專利名稱：陰極底、陰極底的生產(chǎn)方法和該陰極底在生產(chǎn)鋁的電解槽中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陰極底、用于生產(chǎn)陰極底的方法和陰極底在用于生產(chǎn)鋁的電解槽中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋁通常通過(guò)熔融電解在所謂的電解槽中生產(chǎn)。電解槽通常包括由鐵板或鋼板制成的托盤件，托盤件的底部覆設(shè)有絕熱層。在該托盤件中，至多M個(gè)由碳或石墨構(gòu)成的陰極塊構(gòu)成了另一托盤件的底，這些陰極塊與電源的負(fù)極連接，另一托盤件的壁由碳、石墨或碳化硅的側(cè)壁塊構(gòu)成。在兩個(gè)陰極塊之間分別形成一個(gè)間隙。陰極塊和可能被填充的間隙的布置通常稱為陰極底。傳統(tǒng)上，陰極塊之間的間隙由帶有焦油的碳和/或石墨制成的搗打料填充。這用于在開(kāi)工期間密封熔融態(tài)組分和補(bǔ)償機(jī)械應(yīng)力。陰極塊和搗打料用作陰極底。 掛在與電源正極連接的支架上的短的碳?jí)K用作為陽(yáng)極。在這種電解槽中，在大約960°C的溫度下對(duì)氧化鋁(Al2O3)和冰晶石(Na3Alig的熔融混合物，優(yōu)選約15-20%的氧化鋁和約85-80%的冰晶石的熔融混合物進(jìn)行熔融電解。 這里，溶解的氧化鋁與固體碳?jí)K陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)，并形成液態(tài)的鋁和氣態(tài)的二氧化碳。熔融混合物給電解槽的側(cè)壁覆蓋上保護(hù)性外殼，而鋁由于其密度大于熔融物密度，而在電解槽底部積聚在熔融物下面，以便保護(hù)其免于被空中氧氣回返氧化。由此生產(chǎn)的鋁從電解槽中取出并進(jìn)行精煉。在電解時(shí)，陽(yáng)極被消耗，而陰極底在電解期間則展示化學(xué)惰性。因此，陽(yáng)極是一種在工作期間需要更換的易耗件，而陰極底則被設(shè)計(jì)用于長(zhǎng)期持久地使用。盡管如此，當(dāng)前的陰極底也受到了損耗?？缭疥帢O底移動(dòng)的鋁層將對(duì)陰極表面造成機(jī)械磨損。此外，由于形成碳化鋁和鈉淀積，將產(chǎn)生陰極底的(電)化學(xué)腐蝕。而且，附著在陰極表面上的顆粒也導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)弱化。因?yàn)橥ǔＳ?00至300個(gè)電解槽串聯(lián)起來(lái)，以便得到用于生產(chǎn)鋁的經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，且這種設(shè)備通常要使用至少4至10年，故這種設(shè)備中的陰極塊的故障和替換比較昂貴，且需要麻煩的維修，這大大地降低了設(shè)備的收益能力。前述具有帶有焦油的碳和/或石墨制成的搗打料的電解槽一個(gè)缺點(diǎn)是，出于技術(shù)的原因，例如機(jī)械穩(wěn)定性或搗實(shí)過(guò)程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)粗大顆粒的搗打料的薄層，從而間隙明顯， 一方面，間隙縮小了陰極表面，另一方面，鋁和顆粒會(huì)淀積到間隙中，這提高了陰極底的磨損程度。通常使用的無(wú)煙煤搗打料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性小于特別是石墨化的陰極塊。致使有效的陰極面有所損失，且由于總體阻力大而導(dǎo)致高能耗，這降低了工藝的收益能力。此外， 較高的比流量提高了陰極底磨損的程度?！獋€(gè)替換方案是把多個(gè)塊粘結(jié)成一個(gè)整體的陰極底，但由于其熱-機(jī)械應(yīng)力而有問(wèn)題，因而幾乎無(wú)法應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提出一種能增加陰極面的手段，其適合于形成具有較大陰極面的陰極底。此外，本發(fā)明的目的在于提出一種簡(jiǎn)單的用來(lái)生產(chǎn)具有較大陰極面的陰極底的方法。本發(fā)明的目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的陰極底和具有權(quán)利要求8的特征的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，提出一種陰極底，所述陰極底包括可布置在至少一個(gè)陰極塊上的材料，其特征在于所述材料包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板。下面也把基于膨脹石墨的預(yù)壓板稱為預(yù)壓石墨板。對(duì)于本發(fā)明的目的，這兩個(gè)概念可以互換，且表示由膨脹石墨制成的預(yù)壓板，這種預(yù)壓板還可以包括其它添加劑。用于增加陰極面的手段因此是一種包括預(yù)壓石墨板的材料。這種材料可非型面相連到所述陰極塊。根據(jù)本發(fā)明所使用的預(yù)壓石墨板可以實(shí)施在電解槽的通常使用搗打料的區(qū)域中，即特別是形成在陰極塊之間間隙內(nèi)，但也可以實(shí)施在位于電解槽側(cè)壁與陰極塊之間的空隙中。預(yù)壓石墨板尤其是用作陰極底的陰極塊之間的密封手段。由于可以通過(guò)非型面連接將多個(gè)陰極塊排列起來(lái)，具有預(yù)壓石墨板的陰極底具有大的有效的陰極面，其可行的尺寸受到在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面可實(shí)現(xiàn)的限制。一種有益的效果是，相比于傳統(tǒng)含有有害健康的焦油浙青和多環(huán)芳烴的碳物質(zhì)， 預(yù)壓石墨板在生理上無(wú)害。而且，相對(duì)于傳統(tǒng)含有焦油浙青的碳物質(zhì)，預(yù)壓石墨板具有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，進(jìn)而也增大了陰極面。膨脹的石墨具有如下有益的特性它對(duì)健康無(wú)害、環(huán)保、柔軟、可壓縮、輕便、耐老化、抗化學(xué)腐蝕和耐熱、在技術(shù)上不透氣且不透液體、不可燃、易于加工。另外，它與液態(tài)鋁不會(huì)形成合金。它因此適合作為用于生產(chǎn)鋁的電解槽陰極底的材料。對(duì)石墨例如天然石墨進(jìn)行化學(xué)和熱處理，即可得到膨脹的石墨。在生產(chǎn)工藝中，石墨體積大小膨脹200倍至400倍，其中導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性保持不變。例如，利用淀積溶液如硫酸對(duì)石墨進(jìn)行處理，以便形成石墨淀積化合物(石墨鹽)。接下來(lái)在大約1000°c的溫度下進(jìn)行熱分解，其中從膨脹的石墨中分離出淀積劑。如此得到的膨脹石墨例如可以通過(guò)合成、壓制、浸漬、疊壓和壓延予以后續(xù)加工。例如可以把膨脹石墨進(jìn)一步壓實(shí)成石墨膜或石墨板。在本發(fā)明中，優(yōu)選使用基于膨脹石墨的預(yù)壓板，其如前所述那樣來(lái)生產(chǎn)。但也可以進(jìn)一步給預(yù)壓石墨板浸漬樹(shù)脂。膨脹石墨在商業(yè)上例如可從SGL Carbon SE公司得到。根據(jù)本發(fā)明，基于膨脹石墨的預(yù)壓板包括已被壓實(shí)但可進(jìn)一步壓實(shí)的膨脹石墨。 也就是說(shuō)，預(yù)壓石墨板是指板形式的膨脹石墨，其被局部壓縮，因而已被壓制，但仍可壓制。預(yù)壓石墨板優(yōu)選制成至少一個(gè)板。根據(jù)本發(fā)明，包括一個(gè)以上的板的預(yù)壓板具有堆疊的板。堆疊的板可以利用粘結(jié)劑例如酚醛樹(shù)脂粘結(jié)起來(lái)。可布置在陰極塊上的材料優(yōu)選由基于膨脹石墨的預(yù)壓石墨板構(gòu)成。可以附加地加入無(wú)機(jī)的或有機(jī)的添加劑例如二硼化鈦和二硼化鋯。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，預(yù)壓石墨板形成為膜。膜是薄的、柔性的，且可以輕易地適配其外圍物的形狀。例如，膜可以輕易地適配陰極塊之間的間隙尺寸和適配陰極塊的表面狀況。此外，膜具有片狀結(jié)構(gòu)。因此，膜還具有可堆疊、不形成空腔的優(yōu)點(diǎn)。
4
根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，陰極底包括至少一個(gè)陰極塊，所述陰極塊布置在距另一個(gè)陰極塊預(yù)定距離處，從而在它們之間形成至少一個(gè)間隙。包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板的材料將充填間隙，且非型面地連接陰極塊。使用預(yù)壓石墨板代替通常使用的碳搗打料，可以減小陰極塊之間的間隙的寬度，進(jìn)而增大有效的陰極面。該材料用作兩個(gè)陰極塊之間的填充物，這種填充物不僅能把兩個(gè)陰極塊之間的間隙密封，而且由于其可壓縮特性，因而能夠補(bǔ)償陰極塊的在電解期間產(chǎn)生的膨脹。這種材料與陰極塊非型面地連接，并優(yōu)選平齊。材料與陰極塊例如通過(guò)酚醛樹(shù)脂相互粘接。陰極塊的長(zhǎng)度尺寸優(yōu)選大于寬度尺寸，而寬度尺寸和高度尺寸大致相同。通常， 陰極塊長(zhǎng)度不超過(guò)3800mm，寬度不超過(guò)700mm，高度不超過(guò)500mm。優(yōu)選至少兩個(gè)陰極塊被布置成使得它們的長(zhǎng)邊平行。兩個(gè)陰極塊之間的預(yù)定間隙約為陰極塊的寬度尺寸的1/10 至1/100。采用根據(jù)本發(fā)明的材料可以減小陰極塊之間的間隙。例如在使用650mm寬的陰極塊的情況下，陰極塊之間的間隙在使用傳統(tǒng)搗打料作為它們之間的填充物時(shí)必須至少為 40mm，而采用預(yù)壓石墨板則可把該間隙減小到不超過(guò)10mm。采用AP30技術(shù)，在例如陰極塊寬為650mm時(shí)，40mm寬的間隙減小到IOmm能有效到將陰極塊表面提高約5%。至少一個(gè)陰極塊優(yōu)選包括至少一個(gè)用于與電源連接的手段。陰極塊例如具有至少一個(gè)用于容納導(dǎo)電軌的凹部，該導(dǎo)電軌可與電源連接。若至少兩個(gè)陰極塊對(duì)齊，使得它們的長(zhǎng)邊平行，則凹部?jī)?yōu)選朝向陰極塊的縱向布置，也就是說(shuō)，凹部平行于在兩個(gè)陰極塊之間形成的間隙。陰極底當(dāng)然還可以具有在陰極塊與導(dǎo)電軌之間的連接部件例如接觸物質(zhì)等。所述至少一個(gè)陰極塊構(gòu)造為使得它能導(dǎo)電和導(dǎo)熱，且耐高溫，對(duì)電解的電解槽組分化學(xué)穩(wěn)定，不會(huì)與鋁形成合金。陰極塊優(yōu)選由石墨、半石墨性的、石墨化的、半石墨化的和 /或非晶形的碳構(gòu)成。陰極塊更優(yōu)選包括石墨或石墨化的碳，因?yàn)槠渥钅軡M足對(duì)導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性的要求，以便形成生產(chǎn)鋁的電解槽中的陰極底。根據(jù)具有至少兩個(gè)陰極塊的前述優(yōu)選實(shí)施方式，陰極塊具有一些高導(dǎo)通性的區(qū)域，所述材料包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板，陰極底包括一些導(dǎo)通性通常小于陰極塊的區(qū)域， 但這些區(qū)域能把在陰極塊之間形成的間隙密封，使得在電解時(shí)不會(huì)有槽組分浸入到陰極底的區(qū)域中。兩個(gè)組件即陰極塊與預(yù)壓石墨板因此實(shí)現(xiàn)了陰極底的各種不同的功能。通過(guò)其多功能的構(gòu)造，該陰極底因此可被設(shè)計(jì)用于大規(guī)模應(yīng)用。由于設(shè)置了多個(gè)陰極塊，可得到導(dǎo)通性強(qiáng)的陰極面，由于利用預(yù)壓石墨板把陰極塊之間的間隙有效地密封，防止了陰極塊之間的陰極面受到磨損和損耗。根據(jù)另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，至少一個(gè)陰極塊的與另一個(gè)陰極塊的表面相對(duì)定位的表面被紋理化。紋理表面例如可以通過(guò)對(duì)表面的粗糙化處理來(lái)產(chǎn)生。替代地，至少一個(gè)陰極塊的與另一個(gè)陰極塊的表面相對(duì)定位的表面具有至少一個(gè)凹槽，所述凹槽例如可以鋸齒形地延伸。對(duì)陰極塊表面的凹槽化或紋理化改善了預(yù)壓石墨板與間隙的適配性。預(yù)壓石墨板布置在紋理表面的或凹槽化的表面上，必要時(shí)與其粘結(jié)，且在這種情況下填充陰極塊的凹槽化的表面或紋理表面。由于凹槽化的表面或紋理表面被預(yù)壓石墨板充填，所以預(yù)壓石墨板將與陰極塊的表面型面地適配。在該實(shí)施方式中，預(yù)壓石墨板與陰極塊之間的連接既可以是非型面的，也可以是型面的。陰極塊表面上的凹槽的數(shù)量與尺寸取決于陰極塊的尺寸。陰極塊表面的粗糙化程度也取決于其尺寸。根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施方式，材料布置在與形成間隙的表面相鄰的陰極塊的兩個(gè)相對(duì)的表面上，且材料布置在間隙上和間隙內(nèi)，從而材料平齊。根據(jù)本發(fā)明，材料平齊的含義是，材料布置在陰極塊上，使得陰極底沿著其長(zhǎng)度、高度和寬度均具有一致的尺寸。就電解槽中的陰極底而言，在電解槽側(cè)壁與陰極塊之間有間隔。在這種情況下，材料被布置成使得它能填充陰極塊之間的間隙、以及陰極塊與側(cè)壁之間的區(qū)域、和被材料填充的間隙與側(cè)壁之間的區(qū)域。陰極底因而形成電解槽的全部底，也就是說(shuō)，它延伸至電解槽的全部側(cè)壁，其中它具有陰極塊形式的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較高的區(qū)域和由膨脹石墨構(gòu)成的材料形式的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較小的區(qū)域。在該實(shí)施方式中，優(yōu)選把陰極塊的全部表面都紋理化和/或凹槽化，這些表面與包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板的材料接觸，使得該材料與這些表面不僅非型面地連接，而且型面地連接。用于生產(chǎn)本發(fā)明的陰極底的方法包括如下程序步驟·提供至少一個(gè)陰極塊；和·將材料布置在所述至少一個(gè)陰極塊的至少一個(gè)表面上，其中該材料包括至少一個(gè)基于膨脹石墨的預(yù)壓板。制得具有基于膨脹石墨的預(yù)壓板的陰極底，由于可把多個(gè)陰極塊排列在一起，由此大大有效陰極面。陰極塊的生產(chǎn)方式為，將所述材料布置在至少一個(gè)陰極塊上以將所述材料與該陰極塊非型面地連接，在需要時(shí)附加地使用粘結(jié)劑。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的方法還包括如下程序步驟·將至少一個(gè)另外陰極塊布置在距所述至少一個(gè)陰極塊的預(yù)定距離處，從而所述材料充填間隙，該間隙是通過(guò)將所述至少一個(gè)另外陰極塊布置在距所述至少一個(gè)陰極塊預(yù)定距離處形成的。在所述陰極塊上布置所述另外陰極塊，這樣可利用預(yù)壓石墨板實(shí)現(xiàn)陰極塊之間的非型面連接。對(duì)另外陰極塊的布置通過(guò)液壓的或機(jī)械壓制必要時(shí)使用粘結(jié)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用本發(fā)明的方法，能使得陰極塊之間的間隙寬度相比于傳統(tǒng)間隙寬度有所減小，進(jìn)而增大有效的陰極面。充填間隙的預(yù)壓石墨板可壓縮，但可局部恢復(fù)，從而它能補(bǔ)償陰極塊的膨脹。在此還要再說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明，預(yù)壓石墨板是可部分壓縮的膨脹的石墨，其已被壓制，但仍可被進(jìn)一步壓制。布置所述另外陰極塊之后，即得到了間隙內(nèi)的預(yù)壓石墨板，它是一種彈性較小的材料，這種材料將間隙密封，而不會(huì)形成空腔。布置至少一個(gè)另外陰極塊的步驟可以在將材料布置在所述至少一個(gè)陰極塊上之前或之后進(jìn)行。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，將所述材料布置在所述至少一個(gè)陰極塊的至少一個(gè)表面上的程序步驟包括利用粘結(jié)劑將所述至少一個(gè)陰極塊緊固在所述至少一個(gè)陰極塊的表面上。作為粘結(jié)劑，例如可以使用酚醛樹(shù)脂。可以在提供陰極塊之前或之后，為其設(shè)置一些允許其與電源連接的手段。例如，可以在提供陰極塊之前或之后，為其設(shè)置至少一個(gè)凹部，并在該凹部中引入至少一個(gè)可與電源連接的導(dǎo)電軌。此外，被如此處理的陰極塊可以在其提供之前或之后設(shè)置有其它手段，例如可以在陰極塊與導(dǎo)電軌之間設(shè)置接觸物質(zhì)。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，在本發(fā)明的方法中使用的基于膨脹石墨的預(yù)壓板形成為膜。作為膜來(lái)使用是有利的，因?yàn)槟つ茌p易地與間隙形狀或者與陰極塊的表面狀況適配。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的方法包括如下程序步驟
·使所述膜與所述至少一個(gè)陰極塊的尺寸適配。將膜與陰極塊的尺寸適配，這樣可以把膜最佳地布置在陰極塊上，而不會(huì)產(chǎn)生鄰接或覆蓋陰極塊區(qū)域的邊緣、凸起或其它不平整之處，或者不會(huì)不均勻地填充形成在陰極塊之間的間隙，這種間隙會(huì)在陰極底內(nèi)部產(chǎn)生空腔。例如根據(jù)陰極塊尺寸剪切膜，由此實(shí)現(xiàn)膜的適配。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，在提供至少一個(gè)陰極塊之前或之后，本發(fā)明的方法還包括如下程序步驟·對(duì)所述至少一個(gè)陰極塊的至少一個(gè)表面進(jìn)行紋理化。紋理化可以通過(guò)所述表面的粗糙化或者通過(guò)所述表面的凹槽化來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利地， 將與至少一個(gè)另外陰極塊的表面相對(duì)的陰極塊的至少一個(gè)表面紋理化。凹槽化例如可以通過(guò)切割工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，而粗糙化可以通過(guò)磨削工具來(lái)產(chǎn)生。本發(fā)明的陰極底用于生產(chǎn)鋁的電解槽中。根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，電解槽包括托盤件，該托盤件通常包括鐵板或鋼板，且具有圓形或四邊形，優(yōu)選為矩形。托盤件的側(cè)壁可以覆設(shè)有碳、電石或碳化硅。優(yōu)選托盤件的至少一個(gè)底覆設(shè)有絕熱部分。陰極底被布置在托盤件的底部或絕熱部分上。至少兩個(gè)，優(yōu)選10至M個(gè)，陰極塊相對(duì)于其縱向尺寸以預(yù)定的間隔相互平行地布置，從而在它們之間分別形成間隙，分別用至少一個(gè)基于膨脹石墨的預(yù)壓石墨來(lái)填充所述間隙。側(cè)壁與已填充間隙之間的間隔、和側(cè)壁與陰極塊之間的間隔被任選地用包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板的材料來(lái)填充，或者用傳統(tǒng)無(wú)煙煤搗打料來(lái)填充。陰極塊與電源的負(fù)極連接。至少一個(gè)陽(yáng)極例如連續(xù)自焙電極掛在與電源正極連接的支架上， 且伸入到托盤件中，而不接觸陰極底或托盤件側(cè)壁。陽(yáng)極與壁的距離優(yōu)選大于與陰極底或所形成鋁層的間距。為了生產(chǎn)鋁，在熔融冰晶石中，在大約960°C的溫度下，對(duì)氧化鋁溶液進(jìn)行熔融電解，其中托盤件的側(cè)壁被敷上熔融混合物的堅(jiān)固的外皮，而鋁由于比熔融物重而積聚在熔融物下面。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在參照如下附圖予以闡述，但不局限于這些附圖。在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的陰極底的示意性的橫截面視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一陰極底的示意性的橫截面視圖；圖3為用于生產(chǎn)鋁的電解槽的一部分的示意性的橫截面視圖，所述電解槽具有根據(jù)本發(fā)明的陰極底；圖4為用于生產(chǎn)鋁的另一電解槽的一部分的示意性的橫截面視圖，所述電解槽具有根據(jù)本發(fā)明的陰極底；圖fe至5c為用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的陰極底的方法流程的示意圖；和圖6a至6c為用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的陰極底的另一方法流程的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的陰極底1的示意性的橫截面視圖。陰極底1具有由預(yù)壓石墨板構(gòu)成的材料3，材料3充填兩個(gè)陰極塊7之間形成的間隙5。這些陰極塊7具有足以在熔融電解中應(yīng)用的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，且例如由石墨化的碳制成。每個(gè)陰極塊7均具有用于容納導(dǎo)電軌(未示出)的凹部9，以允許所述導(dǎo)電軌與電源相連。材料3與陰極塊7平齊。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一陰極底21的示意性的橫截面視圖。陰極底21具有由預(yù)壓石墨板構(gòu)成的材料23，材料23充填形成在兩個(gè)陰極塊27之間的間隙25。材料23 與陰極塊27平齊。這些陰極塊27具有足以在熔融電解中應(yīng)用的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，且例如由石墨化的碳制成。每個(gè)陰極塊27均具有用于容納導(dǎo)電軌(未示出)的凹部四，以允許所述導(dǎo)電軌與電源連接。此外，每個(gè)陰極塊27均具有兩個(gè)凹槽211。每個(gè)凹槽211均布置在一個(gè)陰極塊27的與另外陰極塊27的表面相對(duì)定位的表面上。材料23充填間隙25和凹槽 211。由于與材料23的型面連接，凹槽211將有助于材料23與陰極塊27之間的非型面連接。在圖2中，每個(gè)陰極塊27都具有兩個(gè)凹槽211，但在一個(gè)陰極塊27中開(kāi)設(shè)的凹槽211 的數(shù)量可根據(jù)陰極塊27的尺寸隨意選擇。圖3示出了用于生產(chǎn)鋁的電解槽313的一部分的示意性的橫截面視圖。電解槽313 具有由鋼制成的托盤件315。托盤件315的側(cè)壁317覆設(shè)有石墨塊319，圖3中示出了其中的一個(gè)石墨塊，且圖3中示出了其中的一個(gè)側(cè)壁。托盤件315的底部覆設(shè)有絕熱層321， 從而所述底部完全地被該絕熱層覆蓋。在絕熱層321上布置有陰極底31。陰極底31具有材料33和陰極塊37以及搗打料34，圖3中示出了其中的兩個(gè)陰極塊37，這些陰極塊37以預(yù)定的距離布置。材料33包括預(yù)壓石墨板。搗打料34包括傳統(tǒng)的由碳制成的搗打料。在陰極塊37之間分別形成間隙35。材料33充填間隙35，搗打料34則充填陰極塊37與側(cè)壁 317之間的相應(yīng)間隔，從而絕熱層321被陰極底31完全覆蓋，該陰極底包括搗打料34、材料 33和陰極塊37。如圖3中所示，材料33與陰極塊37平齊。這些陰極塊37均具有適合于容納導(dǎo)電軌(未示出)的凹部39，所述導(dǎo)電軌可與電源(未示出)的負(fù)極連接。而且，電解槽313還具有陽(yáng)極323，圖3中示出了其中的兩個(gè)陽(yáng)極，這些陽(yáng)極均掛在與電源(未示出) 的正極連接的支架325上。在電解槽313內(nèi)，有氧化鋁溶液327，其處于溶化的冰晶石中。 在電解期間，鋁3 在溶液327與陰極底31之間積聚。圖4示出用于生產(chǎn)鋁的另一電解槽413的一部分的示意性的橫截面視圖。電解槽 413具有鋼制成的托盤件415。托盤件415的側(cè)壁417覆設(shè)有石墨塊419，圖4中示出了其中的一個(gè)石墨塊，且圖4中示出了其中的一個(gè)側(cè)壁。在石墨塊419上還布置有預(yù)先燒制的由碳或石墨構(gòu)成的塊431，圖4中示出了其中的一個(gè)塊。托盤件415的底部覆設(shè)有絕熱層 421，從而所述底部完全地被該絕熱層覆蓋。在絕熱層421上設(shè)置有陰極底41。陰極底41 具有材料43和陰極塊47，圖4中示出了其中的兩個(gè)陰極塊，這些陰極塊以預(yù)定的間隔布置。 材料43包括預(yù)壓石墨板。在陰極塊47之間分別形成間隙45。材料43充填間隙45，而且，另一材料43還充填陰極塊47與所述塊431之間的間隔，從而絕熱層421被陰極底41完全覆蓋，該陰極底41 包括材料43和陰極塊47。如圖4中所示，材料43與陰極塊47平齊。這些陰極塊47均具有適合于容納導(dǎo)電軌(未示出)的凹部49，所述導(dǎo)電軌可與電源(未示出)的負(fù)極連接。 電解槽413還具有陽(yáng)極423，圖4中示出了其中的兩個(gè)陽(yáng)極，這些陽(yáng)極均掛在與電源(未示出)的正極連接的支架425上。在電解槽413內(nèi)有氧化鋁溶液427，其處于溶化的冰晶石中。在電解期間，鋁4 在溶液427與陰極底41之間積聚。
圖如至5c示出用于生產(chǎn)本發(fā)明的陰極底51的方法流程的示意圖。圖fe示出提供兩個(gè)陰極塊57，這些陰極塊以預(yù)定的間隔布置，從而形成間隙55。 在圖恥中示出，把材料53塞入到間隙55中，材料53包括預(yù)壓石墨板。圖5c示出陰極底 51，其例如可用于生產(chǎn)鋁的電解槽。材料53充填間隙55。材料53的量和尺寸經(jīng)過(guò)選擇，使得材料53與陰極塊57平齊，且完全充填間隙55。需要說(shuō)明，為明了起見(jiàn)，在圖fe至5c中省去了陰極底51的與電源連接的可能的接頭和連接手段。圖6a至6c示出用于生產(chǎn)本發(fā)明的陰極底61的另一方法流程的示意圖。圖6a示出提供陰極塊67，陰極塊67具有用于容納導(dǎo)電軌(未示出)的凹部69。 在圖6b中示出，把包括預(yù)壓石墨板的材料63平面地布置在陰極塊67的表面上，必要時(shí)使用粘結(jié)劑進(jìn)行緊固。必要時(shí)可以布置另外材料63，從而產(chǎn)生由材料63構(gòu)成的堆疊(未示出)，該堆疊被布置在陰極塊67上。圖6c示出，帶有凹部69的另外陰極塊67被布置在在材料63上，使得它與陰極塊67通過(guò)材料63非型面地連接。圖6c示出陰極底61，其例如用于生產(chǎn)鋁的電解槽。重復(fù)圖6b和6c中所示的步驟，就可以制得具有多個(gè)連續(xù)陰極塊的陰極底。需要說(shuō)明，為明了起見(jiàn)，在圖6a至6c中省去了陰極底61的與電源連接的可能的接頭和連接手段。
9
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)鋁的電解槽的陰極底(1、21、31、41、51、61)，包括可布置在至少一個(gè)陰極塊(7、27、37、47、57、67)上的材料(3、23、33、43、53、63)，其特征在于，所述材料(3、23、 33、43、53、63)包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板。
2.如權(quán)利要求1所述的陰極底(1、21、31、41、51、61)，其特征在于，所述可布置在陰極塊上的材料由基于膨脹石墨的預(yù)壓石墨板構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的陰極底(1、21、31、41、51、61)，其特征在于，所述預(yù)壓板形成為膜。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的陰極底(1、21、31、41、51、61)，其特征在于，所述至少一個(gè)陰極塊(7、27、37、47、57)布置在距至少一個(gè)另外陰極塊(7、27、37、47、57、67)預(yù)定距離處，從而在它們之間形成至少一個(gè)間隙(5、25、35、45、55、65、65)，其特征在于，所述材料(3、23、33、43、53、63)充填所述間隙(5、25、35、45、55、65)。
5.如權(quán)利要求4所述的陰極底(21)，其特征在于，所述陰極塊07)的與所述另外陰極塊(XT)的表面相對(duì)的表面具有紋理表面。
6.如權(quán)利要求4所述的陰極底(21)，其特征在于，所述陰極塊(XT)的與所述另外陰極塊、2Τ)的表面相對(duì)的表面具有至少一個(gè)凹槽011)。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的陰極底(41)，其特征在于，所述材料03)布置在與形成所述間隙0 的所述陰極塊G7)的表面相鄰的陰極塊G7)的兩個(gè)相對(duì)的表面上， 且所述材料布置在所述間隙0 上和所述間隙0 內(nèi)，從而所述材料^幻平齊。
8.一種用于生產(chǎn)陰極底(1、21、31、41、51、61)的方法，包括以下程序步驟 提供至少一個(gè)陰極塊(7、27、37、47、57、67)；和 將材料(3、23、33、43、53、63)布置在所述至少一個(gè)陰極塊(7、27、37、47、57、67)的至少一個(gè)表面上，其中所述材料(3、23、33、43、53、63)包括至少一個(gè)基于膨脹石墨的預(yù)壓板。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括如下程序步驟 將至少一個(gè)另外陰極塊(7、27、37、47、57、67)布置在距所述至少一個(gè)陰極塊(7、27、 37、47、57、67)的預(yù)定距離處，從而所述材料(3、23、33、43、53、63)充填間隙(5、25、35、45、 55、65、65)，所述間隙是通過(guò)將所述至少一個(gè)另外陰極塊(7、27、37、47、57、67)布置在距所述至少一個(gè)陰極塊(7、27、37、47、57、67)預(yù)定距離處形成的。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，將所述材料布置在所述至少一個(gè)陰極塊的至少一個(gè)表面上包括利用粘結(jié)劑緊固到所述表面上。
11.如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述材料(3、23、33、43、53、 63)形成為膜。
12.如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在提供所述至少一個(gè)陰極塊 (27)之前或之后，還包括如下程序步驟 對(duì)所述至少一個(gè)陰極塊07)的至少一個(gè)表面進(jìn)行紋理化。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的陰極底(31、41)在用于生產(chǎn)鋁的電解槽(313、413) 中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)鋁的電解槽的陰極底(1)，包括可設(shè)置在至少一個(gè)陰極塊(7)上的材料(3)，其特征在于，所述材料(3)包括基于膨脹石墨的預(yù)壓板。本發(fā)明還涉及一種用于生產(chǎn)陰極底(1)的方法，包括如下程序步驟提供至少一個(gè)陰極塊(7)；把材料(3)設(shè)置在至少一個(gè)陰極塊(7)的至少一個(gè)表面上，其中該材料(3)包括至少一個(gè)基于膨脹石墨的預(yù)壓板。陰極底(1)用于生產(chǎn)鋁的電解槽。
文檔編號(hào)C25C3/08GK102449202SQ201080023438
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者奧斯溫·奧廷格, 弗蘭克·黑爾特曼 申請(qǐng)人:Sgl碳有限公司