電解池、電解池系統(tǒng)和電解池組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種電解池系統(tǒng)，包括：被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解池，所述電解液包括至少一種電解液成分，所述電解池包括底部和由所述至少一種電解液成分構(gòu)成的側(cè)壁；以及進(jìn)料系統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提供包括所述至少一種電解液成分的進(jìn)料，以使所述至少一種電解液成分處于約2％的飽和度以內(nèi)，其中，側(cè)壁通過所述進(jìn)料而在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。本實(shí)用新型還提供了電解池和電解池組件。
【專利說明】電解池、電解池系統(tǒng)和電解池組件
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請是非臨時(shí)申請并要求2013年3月13日提交的申請?zhí)枮?1/780,493且名 稱為"保護(hù)電解池的系統(tǒng)和方法"的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，通過全文引用將其并入。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開大體上涉及電解池的側(cè)壁特征（例如內(nèi)側(cè)壁或高溫面），用于在電解池工 作時(shí)（例如在電解池內(nèi)生產(chǎn)金屬時(shí)）保護(hù)側(cè)壁免受電解液的影響。更具體地，在沿整個(gè)或 一部分內(nèi)側(cè)壁缺少槽幫的情況下，內(nèi)側(cè)壁特征提供了與金屬、電解液和/或電解池內(nèi)蒸氣 的直接接觸。

【背景技術(shù)】
[0004] 通常，電解池的側(cè)壁由導(dǎo)熱材料構(gòu)成，以沿整個(gè)側(cè)壁（和電解液的上表面）形成槽 幫，從而維持電解池的完整性。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型提供了一種電解池系統(tǒng)，包括：被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解池， 所述電解液包括至少一種電解液成分，所述電解池包括底部和由所述至少一種電解液成分 構(gòu)成的側(cè)壁；以及進(jìn)料系統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提供包括所述至少一種電解液成分 的進(jìn)料，以使所述至少一種電解液成分處于約2%的飽和度以內(nèi)，其中，側(cè)壁通過所述進(jìn)料 而在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。
[0006] 本實(shí)用新型提供了一種電解池系統(tǒng)，包括：被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解池 主體，所述電解液包括氧化鋁，所述電解池包括底部和由氧化鋁構(gòu)成的側(cè)壁；以及進(jìn)料系 統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提供包括氧化鋁的進(jìn)料，以使氧化鋁的電解液含量處于10% 的飽和度以內(nèi)，其中，側(cè)壁通過所述電解液含量而在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。
[0007] 本實(shí)用新型提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰極；與陽極 液體連通的并具有電解液化學(xué)成分的熔融電解液；電解池主體，包括底部和圍繞底部的至 少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主體被設(shè)置用于接觸和保留熔融電解液，其中，所述側(cè)壁由 作為電解液化學(xué)成分中成分的材料構(gòu)成；以及進(jìn)料裝置，被設(shè)置用于向熔融電解液內(nèi)提供 包括所述成分的進(jìn)料；其中，所述電解液化學(xué)成分通過進(jìn)料裝置而維持在所述成分的飽和 點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)，以使側(cè)壁在熔鹽電解質(zhì)內(nèi)保持穩(wěn)定。
[0008] 本實(shí)用新型提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰極；與陽極 和陰極液體連通的熔融電解液，其中，所述熔融電解液包括含有至少一種電解液成分的電 解液化學(xué)成分；電解池主體，其具有底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主 體被設(shè)置用于保留所述熔融電解液，其中，所述側(cè)壁由所述至少一種電解液成分構(gòu)成，所述 側(cè)壁進(jìn)一步包括：第一側(cè)壁部分，被設(shè)置為安裝到側(cè)壁的隔熱封裝上并保留電解質(zhì)；以及 第二側(cè)壁部分，被設(shè)置為從電解池主體的底部向上延伸，其中，第二側(cè)壁部分與第一側(cè)壁部 分縱向間隔開，以使第一側(cè)壁部分、第二側(cè)壁部分以及第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間 的基底界定出凹槽；其中，所述凹槽被設(shè)置用于與電解池底部分開地接納保護(hù)性沉積物并 且保留保護(hù)性沉積物；其中，所述保護(hù)性沉積物被設(shè)置用于從凹槽分解到熔融電解液內(nèi)，以 使熔融電解液包括的所述至少一種電解液成分的水平足以在熔融電解液內(nèi)維持第一側(cè)壁 部分和第二側(cè)壁部分。
[0009] 本實(shí)用新型提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰極；與陽極 和陰極液體連通的熔融電解液，其中，所述熔融電解液包括含有至少一種電解液成分的電 解液化學(xué)成分；電解池主體，其具有底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主 體被設(shè)置用于保留所述熔融電解液，其中，所述側(cè)壁由所述至少一種電解液成分構(gòu)成，所 述側(cè)壁進(jìn)一步包括：
[0010] 第一側(cè)壁部分，被設(shè)置為安裝到側(cè)壁的隔熱封裝上并保留電解質(zhì)；以及
[0011] 第二側(cè)壁部分，被設(shè)置為從電解池主體的底部向上延伸，其中，第二側(cè)壁部分與第 一側(cè)壁部分縱向間隔開，以使第一側(cè)壁部分、第二側(cè)壁部分以及第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁 部分之間的基底界定出凹槽；其中，所述凹槽被設(shè)置用于與電解池底部分開地接納保護(hù)性 沉積物并且保留保護(hù)性沉積物；
[0012] 其中，所述保護(hù)性沉積物被設(shè)置用于從凹槽分解到熔融電解液內(nèi)，以使熔融電解 液包括的所述至少一種電解液成分的水平足以在熔融電解液內(nèi)維持第一側(cè)壁部分和第二 側(cè)壁部分；以及
[0013] 引導(dǎo)元件，其中，所述引導(dǎo)元件位于第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間，其中，所 述引導(dǎo)元件在所述凹槽上方橫向間隔開，以使所述引導(dǎo)元件被設(shè)置用于將保護(hù)性沉積物引 導(dǎo)到所述凹槽內(nèi)。
[0014] 6、一種電解池組件，包括：
[0015] 電解池側(cè)壁，具有第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分，
[0016] 其中，第二側(cè)壁部分被設(shè)置為相對于隔熱封裝與第一側(cè)壁部分對齊，
[0017] 其中，第二側(cè)壁部分被設(shè)置為以階梯式結(jié)構(gòu)從側(cè)壁伸出，
[0018] 其中，第二側(cè)壁部分包括界定出階梯式結(jié)構(gòu)的上表面和側(cè)面。
[0019] 7、如權(quán)利要求6所述的電解池組件，其中，所述上表面被設(shè)置用于提供平面。
[0020] 8、如權(quán)利要求6所述的電解池組件，其中，所述上表面被設(shè)置用于提供斜面，其 中，所述斜面包括朝向第一側(cè)壁部分的傾斜部，以通過第二側(cè)壁部分的上表面和第一側(cè)壁 部分之間的配合來提供凹槽。
[0021] 在一些實(shí)施例中，所述凹槽被設(shè)置用于在其中保留保護(hù)性沉積物。
[0022] 在一些實(shí)施例中，所述保護(hù)性沉積物從凹槽延伸并且一直延伸到至少電解液的 上表面。
[0023] 在一些實(shí)施例中，包括：引導(dǎo)元件，其中，所述引導(dǎo)元件位于第一側(cè)壁部分和第二 側(cè)壁部分之間，其中，所述引導(dǎo)元件位于所述凹槽的基底上方，其中，所述引導(dǎo)元件被設(shè)置 用于將保護(hù)性沉積物引導(dǎo)到所述凹槽內(nèi)。
[0024] 在一些實(shí)施例中，所述電解池還包括被設(shè)置用于提供凹槽內(nèi)的保護(hù)性沉積物的進(jìn) 料器。
[0025] 通過本公開的各種實(shí)施例，電解池的側(cè)壁至少部分地被本公開的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁 實(shí)施例取代。
[0026] 在某些實(shí)施例中，提供了一種穩(wěn)定的側(cè)壁材料，通過把電解液化學(xué)成分中的一種 或多種成分維持一定的飽和百分比，所述側(cè)壁材料在熔融電解質(zhì)（例如電解池電解液）內(nèi) 保持穩(wěn)定（例如基本不反應(yīng)）。在某些實(shí)施例中，由沿側(cè)壁定位的向電解池內(nèi)提供進(jìn)料（例 如進(jìn)料被保留作為位置靠近電解池側(cè)壁的保護(hù)性沉積物）的至少一個(gè)進(jìn)料裝置來維持電 解液的化學(xué)成分。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉積物向電解液（例如緊鄰側(cè)壁的電解液）提 供至少一種電解液成分（例如氧化鋁）。作為一個(gè)非限制性示例，隨著保護(hù)性沉積物緩慢地 分解，側(cè)壁附近的電解液化學(xué)成分對于所述電解液成分處于飽和或接近飽和，從而通過與 熔融電解質(zhì)/電解液的相互作用而保護(hù)側(cè)壁免于分解（例如溶解/腐蝕）。在某些實(shí)施例 中，電解液針對特定電解液成分（例如氧化鋁）的飽和百分比是在電解池工作條件下（例 如溫度、電解液比以及電解液和/或含量）進(jìn)料（例如氧化鋁）濃度的函數(shù)。
[0027] 在某些實(shí)施例中，與傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料封裝相比，本公開的側(cè)壁提供了至少約5%、 至少約10%、至少約15%、至少約20%、至少約25%、至少約30%的能量節(jié)約。
[0028] 在某些實(shí)施例中，熱通量（也就是在電解池工作期間穿過電解池側(cè)壁損失的熱 量）不大于約5kW/m 2、不大于約4kW/m2、不大于約3kW/m2、不大于約2kW/m2、不大于約lkW/ m2、不大于約 0. 75kW/m2。
[0029] 在某些實(shí)施例中，熱通量（也就是在電解池工作期間穿過電解池側(cè)壁損失的熱 量）是至少約5kW/m 2、至少約4kW/m2、至少約3kW/m2、至少約2kW/m2、至少約lkW/m 2、至少約 0· 75kW/m2。
[0030] 與之形成鮮明對比地，商用霍爾型電解池工作時(shí)穿過側(cè)壁的熱通量在約8-12kW/ m2之間。
[0031] 在本公開的一方面，提供了一種系統(tǒng)，包括：被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解 池，所述電解液包括至少一種電解液成分，所述電解池包括底部（例如陰極或金屬墊）和基 本上由所述至少一種電解液成分構(gòu)成的側(cè)壁；以及進(jìn)料系統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提 供包括所述至少一種電解液成分的進(jìn)料，以使所述至少一種電解液成分處于約2%的飽和 度以內(nèi)，其中，通過進(jìn)料而使側(cè)壁在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。
[0032] 在某些實(shí)施例中，電解液包括含量高于其飽和極限（例如使得在電解液內(nèi)存在顆 粒）的進(jìn)料（例如氧化鋁）。
[0033] 在某些實(shí)施例中，電解液成分（例如氧化鋁）包括在約2 %的飽和度以內(nèi)、在約 1. 5%的飽和度以內(nèi)、在約1%的飽和度以內(nèi)、在約0. 5%的飽和度以內(nèi)、在飽和點(diǎn)或在過飽 和點(diǎn)（例如電解液內(nèi)存在未分解的電解液成分顆粒）的平均電解液含量。
[0034] 在某些實(shí)施例中，電解液成分的飽和度是至少約95%的飽和度、至少約96%的飽 和度、至少約97 %的飽和度、至少約98 %的飽和度、至少約99 %的飽和度、100 %的飽和度 或過飽和（例如電解液內(nèi)存在未分解的電解液成分顆粒）。
[0035] 在某些實(shí)施例中，電解液成分的飽和度是不大于約95%的飽和度、不大于約96% 的飽和度、不大于約97%的飽和度、不大于約98%的飽和度、不大于約99%的飽和度或者 不大于100 %的飽和度。
[0036] 在某些實(shí)施例中，電解液成分包括作為電解池中平均值測量的電解液含量飽和百 分比。在某些實(shí)施例中，電解液成分包括在靠近側(cè)壁的位置（例如不反應(yīng)/穩(wěn)定的側(cè)壁材 料）測量的電解液含量飽和百分比。
[0037] 在某些實(shí)施例中，靠近側(cè)壁的位置是指以下電解液：接觸壁部；距離壁部不大于 約1";距離壁部不大于約2";距離壁部不大于約4";距離壁部不大于約6";距離壁部 不大于約8";距離壁部不大于約10";距離壁部不大于約12";距離壁部不大于約14"; 距離壁部不大于約16";距離壁部不大于約18";距離壁部不大于約20";距離壁部不大 于約22"或者距離壁部不大于約24"。
[0038] 在某些實(shí)施例中，靠近側(cè)壁的位置是指以下電解液：接觸壁部；距離壁部小于約 1";距離壁部小于約2";距離壁部小于約4";距離壁部小于約6";距離壁部小于約8"; 距離壁部小于約10";距離壁部小于約12";距離壁部小于約14";距離壁部小于約16"; 距離壁部小于約18";距離壁部小于約20";距離壁部小于約22"或者距離壁部小于約 24"。
[0039] 在本公開的一方面，提供了一種系統(tǒng)，包括：被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解池 主體，所述電解液包括氧化鋁，所述電解池包括底部（例如陰極或金屬墊）和基本上由氧化 鋁構(gòu)成的側(cè)壁；以及進(jìn)料系統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提供包括氧化鋁的進(jìn)料，以使氧化 鋁的電解液含量處于約10 %的飽和度以內(nèi)，其中，通過所述電解液含量而使側(cè)壁在熔融電 解液內(nèi)保持穩(wěn)定。
[0040] 在本公開的一方面，提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰 極；與陽極和陰極液體連通的電解液，所述電解液具有包括多種電解液成分的電解液化學(xué) 成分；電解池主體，包括底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，側(cè)壁基本上由電解液化學(xué) 成分中的至少一種電解液成分構(gòu)成，其中，所述電解液化學(xué)成分包括的所述至少一種電解 液成分在該電解液成分飽和極限的約10 %以內(nèi)，從而通過所述電解液化學(xué)成分使側(cè)壁維持 在側(cè)壁到電解液的交界面處（例如在電解池工作期間）。
[0041] 在本公開的一方面，提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰 極；與陽極液體連通的具有電解液化學(xué)成分的熔融電解液；電解池主體，包括底部和圍繞 底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主體被設(shè)置用于接觸和保留熔融電解液，其中，所 述側(cè)壁由作為電解液化學(xué)成分中一種成分的材料構(gòu)成；以及進(jìn)料裝置，被設(shè)置用于向熔融 電解液內(nèi)提供包括所述成分的進(jìn)料；其中，通過進(jìn)料裝置使所述電解液化學(xué)成分維持在所 述成分的飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)，以使側(cè)壁在熔鹽電解質(zhì)內(nèi)保持穩(wěn)定。
[0042] 在本公開的一方面，提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰 極；與陽極和陰極液體連通的熔融電解液，其中，所述熔融電解液包括含有至少一種電解液 成分的電解液化學(xué)成分；電解池主體，具有底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電 解池主體被設(shè)置用于保留所述熔融電解液，其中，所述側(cè)壁基本上由所述至少一種電解液 成分構(gòu)成，所述側(cè)壁進(jìn)一步包括：第一側(cè)壁部分，被設(shè)置為安裝到側(cè)壁的隔熱封裝上并保留 電解質(zhì)；以及第二側(cè)壁部分，被設(shè)置為從電解池主體的底部向上延伸，其中，第二側(cè)壁部分 與第一側(cè)壁部分縱向間隔開，以使第一側(cè)壁部分、第二側(cè)壁部分以及第一側(cè)壁部分和第二 側(cè)壁部分之間的基底界定出凹槽；其中，所述凹槽被設(shè)置用于與電解池底部（例如金屬墊） 分開地接納保護(hù)性沉積物并且保留保護(hù)性沉積物；其中，所述保護(hù)性沉積物被設(shè)置用于從 凹槽分解到熔融電解液內(nèi)，以使熔融電解液包括的所述至少一種電解液成分的水平足以在 熔融電解液內(nèi)維持第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分。
[0043] 在本公開的一方面，提供了一種電解池，包括：陽極；與陽極成間隔開關(guān)系的陰 極；與陽極和陰極液體連通的熔融電解液，其中，所述熔融電解液包括含有至少一種電解液 成分的電解液化學(xué)成分；電解池主體，具有底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電 解池主體被設(shè)置用于保留所述熔融電解液，其中，所述側(cè)壁基本上由所述至少一種電解液 成分構(gòu)成，所述側(cè)壁進(jìn)一步包括：第一側(cè)壁部分，被設(shè)置為安裝到側(cè)壁的隔熱封裝上并保 留電解質(zhì)；以及第二側(cè)壁部分，被設(shè)置為從電解池主體的底部向上延伸，其中，第二側(cè)壁部 分與第一側(cè)壁部分縱向間隔開，以使第一側(cè)壁部分、第二側(cè)壁部分以及第一側(cè)壁部分和第 二側(cè)壁部分之間的基底界定出凹槽；其中，所述凹槽被設(shè)置用于與電解池底部（例如金屬 墊）分開地接納保護(hù)性沉積物并且保留保護(hù)性沉積物；其中，所述保護(hù)性沉積物被設(shè)置用 于從凹槽分解到熔融電解液內(nèi)，以使熔融電解液包括的所述至少一種電解液成分的水平足 以在熔融電解液內(nèi)維持第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分；以及引導(dǎo)元件，其中，所述引導(dǎo)元 件位于第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間，，其中，所述引導(dǎo)元件在所述凹槽上方橫向間隔 開，以使所述引導(dǎo)元件被設(shè)置用于將保護(hù)性沉積物引導(dǎo)到所述凹槽內(nèi)。
[0044] 在某些實(shí)施例中，所述側(cè)壁包括第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分，其中，第二側(cè)壁部 分被設(shè)置為相對于隔熱封裝與第一側(cè)壁部分對齊，其中，第二側(cè)壁部分被設(shè)置為以階梯式 結(jié)構(gòu)從側(cè)壁（例如側(cè)壁輪廓）伸出，其中，第二側(cè)壁部分包括界定出階梯式結(jié)構(gòu)的頂面/上 表面和側(cè)面。在某些實(shí)施例中，所述頂面被設(shè)置用于提供（例如平坦或者與電解池底部平 行的）平面。在某些實(shí)施例中，所述頂面被設(shè)置用于提供傾斜/有角度的表面，其朝向第一 側(cè)壁部分傾斜，以使第二側(cè)壁部分的上表面和第一側(cè)壁部分配合界定出凹陷區(qū)域。在某些 實(shí)施例中，傾斜的穩(wěn)定側(cè)壁朝向電解池/金屬墊的中心傾斜（離開側(cè)壁）。在某些實(shí)施例中， 所述電解池包括被設(shè)置用于給電解池提供進(jìn)料的進(jìn)料器，所述進(jìn)料沿著第二側(cè)壁部分的平 坦頂面和/或側(cè)面的至少一部分被保留作為保護(hù)性沉積物。在某些實(shí)施例中，所述電解池 包括被設(shè)置用于向電解池內(nèi)提供進(jìn)料的進(jìn)料器，所述進(jìn)料沿著所述凹陷區(qū)域（例如第二側(cè) 壁部分的上表面）被保留。
[0045] 在某些實(shí)施例中，所述基底包括所述至少一種電解液成分。
[0046] 在某些實(shí)施例中，所述保護(hù)性沉積物包括一種電解液成分（至少一種）。在某些實(shí) 施例中，所述保護(hù)性沉積物包括至少兩種電解液成分。
[0047] 在某些實(shí)施例中，所述保護(hù)性沉積物從凹槽伸出并且一直延伸到至少電解液上表 面。
[0048] 在某些實(shí)施例中，所述電解池進(jìn)一步包括引導(dǎo)元件，其中，所述引導(dǎo)元件位于第一 側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間，其中，所述引導(dǎo)元件位于所述凹槽的基底上方，其中，所述 引導(dǎo)元件被設(shè)置用于將保護(hù)性沉積物引導(dǎo)到所述凹槽內(nèi)。在某些實(shí)施例中，所述引導(dǎo)元件 由穩(wěn)定性材料（例如在電解液和/或汽相中不反應(yīng)的材料）構(gòu)成。
[0049] 在某些實(shí)施例中，所述引導(dǎo)元件由電解液化學(xué)成分中存在的材料構(gòu)成，以使得通 過電解液化學(xué)成分在熔鹽電解質(zhì)內(nèi)得以維持所述引導(dǎo)元件。
[0050] 在某些實(shí)施例中，所述凹槽的基底由進(jìn)料塊界定，其中，所述進(jìn)料塊由從電解液化 學(xué)成分的成分中選出的材料構(gòu)成，其中，所述進(jìn)料塊通過電解液化學(xué)成分在熔鹽電解液內(nèi) 得以維持。在某些實(shí)施例中，所述進(jìn)料塊包括穩(wěn)定性材料（不反應(yīng)的材料）。在某些實(shí)施例 中，所述進(jìn)料塊包括氧化鋁。
[0051] 在某些實(shí)施例中，所述電解池進(jìn)一步包括被設(shè)置用于提供凹槽內(nèi)的保護(hù)性沉積物 的進(jìn)料器（例如進(jìn)料裝置）。
[0052] 在某些實(shí)施例中，所述進(jìn)料裝置被連接至電解池主體。
[0053] 在本公開的一方面，提供了一種方法，包括：通過電解池的熔融電解液在陽極和陰 極之間輸送電流，向電解池內(nèi)輸送進(jìn)料以便為熔融電解液提供至少一種電解液成分，其中， 進(jìn)料所用速率足以將所述至少一種電解液成分的電解液含量維持在約95%的飽和度以內(nèi)； 并且通過進(jìn)料步驟，維持由包括所述至少一種電解液成分的材料構(gòu)成的電解池側(cè)壁。
[0054] 在某些實(shí)施例中，所述方法包括：伴隨著第一步驟，維持電解液所處溫度不超過 960°C，其中，所述電解池側(cè)壁基本上沒有槽幫。
[0055] 在某些實(shí)施例中，所述方法包括消耗保護(hù)性沉積物以向電解液提供金屬離子。
[0056] 在某些實(shí)施例中，所述方法包括由所述至少一種電解液成分生成金屬產(chǎn)物。
[0057] 以上所述本實(shí)用新型的各個(gè)方面可以組合，以得到涉及低溫下（例如960°C以下） 在電解池內(nèi)生產(chǎn)初級金屬的設(shè)備、組件和方法。
[0058] 本實(shí)用新型的各個(gè)方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征在以下說明中部分地闡述，并且對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說通過審閱以下的說明和附圖就會(huì)變得顯而易見，或者可以通過實(shí)施本實(shí) 用新型來學(xué)習(xí)掌握。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0059] 圖1根據(jù)本公開示出了電解池在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖，電解池具有穩(wěn)定的側(cè)壁 (例如不反應(yīng)的材料）。
[0060] 圖2根據(jù)本公開示出了電解池在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖，電解池具有第一側(cè)壁部 分和第二側(cè)壁部分，進(jìn)料器提供在側(cè)壁部分之間的保護(hù)性沉積物。
[0061] 圖3根據(jù)本公開示出了電解池在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖，電解池具有第一側(cè)壁部 分和第二側(cè)壁部分，進(jìn)料器提供在側(cè)壁部分之間的保護(hù)性沉積物并且進(jìn)料器包括引導(dǎo)元 件。
[0062] 圖4根據(jù)本公開示出了電解池在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖，電解池具有包括兩個(gè)穩(wěn) 定側(cè)壁部分的側(cè)壁，第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分被設(shè)置為連接至隔熱封裝，其中，第二側(cè) 壁部分延伸超出第一側(cè)壁部分（例如被設(shè)置用于提供階梯式/伸出結(jié)構(gòu)）。
[0063] 圖5根據(jù)本公開示出了電解池在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖，電解池具有包括兩個(gè)穩(wěn) 定側(cè)壁部分的側(cè)壁，第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分被設(shè)置為連接至隔熱封裝，其中，第二側(cè) 壁部分延伸超出第一側(cè)壁部分（例如被設(shè)置用于提供階梯式/伸出結(jié)構(gòu)），包括由進(jìn)料器提 供的保護(hù)性沉積物。
[0064] 圖6根據(jù)本公開示出了電解池的另一個(gè)實(shí)施例在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖，電解池 具有包括兩個(gè)穩(wěn)定側(cè)壁部分的側(cè)壁，第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分被設(shè)置為連接至隔熱封 裝，其中，第二側(cè)壁部分延伸超出第一側(cè)壁部分（例如被設(shè)置用于提供階梯式/伸出結(jié)構(gòu)）， 包括由進(jìn)料器提供的保護(hù)性沉積物。
[0065] 圖7根據(jù)本公開示出了電解池在工作時(shí)的示意性側(cè)視圖（例如活性側(cè)壁是本公開 的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例）。
[0066] 圖8是示出了電解液內(nèi)氧化鋁分解速率（m/s)與氧化鋁飽和百分比對應(yīng)關(guān)系的 曲線圖，以五（5)種不同的溫度曲線繪制（750°c、800°c、85(rc、90(rc^p95(rc)。
[0067] 圖9是電解液、冷卻劑和出口槽幫的溫度和熱通量與時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。
[0068] 圖10A-H示出了保護(hù)性沉積物和在保護(hù)性沉積物下方的凹槽底部/基底（有時(shí)稱 作進(jìn)料塊）各種角度的局部剖視側(cè)視圖。示出了保護(hù)性沉積物的各種角度（向第二側(cè)壁部 分傾斜、向第一側(cè)壁部分傾斜、平坦、有角度等）。還示出了凹槽底部/基底的各種角度（向 第二側(cè)壁部分傾斜、向第一側(cè)壁部分傾斜、平坦、有角度等）。
[0069] 圖11A-D示出了支架頂部和/或第二側(cè)壁部分的各種結(jié)構(gòu)的局部剖視側(cè)視圖。圖 11A示出了向電解池中心傾斜（以促進(jìn)電解池排放）的橫向結(jié)構(gòu)。圖11B示出了向側(cè)壁傾 斜（以促進(jìn)在保護(hù)性沉積物中保留進(jìn)料）的橫向結(jié)構(gòu)。圖11C示出了有角度的結(jié)構(gòu)（例如 有尖角）。圖11D示出了支架或第二側(cè)壁部分的曲線或弧形的最上方區(qū)域。

【具體實(shí)施方式】
[0070] 現(xiàn)參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，附圖至少有助于圖解本實(shí)用新型的各種相關(guān)實(shí)施例。
[0071] 如本文所用的"電解"是指輸送電流通過材料而引起化學(xué)反應(yīng)的任何過程。在某 些實(shí)施例中，在電解池內(nèi)將某種金屬還原以生成金屬產(chǎn)物時(shí)發(fā)生電解。電解的某些非限制 性示例包括初級金屬生產(chǎn)。電解生成金屬的某些非限制性示例包括：稀土金屬、有色金屬 (例如銅、鎳、鋅、鎂、鉛、鈦、鋁和稀土金屬）。如本文所用的"電解池"是指用于進(jìn)行電解的 設(shè)備。在某些實(shí)施例中，電解池包括熔煉坩堝或一系列熔器（例如多個(gè)坩堝）。在一個(gè)非限 制性的示例中，電解池裝有用作導(dǎo)體的電極，電流通過電極進(jìn)入或離開非金屬的介質(zhì)（例 如電解液）。
[0072] 如本文所用的"電極"是指帶正電的電極（例如陽極）或帶負(fù)電的電極（例如陰 極）。
[0073] 如本文所用的"陽極"是指電流經(jīng)此進(jìn)入電解池的正電極（或端子）。在某些實(shí)施 例中，陽極由導(dǎo)電材料構(gòu)成。陽極材料的某些非限制性示例包括：金屬、金屬合金、氧化物、 陶瓷、金屬陶瓷、碳或其組合。
[0074] 如本文所用的"陽極組件"包括與支撐件相連的一個(gè)或多個(gè)陽極。在某些實(shí)施例 中，陽極組件包括：陽極、支撐件（例如耐火塊和其他的耐電解液腐蝕材料）以及電氣總線。
[0075] 如本文所用的"支撐件"是指保持另一個(gè)對象就位的元件。在某些實(shí)施例中，支撐 件是保持陽極就位的結(jié)構(gòu)件。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐件有助于電氣總線到陽極的電連接。在 一個(gè)實(shí)施例中，支撐件由能夠耐受腐蝕性電解液侵蝕的材料構(gòu)成。例如，支撐件由包括例如 耐火材料在內(nèi)的絕緣材料構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，多個(gè)陽極（例如機(jī)械地或電氣地）連接 至支撐件（例如可移除地連接），支撐件可調(diào)節(jié)并且能夠升高、降低或者以其他方式在電解 池內(nèi)移動(dòng)。
[0076] 如本文所用的"電氣總線"是指一個(gè)或多個(gè)部件的電氣連接件。例如，陽極、陰極和 /或其他電解池部件都可以具有用于將部件連接在一起的電氣總線。在某些實(shí)施例中，電氣 總線包括陽極內(nèi)的插頭連接件、用于連接陽極和/或陰極的線纜、用于各種電解池部件（或 位于其間）的電路及其組合。
[0077] 如本文所用的"陰極"是指電流經(jīng)此離開電解池的負(fù)電極（或端子）。在某些實(shí)施 例中，陰極由導(dǎo)電材料構(gòu)成。陰極材料的某些非限制性示例包括：碳、金屬陶瓷、陶瓷材料、 金屬材料及其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，陰極由過渡金屬硼化物化合物例如TiB2構(gòu)成。在某 些實(shí)施例中，陰極通過電解池底部（例如匯流條和電氣總線）電連接。作為某些非限制性 示例，陰極由TiB2、TiB 2-C復(fù)合材料、氮化硼、硼化鋯、硼化鉿、石墨及其組合構(gòu)成。
[0078] 如本文所用的"陰極組件"是指陰極（例如陰極塊）、匯流條、電氣總線及其組合。
[0079] 如本文所用的"匯流條"是指匯集來自電解池的電流的桿。在一個(gè)非限制性示例 中，匯流條匯集來自陰極的電流并將電流傳輸至電氣總線以從系統(tǒng)中送出電流。
[0080] 如本文所用的"電解液"是指具有至少一種待還原金屬（例如通過電解過程進(jìn)行） 的液化浴。電解液成分的非限制性示例包括：（鋁電解池內(nèi)的）NaF-AlF3、NaF、A1F3、CF 2、 MgF2、LiF、KF及其組合，還有分解的氧化鋁。
[0081] 如本文所用的"熔融"是指通過加熱獲得的可流動(dòng)形式（例如液體）。作為非限制 性示例，電解液是熔融形式（例如至少約750°c )。作為另一個(gè)示例，在電解池底部形成的 金屬產(chǎn)物（例如有時(shí)稱為"金屬墊"）也是熔融形式。
[0082] 在某些實(shí)施例中，熔融電解液/電解池的工作溫度是：至少約750°C、至少約 800°C、至少約850°C、至少約900°C、至少約950°C或至少約975°C。在某些實(shí)施例中，熔融 電解液/電解池的工作溫度是：不高于約750°C、不高于約800°C、不高于約850°C、不高于 約900°C、不高于約950°C或不高于約975°C。
[0083] 如本文所用的"金屬產(chǎn)物"是指通過電解生成的產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬產(chǎn)物 在電解池的底部形成為金屬墊。金屬產(chǎn)物的某些非限制性示例包括：鋁、鎳、鎂、銅、鋅和稀 土金屬。
[0084] 如本文所用的"偵彳壁"是指電解池的壁部。在某些實(shí)施例中，側(cè)壁圍繞電解池底部 參變性地延伸并且從電解池底部向上伸出，以界定出電解池主體并界定出容納電解液的容 積。在某些實(shí)施例中，側(cè)壁包括：外殼、隔熱封裝和內(nèi)壁。在某些實(shí)施例中，內(nèi)壁和電解池底 部被設(shè)置用于接觸和保留熔融電解液、提供給電解液（也就是用于驅(qū)動(dòng)電解）的進(jìn)料以及 金屬產(chǎn)物（例如金屬墊）。在某些實(shí)施例中，側(cè)壁（內(nèi)側(cè)壁）包括不反應(yīng)的側(cè)壁部分（例如 穩(wěn)定的側(cè)壁部分）。
[0085] 如本文所用的"橫向"是指兩表面之間的角度。在某些實(shí)施例中，所述表面成銳角 或鈍角。在某些實(shí)施例中，橫向包括角度處于或等于直角，或幾乎沒有角度，也就是表面表 現(xiàn)為連續(xù)（例如180° )。在某些實(shí)施例中，一部分側(cè)壁（內(nèi)壁）是橫向的或者朝向電解池 底部傾斜。在某些實(shí)施例中，整個(gè)側(cè)壁都橫向于電解池底部。在某些實(shí)施例中，穩(wěn)定的側(cè)壁 材料具有傾斜的頂部（也就是朝向金屬墊/電解池的中心傾斜以幫助將金屬產(chǎn)物排放到電 解池底部）。
[0086] 在某些實(shí)施例中，整個(gè)壁部都是橫向的。在某些實(shí)施例中，一部分壁部（第一側(cè)壁 部分、第二側(cè)壁部分、支架、凹槽、引導(dǎo)元件）是橫向的（或者是傾斜的、有角度的、曲線的、 弧形的）。
[0087] 在某些實(shí)施例中，支架是橫向的。在某些實(shí)施例中，第二側(cè)壁部分是橫向的。不受 任何特定理論或機(jī)制所限地，我們確信通過以橫向的方式設(shè)置側(cè)壁（第一側(cè)壁部分、第二 側(cè)壁部分、凹槽或支架）即可提升電解池工作中的某些特性（例如金屬排放、送入電解池內(nèi) /朝向電解池底部的進(jìn)料方向）。作為非限制性的示例，通過提供橫向的側(cè)壁，側(cè)壁就可以 被設(shè)置用于幫助將進(jìn)料捕集到凹槽或支架內(nèi)的保護(hù)性沉積物中（例如朝向其傾斜/或被設(shè) 置為幫助將金屬排放到電解池底部，與支架成夾角）。
[0088] 在某些實(shí)施例中，第一側(cè)壁部分是橫向的（有角度/傾斜）且第二側(cè)壁部分不傾 斜。在某些實(shí)施例中，第一側(cè)壁部分不傾斜且第二側(cè)壁部分傾斜。在某些實(shí)施例中，第一側(cè) 壁部分和第二側(cè)壁部分都是橫向的（有角度/傾斜）。
[0089] 在某些實(shí)施例中，基底（或進(jìn)料塊）是橫向的（有角度/傾斜）。在某些實(shí)施例 中，支架/凹槽或第二側(cè)壁部分的上部是傾斜的、有角度的、平坦的、橫向的或曲線的。
[0090] 如本文所用的"壁面角"是指可以用度數(shù)測量的內(nèi)偵幢相對于電解池底部的角度。 例如，0度的壁面角是指堅(jiān)直角（或無角度）。在某些實(shí)施例中，壁面角包括從0度到約30 度的角度（Θ)。在某些實(shí)施例中，壁面角包括從0度到約60度的角度（Θ)。在某些實(shí)施 例中，壁面角包括從0度到約85度的角度（Θ )。
[0091] 在某些實(shí)施例中，壁面角（Θ )是至少約5°、至少約10°、至少約15°、至少約 20°、至少約25°、至少約30°、至少約35°、至少約40°、至少約45°、至少約50°、至少 約55°或至少約60°。在某些實(shí)施例中，壁面角（Θ)是不大于約5°、不大于約10°、不大 于約15°、不大于約20°、不大于約25°、不大于約30°、不大于約35°、不大于約40°、 不大于約45°、不大于約50°、不大于約55°或不大于約60°。
[0092] 如本文所用的"外殼"是指側(cè)壁的最外側(cè)保護(hù)性蓋罩部分。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼 是電解池內(nèi)壁的保護(hù)性蓋罩。作為非限制性示例，外殼由封裝電解池的硬質(zhì)材料（例如鋼） 構(gòu)成。
[0093] 如本文所用的"第一側(cè)壁部分"是指內(nèi)側(cè)壁的一部分。
[0094] 如本文所用的"第二側(cè)壁部分"是指內(nèi)側(cè)壁的另一部分。在某些實(shí)施例中，第二側(cè) 壁部分與第一部分間隔（例如縱向間隔）一定的距離。作為一個(gè)非限制性示例，第二側(cè)壁 部分是具有一定長度和寬度的直立元件，其中第二部分與第一部分間隔開。
[0095] 在某些實(shí)施例中，第二部分與第一部分相配合以保留材料或?qū)ο螅ɡ绫Ｗo(hù)性沉 積物）。
[0096] 在某些實(shí)施例中，第二部分有連續(xù)的高度，而在另一些實(shí)施例中，第二部分的高度 有變化。在一個(gè)實(shí)施例中，第二部分由對電解液的腐蝕性環(huán)境有耐受性且對金屬產(chǎn)物（例 如金屬墊）有耐受性的材料構(gòu)成，并且因此不會(huì)損壞或以其他方式在電解液內(nèi)反應(yīng)。作為 某些非限制性示例，壁部由TiB2、TiB 2-C、SiC、Si3N4、BN、在電解液化學(xué)成分中達(dá)到飽和或接 近飽和的電解液成分（例如氧化鋁）及其組合構(gòu)成。
[0097] 在某些實(shí)施例中，第二部分被鑄造、熱壓或燒結(jié)成所需的尺寸、理論密度、孔隙率 等。在某些實(shí)施例中，第二部分被固定至一個(gè)或多個(gè)電解池部件，以便保持第二部分就位。 [0098] 如本文所用的"引導(dǎo)元件"是指被設(shè)置用于以特定方式引導(dǎo)對象或材料的元件。在 某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件適合和設(shè)置用于將進(jìn)料引導(dǎo)到凹槽內(nèi)（例如保留在凹槽內(nèi)作為保 護(hù)性沉積物）。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件在電解池內(nèi)懸浮在第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分 之間以及凹槽上方，目的是為了引導(dǎo)進(jìn)料流入凹槽內(nèi)。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件由在電 解液化學(xué)成分中以飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)存在的材料（至少一種電解液成分）構(gòu)成，以使引 導(dǎo)元件在電解液內(nèi)得以維持。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件被設(shè)置為連接至（例如由能夠耐 受電解液的材料構(gòu)成的）框架，其中，框架被設(shè)置用于調(diào)節(jié)電解池內(nèi)的引導(dǎo)元件（也就是橫 向移動(dòng)引導(dǎo)元件（例如相對于電解池高度上下移動(dòng)）和/或縱向移動(dòng)引導(dǎo)元件（例如相對 于凹槽/電解池底部左右移動(dòng)））。
[0099] 在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件的尺寸和/或位置被選擇，以促成保護(hù)性沉積物的某 種結(jié)構(gòu)和/或進(jìn)料流入凹槽內(nèi)的預(yù)定流動(dòng)模式。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件被連接至陽極 組件。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件被連接至電解池的側(cè)壁。在某些實(shí)施例中，引導(dǎo)元件被連 接至進(jìn)料裝置（例如將進(jìn)料裝置固定就位的框架）。作為非限制性示例，引導(dǎo)元件包括板、 桿、塊、狹長形狀的元件及其組合。引導(dǎo)元件材料的某些非限制性示例包括：陽極材料、SiC、 SiN和/或在電解液內(nèi)以飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)存在以使引導(dǎo)元件在電解液內(nèi)得以維持的成 分。
[0100] 如本文所用的"縱向間隔開"是指一個(gè)對象與另一個(gè)對象之間相對于長度的布置。
[0101] 在某些實(shí)施例中，橫向間隔開（也就是第二側(cè)壁部分與第一側(cè)壁部分或凹槽橫向 間隔開）是指間隔至少1"、至少1又1/2"、至少2"、至少2又1/2"、至少3"、至少3又 1/2"、至少4"、至少4又1/2"、至少5"、至少5又1/2"、至少6"、至少6又1/2"、至 少7"、至少7又1/2"、至少8"、至少8又1/2"、至少9"、至少9又1/2"、至少10"、至 少10又1/2"、至少11"、至少11又1/2"或至少12"。
[0102] 在某些實(shí)施例中，橫向間隔開（也就是第二側(cè)壁部分與第一側(cè)壁部分或凹槽橫向 間隔開）是指間隔不大于1"、不大于1又1/2"、不大于2"、不大于2又1/2"、不大于 3"、不大于3又1/2"、不大于4"、不大于4又1/2"、不大于5"、不大于5又1/2"、不大 于6"、不大于6又1/2"、不大于7"、不大于7又1/2"、不大于8"、不大于8又1/2"、 不大于9"、不大于9又1/2"、不大于10"、不大于10又1/2"、不大于11"、不大于11 又1/2"或不大于12"。
[0103] 如本文所用的"橫向間隔開"是指一個(gè)對象與另一個(gè)對象之間相對于寬度的布置。
[0104] 如本文所用的"至少"是指大于或等于。
[0105] 如本文所用的"不大于"是指小于或等于。
[0106] 如本文所用的"凹槽"是指用于容納某物的容器。在一個(gè)實(shí)施例中，凹槽由第一側(cè) 壁部分、第二側(cè)壁部分、和基底（或電解池的底部）界定。在某些實(shí)施例中，凹槽保留保護(hù) 性沉積物。在某些實(shí)施例中，凹槽保留進(jìn)料作為保護(hù)性沉積物，以使凹槽被設(shè)置用于阻止保 護(hù)性沉積物在電解池內(nèi)移動(dòng)（也就是移動(dòng)到金屬墊和/或電解池的電極部分內(nèi)）。
[0107] 在某些實(shí)施例中，凹槽由電解液化學(xué)成分中以飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)存在的材料 (至少一種電解液成分）構(gòu)成，以使其在電解液內(nèi)得以維持。
[0108] 在某些實(shí)施例中，凹槽進(jìn)一步包括（例如相對于側(cè)壁的）高度。作為非限制性的 實(shí)施例，凹槽的高度（從電解池底部到電解液/蒸氣的交界面測量）包括：至少1/4"、至少 1/2"、至少3/4"、至少1"、至少1又1/4"、至少1又1/2"、至少1又3/4"、至少2"、至 少2又1/4"、至少2又1/2"、至少2又3/4"、至少3"、至少3又1/4"、至少3又1/2"、 至少3又3/4"、至少4"、至少4又1/4"、至少4又1/2"、至少4又3/4"、至少5"、至 少5又1/4"、至少5又1/2"、至少5又3/4"或至少6"。在某些實(shí)施例中，凹槽的高度 包括：至少6"、至少12"、至少18"、至少24"或至少30"。
[0109] 作為非限制性的實(shí)施例，凹槽的高度（從電解池底部到電解液/蒸氣的交界面測 量）包括：不大于1/4"、不大于1/2"、不大于3/4"、不大于1"、不大于1又1/4"、不大 于1又1/2"、不大于1又3/4"、不大于2"、不大于2又1/4"、不大于2又1/2"、不大 于2又3/4"、不大于3"、不大于3又1/4"、不大于3又1/2"、不大于3又3/4"、不大 于4"、不大于4又1/4"、不大于4又1/2"、不大于4又3/4"、不大于5"、不大于5又 1/4"、不大于5又1/2"、不大于5又3/4"或不大于6"。在某些實(shí)施例中，凹槽的高度包 括：不大于6"、不大于12"、不大于18"、不大于24"或不大于30"。
[0110] 如本文所用的"保護(hù)性沉積物"是指保護(hù)另一對象或材料的累積材料。作為非限 制性示例，"保護(hù)性沉積物"是指保留在凹槽內(nèi)的進(jìn)料。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉積物是固 體、顆粒形態(tài)、淤泥、泥漿和/或其組合。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉積物可以（例如通過電 解液的腐蝕性本質(zhì)）分解到電解液內(nèi)和/或通過電解過程消耗。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性 沉積物被保留在第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間的凹槽內(nèi)。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉 積物被設(shè)置用于推送金屬墊（熔融金屬）離開側(cè)壁，從而保護(hù)側(cè)壁免受電解液-金屬交界 面的影響。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉積物通過電解液而分解，以提供在電解池壁部處或附 近的飽和，從而維持穩(wěn)定/不反應(yīng)的側(cè)壁材料（也就是由飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)的電解液成 分構(gòu)成）。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉積物包括的沉積角度（例如在匯集于凹槽內(nèi)時(shí)保護(hù)沉 積物形成一定的形狀）足以保護(hù)側(cè)壁并將進(jìn)料提供給電解液以供分解。
[0111] 如本文所用的"進(jìn)料"是指幫助驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步處理的材料供應(yīng)。作為一個(gè)非限制性 示例，進(jìn)料是驅(qū)動(dòng)在電解池內(nèi)電解生成稀土金屬和/或有色金屬（例如金屬產(chǎn)物）的金屬 氧化物。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料一旦分解或以其他方式消耗就給電解液提供另外的啟動(dòng)材 料，其通過在電解池內(nèi)還原而生成金屬氧化物，從而形成金屬產(chǎn)物。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料 具有兩種非限制性的功能：（1)提供電解池的反應(yīng)條件以生成金屬產(chǎn)物；（2)在內(nèi)側(cè)壁的壁 部之間的通道內(nèi)形成進(jìn)料沉積物以保護(hù)內(nèi)側(cè)壁免受腐蝕性電解液環(huán)境的影響。在某些實(shí)施 例中，進(jìn)料包括鋁電解池內(nèi)的氧化鋁。鋁熔煉中進(jìn)料的某些非限制性示例包括：冶煉級氧化 鋁（SGA)、氧化鋁、板狀氧化鋁及其組合。在冶煉（非鋁的）其他金屬時(shí)，驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)料可 以根據(jù)本說明書輕易識別。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料的尺寸和密度足以從電解液-空氣交界 面行進(jìn)穿過電解液并進(jìn)入凹槽內(nèi)以形成保護(hù)性沉積物。
[0112] 如本文所用的"平均顆粒尺寸"是指多個(gè)獨(dú)立顆粒的平均尺寸。在某些實(shí)施例中， 顆粒物（固體）形式的進(jìn)料具有平均顆粒尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料的平均顆粒尺寸足 夠大以使其沉降入電解池底部（例如不會(huì)懸浮在電解液內(nèi)或以其他方式"漂浮"在電解液 內(nèi)）。在一個(gè)實(shí)施例中，平均顆粒尺寸足夠小，以使得有足夠的表面積用于發(fā)生表面反應(yīng)/ 分解（例如消耗速率）。
[0113] 如本文所用的"進(jìn)料速率"是指相對于單位時(shí)間的一定數(shù)量（或數(shù)額）的進(jìn)料。作 為一個(gè)非限制性示例，進(jìn)料速率是向電解池加入進(jìn)料的速率。在某些實(shí)施例中，保護(hù)性沉積 物的尺寸和/或位置與進(jìn)料速率相關(guān)。在某一實(shí)施例中，進(jìn)料速率是固定的。在另一個(gè)實(shí) 施例中，進(jìn)料速率是可調(diào)的。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料是連續(xù)的。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料是不 連續(xù)的。
[0114] 如本文所用的"消耗速率"是指相對于單位時(shí)間而使用的一定數(shù)量（或數(shù)額）的 材料。在一個(gè)實(shí)施例中，消耗速率是進(jìn)料被電解池消耗（例如被電解液消耗和/或被消耗 以形成金屬產(chǎn)物）的速率。
[0115] 在某些實(shí)施例中，進(jìn)料速率大于消耗速率。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料速率被設(shè)計(jì)成用 于在電解液-空氣的交界面上方提供保護(hù)性沉積物。
[0116] 如本文所用的"進(jìn)料器"（有時(shí)稱為進(jìn)料裝置）是指向某處輸入材料（例如進(jìn)料） 的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料裝置是將進(jìn)料送入電解池內(nèi)的裝置。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料 裝置是自動(dòng)型、手動(dòng)型或其組合。作為非限制性示例，進(jìn)料裝置是幕簾式進(jìn)料器（curtain feeder)或遏制式進(jìn)料器（choke feeder)。如本文所用的"幕簾式進(jìn)料器"是指沿側(cè)壁（例 如有軌道）移動(dòng)以分配進(jìn)料的進(jìn)料裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，幕簾式進(jìn)料器被可移動(dòng)地連接， 以使其沿電解池的至少一個(gè)側(cè)壁移動(dòng)。
[0117] 如本文所用的"遏制式進(jìn)料器"是指在側(cè)壁上保持固定以向電解池內(nèi)分配進(jìn)料的 進(jìn)料裝置。在某些實(shí)施例中，該進(jìn)料裝置通過連接裝置連接至側(cè)壁。非限制性的示例包括 托架等。
[0118] 在某些實(shí)施例中，進(jìn)料裝置是自動(dòng)型。如本文所用的"自動(dòng)"是指（例如通過機(jī)器 控制或計(jì)算機(jī)控制）獨(dú)立工作的能力。在某些實(shí)施例中，進(jìn)料裝置是手動(dòng)型。如本文所用 的"手動(dòng)"是指通過人力操作。
[0119] 如本文所用的"進(jìn)料塊"是指固體形式（例如鑄造、燒結(jié)、熱壓或其組合）的進(jìn)料。 在某些實(shí)施例中，凹槽的基底包括進(jìn)料塊。作為一個(gè)非限制性示例，進(jìn)料塊由氧化鋁制成。
[0120] 如本文所用的"不反應(yīng)的側(cè)壁"是指側(cè)壁由電解池工作溫度下（例如高于750°C或 不高于960°C )在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定（例如不反應(yīng)、惰性、尺寸穩(wěn)定和/或得以維持） 的材料構(gòu)造或組成（例如涂覆有該材料）。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的側(cè)壁材料由于電解液 的化學(xué)成分而在電解液內(nèi)得以維持。在某些實(shí)施例中，由于電解液包括所述不反應(yīng)的側(cè)壁 材料且其在電解液內(nèi)以飽和極限或接近飽和極限的濃度作為電解液成分，因此不反應(yīng)的側(cè) 壁材料在電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的側(cè)壁材料包括存在于電解液化學(xué) 成分中的至少一種成分。在某些實(shí)施例中，通過向電解液內(nèi)輸送進(jìn)料來維持電解液化學(xué)成 分，從而保持電解液化學(xué)成分針對不反應(yīng)的側(cè)壁材料在飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)，從而維持電 解液內(nèi)的側(cè)壁材料。
[0121] 不反應(yīng)的側(cè)壁材料的某些非限制性示例包括：含Al、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、 Sr、Ba、Sc、Y、La或Ce材料或者其組合。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的材料是上述示例的氧化 物。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的材料是上述示例的鹵化物和/或氟化物。在某些實(shí)施例中， 不反應(yīng)的材料是上述示例的氟氧化物。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的材料是上述示例的純金 屬形式。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的側(cè)壁材料被選擇為是與生成的金屬產(chǎn)物（例如A1)相 比具有更高電化學(xué)電勢的材料（例如Ca，Mg)(例如這些材料的陽離子電化學(xué)性更不活躍）， 不反應(yīng)的側(cè)壁材料的反應(yīng)與氧化鋁到鋁的還原反應(yīng)相比（在電化學(xué)方面）更加不需要。在 某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的側(cè)壁由可鑄造的材料制成。在某些實(shí)施例中，不反應(yīng)的側(cè)壁由燒結(jié) 的材料制成。
[0122] 示例：實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究：側(cè)進(jìn)料：
[0123] 完成了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測試，以評估鋁電解池的腐蝕。腐蝕測試表明氧化鋁和氧化 鉻-氧化鋁材料在電解液-金屬交界面處優(yōu)先侵蝕。而且，可以確定當(dāng)氧化鋁的飽和濃度較 低時(shí)（例如在約95wt%以下）電解液-金屬交界面處的腐蝕速率就會(huì)明顯加速。利用進(jìn)料 的物理屏障也就是用進(jìn)料增加氧化鋁的飽和濃度，（例如氧化鋁顆粒構(gòu)成的）屏障用于保 持電解液-金屬交界面處飽和的氧化鋁，從而保護(hù)側(cè)壁不被電解液分解。因此，電解液-金 屬交界面處的側(cè)壁被保護(hù)免受腐蝕并且鋁的飽和濃度被保持在約98wt %。在執(zhí)行電解一段 時(shí)間之后，檢查側(cè)壁且側(cè)壁仍保持完好無損。
[0124] 示例：中試規(guī)模測試：通過回轉(zhuǎn)式進(jìn)料器自動(dòng)側(cè)進(jìn)料
[0125] 單個(gè)霍爾型電解池連續(xù)運(yùn)行約700小時(shí)（例如通過回轉(zhuǎn)式進(jìn)料器），沿圍繞電解池 周邊的側(cè)壁有凹槽。進(jìn)料器包括料斗并且沿側(cè)壁轉(zhuǎn)動(dòng)以（沿一個(gè)側(cè)壁）向整個(gè)側(cè)壁進(jìn)料。 通過自動(dòng)進(jìn)料裝置將板狀氧化鋁構(gòu)成的進(jìn)料在一位置送入電解池內(nèi)以保留在凹槽內(nèi)。在電 解完成后，檢查側(cè)壁并發(fā)現(xiàn)側(cè)壁完整無損（也就是側(cè)壁受到側(cè)進(jìn)料的保護(hù)）。
[0126] 示例：全坩堝測試側(cè)進(jìn)料（手動(dòng)）
[0127] 通過手動(dòng)進(jìn)料進(jìn)行的側(cè)壁進(jìn)料大規(guī)模測試連續(xù)運(yùn)行一定的時(shí)間段（例如至少一 個(gè)月），沿側(cè)壁有凹槽。將板狀氧化鋁構(gòu)成的進(jìn)料在靠近側(cè)壁的位置手動(dòng)送入電解池內(nèi)，以 使氧化鋁被保留在電解池中位置靠近側(cè)壁的凹槽內(nèi)。側(cè)壁輪廓的測量值表明在凹槽上方的 側(cè)壁有最小腐蝕，并且凹槽輪廓測量值表明凹槽在電解池工作期間始終保持其完整性。因 此，手工輸送的氧化鋁保護(hù)了電解池側(cè)壁的金屬-電解液交界面免遭腐蝕。執(zhí)行電解池的 分析檢查以結(jié)論性地得出上述結(jié)果。
[0128] 盡管已經(jīng)詳細(xì)介紹了本實(shí)用新型的各種實(shí)施例，但顯而易見的是本領(lǐng)域技術(shù)人員 能夠得出這些實(shí)施例的變例和修改。但是，應(yīng)該明確地理解，這些變例和修改都落在本實(shí)用 新型的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)。
[0129] 附圖標(biāo)記
[0130] 電解池10
[0131] 陽極 12
[0132] 陰極 14
[0133] 電解液16
[0134] 金屬墊18
[0135] 電解池主體20
[0136] 電氣總線22
[0137] 陽極組件24
[0138] 匯流條40
[0139] 活性側(cè)壁30
[0140] 側(cè)壁38 (例如包括活性側(cè)壁和隔熱封裝）
[0141] 底部 32
[0142] 外殼 34
[0143] 進(jìn)料塊60
[0144] 電解液-空氣的交界面26
[0145] 金屬-電解液的交界面28
【權(quán)利要求】
1. 一種電解池系統(tǒng)，包括： 被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解池，所述電解液包括至少一種電解液成分，所述電 解池包括： 底部，和 由所述至少一種電解液成分構(gòu)成的側(cè)壁；以及 進(jìn)料系統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提供包括所述至少一種電解液成分的進(jìn)料，以使 所述至少一種電解液成分處于2 %的飽和度以內(nèi)， 其中，側(cè)壁通過所述進(jìn)料而在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。
2. -種電解池系統(tǒng)，包括： 被設(shè)置用于保留熔融電解液的電解池主體，所述電解液包括氧化鋁，所述電解池包 括： 底部和由氧化鋁構(gòu)成的側(cè)壁；以及 進(jìn)料系統(tǒng)，被設(shè)置用于向熔融電解液提供包括氧化鋁的進(jìn)料，以使氧化鋁的電解液含 量處于10%的飽和度以內(nèi)， 其中，側(cè)壁通過所述電解液含量而在熔融電解液內(nèi)保持穩(wěn)定。
3. -種電解池，包括： 陽極； 與陽極成間隔開關(guān)系的陰極； 與陽極液體連通的并具有電解液化學(xué)成分的熔融電解液； 電解池主體，包括底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主體被設(shè)置用于 接觸和保留熔融電解液，其中，所述側(cè)壁由作為電解液化學(xué)成分中成分的材料構(gòu)成；以及 進(jìn)料裝置，被設(shè)置用于向熔融電解液內(nèi)提供包括所述成分的進(jìn)料； 其中，所述電解液化學(xué)成分通過進(jìn)料裝置而維持在所述成分的飽和點(diǎn)或接近飽和點(diǎn)， 以使側(cè)壁在熔鹽電解質(zhì)內(nèi)保持穩(wěn)定。
4. 一種電解池，包括： 陽極； 與陽極成間隔開關(guān)系的陰極； 與陽極和陰極液體連通的熔融電解液，其中，所述熔融電解液包括含有至少一種電解 液成分的電解液化學(xué)成分； 電解池主體，其具有底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主體被設(shè)置用 于保留所述熔融電解液，其中，所述側(cè)壁由所述至少一種電解液成分構(gòu)成，所述側(cè)壁進(jìn)一步 包括： 第一側(cè)壁部分，被設(shè)置為安裝到側(cè)壁的隔熱封裝上并保留電解質(zhì)；以及 第二側(cè)壁部分，被設(shè)置為從電解池主體的底部向上延伸， 其中，第二側(cè)壁部分與第一側(cè)壁部分縱向間隔開，以使第一側(cè)壁部分、第二側(cè)壁部分以 及第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間的基底界定出凹槽； 其中，所述凹槽被設(shè)置用于與電解池底部分開地接納保護(hù)性沉積物并且保留保護(hù)性沉 積物； 其中，所述保護(hù)性沉積物被設(shè)置用于從凹槽分解到熔融電解液內(nèi)，以使熔融電解液包 括的所述至少一種電解液成分的水平足以在熔融電解液內(nèi)維持第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁 部分。
5. -種電解池，包括： 陽極； 與陽極成間隔開關(guān)系的陰極； 與陽極和陰極液體連通的熔融電解液，其中，所述熔融電解液包括含有至少一種電解 液成分的電解液化學(xué)成分； 電解池主體，其具有底部和圍繞底部的至少一個(gè)側(cè)壁，其中，所述電解池主體被設(shè)置用 于保留所述熔融電解液，其中，所述側(cè)壁由所述至少一種電解液成分構(gòu)成，所述側(cè)壁進(jìn)一步 包括： 第一側(cè)壁部分，被設(shè)置為安裝到側(cè)壁的隔熱封裝上并保留電解質(zhì)；以及 第二側(cè)壁部分，被設(shè)置為從電解池主體的底部向上延伸，其中，第二側(cè)壁部分與第一側(cè) 壁部分縱向間隔開，以使第一側(cè)壁部分、第二側(cè)壁部分以及第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分 之間的基底界定出凹槽；其中，所述凹槽被設(shè)置用于與電解池底部分開地接納保護(hù)性沉積 物并且保留保護(hù)性沉積物； 其中，所述保護(hù)性沉積物被設(shè)置用于從凹槽分解到熔融電解液內(nèi)，以使熔融電解液包 括的所述至少一種電解液成分的水平足以在熔融電解液內(nèi)維持第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁 部分；以及 引導(dǎo)元件，其中，所述引導(dǎo)元件位于第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間，其中，所述引 導(dǎo)元件在所述凹槽上方橫向間隔開，以使所述引導(dǎo)元件被設(shè)置用于將保護(hù)性沉積物引導(dǎo)到 所述凹槽內(nèi)。
6. -種電解池組件，包括： 電解池側(cè)壁，具有第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分， 其中，第二側(cè)壁部分被設(shè)置為相對于隔熱封裝與第一側(cè)壁部分對齊， 其中，第二側(cè)壁部分被設(shè)置為以階梯式結(jié)構(gòu)從側(cè)壁伸出， 其中，第二側(cè)壁部分包括界定出階梯式結(jié)構(gòu)的上表面和側(cè)面。
7. 如權(quán)利要求6所述的電解池組件，其中，所述上表面被設(shè)置用于提供平面。
8. 如權(quán)利要求6所述的電解池組件，其中，所述上表面被設(shè)置用于提供斜面，其中，所 述斜面包括朝向第一側(cè)壁部分的傾斜部，以通過第二側(cè)壁部分的上表面和第一側(cè)壁部分之 間的配合來提供凹槽。
9. 如權(quán)利要求8所述的電解池組件，其中，所述凹槽被設(shè)置用于在其中保留保護(hù)性沉 積物。
10. 如權(quán)利要求9所述的電解池組件，其中，所述保護(hù)性沉積物從凹槽延伸并且一直延 伸到至少電解液的上表面。
11. 如權(quán)利要求9所述的電解池組件，包括： 引導(dǎo)元件，其中，所述引導(dǎo)元件位于第一側(cè)壁部分和第二側(cè)壁部分之間， 其中，所述引導(dǎo)元件位于所述凹槽的基底上方，其中，所述引導(dǎo)元件被設(shè)置用于將保護(hù) 性沉積物引導(dǎo)到所述凹槽內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求9所述的電解池組件，其中，所述電解池還包括被設(shè)置用于提供凹槽內(nèi) 的保護(hù)性沉積物的進(jìn)料器。
【文檔編號】C25C3/06GK203999841SQ201420115662
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】劉興華, 小D·A·維勞施, F·E·菲爾普斯, J·M·迪尼斯, J·克爾克霍夫, R·A·迪米爾拉 申請人:美鋁公司