BRPI1014153A2 - estoque de alimentação para redução em uma célula eletrolítica, bem como processo de redução de um material precursor para formação de um produto reduzido - Google Patents

Abstract

ESTOQUE DE ALIMENTAÇÃO PARA REDUÇÃO EM UMA CÉLULA ELETROLÍTICA, BEM COMO PROCESSO DE REDUÇÃO DE UM MATERIAL PRECURSOR PARA FORMAÇÃO DE UM PRODUTO REDUZIDO. A invenção refere-se a um estoque de alimentação para redução em uma célula eletrolítica, por exemplo, um estoque de alimentação não-metálico que pode ser reduzido a metal em uma escala comercial. O estoque de alimentação compreende uma pluralidade de elementos tridimensionais que são conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre 35% e 90% de espaço livre (não incluindo qualquer porosidade microscópica dos elementos). Os elementos também são conformados como elementos que podem ser empacotados randomicamente para minimizar qualquer deposição, ordenamento ou alinhamento do estoque de alimentação, que pode de outro modo impedir ou evitar fluxo de fluido e/ou fluxo de corrente através de estoque de alimentação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTOQUE - DE ALIMENTAÇÃO PARA REDUÇÃO EM UMA CÉLULA ELETROLÍTICA,

BEM COMO PROCESSO DE REDUÇÃO DE UM MATERIAL PRECURSOR PARA FORMAÇÃO DE UM PRODUTO REDUZIDO".

Esta invenção refere-se a um estoque de alimentação para re- dução em uma célula eletrolítica, em particular um estoque de alimentação apropriado para redução eletrolítica, por exemplo, para produzir um metal, em contato com um sal fundido.

Antecedentes Em anos recentes tem havido grande interesse na produção di- " reta de metal através de redução de um estoque de alimentação sólido, por exemplo, um estoque de alimentação de óxido de metal sólido. Uma redução de pode ser realizada, por exemplo, para reduzir compostos metálicos ou com- postos semimetálicos a metais, semimetais ou compostos parcialmente re- —duzidos, ou para reduzir misturas de compostos metálicos para formação de ligas ou intermetálicos. De modo a evitar repetição, o termo metal será usa- do neste documento para abranger todos os tais produtos, tais como produ- tos de metais, semimetais, ligas intermetálicas e parcialmente reduzidos. Um tal processo de redução é o processo de eletrodecomposi- çãoFFC Cambridge (como descrito em WO 99/64638). No processo FFC um composto sólido, por exemplo, um óxido metal sólido, é disposto em con- tato com um catodo em uma célula eletrolítica compreendendo um sal derre- tido ou fundido. Um potencial é aplicado entre o catodo e um anodo da célu- la de modo que o composto sólido é reduzido. No processo FFC, o potencial que reduz o composto sólido é menor que um potencial de deposição para um cátion do sal fundido. Por exemplo, se o sal fundido é cloreto de cálcio então o potencial de catodo no qual o composto sólido é reduzido é menor que um potencial de deposição para deposição de cálcio a partir do sal. Outros processos de redução para redução de estoque de ali- mentação na forma de compostos de metais sólidos conectados — catodica- mente foram propostos, como o processo Polar descrito em WO 03/076690. Estoques de alimentação também podem ser reduzidos quimicamente, por exemplo, através de formação eletrolítica de um metal reativo tal como cálcio - ou lítio em um sal fundido. Convencionais implementações do FFC e outros processos de f redução eletrolítica tipicamente envolvem a produção de um estoque de ali- mentação na forma de uma pré-forma ou precursor fabricado de um pulveri- zado do composto sólido a ser reduzido, por exemplo, através de fundição de deslizamento. Esta pré-forma é então cuidadosamente acoplada a um catodo para permitir ocorrência de redução. Uma vez um número de pré- formas tenham sido acopladas ao catodo, o catodo pode ser abaixado no sal fundidoe as pré-formas podem ser reduzidas. (Um exemplo deste processo : de conexão de uma pré-forma a um catodo é ilustrado em WO 03/076690, onde uma pelota de óxido de titânio é suspensa a partir da extremidade de . um catado de arame Kanthanal). Pode ser de trabalho intenso a produção de pré-formas e então liga as mesmas ao catodo. Embora esta metodologia funcione bem em uma escala de laboratório, ela não conduz à produção em massa de metal em uma escala industrial. É um objetivo da invenção prover um estoque de alimentação mais apropriado e processo para redução de um estoque de alimentação. Sumário da Invenção A invenção provê um estoque de alimentação, o uso de um es- toque de alimentação, um processo de redução de um material precursor e um elemento de empacotamento randômico metálico como definidos pelas reivindicações independentes apostas, às quais referência deve ser feita agora. Características preferidas ou vantajosas da invenção são definidas em sub-reivindicações dependentes.

Assim, em um primeiro aspecto a invenção pode prover um es- toque de alimentação para redução em uma célula eletrolítica, o estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos tridimensionais ou pré-formas. Cada elemento é formado de um material apropriado para redução, isto é, cada elemento é um componente consumível que é capaz de ser reduzido dentro de uma célula eletrolítica. O corpo de cada elemento pode ser descrito como sendo formado por paredes do material. Cada ele-

mento pode ter uma espessura de parede máxima de menos que 10 mm, - com os elementos conformados de modo que um volume do estoque de ali- mentação, isto é, um volume formado por uma pluralidade dos elementos 7 empacotados juntos, tem entre 35% e 90% de espaço livre. Pode ser conve- niente referir-se ao estoque de alimentação como tendo entre 35% e 90% de espaço livre por metro cúbico.

Em algumas modalidades específicas os elementos podem ser conformados como anéis ou porções de anéis. Em tais modalidades é claro que os elementos têm uma espessura de parede, isto é, a espessura de ma- terial que constitui o anel. Em outras modalidades os elementos podem ser E formados em formas complexas como paraboloides hiperbólicas ou formas de sela. Em tais modalidades o elemento inteiro é efetivamente uma parede * simples e a espessura de parede, por isso, é simplesmente a espessura de material. Assim, o termo espessura de parede como usado neste pedido de patente refere-se à espessura do material constituindo o elemento estoque de alimentação.

Preferivelmente cada elemento tridimensional constituindo o es- toque de alimentação é conformado para funcionar como um elemento que pode ser randomicamente empacotado, preferivelmente de modo que o es- toque de alimentação seja substancialmente resistente a aninhar e/ou orien- tação. Se um volume dos elementos é empacotado randomicamente então um caminho de fluxo de fluido através de estoque de alimentação, devido ao espaço livre, permanece consistente e previsível. Qualquer orientação dos elementos no estoque de alimentação, incluindo orientação local dentro de regiões do estoque de alimentação, pode resultar no fluxo de fluido através de estoque de alimentação variando de região para região em uma maneira imprevisível. É preferível que um volume do estoque de alimentação não tenha qualquer alinhamento de faixa longa.

Um estoque de acordo com a invenção pode ser vantajosamente usado como um componente consumiível, reativo, em reações de redução realizadas em um sal fundido (isto é, o próprio estoque de alimentação reage para formar um produto reduzido tal como um metal). O estoque de alimen-

tação será inundado com um sal fundido líquido e, por isso, um caminho de - fluxo de fluido aberto e consistente pode prover um número de vantagens.

Uma baixa resistência para o fluxo de fluido permite leitos pro- . fundos de estoque de alimentação serem providos sem significantes efeitos de queda de pressão sobre a profundidade do leito. Uma pequena queda de pressão através da profundidade de um leito de estoque de alimentação sig- nifica que qualquer pressão de bombeamento requerida para manter um flu- xo de sal fundido dentro de aparelhagem de redução pode ser minimizada. A habilidade para reduzir leitos de maior profundidade pode aumentar a produ- tividade de qualquer particular processo de redução. : Um requisito de baixa pressão de bombeamento pode economi- zar custos e espaço que podem ser requeridos para equipamento de bom- * beamento altamente energizado. Baixa pressão de bombeamento também pode ajudar a prevenir fluidização do estoque de alimentação, que pode ser indesejável em algumas reações de redução. Como um exemplo, um esto- que de alimentação formado de elementos esféricos pode requerer uma pressão relativamente alta para manter um fluxo de fluido através de um leito do estoque de alimentação devido à resistência relativamente alta para fluxo de fluido. Aumento de pressão de bombeamento, entretanto, pode resultar nafluidizaçãodo estoque de alimentação antes que uma aumentada taxa de fluxo.

Durante qualquer reação de redução são prováveis existirem produtos de reação que se formam e são transferidos para o fluido circun- dando o estoque de alimentação. Por exemplo, durante redução de um es- toque de alimentação de óxido de metal em um sal fundido, vários óxidos podem ser formados no sal fundido. Se estes produtos de reação não são removidos da região circundando o estoque de alimentação então eles po- dem afetar adversamente o progresso da reação. Um estoque de alimenta- ção que permite um caminho de fluxo de fluido consistente e previsível atra- vés de material durante reação pode permitir que tais produtos de reação sejam mais eficientemente removidos.

É preferido que os elementos de estoque de alimentação sejam fabricados de um material que retenha substancialmente seu formato duran- - te redução. Desta maneira as propriedades de fluxo de fluido do estoque de alimentação são mantidas no produto reduzido. Isto pode prover a vantagem É de que o leito de estoque de alimentação reduzido pode ser rápida e limpa- mente drenado de fluido após término de uma reação de redução. Recupe- ração econômica de um produto é uma parte importante de qualquer pro- cesso industrial. Assim, a habilidade de drenar rapidamente estoque de ali- mentação reduzido e com mínima formação de poça de fluido dentro de es- toque de alimentação reduzido é provável de ser uma grande vantagem, par- ticularmente onde o fluido tem um alto ponto de fusão e é sólido em tempe- : ratura ambiente. Ele então tem de ser lavado do produto, antes que sim- plesmente drenado.

+ Em alguns processos de redução eletrolítica o caminho de fluxo corrente através de um estoque de alimentação pode ser tão importante pa- raareação de redução como fluxo de fluido através de estoque de alimenta- ção, ou mesmo mais importante que fluxo de fluido para a reação de redu- ção. Por exemplo, se um leito de estoque de alimentação é formado para uma profundidade predeterminada sobre a superfície de um catodo de uma célula (preferivelmente um catodo orientado horizontalmente), então para ocorrênciade uma reação de eletrólise ali precisa haver um fluxo de corrente entre o catodo e um anodo dentro de célula. Se o estoque de alimentação está em contato com a maior parte do catodo (isto é, uma alta proporção da . área de superfície do catodo está em contato com estoque de alimentação) então o caminho de fluxo de corrente entre o catodo e o anodo será restrito. Da mesma maneira, se o estoque de alimentação tem uma tendência para orientar ou alinhar então ali podem existir regiões dentro do estoque de ali- mentação que restringem o fluxo de corrente. Preferivelmente deve haver uma distribuição homogênea de ca- minhos de fluxo de corrente através de todas as regiões do estoque de ali- mentação. Por isso, é preferido que o estoque de alimentação permita um caminho de fluxo de corrente contínuo entre um catodo e um anodo, e que o estoque de alimentação proporcione uma baixa resistência ao fluxo de cor-

rente. Em outras palavras, é preferido que o estoque de alimentação propor- f cione um baixo aperfeiçoamento da resistividade elétrica através da profun- didade (ou largura se aplicável, por exemplo, para estoque de alimentação  adjacente a catodo orientado verticalmente) de, ou dentro, um leito do esto- quede alimentação. Estes objetivos podem ser endereçados através de au- mento de espaço livre de um estoque de alimentação e assegurando que o estoque de alimentação não deposita ou alinha para prover regiões de resis- tência para fluxo de corrente.

Ainda uma vantagem que pode resultar do uso de um estoque de alimentação formado de elementos empacotados randomicamente é que : a área de superfície total de um catodo que está em contato com o estoque de alimentação pode ser menor do que pode resultar do uso de outras for- r mas de estoque de alimentação de empacotamento não randômico. Por e- xemplo, onde o estoque de alimentação está em direto contato com um ca- todo, uma camada inicial de elementos em forma de disco do estoque de alimentação pode ser provável de orientar de modo que cada um deles con- tata o catodo com uma das faces de disco. Isto pode resultar em uma gran- de área de contato elemento-para-catodo e reduzir a área do catodo dispo- nível para fluxo de corrente. Camadas subsequentes dos elementos com forma de disco também podem ser prováveis de orientar e contatar a cama- da inicial de elementos de forma de disco com contato face a face. Isto pode resultar em ainda restrição dos caminhos de fluxo de corrente. Os caminhos de fluxo de corrente podem ser completamente restritos através de cobertura de superfície de um catodo com um estoque de alimentação compreenden- dotaiselementos em forma de disco onde a espessura da camada é somen- te de uns poucos elementos de profundidade.

Um estoque de alimentação de elementos de empacotamento randômico, por outro lado, pode ser mais provável de contatar o catodo em um maior número de pontos discretos (por exemplo, entre cantos ou bordas de elementos de estoque de alimentação e a superfície de catodo, que é tipicamente planar), pelo que deixando uma maior área de catodo exposta e disponível para fluxo de corrente.

Muitas formas não podem ser consideradas serem formas de . empacotamento randômico ou terem propriedades de empacotamento ran- dômico. Por exemplo, se elementos individuais de um estoque de alimenta- . ção são tubulares e têm uma razão de comprimento para diâmetro de, por exemplo, 2:1,então uma pluralidade de elementos serão suscetíveis a orde- namento ou alinhamento localizado quando os elementos individuais tende- rão a alinhar na mesma orientação. Se um volume de estoque de alimenta- ção contendo uma pluralidade de tais elementos torna-se ordenado ou ali- nhado desta maneira então o fluxo de fluido em uma direção (na qual os e- lementos estão longitudinalmente) será aumentado devido aos lúmens dos + tubos sendo alinhados, enquanto fluxo de fluido em uma direção perpendicu- lar será impedido. Partículas esféricas também são suscetíveis à deposição f em um arranjo ordenado que aumenta sua densidade de empacotamento e restringe fluxo de fluido e/ou corrente.

Ainda como um exemplo, se elementos individuais de um esto- que de alimentação são formados de uma forma tal como um tubo cônico truncado então os elementos podem ser suscetíveis a serem aninhados. A- ninhamento é um processo no qual uma porção de um elemento pode se projetar no espaço dentro de um outro elemento e é bem conhecido como uma maneira de empilhar múltiplos itens como béchers, cones de trânsito e cadeiras. Aninhamento conduz a algumas regiões de estoque de alimenta- ção tendo uma densidade maior que outras regiões de elementos e também pode conduzir a orientação localizada de elementos dentro de estoque de alimentação.

Assim, exemplos de formas que não são randomicamente em- pacotáveis incluem tubos alongados, esferas, cubos e cuboides, cones trun- cados, discos e cilindros alongados. Muitas das formas tridimensionais como de costume não têm propriedades de empacotamento randômico.

Partículas substancialmente quimicamente inertes que têm pro- — priedades de empacotamento randômico são correntemente usadas como empacotamento em colunas industriais de destilação e absorção. Estas par- tículas de empacotamento randômico da técnica anterior elas próprias não sofrem reação química e são usadas para facilitar contato gás : líquido em r processos industriais. O material formando as paredes dos elementos é um material  precursor que pode ser reduzido em uma célula eletrolítica. Um exemplo preferido pode ser um elemento óxido de metal para redução através de de- soxidação para produzir um produto reduzido ou um produto metálico.

Um objetivo de uso de um estoque de alimentação de acordo com a invenção é eliminar a necessidade de cada elemento individual de material precursor ser individualmente montado ou acoplado em uma célula eletrolítica antes de realização de uma redução. O uso de um estoque de : alimentação de acordo com a invenção vantajosamente pode permitir que o material seja introduzido em uma célula eletrolítica através do ato de deposi- e ção ou vertendo uma camada da desejada profundidade em, ou sobre, uma apropriada porção da célula eletrolítica.

É conhecida a produção de pré-formas tais como grânulos ou pelotas de material precursor para subsequente redução em uma célula ele- trolítica. Tais pré-formas podem ser vertidas em uma camada dentro da célu- la antes de redução. Tais pré-formas são limitadas, entretanto, no tamanho da pré-forma que pode ser reduzido com sucesso em um tempo economi- camente viável e devido a problemas que podem ser causados em proces- samento devido à densidade relativamente alta de uma camada de tais pré- formas. Por exemplo, como descrito acima pode ser difícil reduzir um leito de grânulos ou pelotas tendo uma profundidade de mais que um elemento em espessura devido a restrições ou resistência nos caminhos de fluxo de cor- rente e/ou fluido através do estoque de alimentação.

Os elementos formando o estoque de alimentação da presente invenção são conformados de modo que um volume do estoque de alimen- tação tem um definido espaço livre por m?. Isto significa que, estando você amassando ou vertendo um volume de estoque de alimentação, por exem- — plo, um metro cúbico do estoque de alimentação, em um cesto, entre 35% e 90% daquele metro cúbico podem ser espaço livre. Vantajosamente, tal es- paço livre pode permitir um fluxo livre de líquido através do estoque de ali-

mentação. O estoque de alimentação tipicamente será imerso em um sal - fundido durante uma redução eletrolítica e o fluxo do sal fundido através de elementos depositados ou vertidos pode ser importante para a velocidade e à eficiência da redução de estoque de alimentação, por exemplo, auxiliando a remoção de qualquer óxido de metal reativo que seja formado. (Como um exemplo, onde um sal cloreto de cálcio é usado no processo de redução óxi- do de cálcio pode ser formado como um produto de reação). Além disso, o espaço livre pode prover um caminho de fluxo de corrente através de esto- que de alimentação, que pode ser desejável em alguns tipos de processos de celetrorreduçãoi.

.: Um volume de estoque de alimentação que foi depositado ou vertido sobre uma superfície, por exemplo, sobre uma superfície de catodo, " ou em um espaço pode ser chamado um estoque de alimentação deposita- do.

É notado que qualquer porosidade dentro do material que forma cada elemento (por exemplo, dentro de parede ou paredes de cada elemen- to) não é considerada formar parte de espaço livre do estoque de alimenta- ção. Por exemplo, considerar dois diferentes estoques de alimentação for- mados por uma pluralidade de elementos de forma e tamanho idênticos. O espaço livre definido pelos dois estoques de alimentação não varia se a po- rosidade do material dos elementos é diferente em cada estoque de alimen- tação. Se as paredes dos elementos de um estoque de alimentação são formadas de um material substancialmente denso e as paredes dos elemen- tos constituindo o outro estoque de alimentação são formadas de um materi- —altendo 50% de porosidade, o espaço livre definido por cada um dos esto- ques de alimentação ainda é o mesmo. Assim, o espaço livre definido por um volume de um estoque de alimentação é uma função das dimensões macroscópicas dos elementos constituindo aquele estoque de alimentação e não é variável para outros parâmetros como densidade do material constitu- indoo estoque de alimentação. O espaço livre como definido neste pedido de patente pode ser referido como espaço livre empacotado.

A espessura de parede máxima de elementos no estoque de a-

limentação pode ser maior que 10 mm em algumas circunstâncias, mas é E previsto que a taxa de redução de elementos com maiores espessuras de pares pode proceder em uma taxa antieconômica e por isso é vantajoso que É a espessura de parede máxima para maioria de aplicações seja de menos queilomm Da mesma maneira, é possível que elementos sejam conforma- dos de modo que o espaço livre seja maior que 90%. Entretanto, aumento de porcentagem de espaço livre além de 90% correspondentemente diminui- rá o volume de material por volume unitário de estoque de alimentação que é disponível para redução. Assim, o espaço livre ótimo do estoque de ali- : mentação é uma escolha entre o desejo de ótimo fluxo de fluido e/ou cami- nho de fluxo de corrente através de estoque de alimentação e o desejo de , reduzir uma massa economicamente viável de material em cada célula parti- cular.

Preferivelmente cada elemento tem uma espessura ou espessu- ra de parede de menos que 15 mm ou menos que 10 mm, por exemplo, en- tre 0,25 mm e 5 mm, preferivelmente entre 0,5 mm e 3 mm, particularmente preferivelmente entre 1 mm e 2 mm. Como descrito acima, a espessura de parede pode simplesmente ser a espessura do material que forma o elemen- to. Elementos com tais espessuras de parede podem ser reduzidos eletro/iti- camente em razoáveis estruturas de tempo, em um processo comercial, quando o caminho de difusão máximo em tais materiais será baixo.

Pode ser vantajoso, particularmente onde espessuras de pare- des estão na direção de extremidade superior das faixas definidas, que as paredes que formam cada elemento sejam porosas. Em outras palavras, o corpo de material do qual os elementos são fabricados tem porosidade. Será apreciado por aqueles versados na técnica que as seguintes referências à porosidade referem-se à porosidade aberta. Tal porosidade permite penetra- ção de um líquido, por exemplo, de um sal fundido, no corpo do elemento enquanto poros fechados não permitem. Esta porosidade pode reduzir cami- nhos de difusão dentro do elemento e pelo que aumentar taxas de redução. É preferível, por isso, que qualquer porosidade seja porosidade aberta co-

nectando com uma superfície do elemento. - Onde um elemento constituindo o estoque de alimentação é po- roso, é preferível que a porosidade esteja entre cerca de 10% e 70%, parti- ' cularmente preferivelmente entre 25% e 45%. Tais faixas de porosidade po- dem permitir que sal fundido infilttre no corpo dos elementos enquanto os elementos retêm uma adequada resistência mecânica para sofrerem redu- ção sem significante quebra.

Valores preferíveis para porcentagem de espaço livre por volu- me unitário de estoque de alimentação, preferivelmente estoque de alimen- tação depositado ou vertido, estão entre 50% e 80%, preferivelmente entre : 55% e 75%, e particularmente preferivelmente entre 60% e 70%. É notado, para evitar dúvidas, que qualquer porosidade que esteja presente dentro de r corpo de um elemento não é contada como parte do espaço livre por volume unitário do estoque de alimentação.

Pode ser vantajoso que o estoque de alimentação tenha uma grande razão de área de superfície para volume. Preferivelmente a área de superfície do estoque de alimentação está entre 2000 m? e 200 m? por mº, : preferivelmente entre 1500 m? e 400 m? por mº, particularmente preferivel mente entre 1000 m? e 600 m? por m?. As áreas de superfície cotadas são as áreas de superfície macroscópica, isto é, variações microscópicas em topologia e superfícies internas resultantes de porosidade de material não são levadas em conta. É provável que na maioria das reações a taxa de re- dução na superfície de um elemento possa exceder a taxa de redução den- tro do volume do elemento. Assim, através de aumento de razão de área de superfície para volume do estoque de alimentação, a taxa total de redução pode ser aumentada.

É preferível que o estoque de alimentação seja um estoque de alimentação para uso em uma célula de eletrorredução, por exemplo, em uma célula de eletrorredução para redução de acordo com o processo FFC parao processo Polar. O estoque de alimentação pode ser usado, por e- xemplo, em um processo de redução química, por exemplo, um processo de redução térmica de cálcio ou de metal reativo.

Pode ser vantajoso que os elementos compreendendo o estoque - de alimentação sejam formados a partir de um material pulverizado. Muitos processos de processamento de pulverizado são conhecidos e podem ser fg usados para produção de um estoque de alimentação de acordo com a in- venção, por exemplo, através de prensagem, moldagem, fusão deslizante, ou extrusão. Elementos produzidos através de processamento de pulveriza- E do podem ser sinterizados durante sua produção para provimento dos mes- mos com a requerida resistência mecânica para atuação como um estoque de alimentação e também para controle de níveis de porosidade nos ele- mentos dentro de limites predeterminados. " O estoque de alimentação pode ser formado a partir de um composto entre pelo menos uma espécie metal e uma espécie não metal. Por exemplo, o estoque de alimentação pode ser vantajosamente formado de um óxido de metal ou mistura de óxidos de metais ou de uma mistura de um ou mais óxidos de metais e um ou mais metais. Assim, os elementos constituindo o estoque de alimentação podem ser formados através de pro- cessamento de pulverizado de um pulverizado que contém uma mistura de óxidos de metais e pulverizado de metal. Os elementos do estoque de ali- mentação também podem ser constituídos de uma mistura de minérios ocor- rendo naturalmente e/ou, outros componentes, por exemplo, óxidos e sulfe- tos.

Quase qualquer óxido de metal pode ser capaz de redução u- sando um processo de eletrólise e por isso pode ser usado para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção. Em particular, o estoque de alimentação pode compreender um ou mais óxidos selecionados do grupo consistindo em berílio, boro, magnésio, alumínio, silí- cio, escândio, titânio, vanádio, cromo, manganês, ferro, cobalto, níquel, co- bre, zinco, germânio, ítrio, zircônio, nióbio, molibdênio, háfnio, tântalo, tungs- tênio, e os lantanídeos incluindo lantânio, cério, praseodímio, neodímio, sa- mário, eos actinídeos incluindo actínio, tório, protactínio, urânio, neptúnio e plutônio. O produto de um processo de redução pode compreender qualquer um destes metais, ou uma liga ou intermetálico compreendendo qualquer um destes materiais. . Uma forma de elemento particularmente preferível para forma- ção de estoque de alimentação é um elemento com forma de tubo ou subs- É tancialmente com forma de anel. Tais elementos podem ser fabricados, por exemplo, através de extrusão de uma pasta pulverizada. Os elementos po- dem não formar um anel contínuo, mas podem ser um anel partido, isto é, os E elementos podem ser ou anel ou tubo tendo um perfil com "forma de C" an- tes que um perfil com "forma de O".

Preferivelmente o diâmetro de qualquer tal anel ou tubo (ambos perfis, "forma de O" e "forma de C") é substancialmente o mesmo como a | altura do anel ou tubo. Isto pode permitir que o elemento funcione como um elemento que pode ser empacotado randomicamente e pode permitir que um número de camadas de tais elementos entrelacem, ou empilhem rando- micamente juntas mantendo uma previsível porcentagem de espaço livre. Se arazão de aspecto de um elemento com forma de tubo foi tal que o diâmetro do tubo foi muito diferente de sua altura, então os elementos podem ser pro- pensos a alinhamento e a serem aninhados, e isto pode alterar o espaço livre de um volume de tais elementos em diferentes locais ou regiões dentro de um volume do estoque de alimentação.

Idealmente a razão de aspecto (comprimento : diâmetro) de a- néis, anéis e tubos divididos deve ser 1:1 mas pode variar levemente, por exemplo, 1:1 +/- 0,5 (em outras palavras uma razão de aspecto de entre 0,5:1 6 1:0,5).

Vantajosamente o diâmetro do anel ou tubo pode estar entre 3 mme20 mm, preferivelmente entre 5 mm e 10 mm, preferivelmente cerca de 6 mm ou cerca de 7 mm.

Em um segundo aspecto, a invenção pode prover o uso de ele- mentos que podem ser empacotados randomicamente como um estoque de alimentação para uma reação de redução, onde os elementos têm entre 35% e90% de espaço livre por volume unitário. Espaço livre é como definido acima em relação ao primeiro aspecto da invenção e não inclui qualquer po- rosidade dentro do material formando cada elemento.

Em um terceiro aspecto, a invenção pode prover um processo - de redução de um material precursor para formar um produto reduzido.

O processo pode compreender as etapas de formação de um estoque de ali- Ú mentação sólido a partir do material precursor, o estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre 35% e 90% de espaço |i- vre, disposição de uma camada do estoque de alimentação tendo uma es- pessura predeterminada em contato com um catodo e um sal fundido dentro de uma célula eletrolítica, e aplicação de um potencial entre um anodo da célulaeo catodo suficiente para causar redução do estoque de alimentação.

Y Preferivelmente o estoque de alimentação nos segundo e tercei- ro aspectos é qualquer estoque de alimentação como descrito acima. ' O processo é de particular benefício onde a redução é realizada em uma célula eletrolítica tendo um arranjo de catodo que permite que o contato com o estoque de alimentação seja mantido por gravidade.

Exem- plos de tais catodos incluem um catodo tendo uma estrutura semelhante à bandeja ou semelhante a cesto onde o estoque de alimentação pode ser disposto em contato com o catodo através de estoque de alimentação sendo depositado ou vertido no cesto ou sobre a bandeja.

Ainda um exemplo de uma estrutura de catodo pode ser onde a célula eletrolítica tem uma superfi- cie de catodo disposta horizontalmente e o estoque de alimentação pode ser disposto em contato com o catodo vertendo ou depositando o estoque de alimentação sobre esta superfície para uma profundidade predeterminada.

Uma vantagem para o uso de um estoque de alimentação de acordo com a invenção em conjunção com uma tal célula eletrolítica pode ser que a complicada e algumas vezes cara operação de ligação de cada elemento ou elementos de um estoque de alimentação a um catodo pode ser eliminada.

O estoque de alimentação pode ser disposto na célula eletrolí- tica simplesmente vertendo ou depositando o mesmo na apropriada porção da célulae,damesma maneira, o produto reduzido da redução eletrolítica pode ser removido da célula vertendo o mesmo da célula.

Preferivelmente o sal fundido é um sal haleto compreendendo um metal de grupo 1 ou grupo 2, por exemplo, um sal cloreto de cálcio ou . um sal cloreto de lítio.

Pode ser particularmente preferível que o sal de metal fundido ainda compreenda um óxido de metal de grupo 1 ou grupo 2. Assim, É no exemplo onde o sal fundido é cloreto de cálcio, o sal ainda pode compre- ender uma porção de óxido de cálcio dissolvido no sal.

Da mesma maneira, se é usado um sal cloreto de lítio, o sal ainda pode compreender óxido de lítio dissolvido no sal.

Composições mistas de sais e óxidos também podem ser usa- das para os propósitos de redução de estoque de alimentação.

Alguns processos de redução podem somente operar quando o e sal fundido ou eletrólito usado no processo compreende uma espécie metáli- ca (um metal reativo) que forma um óxido mais estável que o óxido metálico - ou composto sendo reduzido, isto, o óxido ou composto que forma o estoque de alimentação.

Tal informação é facilmente disponível na forma de dados termodinâmicos, especificamente dados de energia livre de Gibbs, e podem ser convenientemente determinados a partir de um diagrama Ellingham pa- drão ou diagrama de predominância ou diagrama de energia livre de Gibbs.

Dados termodinâmicos sobre estabilidade de óxido e diagramas de Ellin- gham são disponíveis para, e entendidos por, eletroquímicos e metalurgistas extrativos (aqueles versados na técnica neste caso podem estar bem cientes de tais dados e informações). Assim, um eletrólito preferido para um processo de redução po- de compreender um sal de cálcio.

Cálcio forma um óxido mais estável que a maioria de outros metais e pode por isso atuar para facilitar redução de qualquer óxido de metal que seja menos estável que óxido de cálcio.

Em outros casos, sais contendo outros metais reativos podem ser usados.

Por exemplo, um processo de redução de acordo com qualquer aspecto da in- venção aqui descrita pode ser realizado usando um sal compreendendo lítio, sódio, potássio, rubídio, césio, magnésio, cálcio, estrôncio, bário, ou ítrio. —Cloretos ou outros sais podem ser usados, incluindo mistura de cloretos ou outros sais.

O processo adicionalmente pode compreender uma etapa de escoamento de sal fundido sobre e/ou através de estoque de alimentação.

O . ; movimento contínuo de sal fundido sobre a superfície do estoque de alimen- tação durante uma reação de eletrólise pode aumentar eficiência da reação.

 O espaço livre dentro de estoque de alimentação pode permitir vantajosa- mentea passagem de um fluxo de sal fundido através de estoque de alimen- tação relativamente não inibido.

Isto pode, vantajosamente, evitar que quaisquer porções de sal fundido sejam estagnadas dentro de regiões do estoque de alimentação e interrompam o desenvolvimento de metal reativo / óxido de cálcio.

O espaço livre também pode prover múltiplos caminhos de fluxo de corrente através do estoque de alimentação.

Empacotamento ran- " dômico do estoque de alimentação pode resultar em uma distribuição homo- gênea de espaço livre através de um volume de estoque de alimentação e, t por isso, pode significar que corrente pode fluir uniformemente por todo es- toque de alimentação.

Isto é particularmente importante em um processo comercial, para assegurar que as mesmas condições de reação podem ser previsível e consistentemente aplicadas a todas as regiões do estoque de alimentação.

Em um quarto aspecto, a invenção pode prover um elemento de empacotamento randômico metálico.

Elementos de empacotamento randô- micosãocomumente usados em processamento químico, por exemplo, para empacotamento de colunas de destilação.

A invenção pode prover vantajo- samente um processo de produção de um elemento de empacotamento ran- dômico metálico através de redução de um elemento não metálico na forma de um elemento de empacotamento randômico.

Durante a redução do ele- mento não metálico, o elemento pode reter sua forma e assim formar um produto que é um elemento de empacotamento randômico metálico.

Partícu- las ou elementos de empacotamento randômico para uso como empacota- mento de coluna (por exemplo, em colunas de destilação) devem ser inertes.

Também é preferível que o material tenha baixa densidade, de modo a redu- ziramassade uma coluna enchida com os elementos.

Muitos metais e ligas podem satisfazer estes critérios.

Por exemplo, titânio e ligas de titânio po- dem ser particularmente apropriados para uso como um material de empa-

cotamento de coluna mas não são correntemente usados para o propósito . devido ao custo. A invenção pode, assim, prover um meio de produção efici- ente de tais elementos de empacotamento randômico. É A formação de um elemento de empacotamento randômico me- tálico através de processamento de pulverizado de um óxido de metal ou pulverizado cerâmico seguido por redução eletrolítica pode permitir a forma- ção de elementos de empacotamento randômicos tendo formas que são difí- ceis de serem formadas através de outros meios, ou formadas a partir de metais e/ou de composições de metais não anteriormente usadas ou mesmo consideradas para uso como elementos de empacotamento. k Modalidades Específicas da Invenção Modalidades específicas da invenção serão agora descritas com - referência às figuras onde: A figura 1 é uma ilustração em perspectiva de um primeiro ele- mento tridimensional para constituição de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

A figura 1A é uma ilustração de um estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos tridimensionais como mos- trado na figura 1.

A figura 1B é uma ilustração mostrando o estoque de alimenta- ção de figura 1A após redução para metal.

A figura 2 é uma vista plana do elemento de figura 1.

A figura 3 é uma vista plana de um segundo elemento para constituição de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

A figura 4 é um diagrama esquemático de uma célula de eletróli- se para redução de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

A figura 5 é um diagrama esquemático de uma célula de eletróli- se bipolar para redução de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

A figura 6 ilustra uma porção da célula bipolar de figura 5.

A figura 7a ilustra uma vista em perspectiva de um terceiro ele- à mento apropriado para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com a invenção. : A figura 7B ilustra uma vista lateral do elemento de figura 7a. A figura 7c ilustra uma vista frontal do elemento de figura 7a.

A figura 7d ilustra uma vista plana do elemento de figura 7a.

A figura 8a ilustra uma vista em perspectiva de um quarto ele- mento apropriado para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com a invenção.

A figura 8b ilustra uma vista lateral do elemento de figura 8a.

e A figura 8c ilustra uma vista frontal do elemento de figura 8a.

A figura 8d ilustra uma vista plana do elemento de figura 8a.

F Uma modalidade específica de um estoque de alimentação e processo de redução de estoque de alimentação será agora descrita no con- texto de um estoque de alimentação para produção de titânio metálico atra- vés de eletrodesoxidação de dióxido de titânio (TiO>).

A figura 1 ilustra um elemento de dióxido de titânio simples 10 formando parte de um estoque de alimentação. O elemento está na forma de um anel tendo uma altura, ou comprimento, (marcado como h na figura 1) queécercade6 mm +/-0,5mm e um diâmetro externo (d) que é cerca de 6 mm +/- 1,0 mm. A espessura de parede do elemento (t) é cerca de 1 mm +/- É 0,5 mm. Assim, o elemento está na forma de um anel tendo substancialmen- te a mesma altura (comprimento) e diâmetro. O peso de cada elemento quando fabricado de TiO, é cerca de 0,2 g.

Um estoque de alimentação de acordo com a invenção é consti- tuído por uma pluralidade de tais anéis 10 (ver figura 1A), e a razão de as- pecto dos anéis de aproximadamente 1:1 proporciona ao estoque de alimen- tação a propriedade de empacotamento randômico, isto é, um volume do estoque de alimentação não tem qualquer faixa longa de alinhamento.

O estoque de alimentação é fabricado por extrusão de uma pas- ta de dióxido de titânio. A pasta é formada através de mistura de pulverizado de dióxido de titânio tendo um tamanho de partícula médio (Dso) de 1 micro-

metro e um ligante. A pasta é extrudada e fatiada para formação de uma . pluralidade de pré-formas de elementos e estas pré-formas são então sinte- rizadas em aproximadamente 1050 +/- 50ºC por um período de cerca de 4 É horas para remover o ligante e consolidar as pré-formas. Os elementos re- — sultantes consistem em dióxido de titânio substancialmente puro tendo uma porosidade de cerca de 40%. Ou seja, o material constituindo o corpo, ou paredes, de cada elemento tem uma porosidade de cerca de 40%.

Um volume de um metro cúbico dos elementos tem uma área de superfície de aproximadamente 1000 m? (ou seja a área de superfície do elemento não incluindo qualquer porosidade que as paredes do elemento : possam ter; isto é, a superfície topológica macroscópica). Quando seus ele- mentos constituintes são empacotados randomicamente, a densidade de número dos elementos no estoque de alimentação é cerca de 3 000 000 por m?, o estoque de alimentação tem um espaço livre (também chamado volu- meou vazio livre) de cerca de 75% (isto é, o volume livre é cerca de 0,75 mº por mº? de estoque de alimentação). Espaço livre do estoque de alimentação não inclui qualquer porosidade dentro do material constituindo o corpo de cada elemento, como descrito acima. Neste caso específico os elementos do estoque de alimentação são anéis e o espaço livre é uma função da altura, diâmetro externo e espessura de parede dos anéis.

Muitas formas diferentes de elemento podem ser usadas para provimento de um estoque de alimentação tendo o desejado espaço livre por mº.

A figura 3 ilustra uma vista plana de um elemento alternativo 100 que está na forma de um anel dividido. As dimensões de espessura de pa- rede e diâmetro, altura / comprimento de anel dividido, e por isso a razão de aspecto, são as mesmas como para o anel ilustrado nas figuras 1 e 2, a dife- rença sendo que o anel, em vista plana, está na forma da letra "C", As figuras 7a a 7d ilustram ainda uma forma de elemento alter- nativa 120 para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção. Este elemento está na forma de um pseudossemi- círculo. Esta forma complexa pode ser definida por um primeiro diâmetro (d1)

um segundo, ou externo, diâmetro (da) e uma espessura de parede (t;). A . altura (h1) é metade do segundo diâmetro (da). Como um exemplo específi- co, para um estoque de alimentação formado a partir de elementos tendo um S primeiro diâmetro (di) de 12 mm, um segundo diâmetro (d») de 20 mm e uma espessura de parede (t) de 2 mm, a área de superfície específica é cerca de 650 m? por m?, a densidade de número de elementos é cerca de 610 000 por m?, e o espaço livre do estoque de alimentação é cerca de 68% (isto é, o vazio é cerca de 0,68 m? por m? de estoque de alimentação).

As figuras 8a a 8d ilustram ainda uma forma alternativa de ele- mento 130 para constituição de um estoque de alimentação de acordo com : um aspecto da invenção. O elemento 130 está na forma de uma sela. A es- pessura de parede (t;) da forma de sela é efetivamente a espessura — atra- j vês do material formando a sela. Comprimento (!), largura (w) e altura (h2) da sela preferivelmente têm uma razão de aproximadamente 1:1:1.

Onde uma sela como ilustrada em figuras 8a a 8d tem uma lar- gura, comprimento e profundidade de cerca de 19 mm, a área de superfície de um estoque de alimentação formado pelos elementos pode ser aproxi- madamente 225 m? por m?, a densidade de número de partículas pode ser cerca de 84 000 por m?, e o espaço livre de um volume do estoque de ali- mentação pode ser cerca de 58% (isto é, o volume livre ou vazio é cerca de 0,58 m? por m? de estoque de alimentação).

Embora a específica modalidade descrita acima refira-se a um estoque de alimentação constituído por uma pluralidade de elementos de dióxido de titânio, é notado que o estoque de alimentação pode ser fabricado de uma pluralidade de elementos de qualquer composição que seja reduzi- vel em uma célula eletrolítica. Por exemplo, o estoque de alimentação pode ser fabricado de outros óxidos como óxido de tântalo ou óxido de nióbio, ou de misturas de óxidos, ou de uma mistura de óxidos e metais, ou outros compostos capazes de serem reduzidos, por exemplo, sulfetos. Também — pode ser possível, por exemplo, produzir elementos de estoque de alimenta- ção diretamente de minérios ocorrendo naturalmente.

Onde é desejado produzir titânio, o estoque de alimentação po-

de ser um titanato, por exemplo, um titanato de cálcio, e similarmente onde é . desejado produzir metal tântalo, então o estoque de alimentação pode ser um tantalato, por exemplo, um tantalato de cálcio. É A figura 4 é uma ilustração esquemática de uma célula eletrolíiti- ca pararedução de um estoque de alimentação de acordo com a invenção. A célula ilustrada na figura 4 é usada para reduzir o estoque de alimentação de dióxido de titânio descrito acima a titânio usando o processo de eletrode- composição Cambridge FFC.

A célula 400 compreende um banho de sal 410 contendo cloreto de cálcio fundido 420 (CaCb; tendo teor de CaO de até 11% em peso). Um 3 anodo de carbono 430 é imerso no sal fundido e conectado a um suprimento de energia 440. Uma estrutura de catodo semelhante a cesto 450 também . está acoplada ao suprimento de energia. O catodo semelhante a cesto 450 forma um cesto para recepção de estoque de alimentação.

Um volume de estoque de alimentação é vertido na estrutura de catodo semelhante a cesto 450 e por isso posto em contato com a estrutura de catodo em um número de pontos (entre bordas e cantos do estoque de alimentação e a superfície do catodo). Uma vez o catodo semelhante a cesto tenha sido carregado com um volume do estoque de alimentação 460, o ces- toe estoque de alimentação podem ser abaixados no sal fundido de modo que o estoque de alimentação, ou pelo menos uma porção do estoque de alimentação, está em contato com ambos, a estrutura de catodo e o sal fun- dido.

De modo a reduzir o estoque de alimentação, é aplicada uma voltagem entre o anodo e o catodo suficiente para remover oxigênio do es- toque de alimentação. A voltagem é mantida de modo que oxigênio é remo- vido do estoque de alimentação mas cálcio não é depositado sobre o catodo em forma metálica.

Pode ser vantajoso controlar a voltagem de célula através de re- ferênciaa um eletrodo de referência disposto na célula. Uso de um eletrodo de referência não é essencial, entretanto.

O estoque de alimentação de acordo com a invenção pode ser particularmente vantajoso quando usado em conjunção com uma célula ele- fi trolítica tendo um elemento catodo disposto substancialmente horizontal- mente, por exemplo, um elemento catodo em uma célula bipolar. Uma des- Á crição de uma tal célula é como se segue, com referência às figuras 5 e 6.

A figura 5 é um diagrama esquemático de uma célula bipolar a- propriada para realizar uma eletrorredução tipo FFC sobre um estoque de alimentação como descrito acima. A aparelhagem 500 compreende um invó- lucro substancialmente cilíndrico 520 tendo uma base circular de 150 cm de diâmetro e uma altura de 300 cm. O invólucro tem paredes fabricadas de aço inoxidável definindo uma cavidade ou espaço interno, e uma entrada “i 530 e uma saída 540 para permitir que sal fundido escoe para dentro e para fora do invólucro. As paredes de invólucro podem ser fabricadas de qualquer material apropriado. Tais materiais podem incluir aços carbono, aços inoxi- dáveis, e ligas de níquel. A entrada de sal fundido 530 é definida através de uma porção inferior da parede de invólucro e a saída de sal fundido 540 é definida através de uma porção superior da parede de invólucro. Assim, em uso, sal fundido flui no invólucro em um ponto inferior e flui ascendentemen- te através de invólucro eventualmente passando para fora do invólucro atra- vés da saída.

As paredes internas do invólucro são revestidas com alumina para assegurar que as superfícies internas do invólucro são eletricamente isolantes.

Um anodo 550 está disposto dentro de uma porção superior do invólucro. O anodo é um disco de carbono tendo um diâmetro de 100 cm e uma espessura de 5 cm. O anodo está acoplado a um suprimento de eletri- cidade via um acoplamento elétrico 550 que se estende através de parede do invólucro.

Um catodo 550 está disposto em uma porção inferior do invólu- cro. O catodo é uma placa circular de uma liga de metal inerte, por exemplo, tântalo, molibdênio, ou tungstênio tendo um diâmetro de 100 cm. A escolha de material de catodo pode ser influenciada pelo tipo de estoque de alimen- tação sendo reduzido. O produto reduzido preferivelmente não reage com ou adere substancialmente ao material de catodo sob condições de operação . de célula. O catodo 550 está conectado a um suprimento elétrico através de um acoplamento elétrico 565 que se estende através de uma porção inferior  da parede de invólucro. A circunferência do catodo é ligada por um anel es- tendendo-se ascendentemente formando uma superfície superior semelhan- te à bandeja para o catodo.

A superfície superior do catodo 560 suporta um número de membros de separação eletricamente isolantes 570 que atuam para suportar um elemento bipolar 580 diretamente acima de catodo. Os membros de se- paração são colunas de óxido de ítrio ou óxido de alumínio tendo uma altura e de 10 cm. É importante que os membros de separação sejam eletricamente isolantes e substancialmente inertes nas condições de operação da apare- f lhagem. Eles também têm de ser capazes de suportar o peso de uma pilha de células compreendendo uma pluralidade de elementos bipolares. Os membros de separação são espaçados uniformemente ao redor de circunfe- rência do catodo e suportam o elemento bipolar 580 imediatamente acima de catodo.

Cada elemento bipolar 580 é formado de uma estrutura compó- sita tendo uma porção superior catódica 590 e uma porção inferior anódica

5100. Em cada caso a porção anódica é um disco de carbono de 100 cm de diâmetro e 3 cm de espessura e a porção superior catódica 590 é uma placa metálica circular tendo diâmetro de 100 cm e um anel ou flange periférico estendendo-se ascendentemente de modo que a porção superior da porção catódica 590 forma uma bandeja.

A aparelhagem compreende um empilhamento de dez tais ele- mentos bipolares 580, cada elemento bipolar suportado verticalmente acima do último por meio de membros de separação eletricamente isolantes 570. (Para clareza somente 4 elementos bipolares são mostrados na ilustração esquemática de figura 5). A aparelhagem pode compreender tantos elemen- tos bipolares quanto requeridos posicionados dentro de invólucro e vertical- mente espaçados um do outro entre o anodo e o catodo. Cada elemento bipolar é eletricamente isolado dos outros. O elemento bipolar mais alto 581 não suporta qualquer um dos membros de separação eletricamente isolan- " tes e está posicionado verticalmente abaixo de anodo terminal 550. A superfície superior do catodo terminal 560 e as superfícies su- É periores de cada um dos elementos bipolares atuam como um suporte para oestoquede alimentação 5110. O estoque de alimentação 5110 é formado de uma pluralidade de anéis de dióxido de titânio, como descrito acima e como ilustrado em figuras 1 e 2. O estoque de alimentação é livremente ver- tido, ou depositado, sobre a superfície superior de cada suporte catódico para uma profundidade de 4 cm. O anel ou flange estendendo-se ascenden- temente que liga a superfície superior de cada elemento catódico atua para : reter o estoque de alimentação sobre a superfície superior de cada elemento para a requerida profundidade. Quando depositado sobre as superfícies ca- * tódicas, o estoque de alimentação tem um àrranjo substancialmente randô- mico de seus elementos constituintes, e assim apresenta um espaço livre relativamente consistente independente de qual elemento catodo o estoque de alimentação está em contato.

Um processo de redução de estoque de alimentação (isto é, o estoque de alimentação descrito acima em relação às figuras 1 e 2) usando uma célula bipolar será agora descrito.

Existe um número de maneiras de carregar a aparelhagem com o estoque de alimentação, e o seguinte é somente um exemplo. O invólucro é aberto, por exemplo, através de remoção de uma tampa ou abertura no invólucro que acessa a porção interna do invólucro. Um volume de estoque de alimentação é vertido, ou depositado, sobre o catodo terminal disposto em uma porção inferior do invólucro, de modo que a superfície do catodo terminal seja coberta com estoque de alimentação para uma profundidade de 4 cm. Como o estoque de alimentação tem altura / comprimento e diâme- tro que são ambos 6 mm +/- 0,5 mm, o estoque de alimentação é cerca de 7 a 8 camadas de espessura em uma profundidade de 4 cm. O estoque de alimentação é evitado de rolar da superfície do catodo pelo anel ligando a superfície do catodo.

Um elemento bipolar é então suportado acima de catodo pelos membros de separação eletricamente isolantes 570 que descansam sobre a h superfície superior do catodo 560. Um volume de estoque de alimentação é então depositado sobre a superfície do elemento bipolar até a superfície su- f perior do elemento bipolar 580 ser coberta com estoque de alimentação para uma profundidade de 4 cm.

Como descrito em relação ao catodo 560, o es- toque de alimentação é mantido sobre a superfície superior do elemento bi- polar através de um anel estendendo-se ascendentemente ligando a super- fície superior, catódica, 590 do elemento bipolar 580. Este processo é novamente repetido para cada elemento bipolar constituindo o empilhamento de células bipolares.

Cada novo elemento bipo- b lar é suportado em separação vertical do elemento bipolar inferior por meio de membros de separação eletricamente isolantes, e estoque de alimenta- A ção é aplicado à superfície do elemento bipolar.

Quando todos os elementos bipolares foram dispostos (por exemplo, dez elementos bipolares espaçados verticalmente constituindo um empilhamento de células bipolares), o anodo terminal 550 é disposto acima de elemento bipolar terminal mais alto 581, e o invólucro é selado, por exemplo, recolocando a tampa ou fechando a aber- tura de acesso.

A figura 6 ilustra os componentes de uma célula unitária do em- pilhamento de células bipolares.

A célula unitária consiste em membros de separação eletricamente isolantes de óxido de ítrio 570. Estes membros de separação são de 10 cm de comprimento.

A porção inferior, anódica, do e- lemento bipolar 5100 é um disco ou placa de carbono de 3 cm de espessura tendo um diâmetro de 100 cm, e é suportado em cima dos membros de se- paração.

Em cima de porção anodo de carbono 5100 está a porção superior ou catódica do elemento bipolar 590 que está na forma de uma bandeja de titânio tendo um diâmetro de 100 cm.

A área de superfície da bandeja é a- proximadamente de 0,78 m? e o estoque de alimentação de dióxido de titã- nio 5110 é suportado sobre esta superfície.

Um apropriado sal fundido para realização de redução eletrolíti- ca de muitos diferentes materiais de estoque de alimentação pode compre- ender cloreto de cálcio.

No específico exemplo de uma redução de dióxido de titânio, um sal preferido é cloreto de cálcio contendo entre cerca de 0,3 a - 0,6% de óxido de cálcio dissolvido.

O sal é aquecido para um estado fundido em um cadinho ou re- Ê servatório separado (não mostrado) que é acoplado ao invólucro por meio de um circuito de sal fundido. O circuito compreende tubulação fabricada de grafite, carbono vítreo ou uma apropriada liga de metal resistente à corrosão através da qual o sal fundido pode ser feito fluir, por exemplo, por meio de uma bomba. É indesejável bombear sal fundido na temperatura de trabalho (por exemplo, entre 700ºC e 1100ºC) diretamente no invólucro enquanto o . invólucro está em temperatura ambiente. Por isso, o invólucro é primeiro a- quecido. Gás inerte quente é passado através do invólucro por meio de en- fá tradas e saídas de gás quente (não mostradas) e o fluxo de gás quente atra- vés de invólucro aquece a porção interna do invólucro e os elementos conti- dos na porção interna do invólucro. Este processo também tem o efeito de Purgar a célula de indesejáveis oxigênio e nitrogênio atmosféricos. Quando a porção interna do invólucro e elementos ali contidos atingiram uma tempera- tura suficiente, por exemplo, uma temperatura igual a, ou próxima da, tempe- ratura do sal fundido, válvulas no circuito de fluxo de sal fundido são abertas, esalfundido é deixado fluir no invólucro através de entrada 530. Devido à : porção interna do invólucro ter sido aquecida não há substancial congela- mento do sal fundido quando ele entra no invólucro, e o nível de sal fundido se eleva, cobrindo sucessivos elementos bipolares e o estoque de alimenta- ção suportado sobre os mesmos. Quando o sal fundido atinge a porção su- periordo invólucro, ele flui fora da saída e de volta para o reservatório de sal fundido.

Em um processo exemplar de uso da aparelhagem, um potencial é aplicado entre o catodo terminal e o anodo terminal, de modo que as su- perfícies superiores do catodo terminal e cada um dos elementos bipolares tornam-se catódicas. O potencial em cada superfície catódica é suficiente para causar redução do estoque de alimentação suportado por cada superfi- cie catódica, preferivelmente sem causar deposição de cálcio a partir de sal fundido baseado em cloreto de cálcio.

Por exemplo, para formar um potenci- al catódico de cerca de 2,5 volts sobre a superfície de cada um dos elemen- tos bipolares, se existem dez tais elementos, é requerido que um potencial É de entre aproximadamente 25 e 50 volts seja aplicado entre o catodo termi- naleanodo terminal.

Em um processo de eletrodecomposição FFC para a redução de um estoque de alimentação de óxido em um sal cloreto de cálcio, oxigênio é removido do estoque de alimentação sem deposição de cálcio a partir de sal fundido.

O mecanismo para redução FFC em uma célula bipolar pode ser como se segue. : Corrente é passada entre o catodo terminal e anodo terminal primariamente através de meios de transferência iônica através de fusão. . Por exemplo, íons O? são removidos do estoque de alimentação suportado sobre o catodo terminal através de eletrodesoxidação e são transportados paraa porção catódica 5100, do elemento bipolar imediatamente acima de catodo terminal.

A reação dos íons oxigênio com o anodo de carbono resulta na evolução de uma mistura de monóxido de carbono gasoso, dióxido de carbono e oxigênio.

Elétrons transportados através da fusão pelo íon O? são transfe- ridos para a porção de carbono do elemento e na porção de titânio catódica do elemento onde eles são disponíveis para a reação de eletrodecomposi- ção do dióxido de titânio suportado sobre a porção superior do elemento bi- polar.

A reação de eletrodecomposição causa a remoção de oxigênio do dió- xido de titânio na forma de um íon O?, e este íon é então transportado para oelementoanodo seguinte imediatamente acima no empilhamento.

A figura 1A ilustra um estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos de empacotamento randômicos anulares 10 formados de dióxido de titânio (cada elemento sendo como descrito acima com referência à figura 1). A título de exemplo, em uma particular redução eletrolítica, este estoque de alimentação foi depositado sobre um catodo planar em uma célula de eletrólise e reduzido usando o processo FFC como aqui descrito.

O resultante estoque de alimentação reduzido é ilustrado na figura 1B. O estoque de alimentação reduzido compreende uma pluralidade - de elemento titânio 1010, cada um tendo substancialmente a mesma forma como os elementos de estoque de alimentação dos quais eles foram produ- f zidos.

O estoque de alimentação reduzido ilustrado na figura 1B ainda pode ser processado, por exemplo, por trituração de elementos de titânio em um pulverizado, ou através de fusão de elementos de titânio para formar um lingote. Os elementos do estoque de alimentação reduzido podem ser apro- priados, entretanto, para uso como elementos de empacotamento de coluna na indústria química sem ainda qualquer outro processamento significante : que não lavagem de qualquer sal residual. Redução do estoque de alimentação pode ser realizada usando * processos outros que não o processo FFC. Por exemplo, eletrodecomposi- ção pode ser realizada usando o processo de maior voltagem como descrito emWoO 03076690.

. Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTOQUE DE ALIMENTAÇÃO", . Esta invenção refere-se a um estoque de alimentação para re- dução em uma célula eletrolítica, em particular um estoque de alimentação apropriado para redução eletrolítica, por exemplo, para produzir um metal, em contato com um sal fundido.

Antecedentes Em anos recentes tem havido grande interesse na produção di- reta de metal através de redução de um estoque de alimentação sólido, por exemplo, um estoque de alimentação de óxido de metal sólido.

Uma redução pode ser realizada, por exemplo, para reduzir compostos metálicos ou com- , postos semi-metálicos a metais, semi-metais ou compostos parcialmente a reduzidos, ou para reduzir misturas de compostos metálicos para formação “ de ligas ou inter-metálicos.

De modo a evitar repetição, o termo metal será usado neste documento para abranger todos tais produtos, tais como produ- tos de metais, semi — metais, ligas, inter — metálicos e parcialmente reduzi- dos.

Um tal processo de redução é o processo de eletrodecomposi- ção FFC Cambridge (como descrito em WO 99/64638). No processo FFC um composto sólido, por exemplo, um oxide metal sólido, é disposto em con- tato com um catodo em uma célula eletrolítica compreendendo um sal derre- tido ou fundido.

Um potencial é aplicado entre o catodo e um anodo da célu- la de modo que o composto sólido é reduzido.

No processo FFC, o potencial que reduz o composto sólido é menor que um potencial de deposição para um cátiondo sal fundido.

Por exemplo, se o sal fundido é cloreto de cálcio então o potencial de catodo no qual o composto sólido é reduzido é menor que um potencial de deposição para deposição de cálcio a partir do sal. | Outros processos de redução para redução de estoque de ali- ! mentação na forma de compostos de metais sólidos conectados — catodica- : mente foram propostos, como o processo Polar descrito em WO 03/076690. : Estoques de alimentação também podem ser reduzidos quimicamente, por i exemplo, através de formação eletrolítica de um metal reativo tal como cálcio Í

Claims (37)

1. Fiat ANSA 2/28 « ou lítio em um sal fundido.

   Convencionais implementações do FFC e outros processos de , redução eletrolítica tipicamente envolvem a produção de um estoque de ali- mentação na forma de uma pré-forma ou precursor fabricado de um pulveri- —zadodo composto sólido a ser reduzido, por exemplo, através de fundição de deslizamento.

   Esta pré-forma é então cuidadosamente acoplada a um catodo para permitir ocorrência de redução.

   Uma vez um número de pré- formas tenham sido acopladas ao catodo, o catodo pode ser abaixado no sal! fundido e as pré-formas podem ser reduzidas. (Um exemplo deste processo de conexão de uma pré-forma a um catodo é ilustrado em WO 03/0766290, onde uma pelota de óxido de titânio é suspensa a partir de extremidade de - um catado de arame Kanthanal). Pode ser de trabalho intenso a produção de pré-formas e então liga-las ao catodo.

   Embora esta metodologia funcione . bem em uma escala de laboratório, ela não conduz à produção em massa demetal em uma escala industrial.

   É um objeto da invenção prover um esto- que de alimentação mais apropriado e processo para redução de um esto- que de alimentação.

   Resumo da Invenção A invenção provê um estoque de alimentação, o uso de um es- toque de alimentação, um processo de redução de um material precursor e um elemento de empacotamento randômico metálico como definidos pelas reivindicações independentes apostas, às quais referência deve ser feita agora.

   Características preferidas ou vantajosas da invenção são definidas em sub-reivindicações dependentes.

   Assim, em um primeiro aspecto a invenção pode prover um es- toque de alimentação para redução em uma célula eletrolítica, o estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos tridimensionais | ou pré-formas.

   Cada elemento é formado de um material apropriado para í redução, isto é, cada elemento é um componente consumível que é capaz : de ser reduzido dentro de uma célula eletrolítica.

   O corpo de cada elemento : pode ser descrito como sendo formado por paredes do material.

   Cada ele- ; mento pode ter uma espessura de parede máxima de menos que 10 mm, Í com os elementos conformados de modo que um volume do estoque de ali- mentação, isto é, um volume formado por uma pluralidade dos elementos - empacotados juntos, tem entre 35% e 90% de espaço livre. Pode ser conve- niente referir-se ao estoque de alimentação como tendo entre 35% e 90% de espaçolivre por metro cúbico. Em algumas realizações específicas os elementos podem ser conformados como anéis ou porções de anéis. Em tais realizações é claro que os elementos têm uma espessura de parede, isto é, a espessura de ma- terial que constitui o anel. Em outras realizações os elementos podem ser formados em formas complexas como parabolóides hiperbólicas ou formas de sela. Em tais realizações o elemento inteiro é efetivamente uma parede - simples e a espessura de parede, por isso, é simplesmente a espessura de material. Assim, o termo espessura de parede como usado neste pedido de 7 patente refere-se à espessura do material constituindo o elemento estoque dealimentação. Preferivelmente cada elemento tridimensional constituindo o es- toque de alimentação é conformado para funcionar como um elemento que pode ser randomicamente empacotado, preferivelmente de modo que o es- toque de alimentação seja substancialmente resistente a aninhar e/ou orien- tação Se um volume dos elementos é empacotado randomicamente então um caminho de fluxo de fluido através de estoque de alimentação, devido ao espaço livre, permanece consistente e previsível. Qualquer orientação dos elementos no estoque de alimentação, incluindo orientação local dentro de regiões do estoque de alimentação, pode resultar no fluxo de fluido através de estoque de alimentação variando de região para região em uma maneira imprevisível. É preferível que um volume do estoque de alimentação não | tenha qualquer alinhamento de faixa longa. | Um estoque de acordo com a invenção. pode ser vantajosamente Í usado como um componente consumiível, reativo, em reações de redução É realizadas em um sal fundido (isto é, o próprio estoque de alimentação reage i para formar um produto reduzido tal como um metal). O estoque de alimen- i tação será inundado com um sal fundido líquido e, por isso, um caminho de i

   É fluxo de fluido aberto e consistente pode prover um numero de vantagens.

   Uma baixa resistência para o fluxo de fluido permite leitos pro- . fundos de estoque de alimentação serem providos sem significantes efeitos de queda de pressão sobre a profundidade do leito.

   Uma pequena queda de pressão através de profundidade de um leito de estoque de alimentação sig- nifica que qualquer pressão de bombeamento requerida para manter um flu- xo de sal fundido dentro de aparelhagem de redução pode ser minimizada.

   À habilidade para reduzir leitos de maior profundidade pode aumentar a produ- tividade de qualquer particular processo de redução.

   Um requisito de baixa pressão de bombeamento pode economi- zar custos e espaço que podem ser requeridos para equipamento de bom- - beamento altamente energizado.

   Baixa pressão de bombeamento também pode ajudar a prevenir fluidização do estoque de alimentação, que pode ser 7 indesejável em algumas reações de redução.

   Como um exemplo, um esto- que de alimentação formado de elementos esféricos pode requerer uma pressão relativamente alta para manter um fluxo de fluido através de um leito do estoque de alimentação devido à resistência relativamente alta para fluxo de fluido.

   Aumento de pressão de bombeamento, entretanto, pode resultar na fluidização do estoque de alimentação antes que uma aumentada taxa de fluxo Durante qualquer reação de redução são prováveis existirem produtos de reação que se formam e são transferidos para o fluido circun- dando o estoque de alimentação.

   Por exemplo, durante redução de um es- toque de alimentação de óxido de metal em um sal fundido, vários óxidos — podem ser formados no sal fundido.

   Se estes produtos de reação não são removidos da região circundando o estoque de alimentação então eles po- | dem afetar adversamente o progresso da reação.

   Um estoque de alimenta- i ção que permite um caminho de fluxo de fluído consistente e previsível atra- ! vés de material durante reação pode permitir que tais produtos de reação Í sejam mais eficientemente removidos. : É preferido que os elementos de estoque de alimentação sejam : fabricados de um material que retenha substancialmente seu formato duran- i te redução.

   Desta maneira as propriedades de fluxo de fluido do estoque de | alimentação são mantidas no produto reduzido.

   Isto pode prover a vantagem a de que o leito de estoque de alimentação reduzido pode ser rápida e limpa- mente drenado de fluido após término de uma reação de redução.

   Recupe- ração econômica de um produto é uma parte importante de qualquer pro- cesso industrial.

   Assim, a habilidade de drenar rapidamente estoque de ali- mentação reduzido e com mínima formação de poça de fluido dentro de es- toque de alimentação reduzido é provável de ser uma grande vantagem, par- ticularmente onde o fluido tem um alto ponto de fusão e é sólido em tempe- ratura ambiente.

   Ele então tem de ser lavado do produto, antes que sim- plesmente drenado. - Em alguns processos de redução eletrolítica o caminho de fluxo corrente através de um estoque de alimentação pode ser tão importante pa- 7 ra a reação de redução como fluxo de fluido através de estoque de alimenta- ção, ou mesmo mais importante que fluxo de fluido para a reação de redu- ção.

   Por exemplo, se um leito de estoque de alimentação é formado para uma profundidade predeterminada sobre a superfície de um catodo de uma célula (preferivelmente um catodo orientado horizontalmente), então para ocorrência de uma reação de eletrólise ali precisa haver um fluxo de corrente entre o catodo e um anodo dentro de célula.

   Se o estoque de alimentação está em contato com a maior parte do catodo (isto é, uma alta proporção da área de superfície do catodo está em contato com estoque de alimentação) então o caminho de fluxo de corrente entre o catodo e o anodo será restrito.

   Da mesma maneira, se o estoque de alimentação tem uma tendência para orientar ou alinhar então ali podem existir regiões dentro do estoque de ali- mentação que restringem o fluxo de corrente. | Preferivelmente deve haver uma distribuição homogênea de ca- Í minhos de fluxo de corrente através de todas as regiões do estoque de ali- | mentação.

   Por isso, é preferido que o estoque de alimentação permita um ! caminho de fluxo de corrente contínuo entre um catodo e um anodo, e que o Í estoque de alimentação proporcione uma baixa resistência ao fluxo de cor- Í rente.

   Em outras palavras, é preferido que o estoque de alimentação propor- Í

   FERAS 6/28 . cione um baixo aperfeiçoamento da resistividade elétrica através da profun- dídade (ou largura se aplicável, por exemplo, para estoque de alimentação - adjacente a catodo orientado verticalmente) de, ou dentro, um leito do esto- que de alimentação.

   Estes objetivos podem ser endereçados através de au- —mentode espaço livre de um estoque de alimentação e assegurando que o estoque de alimentação não deposita ou alinha para prover regiões de resis- tência para fluxo de corrente.

   Ainda uma vantagem que pode resultar do uso de um estoque de alimentação formado de elementos empacotados randomicamente é que aáreade superfície total de um catodo que está em contato com o estoque de alimentação pode ser menor do que pode resultar do uso de outras for- e mas de estoque de alimentação de empacotamento não-randômico.

   Por e- xembplo, onde o estoque de alimentação está em direto contato com um ca- ' todo, uma camada inicial de elementos em forma de disco do estoque de alimentação pode ser provável de orientar de modo que cada um deles con- tata o catodo com uma das faces de disco, Isto pode resultar em uma gran- de área de contato elemento-para-catodo e reduzir a área do catodo dispo- nível para fluxo de corrente.

   Camadas subsequentes dos elementos com forma de disco também podem ser prováveis de orientar e contatar a cama- dainicialde elementos de forma de disco com contato face a face.

   Isto pode resultar em ainda restrição dos caminhos de fluxo de corrente.

   Os caminhos de fluxo de corrente podem ser completamente restritos através de cobertura de superfície de um catodo com um estoque de alimentação compreenden- do tais elementos em forma de disco onde a espessura da camada é somen- tede uns poucos elementos de profundidade.

   Um estoque de alimentação de elementos de empacotamento | randômico, por outro lado, pode ser mais provável de contatar o catodo em | um maior número de pontos discretos (por exemplo, entre cantos ou bordas Í de elementos de estoque de alimentação e a superfície de catodo, que é i tipicamente planar), pelo que deixando uma maior área de catodo exposta e Í disponível para fluxo de corrente. i Muitas formas não podem ser consideradas serem formas de Í

   . empacotamento randômico ou terem propriedades de empacotamento ran- dômico.

   Por exemplo, se elementos individuais de um estoque de alimenta- - ção são tubulares e têm uma razão de comprimento para diâmetro de, por exemplo, 2:1, então uma pluralidade de elementos serão Suscetíveis a orde- namento ou alinhamento localizado quando os elementos individuais tende- rão a alinhar na mesma orientação.

   Se um volume de estoque de alimenta- ção contendo uma pluralidade de tais elementos torna-se ordenado ou ali- nhado desta maneira então o fluxo de fluido em uma direção (na qual os e- lementos estão longitudinalmente) será aumentado devido aos lumens dos tubos sendo alinhados, enquanto fluxo de fluido em uma direção perpendicu- lar será impedido.

   Partículas esféricas também são suscetíveis a deposição - em um arranjo ordenado que aumenta sua densidade de empacotamento e restringe fluxo de fluido e/ou corrente. ' Ainda como um exemplo, se elementos individuais de um esto- que de alimentação são formados de uma forma tal como um tubo cônico truncado então os elementos podem ser suscetíveis a serem aninhados.

   A- ninhamento é um processo no qual uma porção de um elemento pode se projetar no espaço dentro de um outro elemento e é bem conhecido como uma maneira de empilhar múltiplos itens como bechers, cones de trânsito e cadeiras.

   Aninhamento conduz a algumas regiões de estoque de alimenta- ção tendo uma densidade maior que outras regiões de elementos e também pode conduzir a orientação localizada de elementos dentro de estoque de alimentação.

   Assim, exemplos de formas que não são randomicamente em- —pacotáveis incluem tubos alongados, esferas, cubos e cubóides, cones trun- cados, discos e cilindros alongados.

   Muitas das formas tridimensionais que nós estamos acostumados não têm propriedades de empacotamento ran- dômico.

   Partículas substancialmente quimicamente inertes que têm pro- —priedades de empacotamento randômico são correntemente usadas como empacotamento em colunas industriais de destilação e absorção.

   Estas par- tículas de empacotamento randômico da técnica anterior elas próprias não !

   sofrem reação química e são usadas para facilitar contato gás : líquido em processos industriais.

   O material formando as paredes dos elementos é um material precursor que pode ser reduzido em uma célula eletrolítica.

   Um exemplo preferido pode ser um elemento óxido de metal para redução através de de- soxidação para produzir um produto reduzido ou um produto metálico.

   Um objetivo de uso de um estoque de alimentação de acordo com a invenção é eliminar a necessidade de cada elemento individual de material precursor ser individualmente montado ou acoplado em uma célula eletrolítica antes de realização de uma redução.

   O uso de um estoque de alimentação de acordo com a invenção vantajosamente pode permitir que o material seja introduzido em uma célula eletrolítica através do ato de deposi- ção ou vertendo uma camada da desejada profundidade em, ou sobre, uma ' apropriada porção da célula eletrolítica.

   É conhecida a produção de pré-formas tais como grânulos ou pelotas de material precursor para subsequente redução em uma célula ele- trolítica.

   Tais pré-formas podem ser vertidas em uma camada dentro de célu- la antes de redução.

   Tais pré-formas são limitadas, entretanto, no tamanho da pré-forma que pode ser reduzido com sucesso em um tempo economi- camente viável e devido a problemas que podem ser causados em proces- samento devido à densidade relativamente alta de uma camada de tais pré- formas.

   Por exemplo, como descrito acima pode ser difícil reduzir um leito de grânulos ou pelotas tendo uma profundidade de mais que um elemento em espessura devido a restrições ou resistência nos caminhos de fluxo de cor- rente e/ou fluido através de estoque de alimentação. | Os elementos formando o estoque de alimentação da presente Í invenção são conformados de modo que um volume do estoque de alimen- | tação tem um definido espaço livre por m?. Isto significa que, estando você Í amassando ou vertendo um volume de estoque de alimentação , por exem- i plo, um metro cúbico do estoque de alimentação, em um cesto, entre 35% e Í 90% daquele metro cúbico podem ser espaço livre.

   Vantajosamente, tal es- í paço livre pode permitir um fluxo livre de líquido através do estoque de ali- Í mm 9/28 é u mentação.

   O estoque de alimentação tipicamente será imerso em um sal fundido durante uma redução eletrolítica e o fluxo do sal fundido através de + elementos depositados ou vertidos pode ser importante para a velocidade e eficiência da redução de estoque de alimentação, por exemplo, auxiliando a 65 remoção de qualquer óxido de metal reativo que seja formado. (Como um | - exemplo, onde um sal cloreto de cálcio é usado no processo de redução óxi- do de cálcio pode ser formado como um produto de reação). Além disso, o | espaço livre pode prover um caminho de fluxo de corrente através de esto- que de alimentação, que pode ser desejável em alguns tipos de processos de eletro redução.

   Um volume de estoque de alimentação que foi depositado ou e vertido sobre uma superfície, por exemplo, sobre uma superfície de catodo, ou em um espaço pode ser chamado um estoque de alimentação depositado. 7 É notado que qualquer porosidade dentro do material que forma cada elemento (por exemplo, dentro de parede ou paredes de cada elemen- to) não é considerada formar parte de espaço livre do estoque de alimenta- ção.

   Por exemplo, considerar dois diferentes estoques de alimentação for- mados por uma pluralidade de elementos de forma e tamanho idênticos.

   O espaço livre definido pelos dois estoques de alimentação não varia se a po- —rosidade do material dos elementos é diferente em cada estoque de alimen- tação.

   Se as paredes dos elementos de um estoque de alimentação são formadas de um material substancialmente denso e as paredes dos elemen- tos constituindo o outro estoque de alimentação são formadas de um materi- al tendo 50% de porosidade, o espaço livre definido por cada um dos esto- ques de alimentação ainda é o mesmo.

   Assim, o espaço livre definido por um volume de um estoque de alimentação é uma função das dimensões macroscópicas dos elementos constituindo aquele estoque de alimentação e não é variável para outros parâmetros como densidade do material constitu- indo o estoque de alimentação.

   O espaço livre como definido neste pedido de patente pode ser referido como espaço livre empacotado.

   A espessura de parede máxima de elementos no estoque de a- limentação pode ser maior que 10 mm em algumas circunstâncias, mas é previsto que a taxa de redução de elementos com maiores espessuras de pares pode proceder em uma taxa antieconômica e por isso é vantajoso que . a espessura de parede máxima para maioria de aplicações seja de menos que 10 mm.

   Da mesma maneira, é possível que elementos sejam conforma- dos de modo que o espaço livre seja maior que 90%. Entretanto, aumento de porcentagem de espaço livre além de 90% correspondentemente diminui- rá o volume de material por volume unitário de estoque de alimentação que é disponível para redução.

   Assim, o espaço livre ótimo do estoque de ali- —“mentação é uma escolha entre o desejo de ótimo fluxo de fluido e/ou cami- nho de fluxo de corrente através de estoque de alimentação e o desejo de - reduzir uma massa economicamente viável de material em cada células par- tícular.

   Í Preferivelmente cada elemento tem uma espessura ou espessu- rade parede de menos que 15 mm ou menos que 10 mm, por exemplo, en- tre 0,25 mm e 5 mm, preferivelmente entre 0,5 mm e 3 mm, particularmente preferivelmente entre 1 mm e 2 mm.

   Como descrito acima, a espessura de parede pode simplesmente ser a espessura do material que forma o elemen- to.

   Elementos com tais espessuras de parede podem ser reduzidos eletroliti- camente em razoáveis estruturas de tempo, em um processo comercial, quando o caminho de difusão máximo em tais materiais será baixo.

   Pode ser vantajoso, particularmente onde espessuras de pare- des estão na direção de extremidade superior das faixas definidas, que as paredes que formam cada elemento sejam porosas.

   Em outras palavras, o corpode material do qual os elementos são fabricados tem porosidade.

   Será apreciado por aqueles versados na técnica que as seguintes referências a porosidade referem-se a porosidade aberta.

   Tal porosidade permite penetra- | ção de um líquido, por exemplo, de um sal fundido, no corpo do elemento | enquanto poros fechados não permitem.

   Esta porosidade pode reduzir cami- | —nhos de difusão dentro do elemento e pelo que aumentar taxas de redução. : É preferível, por isso, que qualquer porosidade seja porosidade aberta co- Í nectando com uma superfície do elemento. i

   ' Onde um elemento constituindo o estoque de alimentação é po- roso, é preferível que a porosidade esteja entre cerca de 10% e 70%, parti- . cularmente preferivelmente entre 25% e 45%. Tais faixas de porosidade po- dem permitir que sal fundido infiltre no corpo dos elementos enquanto os elementos rretêm uma adequada resistência mecânica para sofrerem redu- ção sem significante quebra.

   Valores preferíveis para porcentagem de espaço livre por volu- me unitário de estoque de alimentação, preferivelmente estoque de alimen- tação depositado ou vertido, estão entre 50% e 80%, preferivelmente entre 55% e75%, e particularmente preferivelmente entre 60% e 70%. É notado, para evitar dúvidas, que qualquer porosidade que esteja presente dentro de - corpo de um elemento não é contada como parte do espaço livre por volume unitário do estoque de alimentação.

   Í Pode ser vantajoso que o estoque de alimentação tenha uma grande razão de área de superfície para volume.

   Preferivelmente a área de superfície do estoque de alimentação está entre 2000 m? e 200 mº por mº?, preferivelmente entre 1500 m? e 400 m? por m?, particularmente preferivel- mente entre 1000 m? e 600 m? por m?. As áreas de superfície cotadas são as áreas de superfície macroscópica, isto é, variações microscópicas em topologia e superfícies internas resultantes de porosidade de material não são levadas em conta.

   É provável que na maioria das reações a taxa de re- dução na superfície de um elemento possa exceder a taxa de redução den- tro do volume do elemento.

   Assim, através de aumento de razão de área de superfície para volume do estoque de alimentação, a taxa total de redução pode ser aumentada.

   É preferível que o estoque de alimentação seja um estoque de alimentação para uso em uma célula de eletro — redução, por exemplo, em uma célula de eletro — redução para redução de acordo com o processo FFC | para o processo Polar.

   O estoque de alimentação pode ser usado, por e- ! —xemplo, em um processo de redução química, por exemplo, um processo de : redução térmica de cálcio ou de metal reativo.

   Í Pode ser vantajoso que os elementos compreendendo o estoque Í

   TEA Gra c ntado ana AAA AEREAS SESC A 12/28 . de alimentação sejam formados a partir de um material Pulverizado. Muitos processos de processamento de pulverizado são conhecidos e podem ser - usados para produção de um estoque de alimentação de acordo com a in- venção, por exemplo, através de prensagem, moldagem, fusão deslizante, ou extrusão. Elementos produzidos através de processamento de pulveriza- do podem ser sinterizados durante sua produção para provimento dos mes- mos com a requerida resistência mecânica para atuação como um estoque de alimentação e também para controle de níveis de porosidade nos ele- mentos dentro de limites predeterminados. O estoque de alimentação pode ser formado a partir de um composto entre pelo menos uma espécie metal e uma espécie não-metal. - Por exemplo, o estoque de alimentação pode ser vantajosamente formado de um óxido de metal ou mistura de óxidos de metais ou de uma mistura de : um ou mais óxidos de metais e um ou mais metais. Assim, os elementos constituindo o estoque de alimentação podem ser formados através de pro- cessamento de pulverizado de um pulverizado eu contem uma mistura de óxidos de metais e pulverizado de metal. Os elementos do estoque de ali- mentação também podem ser constituídos de uma mistura de minérios ocor- rendo naturalmente e/ou, outros componentes, por exemplo, óxidos e sulfe- tos.

   Quase qualquer óxido de metal pode ser capaz de redução u- sando um processo de eletrólise e por isso pode ser usado para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção. Em particular, o estoque de alimentação pode compreender um ou mais óxidos — selecionados do grupo consistindo em berílio, boro, magnésio, alumínio, silí- cio, escândio, titânio, vanádio, cromo, manganês, ferro, cobalto, níquel, co- bre, zinco, germânio, ítrio, zircônio, nióbio, molibdênio, háfnio, tântalo, tungs- tênio, e os lantanídeos incluindo lantânio, cério, praseodímio, neodímio, sa- mário, e os actinídeos incluindo actínio, tório, protactínio, urânio, neptúnio e —plutônio, O produto de um processo de redução pode compreender qualquer um destes metais, ou uma liga ou inter-metálico compreendendo qualquer um destes materiais.

   . Uma forma de elemento particularmente preferível para forma- ção de estoque de alimentação é um elemento com forma de tubo ou subs- . tancialmente com forma de anel. Tais elementos podem ser fabricados, por exemplo, através de extrusão de uma pasta pulverizada. Os elementos po- dem não formar um anel contínuo, mas podem ser um anel partido, isto é, os elementos podem ser ou anel ou tubo tendo um perfil com "forma de C" an- tes que um perfil com "forma de O". Preferivelmente o diâmetro de qualquer tl anel ou tubo (ambos perfis, "forma de O" e "forma de C") é substancialmente o mesmo como a altura do anel ou tubo. Isto pode permitir que o elemento funcione como um elemento que pode ser empacotado randomicamente e pode permitir que : um número de camadas de tais elementos entrelacem, ou empilhem rando- micamente juntas mantendo um previsível porcentagem de espaço livre. Se " a razão de aspecto de um elemento com forma de tubo foi tal que o diâmetro do tubo foi muito diferente de sua altura, então os elementos podem ser pro- pensos a alinhamento e a serem aninhados, e isto pode alterar o espaço livre de um volume de tais elementos em diferentes locais ou regiões dentro de um volume do estoque de alimentação.

   Idealmente a razão de aspecto (comprimento : diâmetro) de a- néis, anéis e tubos divididos deve ser 1:1 mas pode variar levemente, por exemplo, 1:1 +/- 0,5 (em outras palavras uma razão de aspecto de entre 0,5:1 6 1:0,5).

   Vantajosamente o diâmetro do anel ou tubo pode estar entre 3 mm e 20 mm, preferivelmente entre 5 mm e 10 mm, preferivelmente cerca de6mmoucercade?7 mm.

   Em um segundo aspecto, a invenção pode prover o uso de ele- mentos que podem ser empacotados randomicamente como um estoque de alimentação para uma reação de redução, onde os elementos têm entre 35% e 90% de espaço livre por volume unitário. Espaço livre é como definido acima em relação ao primeiro aspecto da invenção e não inclui qualquer po- rosidade dentro do material formando cada elemento. ; Em um terceiro aspecto, a invenção pode prover um processo |

   . de redução de um material precursor para formar um produto reduzido.

   O processo pode compreender as etapas de formação de um estoque de ali- “ mentação sólido a partir do material precursor, o estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre 35% e 90% de espaço livre, disposição de uma camada do estoque de alimentação tendo uma espessu- ra predeterminada em contato com um catodo e um sal fundido dentro de uma célula eletrolítica, e aplicação de um potencial entre um anodo da célula € o catodo suficiente para causar redução do estoque de alimentação.

   Preferivelmente o estoque de alimentação no segundo e terceiro aspectos é qualquer estoque de alimentação como descrito acima. . O processo é de particular benefício onde a redução é realizada em uma célula eletrolítica tendo um arranjo de catodo que permite que o ' contato com o estoque de alimentação seja mantido por gravidade.

   Exem- plos de tais catodos incluem um catodo tendo uma estrutura semelhante a bandeja ou semelhante a cesto onde o estoque de alimentação pode ser disposto em contato com o catodo através de estoque de alimentação sendo depositado ou vertido no cesto ou sobre a bandeja.

   Ainda um exemplo de uma estrutura de catodo pode ser onde a célula eletrolítica tem uma superfí- ciede catodo disposta horizontalmente e o estoque de alimentação pode ser disposto em contato com o catodo vertendo ou depositando o estoque de alimentação sobre esta superfície para uma profundidade predeterminada.

   Uma vantagem para o uso de um estoque de alimentação de acordo com a invenção em conjunção com uma tal célula eletrolítica pode ; ser que a complicada e algumas vezes cara operação de ligação de cada ! elemento ou elementos de um estoque de alimentação a um catodo pode Í ser eliminada.

   O estoque de alimentação pode ser disposto na célula eletroli- | tica simplesmente vertendo ou depositando o mesmo na apropriada porção Í da célula e, da mesma maneira, o produto reduzido da redução eletrolítica ; — pode ser removido da célula vertendo o mesmo da célula. ê Preferivelmente o sal fundido é um sal haleto compreendendo ; um metal de grupo 1 ou grupo 2, por exemplo, um sal cloreto de cálcio ou Í um sal cloreto de lítio. Pode ser particularmente preferível que o sal de metal ' fundido ainda compreenda um óxido de metal de grupo 1 ou grupo 2. Assim, - no exemplo onde o sal fundido é cloreto de cálcio, o sal ainda pode compre- ender uma porção de óxido de cálcio dissolvido no sal. Da mesma maneira, seé usado um sal cloreto de lítio, o sal ainda pode compreender óxido de lítio dissolvido no sal.

   Composições mistas de sais e óxidos também podem ser usa- das para os propósitos de redução de estoque de alimentação.

   Alguns processos de redução podem somente operar quando o —salfundido ou eletrólito usado no processo compreende uma espécie metáli- ca (um metal reativo) que forma um óxido mais estável que o óxido metálico - ou composto sendo reduzido, isto, o óxido ou composto que forma o estoque de alimentação. Tal informação é facilmente disponível na forma de dados . termodinâmicos, especificamente dados de energia livre de Gibbs, e podem ser convenientemente determinados a partir de um diagrama Ellingham pa- drão ou diagrama de predominância ou diagrama de energia livre de Gibbs. Dados termodinâmicos sobre estabilidade de óxido e diagramas de Ellin- gham são disponíveis para, e entendidos por, eletroquímicos e metalurgistas extrativos (aqueles versados na técnica neste caso podem estar bem cientes detaisdados e informações).

   Assim, um eletrólito preferido para um processo de redução po- de compreender um sal de cálcio. Cálcio forma um óxido mais estável que maioria de outros metais e pode por isso atuar para facilitar redução de qualquer óxido de metal que seja menos estável que óxido de cálcio. Em outros casos, sais contendo outros metais reativos podem ser usados. Por exemplo, um processo de redução de acordo com qualquer aspecto da in- venção aqui descrita pode ser realizado usando um sal compreendendo lítio, sódio, potássio, rubídio, césio, magnésio, cálcio, estrôncio, bário, ou ítrio. Cloretos ou outros sais podem ser usados, incluindo mistura de cloretos ou outrossais. t O processo adicional mente pode compreender uma etapa de | escoamento de sal fundido sobre e/ou através de estoque de alimentação. O i

   . movimento contínuo de sal fundido sobre a superfície do estoque de alimen- tação durante uma reação de eletrólise pode aumentar eficiência da reação. - O espaço livre dentro de estoque de alimentação pode permitir vantajosa- mente a passagem de um fluxo de sal fundido através de estoque de alimen- tação relativamente não-inibido.

   Isto pode, vantajosamente, evitar que quaisquer porções de sal fundido sejam estagnadas dentro de regiões do estoque de alimentação e interrompam o desenvolvimento de metal reativo / óxido de cálcio.

   O espaço livre também pode prover múltiplos caminhos de fluxo de corrente através do estoque de alimentação.

   Empacotamento ran- — dômico do estoque de alimentação pode resultar em uma distribuição homo- gênea de espaço livre através de um volume de estoque de alimentação e, - por isso, pode significar que corrente pode fluir uniformemente por todo es- toque de alimentação.

   Isto é particularmente importante em um processo 7 comercial, para assegurar que as mesmas condições de reação podem ser previsível e consistentemente aplicadas a todas as regiões do estoque de alimentação.

   Em um quarto aspecto, a invenção pode prover um elemento de empacotamento randômico metálico.

   Elementos de empacotamento randô- mico são comumente usados em processamento químico, por exemplo, para empacotamento de colunas de destilação.

   A invenção pode prover vantajo- samente um processo de produção de um elemento de empacotamento ran- dômico metálico através de redução de um elemento não-metálico na forma de um elemento de empacotamento randômico.

   Durante a redução do ele- mento não-metálico, o elemento pode reter sua forma e assim formar um — produto que é um elemento de empacotamento randômico metálico.

   Partícu- las ou elementos de empacotamento randômico para uso como empacota- ; mento de coluna (por exemplo, em colunas de destilação) devem ser inertes. | Também é preferível que o material tenha baixa densidade, de modo a redu- ! zir a massa de uma coluna enchida com os elementos.

   Muitos metais e ligas Í podem satisfazer estes critérios.

   Por exemplo, titânio e ligas de titânio po- ' dem ser particularmente apropriados para uso como um material de empa- i cotamento de coluna mas não são correntemente usados para o propósito Í

   . devido ao custo.

   A invenção pode, assim, prover um meio de produção efici- ente de tais elementos de empacotamento randômico. - A formação de um elemento de empacotamento randômico me- tálico através de processamento de pulverizado de um óxido de metal ou pulverizado cerâmico seguido por redução eletrolítica pode permitir a forma- ção de elementos de empacotamento randômicos tendo formas que são difí- ceis de serem formadas através de outros meios, ou formadas a partir de metais e/ou de composições de metais não anteriormente usadas ou mesmo consideradas para uso como elementos de empacotamento.

   Realizações Específicas da Invenção Realizações específicas da invenção serão agora descritas com - referência às Figuras onde: A Figura 1 é uma ilustração em perspectiva de um primeiro ele- ' mento tridimensional para constituição de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

   A Figura 1A é uma ilustração de um estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos tridimensionais como mos- trado na Figura 1. A Figura 1B é uma ilustração mostrando o estoque de alimenta- çãode Figura 1A após redução para metal.

   A Figura 2 é uma vista plana do elemento de Figura 1. A Figura 3 é uma vista plana de um segundo elemento para constituição de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

   A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma célula de eletró- lise para redução de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

   A Figura 5 é um diagrama esquemático de uma célula de eletró- lise bipolar para redução de um estoque de alimentação de acordo com um ! aspecto da invenção. : A Figura 6 ilustra uma porção da célula bipolar de Figura 5, Í A Figura 7a ilustra uma vista em perspectiva de um terceiro ele- Í

   : mento apropriado para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com a invenção. - A Figura 7B ilustra uma vista lateral do elemento de Figura 7a.

   A Figura 7c ilustra uma vista frontal do elemento de Figura 7a.

   A Figura 7d ilustra uma vista plana do elemento de Figura 7a.

   A Figura 8a ilustra uma vista em perspectiva de um quarto ele- mento apropriado para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com a invenção.

   A Figura 8b ilustra uma vista lateral do elemento de Figura 8a.

   A Figura 8c ilustra uma vista frontal do elemento de Figura 8a.

   A Figura 8d ilustra uma vista plana do elemento de Figura 8a. - Uma realização específica de um estoque de alimentação e pro- cesso de redução de estoque de alimentação será agora descrito no contex- ' to de um estoque de alimentação para produção de titânio metálico através deceletro desoxidação de dióxido de titânio (TiO>). A Figura 1 ilustra um elemento de dióxido de titânio simples 10 formando parte de um estoque de alimentação.

   O elemento está na forma de um anel tendo uma altura, ou comprimento, (marcado como h na Figura 1) que é cerca de 6 mm +/- 0,5 mm e um diâmetro externo (d) que é cerca de 6 mm+/-1,0mm.

   A espessura de parede do elemento (t) é cerca de 1 mm +/- 0,5 mm.

   Assim, o elemento está na forma de um anel tendo substancialmen- te a mesma altura (comprimento) e diâmetro.

   O peso de cada elemento quando fabricado de TiO, é cerca de 0,2 g.

   Um estoque de alimentação de acordo com a invenção é consti- tuído por uma pluralidade de tais anéis 10 (ver Fígura 1A), e a razão de as- pecto dos anéis de aproximadamente 1:1 proporciona ao estoque de alimen- ' tação a propriedade de empacotamento randômico, isto é, um volume do | estoque de alimentação não tem qualquer faixa longa de alinhamento.

   Í O estoque de alimentação é fabricado por extrusão de uma pas- ; tade dióxido de titânio.

   A pasta é formada através de mistura de pulverizado É de dióxido de titânio tendo um tamanho de partícula médio (Dso) de 1 micro- t metro e um ligante.

   A pasta é extrudada e fatiada para formação de uma i

   . pluralidade de pré-formas de elementos e estas pré-formas são então sinte- rizadas em aproximadamente 1050 +/- 50ºC por um período de cerca de 4 - horas para remover o ligante e consolidar as pré-formas.

   Os elementos re- sultantes consistem em dióxido de titânio substancialmente puro tendo uma porosidade de cerca de 40%. Ou seja, o material constituindo o corpo, ou paredes, de cada elemento tem uma porosidade de cerca de 40%. Um volume de um metro cúbico dos elementos tem uma área de superfície de aproximadamente 1000 m? (ou seja a área de superfície do elemento não incluindo qualquer porosidade que as paredes do elemento possa ter; isto é, a superfície topológica macroscópica). Quando seus ele- mentos constituintes são empacotados randomicamente, a densidade de + número dos elementos no estoque de alimentação é cerca de 3 000 000 por mo estoque de alimentação tem um espaço livre (também chamado volu- ' me ou vazio livre) de cerca de 75% (isto é, o volume livre é cerca de 0,75 mº pormº de estoque de alimentação). Espaço livre do estoque de alimentação não inclui qualquer porosidade dentro do material constituindo o corpo de cada elemento, como descrito acima.

   Neste caso específico os elementos do estoque de alimentação são anéis e o espaço livre é uma função da altura, diâmetro externo e espessura de parede dos anéis.

   Muitas formas diferentes de elemento podem ser usadas para provimento de um estoque de alimentação tendo o desejado espaço livre por mº.

   A Figura 3 ilustra uma vista plana de um elemento alternativo 100 que está na forma de um anel dividido.

   As dimensões de espessura de parede e diâmetro, altura / comprimento de anel dividido, e por isso a razão de aspecto, são as mesmas como para o anel ilustrado nas Figuras 1e2,a diferença sendo que o anel, em vista plana, está na forma da letra "Cc". As Figuras 7a a 7d ilustram ainda uma forma de elemento alter- ) nativa 120 para fabricação de um estoque de alimentação de acordo com | um aspecto da invenção.

   Este elemento está na forma de um pseudo semi- Í círculo, Esta forma complexa pode ser definida por um primeiro diâmetro (d;) ! um segundo, ou externo, diâmetro (da) e uma espessura de parede (t)). À Í

   ' altura (h;) é metade do segundo diâmetro (da). Como um exemplo específico, para um estoque de alimentação formado a partir de elementos tendo um - primeiro diâmetro (dy) de 12 mm, um segundo diâmetro (do) de 20 mm e uma espessura de parede (t.) de 2 mm, a área de superfície específica é cerca de 650 m? por mº, a densidade de número de elementos é cerca de 610 000 por mº, e o espaço livre do estoque de alimentação é cerca de 68% (isto é, o vazio é cerca de 0,68 m? por mº de estoque de alimentação). As Figuras 8a a 8d ilustram ainda uma forma alternativa de ele- mento 130 para constituição de um estoque de alimentação de acordo com um aspecto da invenção.

   O elemento 130 está na forma de uma sela.

   A es- pessura de parede (t3) da forma de sela é efetivamente a espessura — atra- - vês do material formando a sela.

   Comprimento (1), largura (w) e altura (ho) da sela preferivelmente têm uma razão de aproximadamente 1:1:1. ' Onde uma sela como ilustrada em Figuras 8a a 8d tem uma lar- gura, comprimento e profundidade de cerca de 19 mm, a área de superfície de um estoque de alimentação formado pelos elementos pode ser aproxi- madamente 225 m? por m?, a densidade de número de partículas pode ser cerca de 84 000 por mº, e o espaço livre de um volume do estoque de alíi- mentação pode ser cerca de 58% (isto é, o volume livre ou vazio é cerca de 0,58mº pormº de estoque de alimentação). Embora a específica realização descrita acima refira-se a um es- toque de alimentação constituído por uma pluralidade de elementos de dió- xido de titânio, é notado que o estoque de alimentação pode ser fabricado de uma pluralidade de elementos de qualquer composição que seja reduzível em uma célula eletrolítica.

   Por exemplo, o estoque de alimentação pode ser | fabricado de outros óxidos como óxido de tântalo ou óxido de nióbio, ou de | misturas de óxidos, ou de uma mistura de óxidos e metais, ou outros com- Í postos capazes de serem reduzidos, por exemplo, sulfetos.

   Também pode ! ser possível, por exemplo, produzir elementos de estoque de alimentação Í diretamente de minérios ocorrendo naturalmente.

   Í Onde é desejado produzir titânio, o estoque de alimentação po- i de ser um titanato, por exemplo, um titanato de cálcio, e similarmente onde é É

   ! | 21/28 . desejado produzir metal tântalo, então o estoque de alimentação pode ser um tantalato, por exemplo, um tantalato de cálcio. - A Figura 4 é uma ilustração esquemática de uma célula eletrolí- tica para redução de um estoque de alimentação de acordo com a invenção.

   S —Acélula ilustrada na Figura 4 é usada para reduzir o estoque de alimentação de dióxido de titânio descrito acima a titânio usando O processo de eletrode- composição Cambridge FFC.

   A célula 400 compreende um banho de sal 410 contendo cloreto de cálcio fundido 420 (CaCl tendo teor de Cão de até 11% em peso). Um —anodo de carbono 430 é imerso no sal fundido e conectado a um suprimento de energia 440. Uma estrutura de catodo semelhante a cesto 450 também - está acoplada ao suprimento de energia.

   O catodo semelhante a cesto 450 forma um cesto para recepção de estoque de alimentação. ' Um volume de estoque de alimentação é vertido na estrutura de catodo semelhante a cesto 450 e por isso posto em contato com a estrutura de catodo em um número de pontos (entre bordas e cantos do estoque de alimentação e a superfície do catodo). Uma vez o catodo semelhante a cesto tenha sido carregado com um volume do estoque de alimentação 460, o ces- to e estoque de alimentação podem ser abaixados no sal fundido de modo queo estoque de alimentação, ou pelo menos uma porção do estoque de alimentação, está em contato com ambos, a estrutura de catodo e o sal fun- dido. ; De modo a reduzir o estoque de alimentação, é aplicada uma | voltagem entre o anodo e o catodo suficiente para remover oxigênio do es- | i toque de alimentação.

   A voltagem é mantida de modo que oxigênio é remo- ] vido do estoque de alimentação mas cálcio não é depositado sobre o catodo Í em forma metálica.

   Í Pode ser vantajoso controlar a voltagem de célula através de re- Ê ferência a um eletrodo referência disposto na célula.

   Uso de um eletrodo de Í referência não é essencial, entretanto.

   Ê O estoque de alimentação de acordo com à invenção pode ser é particularmente vantajoso quando usado em conjunção com uma célula ele- :

   : trolítica tendo um elemento catodo disposto substancialmente horizontal- mente, por exemplo, um elemento catodo em uma célula bipolar.

   Uma des- - crição de uma tal célula é como se segue, com referência a Figuras 5 e 6. A Figura 5 é um diagrama esquemático de uma célula bipolar apropriada para realizar uma eletro-redução tipo FFC sobre um estoque de alimentação como descrito acima.

   À aparelhagem 500 compreende um invó- lucro substancialmente cilíndrico 520 tendo uma base circular de 150 cem de diâmetro e uma altura de 300 cm.

   O invólucro tem parede fabricadas de aço inoxidável definindo uma cavidade ou espaço interno, e uma entrada 530 e uma saída 540 para permitir que sal fundido escoe para dentro e para fora do invólucro.

   As paredes de invólucro podem ser fabricadas de qualquer ma- . terial apropriado.

   Tais materiais podem incluir aços carbono, aços inoxidá- veis, e ligas de níquel.

   A entrada de sal fundido 530 é definida através de " uma porção inferior da parede de invólucro e a saída de sal fundido 540 é definida através de uma porção superior da parede de invólucro.

   Assim, em uso, sal fundido flui no invólucro em um ponto inferior e flui ascendentemen- te através de invólucro eventualmente passando para fora do invólucro atra- vés da saída, As paredes internas do invólucro são revestidas com alumina para assegurar que as superfícies internas do invólucro são eletricamente isolantes.

   Um anodo 550 está disposto dentro de uma porção superior do invólucro.

   O anodo é um disco de carbono tendo um diâmetro de 100 eme uma espessura de 5 cm.

   O anodo está acoplado a uma suprimento de eletri- cidade via um acoplamento elétrico 550 que se estende através de parede do invólucro.

   Um catodo 550 está disposto em uma porção inferior do invólu- cro.

   O catodo é uma placa circular de uma liga de metal inerte, por exemplo, tântalo, molibdênio, ou tungstênio tendo um diâmetro de 100 cm.

   À escolha Í de material de catodo pode ser influenciada pelo tipo de estoque de alimen- : tação sendo reduzido.

   O produto reduzido preferivelmente não reage com ou t adere substancialmente ao material de catodo sob condições de operação Í

   : de célula. O catodo 550 está conectado a um suprimento elétrico através de um acoplamento elétrico 565 que se estende através de uma porção inferior - da parede de invólucro. . A circunferência do catodo é ligada por um anel estendendo-se ascendentemente formando uma superfície superior seme- lhanteabandeja para o catodo. A superfície superior do catodo 560 suporta um número de membros de separação eletricamente isolantes 570 que atuam para suportar um elemento bipolar 580 diretamente acima de catodo. Os membros de se- paração são colunas de óxido de ítrio ou óxido de alumínio tendo uma altura de1o0cm. É importante que os membros de separação sejam eletricamente isolantes e substancialmente inertes nas condições de operação da apare- : lhagem. Eles também têm de ser capazes de suportar o peso de uma pilha de células compreendendo uma pluralidade de elementos bipolares. Os ' membros de separação são espaçados uniformemente ao redor de circunfe- rência do catodo e suportam o elemento bipolar 580 imediatamente acima de catodo. Cada elemento bipolar 580 é formado de uma estrutura compó- sito tendo uma porção superior catódica 590 e uma porção inferior anódica

   5100. Em cada caso a porção anódica é um disco de carbono de 100 cm de diâmetroe3 cm de espessura e a porção superior catódica 590 é uma placa metálica circular tendo diâmetro de 100 cm e um anel ou flange periférico estendendo-se ascendentemente de modo que a porção superior da porção catódica 590 forma uma bandeja. A aparelhagem compreende um empilhamento de dez tais ele- mentos bipolares 580, cada elemento bipolar suportado verticalmente acima do último por meio de membros de separação eletricamente isolantes 570. Í (Para clareza somente 4 elementos bipolares são mostrados na ilustração Í esquemática de Figura 5). A aparelhagem pode compreender tantos elemen- | tos bipolares quanto requeridos posicionados dentro de invólucro e vertical- Í “mente espaçados um do outro entre o anodo e o catodo. Cada elemento Í bipolar é eletricamente isolado dos outros. O elemento bipolar mais alto 581 i não suporta qualquer um dos membros de separação eletricamente isolan- Í Hd

   CANAVESES SEA dicas 24/28 tes e está posicionado verticalmente abaixo de anodo terminal 550. i A superfície superior do catodo terminal 560 e as superfícies su- - períores de cada um dos elementos bipolares atuam como um suporte para o estoque de alimentação 5110. O estoque de alimentação 5110 é formado de uma pluralidade de anéis de dióxido de titânio, como descrito acima e como ilustrado em Figuras 1 e 2. O estoque de alimentação é livremente vertido, ou depositado, sobre a superfície superior de cada suporte catódico para uma profundidade de 4 cm. O anel ou flange estendendo-se ascenden- temente que liga a superfície superior de cada elemento catódico atua para retero estoque de alimentação sobre a superfície superior de cada elemento para a requerida profundidade. Quando depositado sobre as superfícies ca- - tódicas, o estoque de alimentação tem um arranjo substancialmente randô- mico de seus elementos constituintes, e assim apresenta um espaço livre ' relativamente consistente independente de qual elemento catodo o estoque dealimentação está em contato. Um processo de redução de estoque de alimentação (isto é, o estoque de alimentação descrito acima em relação a Figuras 1 e 2) usando uma célula bipolar será agora descrito. Existe um número de maneiras de carregar a aparelhagem com o estoquede alimentação, e o seguinte é somente um exemplo. O invólucro é aberto, por exemplo, através de remoção de uma tampa ou abertura no invólucro que acessa a porção interna do invólucro. Um volume de estoque de alimentação é vertido, ou depositado, sobre o catodo terminal disposto em uma porção inferior do invólucro, de modo que a superfície do catodo | terminal seja coberta com estoque de alimentação para uma profundidade i de 4 em. Como o estoque de alimentação tem altura / comprimento e diâme- Í tro que são ambos 6 mm +/- 0,5 mm, o estoque de alimentação é cerca de 7 | a 8 camadas de espessura em uma profundidade de 4 cm. O estoque de Í alimentação é evitado de rolar da superfície do catodo pelo anel ligando a Í superfície do catodo. Í Um elemento bipolar é então suportado acima de catodo pelos ; membros de separação eletricamente isolantes 570 que descansam sobre a ê

   É

   . superfície superior do catodo 560. Um volume de estoque de alimentação é então depositado sobre a superfície do elemento bipolar até a superfície su- - perior do elemento bipolar 580 ser coberta com estoque de alimentação para uma profundidade de 4 cm.

   Como descrito em relação ao catodo 560, o es- toque de alimentação é mantido sobre a superfície superior do elemento bi- polar através de um anel estendendo-se ascendentemente ligando a super- fície superior, catódica, 590 do elemento bipolar 580. Este processo é novamente repetido para cada elemento bipolar constituindo o empilhamento de células bipolares.

   Cada novo elemento bipo- lar é suportado em separação vertical do elemento bipolar inferior por meio de membros de separação eletricamente isolantes, e estoque de alimenta- - ção é aplicado à superfície do elemento bipolar.

   Quando todos os elementos bipolares foram dispostos (por exemplo, dez elementos bipolares espaçados ' verticalmente constituindo um empilhamento de células bipolares), o anodo terminal 550 é disposto acima de elemento bipolar terminal mais alto 581, e o invólucro é selado, por exemplo, recolocando a tampa ou fechando a aber- tura de acesso.

   A Figura 6 ilustra os componentes de uma célula unitária do em- pilhamento de células bipolares.

   A célula unitária consiste em membros de separação eletricamente isolantes de óxido de ítrio 570. Estes membros de separação são de 10 cm de comprimento.

   A porção inferior, anódica, do e- lemento bipolar 5100 é um disco ou placa de carbono de 3 cm de espessura tendo um diâmetro de 100 cm, e é suportado em cima dos membros de se- paração.

   Em cima de porção anodo de carbono 5100 está a porção superior ou catódicado elemento bipolar 590 que está na forma de uma bandeja de titânio tendo um diâmetro de 100 cm.

   A área de superfície da bandeja é a- proximadamente de 0,78 m2e o estoque de alimentação de dióxido de titã- t nio 5110 é suportado sobre esta superfície.

   Í Um apropriado sal fundido para realização de redução eletroliti- t cade muitos diferentes materiais de estoque de alimentação pode compre- : ender cloreto de cálcio.

   No específico exemplo de uma redução de dióxido í de titânio, um sal preferido é cloreto de cálcio contendo entre cerca de 0,3 a t

   FEEDS SA dia E RESSACA DE CAARESACAS CERA DEC AAA EE DA DR (afasta A: ' | 26/28 . 0,6% de óxido de cálcio dissolvido.

   O sal é aquecido para um estado fundido em um cadínho ou re- - servatório separado (não mostrado) que é acoplado ao invólucro por meio de um circuito de sal fundido.

   O circuito compreende tubulação fabricada de grafite, carbono vítreo ou uma apropriada liga de metal resistente a corrosão através da qual o sal fundido pode ser feito fluir, por exemplo, por meio de uma bomba.

   É indesejável bombear sal fundido na temperatura de trabalho (por exemplo, entre 700ºC e 1100ºC) diretamente no invólucro enquanto o invólucro está em temperatura ambiente.

   Por isso, o invólucro é primeiro a- quecido.

   Gás inerte quente é passado através do invólucro por meio de en- - tradas e saídas de gás quente (não mostradas) e o fluxo de gás quente atra- vés de invólucro aquece a porção interna do invólucro e os elementos conti- ' dos na porção interna do invólucro.

   Este processo também tem o efeito de purgara célula de indesejáveis oxigênio e nitrogênio atmosféricos.

   Quando a porção interna do invólucro e elementos ali contidos atingiram uma tempera- tura suficiente, por exemplo, uma temperatura igual a, ou próxima da, tempe- ratura do sal fundido, válvulas no circuito de fluxo de sal fundido são abertas, e sal fundido é deixado fluir no invólucro através de entrada 530. Devido a porção interna do invólucro ter sido aquecida não há substancial congela- mento do sal fundido quando ele entra no invólucro, e o nível de sal fundido se eleva, cobrindo sucessivos elementos bipolares e o estoque de alimenta- ção suportado sobre os mesmos.

   Quando o sal fundido atinge a porção su- perior do invólucro, ele flui fora da saída e de volta para o reservatório de sal ! fundido. : Í Em um processo exemplar de uso da aparelhagem, um potencial Í é aplicado entre o catodo terminal e o anodo terminal, de modo que as su- i perfícies superiores do catodo terminal e cada um dos elementos bipolares ? tornam-se catódicas, O potencial em cada superfície catódica é suficiente i para causar redução do estoque de alimentação suportado por cada superfi- : cie catódica, preferivelmente sem causar deposição de cálcio a partir de sal í fundido baseado em cloreto de cálcio.

   Por exemplo, para formar um potenci- É

   ; ' 27/28 . al catódico de cerca de 2,5 volts sobre a superfície de cada um dos elemen- tos bipolares, se existem dez tais elementos, é requerido que um potencial - de entre aproximadamente 25 e 50 volts seja aplicado entre o catodo termi- nal e anodo terminal.

   Em um processo de eletro — decomposição FFC para a redução de um estoque de alimentação de óxido em um sal cloreto de cálcio, oxigê- nio é removido do estoque de alimentação sem deposição de cálcio a partir de sal fundido.

   O mecanismo para redução FFC em uma célula bipolar pode ser como se segue.

   Corrente é passada entre o catodo terminal e anodo terminal primariamente através de meios de transferência iônica através de fusão. . Por exemplo, íons O? são removidos do estoque de alimentação suportado sobre o catodo terminal através de eletro — desoxidação e são transportados ' para a porção catódica 5100, do elemento bipolar imediatamente acima de —catodo terminal.

   A reação dos íons oxigênio com o anodo de carbono resulta na evolução de uma mistura de monóxido de carbono gasoso, dióxido de carbono e oxigênio.

   Elétrons transportados através da fusão pelo fon O?são transfe- ridos para a porção carbono do elemento e na porção de titânio catódica do elemento onde eles são disponíveis para a reação de eletrodecomposição |; do dióxido de titânio suportado sobre a porção superior do elemento bipolar. 1 A reação de eletrodecomposição causa a remoção de oxigênio do dióxido de | titânio na forma de um ion O”, e este íon é então transportado para o ele- Í mento anodo seguinte imediatamente acima no empilhamento.

   Í A Figura 1A ilustra um estoque de alimentação compreendendo | uma pluralidade de elementos de empacotamento randômicos anulares 10 Í formados de dióxido de titânio (cada elemento sendo como descrito acima Í com referência a Figura 1). A título de exemplo, em uma particular redução É eletrolítica, este estoque de alimentação foi depositado sobre um catodo í planarem uma célula de eletrólise e reduzido usando o processo FFC como Ê aqui descrito, O resultante estoque de alimentação reduzido é ilustrado na é Figura 1B.

   O estoque de alimentação reduzido compreende uma pluralidade À

   . de elemento titânio 1010, cada um tendo substancialmente a mesma forma como os elementos de estoque de alimentação dos quais eles foram produ- * zidos.

   O estoque de alimentação reduzido ilustrado na Figura 1B ainda — pode ser processado, por exemplo, por trituração de elementos de titânio em um pulverizado, ou através de fusão de elementos de titânio para formar um lingote. Os elementos do estoque de alimentação reduzido podem ser apro- priados, entretanto, para uso como elementos de empacotamento de coluna na indústria química sem ainda qualquer outro processamento significante — que não lavagem de qualquer sal! residual.

   Redução do estoque de alimentação pode ser realizada usando - processos outros que não o processo FFC. Por exemplo, eletro — decompo- sição pode ser realizada usando o processo de maior voltagem como descri- ' to em WO 03076690,

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   REIVINDICAÇÕES ” 1. Estoque de alimentação para redução em uma célula eletrolí- tica, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de elemen- ' tos tridimensionais, os elementos conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre 35% e 90% de espaço livre e cada ele- mento é conformado como um elemento que pode ser randomicamente em- pacotado.
2. 2. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que cada elemento tem uma espessura de parede máxima de menos que 10 mm. :
3. 3. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 1 ou E 2, caracterizado pelo fato de que é substancialmente resistente a aninha- A mento e/ou orientação.
4. 4. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das rei- vindicações | a 3, caracterizado pelo fato de que cada elemento tem uma espessura de parede de entre 0,5 mm e 5 mm, preferivelmente entre 0,5 mm e 3 mm, preferivelmente entre 0,7 mm e 2 mm.
5. 5. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as paredes que formam cada elemento são porosas, preferivelmente tendo uma porosidade de entre 10% e 60%, particularmente preferivelmente entre 20% e 50%.
6. 6. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o espaço livre é entre 50% e 80%, preferivelmente entre 55% e 75%, particularmente preferivelmente entre60%e70%.
7. 7. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a área de superfície de um volume do estoque de alimentação é entre 2000 e 200 m?/mº, preferivelmen- te entre 1500 e 400 m?/mº particularmente preferivelmente entre cerca de 1000 e600 mm?
8. 8. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma dasrei- vindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ser para uso em uma célula de eletrodecomposição, por exemplo, em uma célula para eletro-desoxidação . do estoque de alimentação.
9. 9. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das rei- ' vindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os elementos são forma- dosde pulverizado através de um método de processamento de pulverizado, por exemplo, prensagem ou fundição deslizante ou extrusão.
10. 10. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de ser formado de um óxido metálico, ou de uma mistura de óxidos metálicos, ou de um minério ocorren- do naturalmente, ou de uma mistura de um ou mais óxidos metálicos e um : ou mais metais.
11. E 11. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das , reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que os elementos são subs- tancialmente de forma de anel, forma de anel dividido, forma de tubo ou for- madesela.
12. 12. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende elementos que são de forma de anel ou forma de tubo onde o diâmetro do anel ou tubo é substancialmente o mesmo como a altura do anel ou tubo.
13. 13. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que compreende elementos que são de forma de anel ou forma de tubo onde o diâmetro do anel ou tubo está entr4e 3 mm e 20 mm, preferivelmente entre 5 mm e 10 mm, por exemplo, cerca de 6 mm ou 7 mm.
14. 14. Estoque de alimentação de acordo com qualquer um das rei- vindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que um caminho de fluxo de fluido e/ou caminho de fluxo de corrente substancialmente consistente é de- finido por todo um volume do estoque de alimentação.
15. 15. Estoque de alimentação de acordo com qualquer um das rei- vindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a razão de comprimento ou altura para largura ou diâmetro está entre 0,5:1 e 1:0,5, preferivelmente onde esta razão é substancialmente 1:1.
16. 16. Processo de redução de um material precursor para forma- - ção de um produto reduzido, caracterizado pelo fato de que compreende as : etapas de: " formação de um estoque de alimentação sólido a partir de mate- rial precursor, o estoque de alimentação compreendendo uma pluralidade de elementos tridimensionais que podem ser empacotados randomicamente conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre 35% e 90% de espaço livre, disposição de uma camada do estoque de alimentação tendo uma espessura predeterminada em contato com um catodo e sal fundido em . uma célula eletrolítica, a célula também compreendendo um anodo, E aplicação de um potencial entre o anodo e o catodo suficiente a. para causar redução do estoque de alimentação.
17. 17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o estoque de alimentação é um estoque de alimentação como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19.
18. 18. Processo de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracteri- zado pelo fato de que o catodo tem uma estrutura semelhante a cesto ou semelhante a bandeja e o estoque de alimentação é disposto no cesto sen- do vertido ou depositado.
19. 19. Processo de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracteri- zado pelo fato de que o catodo tem uma superfície disposta horizontalmente e o estoque de alimentação é disposto em contato com o catodo sendo ver- tido ou depositado sobre esta superfície.
20. 20. Processo de acordo com qualquer um das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que o sal fundido é um sal haleto compreen- dendo um metal de grupo 1 ou grupo 2.
21. 21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o sal fundido ainda compreende óxido de metal do grupo 1 ougrupo2.
22. 22. Processo de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracteri- zado pelo fato de que o potencial aplicado não é suficiente para causar de-

    posição de um sal de metal do grupo 1 ou grupo 2 no catodo. . 23. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações Ô 16 a 22, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de esco- fg amento de sal fundido sobre o estoque de alimentação.

    . REIVINDICAÇÕES

    1. Estoque de alimentação para redução em uma célula eletrolí- - tica compreendendo uma pluralidade de elementos tridimensionais, os ele- mentos conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre35% e 90% de espaço livre e cada elemento é conformado como um elemento que pode ser randomicamente empacotado.

    2. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 1 on- de cada elemento tem uma espessura de parede máxima de menos que 10 mm.

    3. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 1 ou 2 onde o estoque de alimentação é substancialmente resistente a aninhamen- - to e/ou orientação.

    4. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma reivin- ' dicação precedente onde cada elemento tem uma espessura de parede de entre 0,5mme5mm, preferivelmente entre 0,5 mm e 3 mm, preferivelmente entre 0,7 mm e 2 mm.

    5. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma reivin- dicação anterior onde as paredes que formam cada elemento são porosas, preferivelmente tendo uma porosidade de entre 10% e 60%, particularmente preferivelmente entre 20% e 50%.

    6. Estoque de alimentação de acordo com qualquer um reivindi- cação anterior onde o espaço livre é entre 50% e 80%, preferivelmente entre Í 55% e 75%, particularmente preferivelmente entre 60% e 70%. Í

    7. Estoque de alimentação de acordo com qualquer um reivindi- j cação anterior onde a área de superfície de um volume do estoque de ali- | mentação é entre 2000 e 200 m?/mº?, preferivelmente entre 1500 e 400 í mº/mº particularmente preferivelmente entre cerca de 1000 e 600 m?Imº. j

    8. Estoque de alimentação de acordo com qualquer um reivindi- í cação anterior para uso em uma célula de eletrodecomposição, por exemplo, : emuma célula para eletro-desoxidação do estoque de alimentação. Ê

    9. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das rei- é vindicações anteriores onde os elementos são formados de pulverizado a- Ê

    ! Ps) | . través de um método de processamento de pulverizado, por exemplo, pren- sagem ou fundição deslizante ou extrusão. . 10. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, formado a partir de um composto entre pelo me- nosuma espécie metal e uma espécie não-metal.

    11. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, formado de um óxido Metálico, ou de uma mistura de óxidos metálicos, ou de um minério ocorrendo naturalmente, ou de uma mistura de um ou mais óxidos metálicos e um ou mais metais.

    12. Estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores onde os elementos são substancialmente de forma . de anel, forma de anel dividido, forma de tubo ou forma de sela.

    13. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 11 ' compreendendo elementos que são de forma de anel ou forma de tubo onde o diâmetro do anel ou tubo é substancialmente o mesmo como a altura do anel ou tubo.

    14. Estoque de alimentação de acordo com a reivindicação 11 ou 12 compreendendo elementos que são de forma de anel ou forma de tu- bo onde o diâmetro do anel ou tubo está entr4e 3 mm e 20 mm, preferivel- menteentre5mme10 mm, por exemplo, cerca de 6 mm ou 7 mm.

    15. Estoque de alimentação de acordo com qualquer reivindica- | ção anterior onde um caminho de fluxo de fluido €&/ou caminho de fluxo de | corrente substancialmente consistente é definido por todo um volume do es- ! toque de alimentação. Í

    16. Estoque de alimentação de acordo com qualquer reivindica- í ção anterior onde a razão de comprimento ou altura para largura ou diâmetro Í está entre 0,5:1 e 1:0,5, preferivelmente onde esta razão é substancialmente i

    11. $

    17. Estoque de alimentação de acordo com qualquer reivindica- ê ção anterior onde um volume de estoque de alimentação não exibe qualquer Ê ordem de faixa longa. É

    18. Estoque de alimentação depositado tendo entre 35% e 90% j

    . de espaço livre.

    19. Estoque de alimentação depositado de acordo com a reivin- - dicação 18 compreendendo um volume de estoque de alimentação de acor- do com qualquer uma das reivindicações 1 a 17 depositado em contato com S —umcatodode uma célula eletrolítica.

    20. Uso de um estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19 como um estoque de alimentação em uma reação de redução eletrolítica.

    21. Uso de um estoque de alimentação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19 como um estoque de alimentação em uma célula bipolar. . 22. Uso de elementos de empacotamento randômico como es- toque de alimentação reativo para uma reação de redução, preferivelmente ' onde, os elementos provêm um estoque de alimentação tendo entre 35% e 90% de espaço livre por volume unitário.
23. 23. Processo de redução de um material precursor para forma- ção de um produto reduzido compreendendo as etapas de: formação de um estoque de alimentação sólido a partir de mate- rial precursor, o estoque de alimentação compreendendo uma Pluralidade de elementos tridimensionais que podem ser empacotados randomicamente conformados de modo que um volume do estoque de alimentação tem entre 35% e 90% de espaço livre, disposição de uma camada do estoque de alimentação tendo : uma espessura predeterminada em contato com um catodo e sal fundido em Í umacélula eletrolítica, a célula também compreendendo um anodo, | aplicação de um potencial entre o anodo e o catodo suficiente Í para causar redução do estoque de alimentação. |
24. 24. Processo de acordo com a reivindicação 23 onde o estoque É de alimentação é um estoque de alimentação como definido em qualquer Í —umadas reivindicações 1 a19. :
25. 25. Processo de acordo com a reivindicação 23 ou 24 onde o ca- Í todo tem uma estrutura semelhante a cesto ou semelhante a bandeja e o É

    | 4/5 . estoque de alimentação é disposto no cesto sendo vertido ou depositado.
26. 26. Processo de acordo com a reivindicação 23 ou 24, onde o . catodo tem uma superfície disposta horizontalmente e o estoque de alimen- tação é disposto em contato com o catodo sendo vertido ou depositado so- breesta superfície.
27. 27. Processo de acordo com qualquer reivindicação de processo anterior onde o sal fundido é um sal haleto compreendendo um metal de grupo 1 ou grupo 2.
28. 28. Processo de acordo com a reivindicação 27 onde o sal fun- dido ainda compreende óxido de meta! do grupo 1 ou grupo 2.
29. 29. Processo de acordo com a reivindicação 27 ou 28 onde o po- : tencial aplicado não é suficiente para causar deposição de um sal de metal do grupo 1 ou grupo 2 no catodo. :
30. 30. Processo de acordo com qualquer reivindicação de processo anterior ainda compreendendo a etapa de escoamento de sal fundido sobre o estoque de alimentação.
31. 31. Elemento de empacotamento randômico metálico formado através de redução eletrolítica de um elemento precursor tridimensional ten- do uma forma de empacotamento randômico,
32. 32. Elemento de empacotamento randômico metálico formado através de redução de um estoque de alimentação como definido em qual- | quer uma das reivindicações 1 a 19. i
33. 33. Elemento de empacotamento randômico metálico substanci- | almente como aqui descrito e com referência aos desenhos. |
34. 34. Processo de fabricação de um elemento de empacotamento Í randômico metálico compreendendo as etapas de formação de um estoque Í de alimentação de um óxido metálico, o estoque de alimentação sendo for- : mado de uma pluralidade de elementos tendo uma forma de empacotamento Í randômico, colocação de estoque de alimentação dentro de uma aparelha- & gem de redução, e reduzindo o estoque de alimentação a metal, os elemen- Ê tos do estoque de alimentação retendo substancialmente sua forma durante í redução. & id
35. 35. Processo de fabricação de um elemento de empacotamento randômico metálico substancialmente como aqui descrito e com referência . aos desenhos.
36. 36. Estoque de alimentação substancialmente como aqui descri- toecomreferência aos desenhos.
37. 37. Processo de redução de um estoque de alimentação subs- tancialmente como aqui descrito e com referência aos desenhos.

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