 ° C. The expanded graphite thus obtained is expanded with 10% by weight of the graphite intercalation compound by continuously spreading the graphite intercalation compound on a sheet
Graphitpartikien versetzt, die anschließend sofort verdichtet werden. Graphitpartikien offset, which are then compressed immediately.
Ausführungsbeispiel 2 20 g Graphit werden mit 50 g Schwefelsäure (95-98 %ige) und 1 g H2O2 (70 % ige) versetzt. Nach Ablauf der Einlagerungszeit von 20 Minuten wird der Reaktionsbrei abgenutscht, mit destilliertem Wasser (ca. 250 ml) in mehreren Portionen gewaschen und wieder abgenutscht. Die erhaltene Graphiteinlagerungsverbindung wurde bei 120 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Exemplary Embodiment 2 20 g of graphite are mixed with 50 g of sulfuric acid (95-98% strength) and 1 g of H 2 O 2 (70% strength). After the storage time of 20 minutes, the reaction mixture is filtered off with suction, washed with distilled water (about 250 ml) in several portions and sucked off again. The resulting graphite intercalation compound was dried at 120 ° C to constant weight.
Anschließend werden 90 Gew.-% der erhaltenen Graphiteinlagerungsverbindung bei etwa 1000 °C expandiert und durch einen Fallschacht auf ein Förder- band geleitet. In diesen Förderschacht werden 10 Gew.-% der Graphiteinlage¬ rungsverbindung kontinuierlich im Verhältnis 1 :9 zugeführt. Anschließend wird sofort verdichtet. Subsequently, 90% by weight of the obtained graphite intercalation compound is expanded at about 1000 ° C. and passed through a chute onto a conveyor band headed. In this conveyor shaft of the graphite insert ¬ addition compound be 10 wt .-% continuously in the ratio 1: supplied. 9 It is then compressed immediately.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kathodenboden  1 cathode bottom
3 Füllmaterial  3 filling material
5 Fuge  5 fugue
7 Kathodenblock  7 cathode block
9 Aussparung  9 recess
21 Kathodenboden  21 cathode bottom
23 Füllmaterial  23 filling material
24 Stampfmasse  24 ramming mass
25 Fuge  25 fugue
27 Kathodenblock  27 cathode block
29 Aussparung  29 recess
31 Kathodenboden  31 cathode bottom
33 Füllmaterial  33 filling material
35 Fuge  35 gap
37 Kathodenblock  37 cathode block
39 Aussparung  39 recess
41 Kathodenboden  41 cathode bottom
43 Füllmaterial  43 filling material
47 Kathodenblock  47 cathode block
49 Aussparung  49 recess
213 Elektrolysezelle 213 electrolytic cell
215 Wanne 217 Seitenwand215 tub 217 sidewall
219 Seitenwandstein 219 side wall stone
221 wärmeisolierende Schichten 221 thermally insulating layers
223 Anode 223 anode
225 Träger 225 carriers
227 Lösung aus Aluminiumoxid 227 Alumina solution
229 Aluminium 229 aluminum

Claims

Patentansprüche claims
1 . Kathoden boden für eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium, umfassend mindestens zwei Kathodenblöcke und/oder zumindest einen Kathodenblock und mindestens einem Seitenwandstein, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind , wobei die Fuge mit einem Füllmaterial, welches zuvor auf zumindest einen Kathodenblock oder mindestens einem Seitenwandstein angeordnet werden kann, befüllt ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Füllmaterial eine vorverdichtete Gra- phitplatte ist, bestehend aus expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung. 1 . Cathode bottom for an electrolytic cell for the production of aluminum, comprising at least two cathode blocks and / or at least one cathode block and at least one sidewall brick, which are arranged at a predetermined distance from each other, wherein the joint with a filler, which previously on at least one cathode block or at least one Side wall brick can be arranged, is filled, characterized in that the filler material is a pre-compressed graphite graphite plate, consisting of expanded graphite and a Graphiteinlagerungsverbindung.
2. Kathodenboden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an expandiertem Graphit in der vorverdichteten Graphitplatte zwischen 70 und 99,5 Gew.-% liegt. 2. cathode bottom according to claim 1, characterized in that the proportion of expanded graphite in the precompressed graphite plate is between 70 and 99.5 wt .-%.
3. Kathodenboden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Graphiteinlagerungsverbindung in der vorverdichteten Graphitplatte zwischen 0,5 und 30 Gew.-% liegt. 3. cathode bottom according to claim 1, characterized in that the proportion of graphite intercalation compound in the pre-compressed graphite plate is between 0.5 and 30 wt .-%.
4. Kathodenboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das 4. cathode bottom according to claim 3, characterized in that the
Interkalat der Graphiteinlagerungsverbindung ein Elektronenakzeptor in Form einer Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure (H2SO4), Essigsäure (CH3COOH) oder Salpetersäure (HNO3), oder auch Mischungen von Schwefelsäure/Salpetersäure als auch Schwefelsäure/Essigsäure, darstellt. Interkalat the graphite intercalation compound an electron acceptor in the form of an acid selected from the group consisting of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), acetic acid (CH 3 COOH) or nitric acid (HNO 3 ), or mixtures of sulfuric acid / nitric acid and sulfuric acid / acetic acid.
5. Kathodenboden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 5. cathode bottom according to claim 1, characterized in that the
vorverdichtete Graphitplatte eine Dicke von 2-35 mm aufweist. precompressed graphite plate has a thickness of 2-35 mm.
6. Kathodenboden nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die vorverdichtete Graphitplatte eine Dichte von 0,04 - 0,5 g/cm3 aufweist. 6. cathode bottom according to claim 1 or 5, characterized in that the pre-compressed graphite plate has a density of 0.04 - 0.5 g / cm 3 .
7. Kathodenboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial an zwei sich gegenüber liegenden Oberflächen eines Kathodenblocks und/ oder Seitenwandsteins, die an die die Fuge bildende Oberfläche des Kathodenblocks angrenzen, und an und in die Fuge angeordnet ist, so dass das Füllmate al bündig ist. 7. cathode bottom according to claim 1 or 2, characterized in that the filling material is arranged on two opposite surfaces of a cathode block and / or side wall wall, which adjoin the surface of the cathode block forming the joint, and on and in the joint, so that the Füllmate al is flush.
8. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenbodens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: 8. A process for producing a cathode bottom according to any one of claims 1 to 7, comprising the following process steps:
a) Bereitstellen von mindestens einem Kathodenblock;  a) providing at least one cathode block;
b) Anordnen eines Füllmaterials an mindestens einer Oberfläche von dem mindestens einen Kathodenblock, wobei das Füllmaterial mindestens eine vorverdichtete Platte basierend auf expandiertem Graphit und einer Graphiteinlagerungsverbindung umfasst;  b) placing a filler material on at least one surface of the at least one cathode block, the filler material comprising at least one precompressed sheet based on expanded graphite and a graphite intercalation compound;
c) Anordnen von mindestens einem weiteren Kathodenblock oder mindestens einem Seitenwandstein in einem vorbestimmten Abstand zu dem mindestens einen Kathodenblock derart, dass das Füllmaterial eine Fuge füllt, die durch das Anordnen des weiteren Kathodenblocks oder des Seitenwandsteins in dem vorbestimmten Anstand zu dem mindestens einen Kathodenblock ausgebildet wird.  c) arranging at least one further cathode block or at least one sidewall brick at a predetermined distance from the at least one cathode block such that the filling material fills a joint formed by arranging the further cathode block or sidewall in the predetermined order to the at least one cathode block becomes.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen des Füllmaterials an mindestens einer Oberfläche des mindestens einen Kathodenblocks eine Befestigung an der Oberfläche mittels eines Klebstoffs umfasst. 9. The method according to claim 8, characterized in that arranging the filling material on at least one surface of the at least one cathode block comprises an attachment to the surface by means of an adhesive.
10. Verwendung eines Kathodenbodens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium. 10. Use of a cathode bottom according to one of claims 1 to 7 in an electrolytic cell for the production of aluminum.
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