ES2644864T3 - Ensamblaje de ánodo inerte - Google Patents

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Ensamblaje de anodo inerte.

Referencia cruzada a una solicitud relacionada

La presente solicitud es una solicitud de continuacion en parte del documento de Estados Unidos n.° de serie 10/056.915, presentada el 25 de enero de 2002. Se reivindica la prioridad bajo el artfculo 35 U.S.C. 119 (e) basado en la Solicitud Provisional de Estados Unidos n.° 60/428.818 presentada el 25 de noviembre de 2002.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a estructuras y metodos para proteger anodos inertes y otros electrodos y materiales de soporte de electrodos contra la degradacion por un bano electrolftico fundido a base de criolita, y de HF/O2 y otros gases generados en una celda electrolftica. La presente invencion tambien mejora la produccion de metal, tal como la produccion de aluminio, limitando la contaminacion del bano y del metal y reduciendo el choque termico durante el precalentamiento inicial y la colocacion de anodos en celulas electrolfticas.

Antecedentes de la invencion

El aluminio se produce convencionalmente por la electrolisis de alumina disuelta en electrolitos fundidos a base de criolita a temperaturas entre aproximadamente 850 °C y 1000 °C; el proceso se conoce como el proceso Hall-Heroult. Este proceso se conoce bien y se describe, por ejemplo, en la memoria descriptiva de patente n.° 5.279.715 (La Camera et al.) Una celda de reduccion Hall-Heroult comprende tfpicamente una envoltura de acero que tiene un recubrimiento aislante de material refractario, que a su vez tiene un revestimiento de carbono que hace contacto con los constituyentes fundidos. El electrolito se basa en criolita fundida (NaaAlFa) que puede contener una diversidad de aditivos tales como LiF, CaF2, MgF2 o AlF3, y contiene alumina de alta pureza disuelta (A^Oa). El revestimiento de carbono tiene una vida util de tres a ocho anos, o incluso menos en condiciones adversas. El deterioro del fondo del catodo se debe a la erosion y la penetracion de electrolito y el aluminio ftquido, asf como a la intercalacion de sodio, lo que provoca hinchamiento y deformacion de los bloques de carbono del catodo. Ademas, la penetracion de las especies de sodio, otras sustancias contenidas en la criolita, o el aire conduce a la formacion de compuestos toxicos que incluyen cianuros. Los anodos estan al menos parcialmente sumergidos en el bano y estan sujetos a las mismas condiciones.

El proceso de Hall, aunque comercial hoy en dfa, tiene ciertas limitaciones, tales como la exigencia de que el proceso funcione a temperaturas relativamente altas, tfpicamente aproximadamente de 970 °C a 1000 °C. Las elevadas temperaturas de las celdas son necesarias para conseguir una alta solubilidad de alumina. A estas temperaturas, el electrolito y el aluminio fundido reaccionan progresivamente con la mayona de los materiales ceramicos o de carbono, creando problemas de erosion del electrodo, que pueden causar contaminacion celular y contencion de metales y electrolitos. Por lo tanto, se piensa generalmente que los constituyentes electrolfticos son adversos al resto de la celda.

Las celulas de reduccion electrolftica se deben calentar desde la temperatura ambiente a aproximadamente la temperatura de funcionamiento deseada de 1000 °C antes de que se puedan iniciar las producciones de metal. El calentamiento debe hacerse gradual y uniformemente para evitar un choque termico a los componentes de la celda lo que a su vez puede causar rotura o desprendimiento. La operacion de calentamiento minimiza el choque termico en el revestimiento, los electrodos y otros ensamblajes estructurales unidos tras la introduccion del electrolito y el metal fundido a la celula. Los anodos de carbono de la tecnica anterior pueden colocarse en el electrolito a temperatura ambiente, y calentarse por la energfa de la celula a temperaturas operativas, momento en el que se alcanzara la corriente nominal del anodo.

Los anodos inertes ceramicos mas nuevos tienen vidas mucho mas largas, pero tanto los anodos como sus soportes son propensos a choque termico y, por lo tanto, generalmente necesitan ser precalentados en un horno o similar fuera de la celda electrolftica antes de su insercion en el electrolito caliente. El choque termico/agrietamiento puede ocurrir tanto durante el movimiento de los anodos en posicion como durante su colocacion en la sal fundida. El choque termico se refiere al gradiente termico (positivo o negativo) a traves del anodo que se produce durante el movimiento desde el horno de precalentamiento a la celda, y tambien tras la insercion de los anodos en la sal fundida. Un gradiente termico tan bajo como de 50 °C puede causar agrietamiento.

Se han realizado diversos intentos para introducir diversas partfculas en el anodo inerte o para cubrirlas con diversos materiales protectores, pero es practicamente imposible evitar cierta disolucion y, eventualmente, tales intentos conducen a una cierta cantidad de contaminacion del bano y el aluminio que

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

se produce. En un intento de proteger los electrodos en una celda de electrolisis de un choque termico durante el arranque, la memoria descriptiva de patente de Estados Unidos n.° 4.265.717 (Wiltzius), indico la proteccion de catodos cilrndricos huecos de TiB2 insertando bupas de aleacion de aluminio en la cavidad catodica y protegiendo ademas el catodo con una camisa metalica de dispersion termica que tiene una capa interior aislante de calor que entra en contacto con el TiB2. Aqm, la capa de aislamiento termico se fabrico de caolrn-arcilla china fibrosa expandida (AhO3 ■ 2SiO2 ■ 2H2O), que se disolvera posteriormente en el electrolito fundido, introduciendo Si. Una masa de reparacion refractaria se describe en la Patente de Estados Unidos n.° 5.928.717 (Cherico et al.). Aqm, se utiliza una mezcla en polvo de alumina, combustible metalico tal como magnesio, circonio, cromo y aluminio mas aditivo seleccionado de entre fluoruro de aluminio, sulfato de bario, oxido de cerio o fluoruro de calcio con una corriente de oxfgeno, bajo presion, para contactar y curar estructuras cristalinas no uniformes y similares en la superficie del refractario usado. Sin embargo, esto se refiere principalmente a la reparacion y a los refractarios ya presentes que se han puesto en contacto con aluminio fundido o vidrio fundido.

En el diseno de anodos inertes para la produccion de aluminio u otros metales, se puede montar una matriz o ensamblaje de anodos inertes no revestidos sobre una tapa aislante refractaria moldeada por debajo de una placa metalica, a traves de la cual se proporciona una trayectoria electrica continua desde la celda. En esta disposicion, mostrada en la figura 3 de las memorias descriptivas de patente de Estados Unidos n.° 6.551.489 B2 y 6.558.526 B2 (ambas de D'Astolfo Jr. et al.), es necesario proporcionar la proteccion de la placa metalica y el refractario fundido. El problema, sin embargo, es que la mayona de los materiales refractarios no son capaces de soportar el choque termico severo y los gradientes encontrados durante las operaciones de precalentamiento sin agrietamiento o resistir una cierta cantidad de disolucion durante el funcionamiento de la celda. Este diseno es costoso y requiere una gran cantidad de montaje.

Las celulas de electrolisis de aluminio han empleado historicamente anodos de carbono a escala comercial. El consumo de energfa y el coste de la fundicion de aluminio pueden reducirse significativamente con el uso de anodos inertes, no consumibles y dimensionalmente estables. El uso de anodos inertes en lugar de anodos de carbono tradicionales permite utilizar un diseno de celdas altamente productivo, reduciendo asf los costes de capital. Tambien se obtienen beneficios ambientales significativos porque los anodos inertes no producen esencialmente emisiones de CO2 ni CF4.

Los anodos inertes pueden estar fabricados de, por ejemplo, un "cermet" ceramico metalico ceramico o un material que contiene metal. Algunos ejemplos de composiciones ceramicas de anodo inerte se proporcionan en las memorias descriptivas de patente de Estados Unidos n.° 6.126.799; 6.217.739 B1; 6.372.119 B1; y 6.423.195 B1 (todas de Ray et al., respectivamente), incorporadas en el presente documento por referencia. Estos anodos comprenden una fase ceramica y pueden comprender tambien una fase metalica. Estan esencialmente libres de huecos y mientras muestran una baja solubilidad y buena estabilidad dimensional, todavfa hay cierta corrosion en los banos de celdas Hall a 1000 °C.

Ademas de los problemas de choque termico de electrodos y el soporte de electrodos y otros problemas de erosion y contaminacion celular, se necesita un diseno general mejorado, simplificado y mas rentable del electrodo/soporte de electrodo.

Resumen de la invencion

Uno de los objetos principales de esta invencion es proteger electrodos de anodo de cermet inertes y ensamblajes unidos de choque termico y reactivos qmmicos. Otro objeto principal de la invencion es proporcionar un ensamblaje de electrodos simplificado que contenga un mmimo de materiales, piezas y contaminantes. Estos y otros objetos se realizan proporcionando un aparato de electrolisis que comprende una pluralidad de anodos, teniendo cada anodo una porcion inferior sumergida en un bano electrolttico fundido, en el que un material solido se selecciona del grupo que consiste en alumina y criolita, y mezclas de los mismos, junto con una menor cantidad eficaz, de aproximadamente el 5 % en peso al 25 % en peso de aglutinante cementoso, entrando en contacto y circunscribiendo dicho material solido al menos una porcion superior de al menos uno de dichos anodos. El material solido se puede aplicar por moldeo/colado, inmersion, pulverizacion o similares, y se puede hacer que tras la disolucion en o muy pocas impurezas se introduzcan en el bano fundido.

La invencion tambien proporciona un aparato de electrolisis que comprende un sistema de anodo inerte que comprende al menos un anodo inerte que tiene una parte inferior en contacto con un bano de sal fundida, en el que al menos una parte superior del anodo inerte contacta y esta circunscrita por un material solido sujeto al ataque de gases del bano, en el que el material solido se selecciona del grupo que consiste en cemento de alumina y criolita-alumina, los cuales se disolveran en presencia del bano de sales fundidas. El material de cemento de alumina es preferiblemente A^O3 al menos un 92 % puro, aislante y muy ventajosamente, altamente resistente a la temperatura. El material de alumina-criolita es preferiblemente de aproximadamente el 40 % en peso al 80 % en peso de criolita, al menos el 2 % en peso de alumina y del 5 % en peso al 25 % en peso de un material cementoso resistente a alta temperatura. Por "criolita" se refiere a fluoruro de aluminio y sodio que puede contener diversos elementos

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

alcalinos y alcalinoterreos, tales como calcio, magnesio, potasio, litio y berilio en diversas relaciones, asf como la formula espedfica Na3AlF6. La alumina tambien se puede usar como componente principal del 5 % en peso al 15 % en peso de material cementoso refractario resistente al calor. La estructura de alumina-cemento puede formularse ventajosamente del 50 % en volumen al 95 % en volumen de densidad (es decir, que tiene del 5 % en volumen al 50 % en volumen de porosidad) permitiendo que las inclusiones de aire proporcionen ventajas de un precalentamiento de mas de 1000 °C antes de la insercion en el bano. La alumina tambien puede contener hasta el 15 % en peso de otros oxidos, tales como, por ejemplo, CaO2; SiO2 y otros, asf como el cemento mencionado anteriormente.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista en seccion transversal de un ejemplo de un sistema de anodo con una pluralidad de anodos;

La figura 2, que ilustra mejor la invencion, es una vista en planta, parcialmente en seccion, de un sistema anodico con una pluralidad de anodos utilizados por ejemplo en el procesamiento de aluminio, donde los anodos estan unidos y circunscritos por un bloque solido que comprende criolita y/o alumina;

la figura 3 es una vista en planta, parcialmente en seccion, similar a la figura 2, pero con una aplicacion de pulverizacion o de inmersion para proporcionar material que circunscriba tambien toda la porcion de los anodos, pero no en forma de bloque; y

la figura 4 es una vista en planta, parcialmente en secciones, del sistema de las figuras 2 y 3 despues de un contacto sustancial con un bano de sales fundidas, que muestra una disolucion parcial del bloque solido circunscrito.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia ahora a la figura 1, se muestra una celda electrolttica que comprende un sistema de anodo inerte 10 en un aparato de electrolisis, utilizado, por ejemplo, para producir aluminio, y comprende una estructura superior y una pluralidad de anodos inertes 14 y 14'. La estructura superior puede incluir un refractario 12 al cual los anodos inertes estan unidos a traves de una placa 18. El material refractario puede ser una estructura plana o, por ejemplo, la estructura de tipo caja hueca mostrada, llena de aislamiento 28. Los pernos metalicos 16 pueden anclar los anodos inertes al refractario 12 y a una placa de metal superior, usualmente de acero 18 anclada al refractario 12 mediante anclajes metalicos 20 o similares. Todo el sistema de anodo inerte 12, 18 y 28 esta unido a un soporte de metal masivo 22. El sistema de anodo inerte puede ser bastante grande, siendo la longitud 30 del refractario de aproximadamente 1 a 2 m (3 pies a 6 pies), y siendo el espesor de pared 31 de aproximadamente 2 cm a 10 cm. El refractario 12 tiene un lado externo o exterior 24 como se muestra, y puede tener un lado interior 26. El interior del refractario 12 puede llenarse con capas de placas ceramicas de baja densidad 28, como se muestra, o una estera aislante hecha de fibras ceramicas, u otros materiales, o se deja hueco. Como puede verse, este tipo de sistema es bastante complicado en la construccion.

Los gases 32 del bano de sales fundidas 34 y el anodo 14, 14' son muy agresivos incluso para el acero inoxidable, especialmente varios gases en combinacion. Los gases mostrados como drculos (burbujas) 32 del bano o los anodos 14' (solo el gas de los dos anodos externos se muestran por motivos de simplicidad) pasan por encima del bano 34 como las flechas de flujo de gas 36. El bano de sales fundidas 34 usualmente utilizado en el proceso de Hall para producir aluminio se basa en criolita fundida (como NaF mas AIF3), a una relacion en peso de bano de NaF con respecto a AF3 en un intervalo de aproximadamente 1,0:1 a 1,6:1 y a una temperatura usualmente de aproximadamente 850 °C a 1050 °C, preferiblemente de 950 °C a 975 °C. Adicionalmente, pueden anadirse aditivos para el bano para diversos propositos. Los anodos inertes no estan totalmente sumergidos en el bano fundido, normalmente el borde superior del anodo esta por encima del bano a una distancia 38, usualmente de aproximadamente 5 cm a 30 cm, denominada espacio de gas o vapor. Los gases 32 mas comunmente generados incluyen HF, AlF3, O2 y NaAlF4. Una combinacion de HF y O2 es particularmente corrosiva para metales y ceramicas, especialmente a temperaturas de aproximadamente 400 °C. El oxfgeno se genera en los anodos de acuerdo con la reaccion:

2AhO3 (solucion) + 12e" ^ 4Al (lfquido) +3O2 (gas) (I)

y HF se genera a partir del bano de acuerdo con la reaccion (II):

2AlF3 (solucion) + 3H2O A^O3 (solucion) + 6 HF (gas) (II).

La fuente de agua es el agua ligada qmmicamente intrmseca a la alumina de calidad de fusion alimentada a la celda de fusion. La temperatura del refractario 12 en los puntos 13 donde podna haber contacto de HF y O2 es de aproximadamente 700 °C a 1000 °C dependiendo de la distancia desde la criolita fundida.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Con referencia ahora a la figura 2, una realizacion del sistema de anodo inerte mas sencillo y preferido 10 de esta invencion se muestra montada y, en el caso mostrado, moldeado, antes del contacto con el electrolito fundido. Como puede verse, el sistema 10 tambien contiene una pluralidad de anodos inertes 14 y 14', y un material de soporte circunscrito 12'. Una placa metalica fijada 18 esta asegurada por una serie de anclajes 20 todos retenidos por el soporte metalico masivo 22. Aqm, se utiliza un anodo drasticamente diferente que circunscribe la estructura solida 12', hasta ahora no considerada, que pone en contacto los anodos 14 y 14' en los puntos 40 y 42 cuando la estructura solida 12' se moldea en primer lugar, antes de su insercion en un aparato de electrolisis. La comparacion con la figura 1 muestra la simplicidad de este nuevo sistema.

La figura 3 muestra, basicamente, el mismo diseno y el mismo resultado de circunscripcion, como la figura 2, pero la aplicacion de la estructura solida 12 mediante un medio de inmersion o pulverizacion donde la estructura solida 12' se llenara completamente entre los anodos inertes tales como 14 y 14'. Aunque no es tan uniforme como una estructura exterior, la aplicacion es rentable, tiene el mismo proposito que una operacion de moldeo/colado puro y uniforme mostrada en la figura 2, es mas ligera y utiliza menos material.

La figura 4 muestra el sistema 10 de las figuras 2 o 3 insertado en un aparato de electrolisis, tal como se podna usar para producir aluminio, donde la criolita fundida 34 (que comprende NaaAlFa) pone en contacto los anodos inertes 14 y 14' y ha disuelto una porcion del material solido reducido 12' una distancia 44 del fondo de los anodos 14 y 14' dejando un espesor de material solido remanente 46. El espesor restante 46 puede ser del 30 % al 80 %, preferiblemente del 40 % al 70 % del espesor de la estructura solida original 48, mostrado en las figuras 2 y 3. La figura 4 muestra un espesor de estructura solida restante del 50 %, aunque para el revestimiento sumergido o pulverizado la superficie sera un poco mas rugosa que la mostrada y puede requerirse de 3 a posiblemente 5 o mas repeticiones para obtener la forma de tipo de bloque deseada. Un espesor de la estructura solida restante de menos del 30 % debilitara todo el sistema de anodo inerte 10 y perjudicara el efecto aislante del material solido 12'. Un espesor de estructura solida restante mayor de aproximadamente el 80 % no proporcionara suficiente superficie de anodo para permitir que la celula funcione correctamente. Sobre un cierto espacio de vapor 38, la criolita 34 del bano se condensara y se solidificara en el fondo de la estructura solida 12', en una operacion de estado estacionario, anadiendo una estructura solida adicional como se muestra por las lmeas de puntos.

En esta invencion, la losa refractaria entera, los tableros aislantes, los revestimientos/recubrimientos protectores de anodo inerte externo, todos los cuales disueltos hasta cierto punto en el bano fundido que causa impurezas, se reemplazan con un bloque de alumina, preferiblemente del 95 % en peso al 99 % en peso puro, o un material de bano + alumina, ambos que contienen un cemento aglutinante, para proporcionar la estructura solida 12' mostrada en las figuras 2 y 3. Si la alumina circundante o el soporte de bano + alumina 12' se disuelve en el bano de criolita fundido 34, no se ve danada y no se anaden mas del 0,5 % en peso de impurezas basadas en el peso del bano fundido, o preferiblemente no se anade ninguna impureza al bano fundido. Esto tambien simplifica drasticamente la estructura de todo el sistema 10, con ahorros considerables de tiempo y costes. Tambien hace que la alineacion del anodo sea mucho menos cntica en el proceso de ensamblaje. Este material de bloque solido 12' inicialmente encierra totalmente los anodos 14, 14' y los pernos 16, y esta suspendido por los ganchos 50 de la placa de acero 18. El contenido de alumina del bloque se ajusta para permitir que el ensamblaje resista temperaturas de precalentamiento. Ademas, en el material de criolita + alumina, la proporcion en peso del bano (NaF + AF3) es preferiblemente de aproximadamente 1,2 a 1,6 para soportar las temperaturas de precalentamiento. Cuando se ajusta el anodo, parte del material solido 12' se disuelve en el bano, exponiendo la parte inferior del anodo a electrolisis, mientras que la parte superior permanece solida, como una corteza natural, para proporcionar aislamiento y proteccion contra humos. Esta corteza crecera y se reducira a medida que el anodo se eleva y baja, proporcionando proteccion y aislamiento continuos. Cuando el sistema 10 esta ajustado en el bano fundido 34, como se muestra en la figura 4, proporciona automaticamente los unicos dos materiales que se deben anadir al bano: alumina y mas bano para llenar los huecos entre los anodos 14 y 14'. Normalmente, el aluminio comercial puede tener un maximo de aproximadamente el 0,3 al 0,65 % de impurezas; donde el intervalo permisible de cada impureza es de aproximadamente el 0,1 % al 0,6 % de Fe; del 0 % al 0,05 % de Cu; del 0 % al 0,05 % de Zn; del 0 % al 0,05 % de Ni; y del 0 % al 0,35 % de Si. El uso de alumina, A^O3 o el soporte de bano + alumina, mas, en ambos casos, cualquier material de cemento a base de alumina asociado, permitira la produccion de aluminio de calidad comercial.

Se analizara ahora la composicion de material mas complicada que contiene la estructura solida de bano + alumina 12'. La estructura solida de bano + alumina maleable 12' normalmente comprende de aproximadamente el 40 % en peso a aproximadamente el 80 % en peso, preferiblemente de aproximadamente el 55 % en peso a aproximadamente el 70 % en peso de polvo de fluoruro de aluminio y sodio; de aproximadamente el 2 % en peso a aproximadamente el 25 % en peso, preferiblemente de aproximadamente el 2 % en peso a aproximadamente el 10 % en peso de polvo de oxido de aluminio

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

(AI2O3). Los materiales normalmente contienen una cantidad efectiva menor de aglutinante, usualmente de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 25 % en peso; preferiblemente de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso de un material cementoso, preferiblemente un material cementoso refractario a base de alumina/cemento, que contiene preferiblemente de aproximadamente el 65 % en peso al 85 % en peso de alumina (A^O3) y del 15 % al 30 % en peso de CaO. Este material de cemento es un material resistente a alta temperatura capaz de resistir temperaturas de 800 °C a 1200 °C sin degradacion. Ademas de la alumina, los componentes usuales pueden incluir, por ejemplo, CaO, SO2, Na2O y Fe2O3. La estructura 12' tambien puede contener menores cantidades de NasA^F-M (criolita natural). Se anade agua a la mezcla en polvo para hacer una suspension y luego se anade aproximadamente el 10 % en peso basado en toda la mezcla en polvo del material de cemento a base de alumina para unir el material de bano + alumina juntos. Este material de bano + suspension de cemento se vierte entonces en un molde que contiene los anodos inertes 14, 14' y los ganchos 50, seguido de horneado a aproximadamente 125 °C a 175 °C durante 10 horas a 15 horas para eliminar la humedad. Esto proporciona una estructura menos porosa, menos resistente a la temperatura que la estructura de alumina + cemento purificada, pero todavfa se prefiere como qmmicamente mas similar al electrolito.

El material de alumina se puede moldear, colar, sumergir o pulverizar. Es AI2O3 esencialmente puro en solitario o mezclado con un aglutinante cementoso adecuado a base de alumina, con aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso de material cementoso resistente al calor, a alta temperatura (capaz de resistir temperaturas de aproximadamente 800 °C a 1200 °C sin degradacion).

Ejemplos

Se proporciono un sistema de anodo con un material solido circunscrito que contema una mezcla de criolita, cemento de aluminato de calcio y dispersante como se describe a continuacion.

Se mezclaron aproximadamente 5.400 gramos de cemento de aluminato calcico de 0,05-1,0 milfmetro/grog, con aproximadamente 600 gramos de aluminato de calcio, 100 gramos de Methocel (dispersante), 100 gramos de un agente humectante de arcilla de bentonita, y 1200 gramos de criolita en bano Hall de -200 que tiene una relacion de 0,90 a 1,50 (% de fluoruro de sodio con respecto al % de fluoruro de aluminio) y luego se mezcla con 1000 gramos a 7000 gramos de agua (en promedio, 3888 gramos).

Todos los ingredientes solidos se mezclaron, en un recipiente de acero inoxidable, durante 2 a 5 minutos sobre una base seca a bajas velocidades. El agua se anadio lentamente a los polvos mezclados. El proceso de mezcla se detuvo periodicamente para asegurar que todos los ingredientes estaban humedos y uniformemente dispersos o no se asentaron en el fondo del recipiente de mezcla.

La mezcla de base acuosa se transfirio entonces a un recipiente, para permitir que los anodos se viertan por inmersion con una capa de espesor de hasta 1/2 pulgadas (1,27 cm) de la mezcla. En el proceso de revestimiento por inmersion, los anodos se bajaron lentamente en el recubrimiento refractario de la mezcla hasta sumergirse completamente. El revestimiento se dejo equilibrar (es decir, incluso en el area que estaba en contacto inmediato con los anodos). Los anodos se retiraron entonces a una velocidad de aproximadamente 12,5 cm/minuto para permitir que al menos una capa de 0,6 cm de espesor del refractario de bloque de bano se adhiriese a la superficie de los anodos.

Los anodos se suspendieron despues de un dispositivo de fijacion y se utilizo un secador de aire caliente para acelerar el secado del revestimiento del bloque de bano. Una vez que la superficie exterior estaba seca al tacto, los anodos se sumergieron para la segunda y tercera capa, segun se requiera, para aplicaciones de recubrimiento especificadas con la etapa de secado apropiada antes de la aplicacion de la siguiente capa. Para obtener una estructura de bloques completa se requerinan varias aplicaciones mas.

Los anodos que tienen el espesor de revestimiento deseado se colocaron despues en un horno de precalentamiento y se calentaron a aproximadamente 960 °C a una velocidad para evitar el agrietamiento del anodo y del revestimiento aislante. Una vez a una temperatura deseada, los anodos revestidos se retiraron del calentador y se transfirieron rapidamente a una celda Hall con una perdida de menos de 10 °C en la temperatura en menos de los 2 minutos necesarios para transferir los anodos a la celda Hall.

Tras sumergirse en la celda Hall, el revestimiento del bloque de bano se disolvio hasta la lmea de bano en menos de 5 minutos. La disolucion del bloque de bano de la porcion sumergida del anodo permitio que la corriente fluyera para la produccion de metal de aluminio. Es importante destacar que el aislamiento de bloque de bano disuelto fue de tal composicion que no contamino el metal o la criolita usada en la celda Hall. Esto proporciono un soporte de anodo compatible sencillo y economico, util para la produccion de aluminio.

Habiendo descrito las realizaciones actualmente preferidas, debe entenderse que la invencion puede estar

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

de otra manera incorporada dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Los aspectos de la invencion se describiran ahora con referencia a las siguientes clausulas numeradas:

Clausulas:

1. Un aparato de electrolisis que comprende una pluralidad de anodos, teniendo cada anodo una porcion inferior sumergida en un bano electrolttico fundido, en el que un material solido se selecciona del grupo que consiste en alumina y criolita, y mezclas de los mismos, junto con una cantidad eficaz de aglutinante cementoso, entrando en contacto y circunscribiendo dicho material solido al menos una porcion superior de al menos uno de dichos anodos.

2. El aparato de electrolisis de la clausula 1, en el que los anodos son anodos inertes.

3. El aparato de electrolisis de la clausula 1, en el que el aparato de electrolisis es una celda electrolttica utilizada en la produccion de aluminio.

4. El aparato de electrolisis de la clausula 1 que contiene tambien una placa metalica superior.

5. El aparato de electrolisis de la clausula 1, donde el material solido comprende de aproximadamente el 40 % en peso a aproximadamente el 80 % en peso de criolita, de aproximadamente el 2 % en peso a aproximadamente el 25 % en peso de alumina y de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 25 % en peso de material aglutinante cementoso.

6. El aparato de electrolisis de la clausula 1, en el que el material solido comprende alumina que contiene del 5 % en peso al 15 % en peso de material aglutinante cementoso.

7. El aparato de electrolisis de la clausula 1, en el que el material solido se disolvera a temperaturas de aproximadamente 1000 °C en presencia de un bano electrolttico fundido a base de criolita.

8. El aparato de electrolisis de la clausula 1, en el que el material solido se disolvera en la medida donde el espesor del material solido restante sea del 30 % al 80 % del espesor original.

9. El aparato de electrolisis de la clausula 1, en el que la totalidad del al menos un anodo esta circunscrito por el material solido.

10. Un aparato de electrolisis que comprende un sistema de anodo inerte que comprende al menos un anodo inerte que tiene una parte inferior en contacto con un bano de sal fundida, en el que al menos una parte superior del anodo inerte contacta y esta circunscrita por un material solido sujeto al ataque de gases del bano, en el que el material solido se selecciona del grupo que consiste en cemento a base de alumina y criolita-alumina, los cuales se disolveran en presencia del bano de sales fundidas.

11. El aparato de electrolisis de la clausula 10, donde el material solido es de aproximadamente el 40 % en peso al 80 % en peso de criolita, de aproximadamente el 2 % en peso al 25 % en peso de alumina y del 5 % en peso al 25 % en peso de un material cementoso material.

12. El aparato de electrolisis de la clausula 10, en el que el aparato de electrolisis es una celda electrolftica adecuada para la produccion de aluminio.

13. El aparato de electrolisis de la clausula 10, en el que el material solido se disolvera en la medida en que el espesor del material solido restante sea del 30 % al 80 % del espesor original.

14. El aparato de electrolisis de la clausula 10, en el que el material solido se disolvera en la medida en que el espesor del material solido restante sea del 40 % al 70 % del espesor de soporte original.

15. El aparato de electrolisis de la clausula 10, en el que el material de cemento es un cemento refractario a base de alumina.

16. El aparato de electrolisis de la clausula 10, en el que la totalidad del al menos un anodo inerte esta circunscrito por el material solido.

17. El aparato de electrolisis de la clausula 10, donde el material solido se aplica por colada.

18. El aparato de electrolisis de la clausula 10, donde el material solido se aplica por pulverizacion.

19. El aparato de electrolisis de la clausula 10, donde el material solido se aplica por inmersion.

Claims (10)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   REIVINDICACIONES

   1. Un aparato de electrolisis que comprende un sistema de anodo inerte que comprende al menos un anodo inerte que tiene una parte inferior en contacto con un bano de sal fundida, en el que al menos una parte superior del anodo inerte contacta y esta circunscrita por un material solido sujeto al ataque de gases del bano, en el que el material solido se selecciona del grupo que consiste en cemento a base de alumina y criolita-alumina, los cuales se disolveran en presencia del bano de sales fundidas.
2. 2. El aparato de electrolisis de la reivindicacion 1, donde el material solido es de aproximadamente el 40 % en peso al 80 % en peso de criolita, de aproximadamente el 2 % en peso al 25 % en peso de alumina y del 5 % en peso al 25 % en peso de un material cementoso material.
3. 3. El aparato de electrolisis de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que el aparato de electrolisis es una celda electrolftica adecuada para la produccion de aluminio.
4. 4. El aparato de electrolisis de cualquier reivindicacion anterior, en el que el material solido se disolvera en la medida en que el espesor del material solido restante sea del 30 % al 80 % del espesor original.
5. 5. El aparato de electrolisis de cualquier reivindicacion anterior, en el que el material solido se disolvera en la medida en que el espesor del material solido restante sea del 40 % al 70 % del espesor de soporte original.
6. 6. El aparato de electrolisis de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de cemento es un cemento refractario a base de alumina.
7. 7. El aparato de electrolisis de cualquier reivindicacion anterior, en el que la totalidad del al menos un anodo inerte esta circunscrito por el material solido.
8. 8. El aparato de electrolisis de cualquier reivindicacion anterior, donde el material solido se aplica por colada.
9. 9. El aparato de electrolisis de cualquier reivindicacion anterior, donde el material solido se aplica por pulverizacion.
10. 10. El aparato de electrolisis de cualquier reivindicacion anterior, donde el material solido se aplica por inmersion.