WO2013068412A2 - Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter oberfläche - Google Patents

Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter oberfläche Download PDF

Info

Publication number
WO2013068412A2
WO2013068412A2 PCT/EP2012/072046 EP2012072046W WO2013068412A2 WO 2013068412 A2 WO2013068412 A2 WO 2013068412A2 EP 2012072046 W EP2012072046 W EP 2012072046W WO 2013068412 A2 WO2013068412 A2 WO 2013068412A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode block
groove
cathode
regions
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/072046
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013068412A3 (de
Inventor
Thomas Frommelt
Arash RASHIDI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Priority to IN3395CHN2014 priority Critical patent/IN2014CN03395A/en
Priority to CA2854928A priority patent/CA2854928A1/en
Priority to CN201280055341.8A priority patent/CN103958740A/zh
Priority to JP2014540439A priority patent/JP2014532816A/ja
Priority to EP12786943.6A priority patent/EP2776608A2/de
Publication of WO2013068412A2 publication Critical patent/WO2013068412A2/de
Publication of WO2013068412A3 publication Critical patent/WO2013068412A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes

Definitions

  • the present invention relates to a cathode block which is particularly suitable for use in an electrolytic cell for the production of aluminum.
  • Electrolysis cells are used, for example, for the electrolytic production of aluminum, which is usually carried out industrially by the Hall-Heroult process.
  • a melt composed of aluminum oxide and cryolite is electrolyzed. It serves the Hall-Heroult process
  • the electrolytic cell used in this method has a cathode bottom, which may be composed of a plurality of adjacent, forming the cathode cathode blocks.
  • the cathode is usually composed of a carbonaceous material.
  • grooves are usually provided, in each of which at least one bus bar is arranged, through which the current supplied via the anodes is removed.
  • layer of liquid aluminum is formed, in particular of individual anode blocks formed anode, between the and the surface of the aluminum, the electrolyte, ie the Alumina and cryolite-containing melt is located.
  • the aluminum formed is deposited below the electrolyte layer due to its greater density compared to that of the electrolyte, ie as an intermediate layer between the upper side of the cathode and the electrolyte layer.
  • the dissolved in the melt aluminum oxide is split by electric current flow to aluminum and oxygen.
  • the layer of liquid aluminum is the actual cathode because aluminum ions are reduced to elemental aluminum on its surface.
  • the term cathode will not be understood below to mean the cathode from an electrochemical point of view, ie the layer of liquid aluminum, but rather the component forming the base of the electrolytic cell, for example composed of one or more cathode blocks.
  • a major disadvantage of the Hall-Heroult process is that it is very energy intensive. To produce 1 kg of aluminum about 12 to 15 kWh of electrical energy is needed, which accounts for up to 40% of the manufacturing cost. In order to be able to reduce the production costs, it is therefore desirable to reduce the specific energy consumption in this process as much as possible.
  • the driving force for the formation of waves in the layer of liquid aluminum is the inhomogeneous distribution of the electric current density and the magnetic flux density over the surface of the cathode, which leads to a corrugating distribution of the Lorentz force density in the layer of liquid aluminum.
  • the Lorentz force density is defined as the vector product of the electrical current density present at a specific location and the magnetic flux density present at this location.
  • the Cathode and in the aluminum bath preferably follows the path of least electrical resistance.
  • the electric current flowing through the cathode typically concentrates primarily on the lateral edge regions of the cathode, at which the connection of the cathode with the busbars contacting the latter takes place, since the resulting electrical resistance in the flow of current across the edge regions to the surface of the Cathode is lower than the current flow through the center of the cathode to the surface of the cathode, in which a longer path or electrical path must be covered as in the flow of current over the edge regions to the surface of the cathode.
  • the inhomogeneous current density distribution and in particular the increased current density at the lateral edge regions of the cathode viewed in the transverse direction of the cathode, also increase in comparison with the current density in the center of the cathode an increased wear of the cathode in the lateral edge regions, which typically leads after prolonged operation of the electrolytic cell to a characteristic in cross-section of the cathode about W-shaped wear profile of the cathode.
  • electrolysed cells with profiled surface cathodes, for example those whose upper side, viewed in cross-section of the cathode, is in the form of a V-shaped well are.
  • the depression formed in the form of a V-shaped well in the cathode surface causes the current density in the lateral edge regions of the cathode to be reduced, thereby reducing the wave formation potential and also the wear in these regions.
  • cathodes are used, the upper side of which contain a recessed central area, wherein this recessed area can have a certain volume A. These pits have sloped surfaces, i. they are in the form of tubs.
  • these cathodes and the cathode blocks composing these cathodes also do not solve the wave formation and wear problems satisfactorily.
  • the object of the present invention is therefore to provide a cathode block which, when used in a fused-salt electrolysis in an electrolytic cell, causes a reduced specific energy consumption and has an increased service life.
  • a cathode block is to be provided which allows the thickness of the melt layer between the aluminum and the anode to be reduced in the electrolysis cell without causing instabilities, such as short circuits or reoxidations of the formed layer, in the layer of liquid aluminum as a result of increased wave formation tendency Aluminum or fluctuations of the electrolysis cell voltage occur.
  • this object is achieved by providing a cathode block, in particular for an aluminum electrolytic cell, having the features of claim 1 with at least one arranged on one of the sides of the cathode block and extending in the longitudinal direction of the cathode block groove for receiving a Conductor rail, wherein at least a portion of the surface of the at least one groove side having opposite side of the cathode block, as seen in cross section of the cathode block, arcuately outwardly curved, wherein the vertex of the at least one arcuate outwardly curved section, based on the in the cross section of the cathode block perpendicular to the at least one groove having side extending direction over which at least one groove is arranged.
  • Sections on the top of the cathode block is adjusted and thereby the length of the electrical path of least resistance, which leads from the upper edge of the groove to the vertically above the groove arranged portion of the top of the cathode block, to the length of the electrical paths of the larger resistances is adjusted from the lower edge of the cathode block next to the portion comprising the groove of the bottom of the cathode block lead to the top of the cathode block.
  • the length of the electrical path between the upper edge of the groove of rectangular cross-section centered at the bottom of the cathode block and the portion vertically above it on the upper side of the cathode block is substantially shorter than the lengths of the electrical paths.
  • the cathode surface assumes a wave-like shape, which can lead to increased wave formation in the layer of liquid aluminum arranged on the cathode block. Due to the embodiment of the cathode block surface according to the invention, the electrical path between the upper side of the groove and the cathode surface is increased and reduced between the side surface of the groove and the cathode surface.
  • the distance between the anode and the layer of liquid aluminum can be reduced, resulting in additional energy savings in the operation of an electrolytic cell comprising the cathode block. It is particularly advantageous that the above-described measure used to equalize the electric current density on the cathode top, namely the provision of at least one arcuate outwardly curved portion, can be easily sized so that the cathode block according to the invention can be used in an electrolysis cell in that the same bath volume results-even with a reduced distance between the anode and the layer of liquid aluminum-as with the use of a conventional cathode.
  • the intersecting curve defined by the cathode surface in the cross-section of the cathode block is, as seen in the cross-section of the cathode block, curved outwards in an arcuate manner, as seen in the cross-section of the cathode block, with a convex edge facing outward with respect to the cathode block
  • Curvature comprises, wherein a curved section is a section of the cutting curve in which the direction changes continuously, but without that in the curved area an angular or angular or angular change in direction is present.
  • verex of a curved portion in the present invention refers to the farthest point of the curved portion as seen perpendicularly from the bottom of the cathode block.
  • the cathode block is constructed on the basis of carbon and / or graphite, wherein the cathode block is particularly preferably at least 30 wt .-%, more preferably at least 40 wt .-%, particularly preferably at least 50 wt .-%, very particularly preferably at least 60% by weight and most preferably entirely composed of carbon and / or graphite.
  • the carbon is amorphous carbon and the graphite is preferably graphitic or graphitized carbon. It is further preferred that mixtures of amorphous carbon and graphitic carbon, amorphous carbon and graphitized carbon, amorphous carbon, graphitic and graphitized carbon, or graphitic and graphitized carbon are used.
  • the cathode block has exactly one groove for receiving bus bars, preferably a bus bar, with a rectangular cross-section, preferably at least that, relative to the cross-section of the cathode block perpendicular to the side having the groove extending direction, over the groove lying portion of the groove side facing the opposite side of the cathode block is curved arcuately outward.
  • the lengths of the electrical paths between the upper edge of the groove and the regions of the surface of the cathode block arranged vertically above the groove on the one hand and the adjacent areas of the surface of the cathode block on the other hand are unified, so that the cathode block in the Use in an electrolytic cell has - seen over its surface - homogeneous current density.
  • the cathode block can also have two grooves for receiving busbars, preferably in each case one current busbar. rail, each having a rectangular cross-section, wherein at least the, relative to the cross-section of the cathode block perpendicular to the grooves having the side extending direction (z), lying over the grooves portion of the side facing the two grooves side of the cathode block once curved arcuately outwards, or, wherein each of the two, relative to the cross-section of the cathode block perpendicular to the side having the two grooves extending direction over the grooves lying portions of the side facing the two grooves side of the cathode block arcuate outwardly is curved, wherein each of the vertexes of the two arcuate outwardly curved portions, relative to the cross-section of the cathode block perpendicular to the direction of the two grooves having side extending direction, disposed over in each case one of the two grooves.
  • the lengths of the electrical paths between the upper edge of each nearest groove and the vertically disposed areas of the surface of the cathode block on the one hand and the adjacently disposed areas of the surface of the cathode block on the other hand unified, so that the cathode block at the use in an electrolytic cell has a - seen over its surface - homogeneous current density.
  • the cathode block has two grooves for receiving busbars, preferably in each case a busbar, each having a rectangular cross-section, preferably at least the, relative to the cross-section of the cathode block perpendicular to the side having the grooves Direction, over the grooves lying portion of the side facing the grooves of the opposite side of the cathode block is curved once arcuately outwards, so there is an arcuate outwardly curved portion on the cathode top, which spans the two grooves.
  • the range of 20 to 80% of the width of the groove, the portion of the groove, which viewed in the cross section of the cathode block, at 20% of the measured from a lateral end of the groove in the width direction of the cathode block extension of the groove begins and at 80% of from this lateral end of the groove ends in the width direction of the cathode block measured extension of the groove ends.
  • the center of the groove is understood to be the point which, viewed in cross-section of the cathode block, is arranged in the center of the groove, ie 50% of the extension of the groove measured from a lateral end of the groove in the width direction of the cathode block.
  • the at least one arcuately outwardly curved region of the surface of the cathode block cover at least 20%.
  • the at least 40% is arranged over at least 40%, more preferably over at least 60%, most preferably over at least 80% and most preferably over 100% of the range extending, based on the cross-section of the cathode block perpendicular to the at least one groove having side Direction, is arranged over the width of the groove.
  • the at least one arcuately outwardly curved region of the surface of the cathode block be at least 20%, preferably at least 40 %, more preferably over at least 60%, and most preferably over at least 100%, of the cross-section of the cathode block extending from the side of the cathode block opposite the at least one groove.
  • the cathode block surface viewed in the cross section of the cathode block preferably has exactly one curved area which fulfills the values described above with respect to the width of the cathode block.
  • the cathode block surface, viewed in cross-section of the cathode block preferably has a curved region spanning the two grooves, which fulfills the values given above with respect to the width of the cathode block, or has two curved portions which, taken together, satisfy the values given above with respect to the width of the cathode block.
  • a comprehensive homogenization of the distribution of the electric current density results in the context of the invention in particular when the at least one arcuate outwardly curved portion of the surface of the cathode block, for example over at least 60%, preferably over at least 80%, more preferably over at least 90% and most preferably extends over at least 100% of the length of the cathode block.
  • a particularly well adapted to the electrical flow conditions in the cathode block when using the same in an electrolytic cell cathode surface is achieved according to a further embodiment of the first aspect of the present invention, characterized in that the at least one arcuate outwardly curved portion of the surface of the cathode block, based on the cross section of the cathode block, oval-segment-shaped, in particular circular-arc-shaped, cosinusoidal, in the form of a Gaussian normal distribution, elliptical-segment-shaped, curved in the shape of a Bezier curve, parabolic section-shaped or in the form of a cosine curve of higher power.
  • the at least one arcuately outwardly curved portion of the surface of the cathode block be symmetrical to the mid-perpendicular plane of the at least one groove relative to the cross section of the cathode block is. This also achieves easy manufacturability of the cathode block and universal applicability of the cathode block in an electrolysis cell.
  • the cathode block surface in such a way that the at least one arcuate outwardly curved portion the shape of an ellipse segment with a width of the interval of the polar angle between 10 ° and 180 °, preferably between 30 ° and 160 °, more preferably between 50 ° and 140 ° and very particularly preferably between 70 ° and 120 °, and / or that the at least one arc-shaped curve curved outward has the shape of a cosine curve having a width of the interval of the angle between 10 ° and 180 °, preferably between 30 ° and 160 °, more preferably between 50 ° and 140 ° and most preferably between 70 ° and 120 °, and or that the
  • the quotient of the distance from the vertex of the at least one arcuately outwardly curved portion of the surface of the cathode block to the lowest point of the groove and the distance from the lowest point of the groove the side of the cathode block opposite the at least one groove side to the lowest point of the groove between more than 1: 1 to at most 2: 1, preferably 1, 0 to
  • the at least one groove be at least 40%, preferably at least 60%, more preferably at least 80%, most preferably at least 90%, and most preferably above entire length of the cathode block extends.
  • the at least one groove in particular rectangular in cross-section, has a depth varying over its length, the at least one groove particularly preferably has a smaller depth at its longitudinal ends than in its center.
  • the groove can in particular have a course approximately triangular in longitudinal section of the cathode block.
  • Cathode blocks to achieve a uniform distribution of the electric current density at the cathode block surface when it is used in an electrolytic cell it is preferred if the surface of the side facing the at least one groove side, viewed in longitudinal section of the cathode block, is designed trough-shaped. It is particularly preferred when the cathode block is configured with the trough-shaped surface according to the second aspect of the present invention described below. In this respect, the advantageous embodiments and advantages described below in relation to the second aspect of the present invention also apply correspondingly to the first aspect of the present invention.
  • a cathode block for an aluminum electrolytic cell which has a trough-shaped surface viewed in a longitudinal section of the cathode block, wherein the trough has two edge regions and a, seen in the longitudinal direction of the cathode block, arranged between the edge regions and lowered relative to the edge regions bottom region, wherein between the two edge regions and the bottom region in each case a corresponding edge region and the bottom region connecting side wall region is provided, wherein at least one of the two connection regions between the Edge regions and the side wall portions and / or at least one of the two connecting portions between the bottom portion and the side wall portions is arcuately curved, wherein the at least one arcuately curved portion has a length of more than 2 cm.
  • the cathode block is based on carbon and / or graphite, wherein the cathode block is particularly preferably at least 30 wt .-%, more preferably at least 40 wt .-%, particularly preferably at least 50 wt. %, more preferably at least 60% by weight and most preferably entirely composed of carbon and / or graphite.
  • the carbon is amorphous carbon and the graphite is preferably graphitic or graphitized carbon. It is further preferred that mixtures of amorphous carbon and graphitic carbon, amorphous carbon and graphitized carbon, amorphous carbon, graphitic and graphitized carbon, or graphitic and graphitized carbon are used.
  • the trough-shaped surface is preferably the surface of the cathode block, which is arranged opposite the surface of the cathode block which has the at least one groove for receiving busbars, preferably in each case one busbar.
  • the trough-shaped surface of the cathode block according to the invention is located on the - im
  • the cathode block in an electrolytic cell - top of the cathode block that is the side of the cathode block on which the layer of liquid aluminum is provided.
  • an arcuately curved configuration of at least one of the connection regions of a trough-shaped cathode block ie by an arcuately curved configuration of at least one of the connection regions which are provided between the edge regions and the sidewall regions and between the bottom region and the sidewall regions in that the electric current density and the magnetic flux density are made uniform in the use of the cathode block in an electrolytic cell.
  • the current - in contrast to a cuboid cathode block - not primarily flows in the lateral edge regions of the cathode block, but the current flow, because in the trough-shaped configuration realized as described above, the electrical resistance of the edge regions due to greater height of the edge areas is increased in relation to the height of the bottom area with respect to the electrical resistance of the bottom portion of the cathode block, is homogeneously distributed over the surface of the cathode block. This, in turn, is a consequence of the fact that the current in the cathode block follows the path of least electrical resistance.
  • At least one of the connecting regions is achieved by the arcuately curved configuration that no inhomogeneously distributed current densities occur even in the region of the at least one connecting region, which runs at an angle in a trough-shaped configuration known from the prior art. Rather, the arcuately curved configuration, the occurring during the use of the cathode block in an electrolytic cell at the surface of the cathode block distribution of electric current density is compared in comparison to a cathode block with a winkeligen design even in the connecting areas, so that wave formation in the layer of liquid aluminum during operation of the electrolytic cell and concomitant instabilities of the electrolysis operation can be effectively avoided.
  • an arcuate portion is understood to mean a portion where the sectional curve defined in the cross section of the cathode block by the cathode surface has a convex curvature with respect to the cathode block interior, with a portion below the curved portion Intersection curve is understood, in which the direction changes continuously, but without that in the curved area an angular change in direction is present.
  • the length of the arc-shaped curved section in the sense of the present invention designates the extension, measured in the longitudinal direction of the cathode block, of the arc-shaped curved section from its beginning up to its end, ie from the point of transition of the preferably rectilinear edge region in the arcuately curved connecting portion to the point of its transition into a preferably rectilinear portion of the side wall portion or from the point of transition of a preferably rectilinear portion of the side wall portion in the arcuately curved connecting portion to the point of its transition into the preferably rectilinearly shaped bottom portion.
  • the at least one arcuately curved section has a length of more than 2 cm to 100 cm, preferably 3 to 50 cm, particularly preferably 4 to 30 cm, particularly preferably 5 to 20 cm, most preferably from 7 to 15 cm and most preferably 10 cm, since peaks or valleys of the electric current density above the curved portion are particularly reliably avoided by such a dimensioning of the curved portion.
  • the arcuate portion is preferably arcuately curved inwardly with respect to the cathode block as viewed in the longitudinal section, whereas if the arcuate portion Section is provided in at least one of the connecting portions between the edge regions and the side wall portions of the trough-shaped surface of the cathode block, preferably outwardly arcuately curved.
  • At least one of the two connection regions is between the bottom region and the side wall regions and are preferably both connection regions between the bottom region and the side wall regions, with respect to the cathode layer considered in longitudinal section. block, designed curved inwards in an arcuate manner.
  • at least one of the two connection regions between the edge regions and the sidewall regions and preferably both connection regions between the edge regions and the sidewall regions are / is configured outwardly arched with respect to the cathode block viewed in longitudinal section.
  • a particularly advantageous embodiment of the cathode block according to the second aspect of the invention provides that the two connection regions between the bottom region and the side wall regions are configured curved inwards in relation to the cathode block viewed in longitudinal section as well as the two connecting regions between the edge regions and the side wall regions, based on the cathode block viewed in longitudinal section, are configured curved in an arc-shaped outward direction.
  • At least one arcuately curved section has a minimum radius of curvature of at least 2 cm, preferably of at least 10 cm and particularly preferably of at least 20 cm.
  • the second aspect of the present invention provides that at least one arcuate portion, with respect to the longitudinal section of the cathode block, oval segment, in particular circular arc, cosinus, in the form of a Gaussian distribution, elliptical segmental or in the shape of a Bezier curve is configured.
  • the cross-sectional plane extending in the longitudinal direction denotes the vertical plane running perpendicular to the width direction of the cathode block and parallel to the longitudinal direction of the cathode block.
  • angles between the one end and the other end of the at least one arcuately curved section of the at least one connecting region of the cathode block 95 to 175 ° is preferred 1 is 10 to 160 ° and more preferably 125 to 150 °.
  • the angle between the two ends of the curved portion denotes the larger of the two angles, the two fictitious, at the two ends of the section and starting, considered in the longitudinal section of the cathode block, each tangent to the curved portion extending straight lines.
  • At least one of the two edge regions and preferably both edge regions viewed in longitudinal section of the cathode block, in the longitudinal direction of the cathode block to the center of the Cathode block sloping sloping runs / run, with the inclination angle of the edge region or the edge regions relative to this level preferred is between 1 ° and 30 °, more preferably between 2 ° and 15 ° and most preferably between 3 ° and 10 °.
  • the bottom region extends at least in regions in a straight line, wherein the surface of the bottom region, with respect to the longitudinal direction an angle between -20 ° and 20 °, preferably between -10 ° and 10 ° and more preferably of 0 °.
  • a homogeneous distribution of the electric current density over the surface of the cathode block resulting from the use of the cathode block according to the invention in an electrolysis cell is achieved in particular if each of the two edge regions is more than 5 to 40%, preferably 10 to 35% and particularly preferably 15 to 30 % of the length of the cathode block extends and / or the bottom region extends over 10 to 90%, preferably 20 to 70% and particularly preferably 30 to 60% of the length of the cathode block.
  • the cathode block has a, seen in the longitudinal direction of the cathode block, varying material composition, wherein the material in the two edge regions preferably has a higher electrical resistivity has as the material in the bottom portion of the cathode block.
  • the cathode block contains 5 to 50% by weight and preferably between 10 to 30% by weight of acetylene coke in the two edge regions.
  • the Acetylenkoks does not change its electrical properties at the carried out during the production of the cathode block Graphit réelles intimid not or only slightly, so that the edge portions of the cathode block graphite with a lower degree of graphitization and thus with a greater electrical resistivity than in the case of graphitization without addition of the acetylene coke.
  • the cathode block in the bottom regions contain from 5 to 50% by weight and preferably between 10 to 40% by weight of titanium diboride, silica and / or chromium oxide.
  • the titanium diboride, silica or chromium oxide promotes in the process performed during the preparation of the cathode block
  • the second aspect of the present invention can be combined with the first aspect of the present invention, that is, according to a particularly preferred embodiment of the present invention, the cathode block has the in Related to the features described in the first aspect of the present invention as well as the features described in relation to the second aspect of the present invention.
  • Another object of the present invention is a cathode assembly, in particular for an aluminum electrolysis cell, which comprises at least two configured as described above cathode blocks.
  • the present invention relates to an electrolysis cell, in particular for the production of aluminum, which comprises a previously described cathode arrangement, a layer of liquid aluminum arranged on the top side of the cathode arrangement, a melt layer thereon and an anode above the melt layer.
  • an electrolysis cell in particular for the production of aluminum, which comprises a previously described cathode arrangement, a layer of liquid aluminum arranged on the top side of the cathode arrangement, a melt layer thereon and an anode above the melt layer.
  • FIG. 1 is a perspective sectional view of a cathode block according to the prior art
  • FIG. 2 is a perspective sectional view of a cathode block according to an embodiment of the first aspect of the present invention.
  • FIG. 3 shows a front view of the cathode block section shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a cathode block according to another embodiment of the first aspect of the present invention
  • 5 is an illustration of possible embodiments of the arcuate outwardly curved portion of a cathode block according to various embodiments of the first aspect of the invention
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a cathode block according to the prior art
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a cathode block according to an embodiment of the second aspect of the present invention.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a cathode block according to another embodiment of the second aspect of the present invention.
  • 9a-e are schematic representations of the distribution of the electric current density at the surface of different cathode blocks when the respective cathode block is used in an electrolysis cell
  • FIG. 10 is a perspective view of the cathode block shown in FIG. 6 according to the prior art
  • FIG. 1 1 is a perspective view of a cathode block according to a
  • FIG. 12 is a perspective view of a cathode block according to another embodiment of the second aspect of the present invention and a perspective view of a cathode block according to another embodiment of the second aspect of the present invention.
  • Fig. 1 shows a perspective sectional view of a cathode block according to the prior art.
  • the cathode block has a groove 12a arranged on one side 10a of the cathode block and extending in the longitudinal direction y of the cathode block for receiving a bus bar.
  • the cathode block also has an opposite side 14a, which has the groove 12a, with a surface 16a which, when the cathode block is used in an electrolysis cell, faces the layer of liquid aluminum arranged above the cathode block.
  • the surface 16a is flat.
  • the numerals a are provided with the subscript a to distinguish these reference numerals from the corresponding reference numerals of the figures representing the present invention.
  • Fig. 2 is a perspective sectional view of a cathode block according to an embodiment of the first aspect of the invention.
  • the width Bi measured in the width direction x of the cathode block shown in FIG. 2 is about 42 cm and the width B 2 of the groove 12 is about 20 cm.
  • the length L of the cathode block measured in the longitudinal direction y may be, for example, 2.5 to 4.0 m.
  • the cathode block shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that a portion of the surface 16 of the side 14 of the side opposite the side 10 having the at least one groove 12 Cathode block, seen in cross-section of the cathode block, is arcuately curved outward.
  • the sectional curve of the surface 16 resulting in the cross section of the cathode block is identified by reference numeral 18 in FIG.
  • This sectional curve 18 is arc-shaped over its entire width Bi measured in the width direction x and thus represents an arcuately curved section 20 of the cross-sectional surface 16.
  • the apex 22 of the arcuate outwardly curved section 20 relative to the in the cross section of the cathode block perpendicular to the at least one groove 12 having side 10 extending direction z is arranged vertically above the groove 12.
  • the region of the surface 16 arranged in the direction z above the groove 12 is identified by the reference numeral 24 in FIG.
  • the distribution of the electric current density in the use of the cathode block in an electrolytic cell compared to the cathode block shown in Fig. 1 is made uniform and thereby reduces a wave formation in the arranged above the cathode block layer of liquid aluminum.
  • FIG. 3 shows the cross section of the cathode block cutout shown in FIG. 2.
  • the quotient of the distance hi from the apex 22 of the curved section 20 to the lowest point of the groove 12 and the distance h 2 from the lowest point of the side 14 facing the groove 12 is equal to 14 the lowest point of the groove 12 in this embodiment is about 1.4: 1.
  • a cathode block according to a further embodiment of the first aspect of the invention is shown in cross-section.
  • the cathode block shown in FIG. 4 has two grooves 12, 12 'for receiving in each case one bus bar and the surface 16 of the cathode block has, seen in cross-section, two arcuately outwardly curved sections 20, 20', wherein the plate teltician 22, 22 'of each arcuate outwardly curved portion 20, 20' in the direction perpendicular to the grooves 12, 12 'having side 10 oriented direction z above the corresponding groove 12, 12' is arranged.
  • FIG. 5 shows an illustration of possible embodiments of the arcuate outwardly curved portion of a cathode block according to various embodiments of the first aspect of the invention. More precisely, FIG. 5 shows possible sectional curves 18a-e which can form an arcuately curved section of the cathode block surface in the cross section of the cathode block.
  • the x values range from (-0.5) times the cathode block width to 0.5 times the cathode block width and the y values indicate the height of the cathode surface relative to a fictitious middle horizontal.
  • the cut curve 18a has the shape of a semicircle
  • the cut curve 18b the shape of a parabolic section
  • the cut curve 18c the shape of a half ellipse
  • the cut curve 18d the shape of a cosine curve
  • the cut curve 18e the shape of a cosine curve in the fourth power , ie the function cos 4 (x).
  • FIG. 6 shows a section of a cathode block shown in longitudinal section according to the prior art.
  • the cathode block according to FIG. 6 has a trough-shaped surface 16a, which, viewed in a longitudinal section of the cathode block, faces in the use of the cathode block in an electrolysis cell the layer of liquid aluminum arranged above the cathode block and carried by the cathode block.
  • the trough comprises two edge regions 26a, of which only one is shown in the sectional illustration of FIG.
  • edge regions 26a and the bottom region 28a in each case pass over angled transitions into the sidewall regions 30a.
  • FIG. 7 shows a section of a cathode block shown in longitudinal section according to an embodiment of the second aspect of the present invention.
  • the cathode block shown in FIG. 7 differs from the cathode block shown in FIG. 6 in that, viewed in the longitudinal section of the cathode block, the connection region 32 between the edge region 26 and the sidewall region 30 is arcuately outwardly curved, which is arcuate curved section 34 has a length Li of more than 2 cm measured in the longitudinal direction y of the cathode block.
  • This curved transition between the edge region 26 and the sidewall region 30 avoids an electric current density valley in this region of the cathode block surface 16 when the cathode block is used in an electrolysis cell and thus reduces the formation of waves in the layer of liquid aluminum.
  • the quotient of the highest height h 3 in the edge region 26 and the lowest height h in is the bottom portion 28 of the cathode block about 2: 1.
  • the angle ⁇ between the one end and the other end of the arc-shaped curved portion 34 is about 120 °.
  • 8 shows a section of a cathode block shown in longitudinal section according to a further embodiment of the second aspect of the present invention.
  • connection region 32 between the edge region 26 and the side wall region 30 instead of the connection region 32 between the edge region 26 and the side wall region 30, the connection region 36 between the side wall region 30 and the Bottom portion 28 is designed as an arcuate inwardly curved portion 34, wherein the arcuate curved portion 34 has a measured in the longitudinal direction y of the cathode block length Li of more than 2 cm.
  • This curved transition between the sidewall region 30 and the bottom region 28 avoids a peak in the electric current density in this region of the cathode block surface 16 when the cathode block is used in an electrolysis cell and thus further reduces the formation of waves in the layer of liquid aluminum.
  • FIGS. 9a-e show a schematic representation of the distribution of the electric current density occurring on the surface of different cathode blocks when the respective cathode block is used in an electrolysis cell. overall In more detail, FIGS. 9a-e respectively show the distribution of the electrical current density, which is projected into the horizontal plane, on the surface of the respective cathode block during operation of the electrolysis cell.
  • the legend 38 shown in FIGS. 9a-e indicates which hatching in FIGS. 9a-e corresponds in each case to which electrical current density.
  • FIG. 9a shows the distribution of current density using a prior art trough-shaped cathode block as shown in FIGS. 6 and 10.
  • Fig. 9b the distribution of the electric current density using a cathode block as shown in Fig. 2 according to the first aspect of the present invention having an outwardly curved surface 16 (see Fig. 2) and otherwise the same configuration as the cathode block of Fig. 10.
  • the curvature of the cathode block surface especially in the central region viewed in the longitudinal direction y of the cathode block, results in a substantially more homogeneous distribution of the electric current density across the width (x direction) of the cathode block as in the cathode block shown in Fig. 9a.
  • Fig. 9c is shown the distribution of the electric current density using a cathode block as shown in Fig. 11, which is formed simultaneously according to the first aspect of the invention and also formed according to the second aspect of the invention.
  • the surface 16 of the cathode block according to the second aspect of the invention has a longitudinally-trough-shaped surface 16 (see FIG. 11), the trough having two edge regions 26, 26 'and one seen in the longitudinal direction y of the cathode block between the edge regions 26, 26 'arranged and based on the edge regions 26, 26' lowered bottom portion 28, wherein between the Edge regions 26, 26 'and the bottom region 28 is provided in each case a side wall region 30, 30' connecting the corresponding edge region 26, 26 'and the bottom region 28.
  • FIG. 11 has an outwardly directed curvature of the surface 16, viewed in cross-section of the cathode block, but not shown in FIG. 11 for the sake of simplicity.
  • the embodiment of the cathode block surface 16 shown in FIG. 11 leads to a further homogenization of the distribution of the electric current density, in particular in the region of the boxes 40 drawn in FIG. 9c.
  • Fig. 9d shows the distribution of the electric current density using a cathode block as shown in Fig. 12.
  • the cathode block shown in FIG. 12 substantially corresponds to the embodiment shown in FIG. 11, wherein in FIG. 12 the edge regions 26, 26 ', viewed in a longitudinal section of the cathode, are viewed at an angle ⁇ to the center of the horizontal Cathode block inclined towards.
  • the distribution of the electric current density in the region of the boxes 40, ie, at the longitudinal end of the cathode block is thereby additionally clearly homogenized.
  • Fig. 9e shows the distribution of the electric current density using a cathode block as shown in Fig. 13.
  • the cathode block shown in FIG. 13 The cathode block shown in FIG.
  • the cathode block shown in FIG. 13 essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 12, the cathode block shown in FIG. 13 having a locally varying material composition, specifically the cathode block sections 42, 42 arranged below the edge regions 26, 26 '', ie the areas hatched in simple hatched areas 42, 42' of the cathode block, acetylene coke are added and the arranged below the bottom portion 28, in Fig. 13 double hatched marked area 44 of the cathode block titanium diboride is added.
  • the distribution of the electric current density in the middle area of the cathode surface identified by the box 40 is once again additionally homogenized compared to the distribution shown in FIG. 9d by this measure.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kathodenblock für eine Aluminium- Elektrolysezelle insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff und/oder Graphit mit zumindest einer an einer der Seiten des Kathodenblocks angeordneten und in Längsrichtung des Kathodenblocks verlaufenden Nut zur Aufnahme einer Stromschiene, wobei wenigstens ein Abschnitt der Oberfläche der der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks, im Querschnitt des Kathodenblocks gesehen, bogenförmig nach außen gekrümmt ist, wobei der Scheitelpunkt des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über der wenigstens einen Nut angeordnet ist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung einen Kathodenblock für eine Aluminium-Elektrolysezelle insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff und/oder Graphit, welcher eine im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet wannenförmige Oberfläche aufweist, wobei die Wanne zwei Randbereiche und einen, in Längsrichtung des Kathodenblocks gesehen, zwischen den Randbereichen angeordneten und bezogen auf die Randbereiche abgesenkten Bodenbereich aufweist, wobei zwischen den beiden Randbereichen und dem Bodenbereich jeweils ein den entsprechenden Randbereich und den Bodenbereich verbindender Seitenwandbereich vorgesehen ist, wobei wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen und/oder wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, wobei der wenigstens eine bogenförmig gekrümmte Abschnitt eine Länge von mehr als 2 cm aufweist.

Description

Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter Oberfläche
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kathodenblock, welcher insbesondere zur Verwendung in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium geeignet ist.
Elektrolysezellen werden beispielsweise zur elektrolytischen Herstellung von Aluminium, welche industriell üblicherweise nach dem Hall-Heroult-Verfahren durchgeführt wird, eingesetzt. Bei dem Hall-Heroult-Verfahren wird eine aus Aluminium- oxid und Kryolith zusammengesetzte Schmelze elektrolysiert. Dabei dient der
Kryolith, Na3[AIF6], dazu, den Schmelzpunkt von 2.045°C für reines Aluminiumoxid auf ca. 950°C für eine Kryolith, Aluminiumoxid und Zusatzstoffe, wie Aluminium- fluorid und Calciumfluorid, enthaltende Mischung zu senken. Die bei diesem Verfahren eingesetzte Elektrolysezelle weist einen Kathodenboden auf, der aus einer Vielzahl von aneinander angrenzenden, die Kathode ausbildenden Kathodenblöcken zusammengesetzt sein kann. Um den bei dem Betrieb der Zelle herrschenden thermischen und chemischen Bedingungen standzuhalten, ist die Kathode üblicherweise aus einem kohlenstoffhaltigen Material zusammenge- setzt. An den Unterseiten der Kathode sind üblicherweise jeweils Nuten vorgesehen, in denen jeweils wenigstens eine Stromschiene angeordnet ist, durch welche der über die Anoden zugeführte Strom abgeführt wird. Etwa 3 bis 5 cm oberhalb der auf der Kathodenoberseite befindlichen, üblicherweise 15 bis 50 cm hohen, Schicht aus flüssigem Aluminium ist eine, insbesondere aus einzelnen Anoden- blocken ausgebildete, Anode angeordnet, zwischen der und der Oberfläche des Aluminiums sich der Elektrolyt, also die Aluminiumoxid und Kryolith enthaltende Schmelze, befindet. Während der bei etwa 1 .000°C durchgeführten Elektrolyse setzt sich das gebildete Aluminium aufgrund seiner im Vergleich zu der des Elektrolyten größeren Dichte unterhalb der Elektrolytschicht ab, also als Zwischen- schicht zwischen der Oberseite der Kathode und der Elektrolytschicht. Bei der Elektrolyse wird das in der Schmelze gelöste Aluminiumoxid durch elektrischen Stromfluss zu Aluminium und Sauerstoff aufgespalten. Elektrochemisch gesehen handelt es sich bei der Schicht aus flüssigem Aluminium um die eigentliche Kathode, da an dessen Oberfläche Aluminiumionen zu elementarem Aluminium reduziert werden. Nichtsdestotrotz wird nachfolgend unter dem Begriff Kathode nicht die Kathode aus elektrochemischer Sicht, also die Schicht aus flüssigem Aluminium verstanden, sondern das den Elektrolysezellenboden ausbildende, beispielsweise aus einem oder mehreren Kathodenblöcken zusammengesetzte Bauteil.
Ein wesentlicher Nachteil des Hall-Heroult-Verfahrens ist es, dass dieses sehr energieintensiv ist. Zur Erzeugung von 1 kg Aluminium werden etwa 12 bis 15 kWh elektrische Energie benötigt, was bis zu 40 % der Herstellungskosten ausmacht. Um die Herstellungskosten senken zu können, ist es daher wünschens- wert, den spezifischen Energieverbrauch bei diesem Verfahren so weit wie möglich zu verringern.
Aufgrund des insbesondere im Vergleich zu der Schicht aus flüssigem Aluminium und dem Kathodenmaterial relativ hohen elektrischen Widerstands der Schmelze treten vor allem in der Schmelze relativ hohe ohmsche Verluste in der Form von Joule'scher Dissipation auf. In Anbetracht der vergleichsweise hohen spezifischen Verluste in der Schmelze besteht eine dahingehende Bestrebung, die Dicke der Schmelzeschicht und somit den Abstand zwischen der Anode und der Schicht aus flüssigem Aluminium so weit wie möglich zu reduzieren. Allerdings besteht auf- grund der bei der Elektrolyse vorliegenden elektromagnetischen Wechselwirkungen und der dadurch in der Schicht aus flüssigem Aluminium hervorgerufenen Wellenbildung bei einer zu geringen Dicke der Schmelzeschicht die Gefahr, dass die Schicht aus flüssigem Aluminium mit der Anode in Berührung kommt, was zu Kurzschlüssen der Elektrolysezelle und zu unerwünschter Rückoxidation des gebildeten Aluminiums sowie zur elektrischen Instabilität des Elektrolysebetriebs, und insbesondere einer Fluktuation der Zellenspannung, führen kann. Auftretende Kurzschlüsse führen ferner zu einem erhöhten Verschleiß und somit zu einer verringerten Standzeit der Elektrolysezelle. Aus diesen Gründen kann der Abstand zwischen der Anode und der Schicht aus flüssigem Aluminium nicht beliebig ver- ringert werden.
Treibende Kraft für die Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium ist die inhomogene Verteilung der elektrischen Stromdichte und der magnetischen Flussdichte über die Oberfläche der Kathode, die zu einer die Wellenbildung be- günstigenden Verteilung der Lorentzkraftdichte in der Schicht aus flüssigem Aluminium führt. Dabei ist die Lorentzkraftdichte als das Vektorprodukt der an einer bestimmten Stelle vorliegenden elektrischen Stromdichte und der an dieser Stelle vorliegenden magnetischen Flussdichte definiert. Ursache für die inhomogene Verteilung der elektrischen Stromdichte und der magnetischen Flussdichte an der Oberseite der Kathode wiederum ist es unter anderem, dass der Strom in der
Kathode und in dem Aluminiumbad vorzugsweise dem Pfad des geringsten elektrischen Widerstandes folgt. Aus diesem Grund konzentriert sich der durch die Kathode fließende elektrische Strom typischerweise vornehmlich auf die seitlichen Randbereiche der Kathode, an welchen die Verbindung der Kathode mit den diese kontaktierenden Stromschienen erfolgt, da der resultierende elektrische Widerstand bei dem Stromfluss über die Randbereiche bis zu der Oberfläche der Kathode geringer ist als bei dem Stromfluss über die Mitte der Kathode bis zu der Oberfläche der Kathode, bei dem ein längerer Weg bzw. elektrischer Pfad zurückgelegt werden muss als bei dem Stromfluss über die Randbereiche bis zu der Oberfläche der Kathode.
Neben einer verstärkten Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium führt die inhomogene Stromdichteverteilung und insbesondere die erhöhte Stromdichte an den in Querrichtung der Kathode betrachtet seitlichen Randbereichen der Kathode im Vergleich zu der Stromdichte in der Mitte der Kathode auch zu einem verstärkten Verschleiß der Kathode in den seitlichen Randbereichen, was nach längerem Betrieb der Elektrolysezelle typischerweise zu einem charakteristischen im Querschnitt der Kathode etwa W-förmigen Verschleißprofil der Kathode führt.
Um den spezifischen Energieverbrauch einer Elektrolysezelle zu verringern, ist es in jüngster Zeit vorgeschlagen worden, in Elektrolysezellen Kathoden mit profilierter Oberfläche einzusetzen, und zwar beispielsweise solche, deren Oberseite - im Querschnitt der Kathode betrachtet - in der Form einer V-förmigen Wanne ausges- taltet sind. Dabei führt die in der Form einer V-förmigen Wanne ausgebildete Vertiefung in der Kathodenoberfläche dazu, dass die Stromdichte in den seitlichen Randbereichen der Kathode verringert wird, wodurch in diesen Bereichen das Wellenbildungspotential und auch der Verschleiß verringert werden. In der WO 201 1/148347 werden Kathoden eingesetzt, deren Oberseite einen vertieften zent- ralen Bereich enthalten, wobei dieser vertiefte Bereich ein gewisses Volumen A aufweisen kann. Diese Vertiefungen weisen geneigte Oberflächen auf, d.h. sie liegen in der Form von Wannen vor. Allerdings lösen auch diese Kathoden und die Kathodenblöcke, aus denen diese Kathoden zusammengesetzt sind, die Wellen- bildungs- und Verschleißproblematiken nicht zufriedenstellend.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kathodenblock bereitzustellen, der, wenn dieser bei einer Schmelzflusselektrolyse in einer Elektrolysezelle eingesetzt wird, einen verringerten spezifischen Energieverbrauch bewirkt sowie eine erhöhte Standzeit aufweist. Insbesondere soll ein Kathodenblock bereit ge- stellt werden, der es erlaubt, in der Elektrolysezelle die Dicke der Schmelzeschicht zwischen dem Aluminium und der Anode zu verringern, ohne dass infolge dadurch erhöhter Wellenbildungstendenz in der Schicht aus flüssigem Aluminium Instabilitäten, wie Kurzschlüsse oder Rückoxidationen des gebildeten Aluminiums oder Fluktuationen der Elektrolysezellenspannung, auftreten. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Kathodenblocks, insbesondere für eine Aluminium-Elektrolysezelle, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 mit zumindest einer an einer der Seiten des Kathodenblocks angeordneten und in Längsrichtung des Kathodenblocks verlaufenden Nut zur Aufnahme einer Stromschiene, wobei wenigstens ein Abschnitt der Oberfläche der der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks, im Querschnitt des Kathodenblocks gesehen, bogenförmig nach außen gekrümmt ist, wobei der Scheitelpunkt des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Ab- Schnitts, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über der wenigstens einen Nut angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch eine, im Querschnitt des Kathoden- blocks betrachtet, bogenförmig nach außen gekrümmte Ausgestaltung der der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks, d.h. bei der Verwendung des Kathodenblocks in einer Kathode einer Elektrolysezelle durch eine bogenförmig nach außen gekrümmte Ausgestaltung der Oberseite des Kathodenblocks, eine Vergleichmäßigung der elektrischen Stromdichte und der magnetischen Flussdichte an der Oberfläche des Kathodenblocks erreicht wird. Dies deshalb, weil durch die bogenförmig nach außen gekrümmte Ausgestaltung der Oberseite des Kathodenblocks der Abstand zwischen der Oberkante der Nut und dem vertikal darüber liegenden Abschnitt auf der Oberseite des Kathodenblocks den Abständen zwischen der neben der Nut ver- laufenden Unterseite des Kathodenblocks und den vertikal darüber liegenden
Abschnitten auf der Oberseite des Kathodenblocks angeglichen wird und dadurch die Länge des elektrischen Pfades des geringsten Widerstands, der von der Oberkante der Nut zu dem vertikal über der Nut angeordneten Bereich der Oberseite des Kathodenblocks führt, an die Länge der elektrischen Pfade der größeren Wi- derstände angeglichen wird, die von der Unterkante des Kathodenblocks neben dem die Nut umfassenden Abschnitt der Unterseite des Kathodenblocks zu der Oberseite des Kathodenblocks führen. Bei einer herkömmlichen rechteckigen Ausgestaltung des Kathodenblocks ist die Länge des elektrischen Pfades zwischen der Oberkante der an der Unterseite des Kathodenblocks mittig eingefräs- ten Nut mit rechteckigem Querschnitt und dem vertikal darüber liegenden Abschnitt auf der Oberseite des Kathodenblocks wesentlich kürzer als die Längen der elektrischen Pfade, die von der Seitenfläche der Nut zu der Oberseite des Kathodenblocks führen. Da der Strom in dem Kathodenblock dem Pfad des geringsten elektrischen Widerstandes folgt, fließt in einem zuvor beschriebenen Kathodenblock der Strom vorwiegend in dem Bereich zwischen der Oberkante der Nut und dem vertikal darüber liegenden Abschnitt auf der Oberseite des Kathodenblocks, wohingegen der Stromfluss in den beiden daran angrenzenden Abschnitten des Kathodenblocks stark reduziert ist, so dass sich - über die Oberfläche des Kathodenblocks gesehen - eine inhomogene Stromdichte ergibt, welche bei dem Betrieb einer Elektrolysezelle zu einem stärkeren Verschließ oberhalb der Nut als an den Nahtstellen der Blöcke führt. Die Kathodenoberfläche nimmt dadurch eine wellenartige Gestalt an, welche zu einer erhöhten Wellenbildung in der auf dem Kathodenblock angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium führen kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kathodenblockoberflä- che wird der elektrische Pfad zwischen der Oberseite der Nut und der Kathodenoberfläche vergrößert sowie zwischen der Seitenfläche der Nut und der Kathodenoberfläche verringert. Dadurch wird der Stromfluss direkt oberhalb der Nut zu den Seiten verdrängt, so dass - über die Oberfläche des Kathodenblocks gesehen - eine gleichmäßige Stromdichte vorliegt, so dass bei dem Betrieb einer den Kathodenblock umfassenden Elektrolysezelle die Wellenbildung in der auf dem Kathodenblock angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium verringert ist und auch der Verschleiß des Kathodenblocks über dessen Oberfläche gleichmäßig ist. Insgesamt wird so bei dem Betrieb einer den erfindungsgemäßen Kathodenblock umfassenden Elektrolysezelle eine Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium wirksam vermieden und eine hohe Energieeffizienz bei gleichzeitiger hoher Stabilität und Zuverlässigkeit des Elektrolysebetriebs erzielt. Aufgrund der Verringerung der Wellenbildung in der oberhalb des Kathodenblocks angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium kann der Abstand zwischen der Anode und der Schicht aus flüssigem Aluminium reduziert werden, was zu einer zusätzlichen Energieeinsparung bei dem Betrieb einer den Kathodenblock umfassenden Elektrolysezelle führt. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die vorstehend beschriebene zur Vergleichmäßigung der elektrischen Stromdichte an der Kathodenoberseite eingesetzte Maßnahme, nämlich das Vorsehen wenigstens eines bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts, einfach so bemessen werden kann, dass sich der erfindungsgemäße Kathodenblock in einer Elektrolysezelle so einsetzen lässt, dass sich - auch bei verringertem Abstand zwischen der Anode und der Schicht aus flüssigem Aluminium - dasselbe Badvolumen ergibt, wie bei dem Einsatz einer herkömmlichen Kathode. Darunter, dass die Oberfläche des Kathodenblocks im Querschnitt des Kathodenblocks gesehen bogenförmig nach außen gekrümmt ist, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die im Querschnitt des Kathodenblocks durch die Kathodenoberfläche definierte Schnittkurve eine in Bezug auf das Ka- thodenblockinnere nach außen gerichtete konvex verlaufende Krümmung auf- weist, wobei unter einem gekrümmten Abschnitt ein Abschnitt der Schnittkurve verstanden wird, in dem sich die Richtung kontinuierlich ändert, allerdings ohne, dass in dem gekrümmten Bereich eine winkelige bzw. kantige oder eckige Richtungsänderung vorhanden ist. Ferner bezeichnet der Begriff "Scheitelpunkt" eines gekrümmten Abschnitts im Rahmen der vorliegenden Erfindung den - senkrecht von der Unterseite des Kathodenblocks aus gesehen - am weitesten entfernten Punkt des gekrümmten Abschnitts. Vorzugsweise ist der Kathodenblock auf der Basis von Kohlenstoff und/oder Graphit aufgebaut, wobei der Kathodenblock insbesondere bevorzugt zu wenigstens 30 Gew.-%, weiter bevorzugt zu wenigstens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 60 Gew.-% und höchst bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff und/oder Graphit zusammengesetzt ist.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Kohlenstoff um amorphen Kohlenstoff und bei dem Graphit handelt es sich bevorzugt um graphitischen oder graphitierten Koh- lenstoff. Es ist weiterhin bevorzugt, dass Mischungen aus amorphem Kohlenstoff und graphitischen Kohlenstoff, aus amorphem Kohlenstoff und graphitierten Kohlenstoff, aus amorphem Kohlenstoff, graphitischen und graphitierten Kohlenstoff oder aus graphitischen und graphitierten Kohlenstoff verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung weist der Kathodenblock genau eine Nut zur Aufnahme von Stromschienen, bevorzugt einer Stromschiene, mit einem rechteckigen Querschnitt auf, wobei vorzugsweise zumindest der, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die Nut aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über der Nut liegende Abschnitt der der die Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks bogenförmig nach außen gekrümmt ist. Dadurch werden, wie vorstehend beschrieben, die Längen der elektrischen Pfade zwischen der Oberkante der Nut und den vertikal oberhalb der Nut angeordneten Bereichen der Oberfläche des Kathodenblocks einerseits und den daneben ange- ordneten Bereichen der Oberfläche des Kathodenblocks andererseits vereinheitlicht, so dass der Kathodenblock bei der Verwendung in einer Elektrolysezelle eine - über seine Oberfläche gesehen - homogene Stromdichte aufweist.
Alternativ zu der vorstehenden Ausführungsform kann der Kathodenblock auch zwei Nuten zur Aufnahme von Stromschienen, bevorzugt jeweils einer Strom- schiene, mit jeweils einem rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei zumindest der, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die Nuten aufweisenden Seite verlaufenden Richtung (z), über den Nuten liegende Abschnitt der der die beiden Nuten aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks einmal bogenförmig nach außen gekrümmt ist, oder, wobei jeder der beiden, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die beiden Nuten aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über den Nuten liegenden Abschnitte der der die beiden Nuten aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks bogenförmig nach außen gekrümmt ist, wobei jeder der Scheitelpunkte der beiden bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitte, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die beiden Nuten aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über jeweils einer der beiden Nuten angeordnet ist. Auf diese Weise werden bei einem zwei Nuten aufweisenden Kathodenblock die Längen der elektrischen Pfade zwischen der Oberkante der jeweils nächstgelegenen Nut und den vertikal darüber angeordneten Bereichen der Oberfläche des Kathodenblocks einerseits und den daneben angeordneten Bereichen der Oberfläche des Kathodenblocks andererseits vereinheitlicht, so dass der Kathodenblock bei der Verwendung in einer Elektrolysezelle eine - über seine Oberfläche gesehen - homogene Stromdichte aufweist.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Kathodenblock zwei Nuten zur Aufnahme von Stromschienen, bevorzugt jeweils einer Stromschiene, mit jeweils einem, rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei vorzugsweise zumindest der, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die Nuten aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über den Nuten liegende Abschnitt der der die Nuten aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks einmal bogenförmig nach außen gekrümmt ist, also an der Kathodenoberseite ein bogenförmig nach außen gekrümmter Abschnitt vorliegt, welcher die beiden Nuten überspannt. Gute Ergebnisse hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Verteilung der elektrischen Stromdichte auf der Kathodenblockoberfläche bei Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle werden insbesondere erreicht, wenn der Scheitelpunkt des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts der Oberflä- che des Kathodenblocks, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite verlaufenden Richtung, über einem Bereich der wenigstens einen Nut angeordnet ist, welcher sich von 20 bis 80%, bevorzugt von 40 bis 60%, der Breite der wenigstens einen Nut erstreckt, und besonders bevorzugt über dem Mittelpunkt der wenigstens einen Nut angeordnet ist. Dabei bezeichnet der Bereich von 20 bis 80 % der Breite der Nut den Abschnitt der Nut, der im Querschnitt des Kathodenblocks betrachtet, bei 20 % der von einem seitlichen Ende der Nut aus in Breitenrichtung des Kathodenblocks gemessenen Erstreckung der Nut beginnt und bei 80 % der von diesem seitlichen Ende der Nut aus in Breitenrichtung des Kathodenblocks gemessenen Erstreckung der Nut endet. In diesem Zusammenhang wird unter Mittelpunkt der Nut der Punkt verstanden, welcher, im Querschnitt des Kathodenblocks betrachtet, in der Mitte der Nut, also bei 50 % der von einem seitlichen Ende der Nut aus in Breitenrichtung des Kathodenblocks gemessenen Erstreckung der Nut, angeordnet ist.
Um möglichst über den gesamten vertikal über der Nutbreite des Kathodenblocks angeordneten Bereich des Kathodenblocks eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass sich der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Bereich der Oberfläche des Kathodenblocks über zumindest 20%, bevorzugt über zumindest 40%, besonders bevorzugt über zumindest 60%, ganz besonders bevorzugt über zumindest 80% und höchst bevorzugt über 100% des Bereichs erstreckt, welcher, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite verlaufenden Rich- tung, über der Breite der Nut angeordnet ist. Inn Hinblick auf eine über die gesamte Kathodenblockoberfläche gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle ist es besonders bevorzugt ist, dass sich der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Bereich der Oberfläche des Kathodenblocks über zumindest 20%, bevorzugt über zumindest 40%, besonders bevorzugt über zumindest 60% und höchst bevorzugt über zumindest 100% der, im Querschnitt des Kathodenblocks gesehen, der der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks erstreckt.
Falls der Kathodenblock genau eine Nut zur Aufnahme einer Stromschiene aufweist, weist die Kathodenblockoberfläche im Querschnitt des Kathodenblocks betrachtet bevorzugt genau einen gekrümmten Bereich auf, der die vorstehend in Bezug auf die Breite des Kathodenblocks beschriebenen Werte erfüllt. Falls der Kathodenblock zwei Nuten zur Aufnahme jeweils einer Stromschiene aufweist, weist die Kathodenblockoberfläche, im Querschnitt des Kathodenblocks betrachtet, bevorzugt einen die beiden Nuten überspannenden gekrümmten Bereich auf, der die vorstehend in Bezug auf die Breite des Kathodenblocks angegebenen Werte erfüllt, oder dieser weist zwei gekrümmte Bereiche auf, die zusammen genommen die vorstehend in Bezug auf die Breite des Kathodenblocks angegebenen Werte erfüllen.
Eine flächendeckende Vergleichmäßigung der Verteilung der elektrischen Stromdichte ergibt sich im Rahmen der Erfindung insbesondere dann, wenn sich der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Bereich der Oberfläche des Kathodenblocks beispielsweise über zumindest 60%, bevorzugt über zumindest 80%, besonders bevorzugt über zumindest 90% und höchst bevorzugt über zumindest 100% der Länge des Kathodenblocks erstreckt. Eine besonders gut an die elektrischen Strömungsverhältnisse in dem Kathodenblock beim Einsatz desselben in einer Elektrolysezelle angepasste Kathodenoberfläche wird nach einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt der Oberfläche des Kathodenblocks, bezogen auf den Querschnitt des Kathodenblocks, ovalsegmentförmig, insbesondere kreisbogenförmig, cosinusförmig, in der Form einer Gauß'schen Normalverteilung, ellip- sensegmentförmig, in der Form einer Bezier-Kurve, parabelabschnittformig oder in der Form einer Cosinus-Kurve höherer Potenz gekrümmt ist.
Den typischerweise symmetrischen elektrischen Strömungsverhältnissen in dem Kathodenblock bei dem Einsatz desselben in einer Elektrolysezelle entsprechend ist es bevorzugt, wenn der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt der Oberfläche des Kathodenblocks, bezogen auf den Querschnitt des Kathodenblocks, symmetrisch zu der Mittelsenkrechtebene der wenigstens einen Nut ausgebildet ist. Dadurch wird außerdem eine einfache Herstellbarkeit des Kathodenblocks sowie eine universelle Einsetzbarkeit des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle erreicht. Um eine besonders homogene Verteilung der Stromdichte über der Kathoden- blockoberfläche zu erreichen und dadurch eine Wellenbildung in einer oberhalb des Kathodenblocks angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle besonders wirkungsvoll zu verringern, wird es in Weiterbildung des Erfindungsge- dankens vorgeschlagen, die Kathodenblockoberfläche so auszugestalten, dass der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt die Form eines Ellipsensegments mit einer Breite des Intervalls des Polarwinkels zwischen 10° und 180°, bevorzugt zwischen 30° und 160°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 140° und ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 120° aufweist, und/oder, dass der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Ab- schnitt die Form einer Cosinus-Kurve mit einer Breite des Intervalls des Winkels zwischen 10° und 180°, bevorzugt zwischen 30° und 160°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 140° und ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 120° aufweist, und/oder, dass der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümm- te Abschnitt die Form eines Kreisbogensegments mit einer Breite des Intervalls des Mittelpunktswinkels zwischen 10° und 180°, bevorzugt zwischen 30° und 160°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 140° und ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 120° aufweist, und/oder, dass der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt die Form einer Gauß'schen Normalverteilung mit einem Quotienten aus der Halbwertsbreite der Gauß'schen Normalverteilung und der Breite der wenigstens einen Nut von 0.5 bis 1 .5, bevorzugt von 0,6 bis
1 .4, besonders bevorzugt von 0,7 bis 1 ,3, ganz besonders bevorzugt von 0,8 bis 1 ,2 und höchst bevorzugt von 0,9 bis 1 ,1 aufweist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Quotient aus dem Abstand von dem Scheitelpunkt des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts der Oberfläche des Kathodenblocks zu dem niedrigsten Punkt der Nut und dem Abstand von dem niedrigsten Punkt der der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite des Kathodenblocks zu dem niedrigsten Punkt der Nut zwischen mehr als 1 :1 bis maximal 2:1 , bevorzugt 1 ,0 bis
1 .5, besonders bevorzugt 1 ,0 bis 1 ,3 und ganz besonders bevorzugt 1 ,0 bis 1 ,2 beträgt. Um die für die Elektrolyse nutzbare Kathodenblockoberfläche zu maximieren, ist es bevorzugt, wenn sich die wenigstens eine Nut über wenigstens 40%, bevorzugt über wenigstens 60%, besonders bevorzugt über wenigstens 80%, ganz besonders bevorzugt über wenigstens 90% und höchst bevorzugt über die gesamte Länge des Kathodenblocks erstreckt. Um die erreichbare Vergleichmäßigung der Verteilung der elektrischen Stromdichte an der Kathodenblockoberfläche noch weiter zu steigern, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass die wenigstens eine insbesondere im Querschnitt rechteckig ausgestaltete Nut eine über ihre Länge variie- rende Tiefe aufweist, wobei die wenigstens eine Nut besonders bevorzugt an ihren längsseitigen Enden eine geringere Tiefe aufweist als in ihrer Mitte. Die Nut kann dabei insbesondere einen im Längsschnitt des Kathodenblocks etwa dreieckför- migen Verlauf aufweisen. Durch eine solche Ausgestaltung wird eine durch die üblicherweise im Bereich der längsseitigen Enden der Nut erfolgende Kontaktie- rung einer in der Nut angeordneten Stromschiene hervorgerufene Erhöhung der elektrischen Stromdichte an den längsseitigen Endbereichen der Kathodenoberfläche gegenüber den weiter innen gelegenen Oberflächenbereichen wirksam vermieden. Um gleichzeitig sowohl in der Querrichtung als auch in der Längsrichtung des
Kathodenblocks eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte an der Kathodenblockoberfläche bei dessen Einsatz in einer Elektrolysezelle zu erreichen, ist es bevorzugt, wenn die Oberfläche der der die wenigstens eine Nut aufweisenden Seite gegenüberliegenden Seite, im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet, wannenformig ausgestaltet ist. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Kathodenblock mit der wannenförmigen Oberfläche gemäß dem nachfolgend beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Insofern gelten die nachfolgend in Bezug auf den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschilderten vorteilhaften Ausführungsformen und Vorteile entspre- chend auch für den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs erläuterte Aufgabe durch die Bereitstellung eines Kathodenblocks für eine Aluminium- Elektrolysezelle gelöst, welcher eine im Längsschnitt des Kathodenblocks betrach- tet wannenförmige Oberfläche aufweist, wobei die Wanne zwei Randbereiche und einen, in Längsrichtung des Kathodenblocks gesehen, zwischen den Randbereichen angeordneten und bezogen auf die Randbereiche abgesenkten Bodenbereich aufweist, wobei zwischen den beiden Randbereichen und dem Bodenbereich jeweils ein den entsprechenden Randbereich und den Bodenbereich verbindender Seitenwandbereich vorgesehen ist, wobei wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen und/oder wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, wobei der wenigstens eine bogenförmig gekrümmte Abschnitt eine Länge von mehr als 2 cm aufweist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der Kathodenblock auf der Basis von Kohlenstoff und/oder Graphit aufgebaut ist, wobei der Kathodenblock insbesondere bevorzugt zu wenigstens 30 Gew.-%, weiter bevorzugt zu wenigstens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 60 Gew.-% und höchst bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff und/oder Graphit zusammengesetzt ist.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Kohlenstoff um amorphen Kohlenstoff und bei dem Graphit handelt es sich bevorzugt um graphitischen oder graphitierten Kohlenstoff. Es ist weiterhin bevorzugt, dass Mischungen aus amorphem Kohlenstoff und graphitischen Kohlenstoff, aus amorphem Kohlenstoff und graphitierten Kohlenstoff, aus amorphem Kohlenstoff, graphitischen und graphitierten Kohlenstoff oder aus graphitischen und graphitierten Kohlenstoff verwendet werden.
Vorzugsweise ist die wannenförmige Oberfläche die Oberfläche des Kathodenblocks, welche der die wenigstens eine Nut zur Aufnahme von Stromschienen, bevorzugt jeweils einer Stromschiene, aufweisenden Oberfläche des Kathodenblocks gegenüber liegend angeordnet ist. Mit anderen Worten befindet sich die wannenförmige Oberfläche des erfindungsgemäßen Kathodenblocks auf der - im Hinblick auf den Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle - Oberseite des Kathodenblocks, also der Seite des Kathodenblocks, auf welcher die Schicht aus flüssigem Aluminium vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es durch eine bogenförmig gekrümmte Ausgestaltung wenigstens eines der Verbindungsbereiche eines wannenförmig ausgebildeten Kathodenblocks, also durch eine bogenförmig gekrümmte Ausgestaltung wenigstens eines der Verbindungsbereiche, welche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen sowie zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen vorgesehen sind, erreicht wird, dass die elektrische Stromdichte und die magnetische Flussdichte bei der Verwendung des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle vergleichmäßigt werden. Dies deshalb, weil bei einer wannenförmigen Ausgestaltung des Kathodenblocks der Strom - im Gegensatz zu einem quaderförmigen Kathodenblock - nicht vornehmlich in den seitlichen Randbereichen des Kathodenblocks fließt, sondern der Stromfluss, weil bei der wie vorstehend beschrieben realisierten wannenförmigen Ausgestaltung der elektrische Widerstand der Randbereiche aufgrund der größeren Höhe der Randbereiche im Vergleich zu der Höhe des Bodenbereich in Bezug auf den elektrischen Widerstand des Bodenbereichs des Kathodenblocks erhöht wird, über die Ober- fläche des Kathodenblocks homogen verteilt ist. Dies ist wiederum eine Konsequenz der Tatsache, dass der Strom in dem Kathodenblock den Pfad des geringsten elektrischen Widerstandes folgt. Zudem wird durch die bogenförmig gekrümmte Ausgestaltung wenigstens eines der Verbindungsbereiche erreicht, dass auch im Bereich des wenigstens einen Verbindungsbereichs, welcher bei einer aus dem Stand der Technik bekannten wannenförmigen Ausgestaltung winklig verläuft, keine inhomogen verteilten Stromdichten auftreten. Vielmehr wird die bogenförmig gekrümmte Ausgestaltung die bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle an der Oberfläche des Kathodenblocks auftretende Verteilung der elektrischen Stromdichte im Vergleich zu einem Kathodenblock mit einer winkeli- gen Ausgestaltung gerade auch in den Verbindungsbereichen vergleichmäßigt, so dass eine Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium beim Betrieb der Elektrolysezelle und damit einhergehende Instabilitäten des Elektrolysebetriebs effektiv vermieden werden. Dies deshalb, weil aufgrund der bogenförmig gekrümmten Ausgestaltung wenigstens eines der Verbindungsbereiche im Unter- schied zu einer winkligen Ausgestaltung der Verbindungsbereiche an diesen Bereichen Spitzen oder Täler der durch die Oberfläche des Kathodenblocks fließenden elektrischen Stromdichte vermieden werden, welche sich bei einer winkligen Ausgestaltung der Verbindungsbereiche als Konsequenz der Tatsache ergeben, dass der Strom den Pfad des geringsten elektrischen Widerstandes folgt. Insge- samt wird so bei dem Betrieb einer den erfindungsgemäßen Kathodenblock umfassenden Elektrolysezelle eine Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium wirksam vermieden und eine hohe Energieeffizienz bei gleichzeitiger hoher Stabilität und Zuverlässigkeit des Elektrolysebetriebs erzielt. Aufgrund der Verringerung der Wellenbildung in der oberhalb des Kathodenblocks angeordne- ten Schicht aus flüssigem Aluminium kann der Abstand zwischen der Anode und der Schicht aus flüssigem Aluminium reduziert werden, was zu einer zusätzlichen Energieeinsparung bei dem Betrieb einer den Kathodenblock umfassenden Elektrolysezelle führt. Wie bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist unter einem bogenförmig gekrümmten Abschnitt ein Abschnitt zu verstehen, bei dem die im Querschnitt des Kathodenblocks durch die Kathodenoberfläche definierte Schnittkurve eine in Bezug auf das Kathodenblockinnere konvex verlaufende Krümmung aufweist, wobei unter einem gekrümmten Abschnitt ein Abschnitt der Schnittkurve verstan- den wird, in dem sich die Richtung kontinuierlich ändert, allerdings ohne, dass in dem gekrümmten Bereich eine winkelige Richtungsänderung vorhanden ist.
Dabei bezeichnet die Länge des bogenförmig gekrümmten Abschnitts im Sinne der vorliegenden Erfindung die in der Längsrichtung des Kathodenblocks gemes- sene Erstreckung des bogenförmig gekrümmten Abschnitts von dessen Anfang bis zu dessen Ende, d.h. von dem Punkt des Übergangs des bevorzugt geradlinig ausgebildeten Randbereichs in den bogenförmig gekrümmten Verbindungsbereich bis zu dem Punkt von dessen Übergang in einen bevorzugt geradlinigen Abschnitt des Seitenwandbereichs bzw. von dem Punkt des Übergangs eines bevorzugt geradlinigen Abschnitts des Seitenwandbereichs in den bogenförmig gekrümmten Verbindungsbereich bis zu dem Punkt von dessen Übergang in den bevorzugt geradlinig ausgebildeten Bodenbereich.
Gute Ergebnisse im Hinblick auf die Vergleichmäßigung der Stromdichte werden insbesondere erhalten, wenn der wenigstens eine bogenförmig gekrümmte Abschnitt eine Länge von mehr als 2 cm bis 100 cm, bevorzugt von 3 bis 50 cm, insbesondere bevorzugt von 4 bis 30 cm, besonders bevorzugt von 5 bis 20 cm, ganz besonders bevorzugt von 7 bis 15 cm und höchst bevorzugt von 10 cm aufweist, da durch eine solche Dimensionierung des gekrümmten Abschnitts Spitzen oder Täler der elektrischen Stromdichte oberhalb des gekrümmten Abschnitts besonders zuverlässig vermieden werden.
Wenn der bogenförmig gekrümmte Abschnitt in wenigstens einem der Verbindungsbereiche zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen der wannenförmigen Oberfläche des Kathodenblocks vorgesehen ist, ist der bogenförmig gekrümmte Abschnitt vorzugsweise, bezogen auf den im Längsschnitt betrachteten Kathodenblock, nach innen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet, wohingegen dieser, wenn der Abschnitt in wenigstens einem der Verbindungsbereiche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen der wannen- förmigen Oberfläche des Kathodenblocks vorgesehen ist, bevorzugt nach außen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mithin wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen und sind bevorzugt beide Verbindungsbereiche zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen, bezogen auf den im Längsschnitt betrachteten Kathoden- block, nach innen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet. Alternativ dazu oder zusätzlich dazu ist wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen und bevorzugt beide Verbindungsbereiche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen, bezogen auf den im Längsschnitt betrachteten Kathodenblock, nach außen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist/sind.
Eine im Hinblick auf eine sehr homogene Verteilung der elektrischen Stromdichte besonders vorteilhafte Ausführungsform des Kathodenblocks gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die beiden Verbindungsbereiche zwischen dem Bodenbereich und den Seitenwandbereichen, bezogen auf den im Längsschnitt betrachteten Kathodenblock, nach innen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet sind sowie die beiden Verbindungsbereiche zwischen den Randbereichen und den Seitenwandbereichen, bezogen auf den im Längsschnitt betrachteten Katho- denblock, nach außen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet sind.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass wenigstens ein bogenförmig gekrümmter Abschnitt einen minimalen Krümmungsradius von wenigstens 2 cm, bevorzugt von wenigstens 10 cm und besonders bevorzugt von wenigstens 20 cm aufweist. Dadurch wird ein besonders sanfter Verlauf der Kathodenblockoberfläche innerhalb des gekrümmten Abschnitts erreicht, wodurch bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle eine besonders gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte erreicht wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein bogenförmig gekrümmter Abschnitt, bezogen auf den Längsschnitt des Kathodenblocks, ovalsegmentförmig, insbesondere kreisbogenförmig, cosinusförmig, in der Form einer Gauß'schen Normalverteilung, ellipsensegmentförmig oder in der Form einer Bezier-Kurve ausgestaltet ist. Inn Hinblick auf die vorstehend beschriebenen, mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erreichenden Effekte, hat es sich zudem als besonders vorteilhaft erwiesen, das Verhältnis zwischen der, bezogen auf die in der Längsrich- tung verlaufende Querschnittsebene, größten Höhe in den Randbereichen und der geringsten Höhe in dem Bodenbereich des Kathodenblocks zwischen 1 ,1 und 4, bevorzugt zwischen 1 ,1 und 2,5 und besonders bevorzugt zwischen 1 ,1 und 2,1 einzustellen. Dabei bezeichnet die in der Längsrichtung verlaufende Querschnittsebene die senkrecht zu der Breitenrichtung des Kathodenblocks und parallel zu der Längsrichtung des Kathodenblocks verlaufende Vertikalebene.
Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Verteilung der elektrischen Stromdichte an der Oberfläche des Kathodenblocks werden ferner erzielt, wenn der Winkel zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des wenigstens einen bogen- förmig gekrümmten Abschnitts des wenigstens einen Verbindungsbereichs des erfindungsgemäßen Kathodenblocks 95 bis 175°, bevorzugt 1 10 bis 160° und besonders bevorzugt 125 bis 150° beträgt. Der Winkel zwischen den beiden Enden des gekrümmten Abschnitts bezeichnet dabei den größeren der beiden Winkel, den zwei fiktive, an den beiden Enden des Abschnitts ansetzende und, im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet, jeweils tangential zu dem gekrümmten Abschnitt verlaufende Geraden einschließen.
Um insbesondere auch innerhalb der Randbereiche des Kathodenblocks eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass wenigstens einer der beiden Randbereiche und bevorzugt beide Randbereiche, im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet, in der Längsrichtung des Kathodenblocks zur Mitte des Kathodenblocks hin abfallend geneigt verläuft/verlaufen, wobei der Neigungswinkel des Randbereichs bzw. der Randbereiche bezogen auf diese Ebene bevor- zugt zwischen 1 ° und 30°, besonders bevorzugt zwischen 2° und 15° und ganz besonders bevorzugt zwischen 3° und 10° beträgt.
Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass wenigstens einer der beiden Randbereiche und bevorzugt beide der Randbereiche über wenigstens 30 %, bevorzugt über wenigstens 50 %, besonders bevorzugt über wenigstens 75 % und ganz besonders bevorzugt über 100 % der in Längsrichtung des Kathodenblocks gemessenen Länge des Randbereichs bzw. der Randbereiche, im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet in der Längsrichtung des Kathodenblocks, zur Mitte des Kathodenblocks hin abfallend geneigt verläuft/verlaufen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Bodenbereich zumindest bereichsweise geradlinig verläuft, wobei die Oberfläche des Bodenbereichs, bezogen auf die Längsrichtung einen Winkel zwischen -20° und 20°, bevorzugt zwischen -10° und 10° und besonders bevorzugt von 0° aufweist.
Eine sich bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle ergebende, homogene Verteilung der elektrischen Stromdichte über die Oberfläche des Kathodenblocks wird insbesondere erzielt, wenn sich jeder der beiden Randbereiche über 5 bis 40%, bevorzugt 10 bis 35% und besonders bevorzugt 15 bis 30% der Länge des Kathodenblocks erstreckt und/oder sich der Bodenbereich über 10 bis 90%, bevorzugt 20 bis 70% und besonders bevorzugt 30 bis 60% der Länge des Kathodenblocks erstreckt.
Um die Flexibilität hinsichtlich der Ausgestaltung der Kathodenoberfläche zu steigern, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass der Kathodenblock eine, in der Längsrichtung des Kathodenblocks gesehen, variierende Materialzusammensetzung aufweist, wobei das Material in den beiden Randbereichen bevorzugt einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Material in dem Bodenbereich des Kathodenblocks. So wird bereits durch das eingesetzte Material des Kathodenblocks eine Begünstigung des Stromflusses in der Mitte des Kathodenblocks in Bezug auf die Randbereiche erreicht, so dass der Höhenunterschied zwischen den Randbereichen und dem Bodenbereich der Kathodenblockoberflache vergleichsweise gering sein kann, um die angestrebte Vergleichmäßigung der Stromdichte über die Kathodenblockoberflache zu erreichen.
Gute Ergebnisse werden bei dieser Ausführungsform insbesondere erhalten, wenn der Kathodenblock in den beiden Randbereichen 5 bis 50 Gew.-% und bevorzugt zwischen 10 bis 30 Gew.-% Acetylenkoks enthält. Der Acetylenkoks ändert seine elektrischen Eigenschaften bei dem während der Herstellung des Kathodenblocks durchgeführten Graphitierungsschritt nicht oder nur wenig, so dass die Randbereiche des Kathodenblocks Graphit mit einem geringeren Graphitie- rungsgrad und damit mit einem größeren spezifischen elektrischen Widerstand enthalten als in dem Fall der Graphitierung ohne Zusatz des Acetylenkokses.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Kathodenblock in dem Bodenbereichen 5 bis 50 Gew.-% und bevorzugt zwischen 10 bis 40 Gew.-% Titandiborid, Siliciumoxid und/oder Chromoxid enthält. Das Titandiborid, Siliciumoxid bzw. Chromoxid fördert bei dem während der Herstellung des Kathodenblocks durchgeführten
Graphitierungsschritt die Ausbildung der Graphitstruktur, so dass der Bodenbereich des Kathodenblocks Graphit mit einem höheren Graphitierungsgrad und damit mit einem niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand enthält als in dem Fall der Graphitierung ohne Zusatz des Titandiborids, Siliciumoxids bzw. Chromoxids.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung kann mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, d.h. gemäß einer besonders bevorzug- ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Kathodenblock die in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale sowie die in Bezug auf den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale auf. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kathodenanordnung, insbesondere für eine Aluminium-Elektrolysezelle, welche wenigstens zwei wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Kathodenblöcke umfasst.
Zudem betrifft die vorliegenden Erfindung eine Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, welche eine zuvor beschriebene Kathodenanordnung, eine auf der Oberseite der Kathodenanordnung angeordnete Schicht aus flüssigem Aluminium, darauf eine Schmelzeschicht und oberhalb der Schmelzeschicht eine Anode umfasst. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig.1 eine perspektivische geschnittene Ansicht eines Kathodenblocks gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine perspektivische geschnittene Ansicht eines Kathodenblocks gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine Vorderansicht des in der Fig. 2 gezeigten Kathodenblockaus- schnitts,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Kathodenblocks gemäß einer weite- ren Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, Fig. 5 eine Darstellung möglicher Ausgestaltungen des bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts eines Kathodenblocks gemäß verschiedenen Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung,
Fig. 6 eine Längsschnittansicht eines Kathodenblocks gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 7 eine Längsschnittansicht eines Kathodenblocks gemäß einer Ausfüh- rungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine Längsschnittansicht eines Kathodenblocks gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9a-e schematische Darstellungen der sich an der Oberfläche verschiedener Kathodenblöcke bei dem Einsatz des jeweiligen Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle einstellenden Verteilung der elektrischen Stromdichte,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des in der Fig. 6 gezeigten Kathodenblocks gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 1 1 eine perspektivische Ansicht eines Kathodenblocks gemäß einer
Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Kathodenblocks gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung und eine perspektivische Ansicht eines Kathodenblocks gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine perspektivische geschnittene Ansicht eines Kathodenblocks gemäß dem Stand der Technik. Der Kathodenblock weist eine an einer Seite 10a des Kathodenblocks angeordnete und in Längsrichtung y des Kathodenblocks verlaufende Nut 12a zur Aufnahme einer Stromschiene auf. Der Kathodenblock weist außerdem eine der die Nut 12a aufweisenden Seite 10a gegenüberliegen- den Seite 14a mit einer Oberfläche 16a auf, die bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle der über dem Kathodenblock angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium zugewandt ist. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung des Kathodenblocks ist die Oberfläche 16a eben ausgebildet. Bei dem Betrieb eines solchen Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle ergibt sich an der Oberfläche 16a eine - insbesondere in Breitenrichtung x des Kathodenblocks gesehen - ungleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte, wodurch eine Wellenbildung in der darüber angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium begünstigt wird. In der Fig. 1 sind wie in den anderen den Stand der Technik betreffenden Figuren die Bezugszeichen mit dem Index a versehen, um diese Be- zugszeichen von den entsprechenden Bezugszeichen der die vorliegende Erfindung darstellenden Figuren zu unterscheiden.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische geschnittene Ansicht eines Kathodenblocks gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung. Die in der Breiten- richtung x gemessene Breite Bi des in der Fig. 2 gezeigten Kathodenblocks beträgt etwa 42 cm und die Breite B2 der Nut 12 etwa 20 cm. Die in der Längsrichtung y gemessene Länge L des Kathodenblocks kann beispielsweise 2,5 bis 4,0 m betragen. Der in der Fig. 2 gezeigte Kathodenblock unterscheidet sich von dem in der Fig. 1 gezeigten dadurch, dass ein Abschnitt der Oberfläche 16 der der die wenigstens eine Nut 12 aufweisenden Seite 10 gegenüberliegenden Seite 14 des Kathodenblocks, im Querschnitt des Kathodenblocks gesehen, bogenförmig nach außen gekrümmt ist. Die sich im Querschnitt des Kathodenblocks ergebende Schnittkurve der Oberfläche 16 ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Diese Schnittkurve 18 ist über ihre gesamte in Breitenrichtung x gemessene Breite Bi bogenförmig ausgestaltet und stellt somit einen bogenförmig gekrümmten Abschnitt 20 der im Querschnitt betrachteten Oberfläche 16 dar. Wie zudem in der Fig. 1 dargestellt, ist der Scheitelpunkt 22 des bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts 20 bezogen auf die in dem Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut 12 aufweisenden Seite 10 verlaufenden Richtung z vertikal über der Nut 12 angeordnet. Der in der Richtung z über der Nut 12 angeordnete Bereich der Oberfläche 16 ist in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Durch die bogenförmige Ausgestaltung der Oberfläche 16 wird die Verteilung der elektrischen Stromdichte bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle im Vergleich zu dem in der Fig. 1 gezeigten Kathodenblock vergleichmäßigt und dadurch eine Wellenbildung in der oberhalb des Kathodenblocks angeordneten Schicht aus flüssigem Aluminium reduziert.
In der Fig. 3 ist der in der Fig. 2 dargestellte Kathodenblockausschnitt im Quer- schnitt dargestellt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich beträgt der Quotient aus dem Abstand hi von dem Scheitelpunkt 22 des gekrümmten Abschnitts 20 zu dem niedrigsten Punkt der Nut 12 und dem Abstand h2 von dem niedrigsten Punkt der der die Nut 12 aufweisenden Seite 10 gegenüberliegenden Seite 14 zu dem niedrigsten Punkt der Nut 12 bei dieser Ausführungsform etwa 1 ,4:1 .
In der Fig. 4 ist ein Kathodenblock gemäß einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung im Querschnitt dargestellt. Der in der Fig. 4 gezeigte Kathodenblock weist zwei Nuten 12, 12' zur Aufnahme jeweils einer Stromschiene auf und die Oberfläche 16 des Kathodenblocks weist im Querschnitt betrachtet zwei bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitte 20, 20' auf, wobei der Schei- telpunkt 22, 22' jedes bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts 20, 20' in der senkrecht zu der die Nuten 12, 12' aufweisenden Seite 10 orientierten Richtung z oberhalb der entsprechenden Nut 12, 12' angeordnet ist. Auf diese Weise kann auch bei einem Kathodenblock mit zwei Nuten 12, 12' bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle eine über die gesamte Breite B des Kathodenblocks gleichmäßige Verteilung der elektrischen Stromdichte an der Oberfläche 16 des Kathodenblocks erreicht werden.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung möglicher Ausgestaltungen des bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts eines Kathodenblocks gemäß verschiedener Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung. Genauer zeigt die Fig. 5 mögliche Schnittkurven 18a-e, die ein bogenförmig gekrümmter Abschnitt der Kathoden- blockoberfläche im Querschnitt des Kathodenblocks betrachtet bilden kann. Die x- Werte reichen dabei von (-0,5)-mal der Kathodenblockbreite bis 0,5-mal der Ka- thodenblockbreite und die y-Werte geben die Höhe der Kathodenoberfläche relativ zu einer fiktiven mittleren Horizontalen an. Dabei weist die Schnittkurve 18a die Form eines Halbkreises auf, die Schnittkurve 18b die Form eines Parabelabschnitts, die Schnittkurve 18c die Form einer Halbellipse, die Schnittkurve 18d die Form einer Cosinus-Kurve und die Schnittkurve 18e die Form einer Cosinus-Kurve in der vierten Potenz, d.h. der Funktion cos4(x).
In der Fig. 6 ist ein Ausschnitt eines im Längsschnitt dargestellten Kathodenblocks nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Kathodenblock gemäß der Fig. 6 weist eine im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet wannenförmige Ober- fläche 16a auf, die bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle der oberhalb des Kathodenblocks angeordneten und von dem Kathodenblock getragenen Schicht aus flüssigem Aluminium zugewandt ist. Dabei umfasst die Wanne zwei Randbereiche 26a, von denen in der geschnittenen Darstellung der Fig. 6 nur einer gezeigt ist, und einen, in der Längsrichtung y des Kathodenblocks gesehen zwischen den Randbereichen 26a angeordneten und bezogen auf die Randbereiche 26a abgesenkten Bodenbereich 28a, wobei zwischen den beiden Randbereichen 26a und dem Bodenbereich 28a jeweils ein den entsprechenden Randbereich 26a und den Bodenbereich 28a verbindender Seitenwandbereich 30a vorgesehen ist. Wie in der Fig. 6 gezeigt, gehen die Randbereiche 26a und der Bodenbereich 28a dabei jeweils über winkelige Übergänge in die Seitenwand- bereiche 30a über. Dabei treten bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle Täler in der Verteilung der elektrischen Stromdichte im Bereich der winkeligen Übergänge zwischen den Randbereichen 26a' und dem entsprechenden Seitenwandbereich 30a der Oberfläche 16a auf sowie Spitzen in der Verteilung der elektrischen Stromdichte im Bereich der winkeligen Übergänge zwischen dem Bodenbereich 28a und den entsprechenden Seitenwandbereichen 30a. Diese Spitzen und Täler führen zu einer inhomogenen Verteilung der elektrischen Stromdichte über die Kathodenoberfläche und dadurch zu einer unerwünschten Wellenbildung in der auf der Kathodenoberfläche vorgesehenen Schicht aus flüssigem Aluminium.
In der Fig. 7 ist ein Ausschnitt eines im Längsschnitt dargestellten Kathodenblocks gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der in der Fig. 7 gezeigte Kathodenblock unterscheidet sich von dem in der Fig. 6 gezeigten Kathodenblock dadurch, dass, im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet, der Verbindungsbereich 32 zwischen dem Randbereich 26 und dem Seitenwandbereich 30 bogenförmig nach außen gekrümmt ausgestaltet ist, wobei der bogenförmig gekrümmte Abschnitt 34 eine in Längsrichtung y des Kathodenblocks gemessene Länge Li von mehr als 2 cm aufweist. Durch diesen gekrümmten Übergang zwischen dem Randbereich 26 und dem Seitenwandbereich 30 wird ein Tal der elektrischen Stromdichte in diesem Bereich der Katho- denblockoberfläche 16 bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle vermieden und somit die Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium reduziert. In dem in der Fig. 7 gezeigten Kathodenblock beträgt der Quotient aus der größten Höhe h3 in dem Randbereich 26 und der geringste Höhe h in dem Bodenbereich 28 des Kathodenblocks etwa 2:1 . Ferner beträgt der Winkel α zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des bogenförmig gekrümmten Abschnitts 34 etwa 120°. Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines im Längsschnitt dargestellten Kathodenblocks gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Der in der Fig. 8 gezeigte Kathodenblock unterscheidet sich von dem in der Fig. 7 gezeigten dadurch, dass im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet, anstelle des Verbindungsbereich 32 zwischen dem Randbereich 26 und dem Seitenwandbereich 30 der Verbindungsbereich 36 zwischen dem Seitenwandbe- reich 30 und dem Bodenbereich 28 als bogenförmig nach innen gekrümmter Abschnitt 34 ausgestaltet ist, wobei der bogenförmig gekrümmte Abschnitt 34 eine in Längsrichtung y des Kathodenblocks gemessene Länge Li von mehr als 2 cm aufweist. Durch diesen gekrümmten Übergang zwischen dem Seitenwandbereich 30 und dem Bodenbereich 28 wird eine Spitze der elektrischen Stromdichte in diesem Bereich der Kathodenblockoberfläche 16 bei dem Einsatz des Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle vermieden und somit die Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium weiter reduziert. Die in den Figuren 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen können auch dahingehend kombiniert werden, dass sowohl die beiden Übergang zwischen den Randbereichen 26 und den Seitenwandbereichen 30 als auch die Übergange zwischen den Seitenwandbereichen 30 und dem Bodenbereich 28 bogenförmig gekrümmt ausgestaltet sind. Dadurch lässt sich eine im Hinblick auf die Wellenbildung in der Schicht aus flüssigem Aluminium besonders homogene Verteilung der elektrischen Stromdichte an der Oberfläche 16 des Kathodenblocks erreichen.
Fig. 9a-e zeigen eine schematische Darstellung der sich an der Oberfläche verschiedener Kathodenblöcke bei dem Einsatz des jeweiligen Kathodenblocks in einer Elektrolysezelle einstellenden Verteilung der elektrischen Stromdichte. Ge- nauer zeigen die Figuren 9a-e jeweils die in die Horizontalebene projizierte Verteilung der an der Oberfläche des jeweiligen Kathodenblocks bei dem Betrieb der Elektrolysezelle auftretenden elektrischen Stromdichte. Die in den Fig. 9a-e gezeigte Legende 38 gibt an, welche Schraffur in den Fig. 9a-e jeweils welcher elekt- rischen Stromdichte entspricht.
In der Fig. 9a ist die Verteilung der Stromdichte bei der Verwendung eines wie in den Figuren 6 und Fig. 10 gezeigten wannenförmigen Kathodenblocks gemäß dem Stand der Technik gezeigt.
In der Fig. 9b ist die Verteilung der elektrischen Stromdichte bei der Verwendung eines wie in der Fig. 2 gezeigten Kathodenblocks gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer nach außen gekrümmten Oberfläche 16 (siehe Fig. 2) und ansonsten gleicher Ausgestaltung wie der Kathodenblock von Fig. 10 dargestellt. Wie in der Fig. 9b durch die gestrichelten Kästen 40 hervorgehoben, ergibt sich durch die Krümmung der Kathodenblockoberfläche vor allem in dem in der Längsrichtung y des Kathodenblocks betrachtet mittleren Bereich eine wesentlich homogenere Verteilung der elektrischen Stromdichte über die Breite (x- Richtung) des Kathodenblocks als bei dem in der Fig. 9a dargestellten Kathoden- block.
In der Fig. 9c ist die Verteilung der elektrischen Stromdichte bei der Verwendung eines wie in der Fig. 1 1 gezeigten Kathodenblocks gezeigt, der gleichzeitig gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist als auch gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Genauer weist die Oberfläche 16 des Kathodenblocks gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eine im Längsschnitt betrachtet wannenförmige Oberfläche 16 (siehe Fig. 1 1 ) auf, wobei die Wanne zwei Randbereiche 26, 26'und einen in der Längsrichtung y des Kathodenblocks gesehen zwischen den Randbereichen 26, 26' angeordneten und bezogen auf die Randbereiche 26, 26' abgesenkten Bodenbereich 28 auf, wobei zwischen den Randbereichen 26, 26' und dem Bodenbereich 28 jeweils ein den entsprechenden Randbereich 26, 26' und den Bodenbereich 28 verbindender Seitenwandbereich 30, 30' vorgesehen ist. Bei der in der Fig. 1 1 gezeigten Ausführungsform sind, im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet, sowohl beide Verbindungsbereiche 32, 32 zwischen den Randbereichen 26, 26' und den Seitenwandbereichen 30, 30' als auch die beiden Verbindungsbereiche 36, 36' zwischen dem Bodenbereich 28 und den Seitenwandbereichen 30, 30' bogenförmig gekrümmt ausgestaltet, wobei die beiden bogenförmig gekrümmten Abschnitte 34, 34' eine Länge von mehr als 2 cm aufweisen. Die Verbindungsbereiche 32, 32' zwischen den Randbereichen 26, 26' und den Seitenwandbereichen 30, 30' sind dabei bogenförmig nach außen gekrümmt und die Verbindungsbereiche 36, 36' zwischen dem Bodenbereich 28 und den Seitenwandbereichen 30, 30' sind bogenförmig nach innen gekrümmt ausgestaltet. Zusätzlich weist die in der Fig. 1 1 gezeigte Ausführungsform eine, im Querschnitt des Kathodenblocks betrachtet, nach außen gerichtete Krümmung der Oberfläche 16 auf, die aber in Fig. 1 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Wie aus der Fig. 9c ersichtlich, führt die in der Fig. 1 1 gezeigte Ausgestaltung der Kathodenblockoberfläche 16 zu einer weiteren Homogenisierung der Verteilung der elektrischen Stromdichte, insbesondere im Bereich der in Fig. 9c eingezeichneten Kästen 40.
Fig. 9d zeigt die Verteilung der elektrischen Stromdichte bei der Verwendung eines wie in der Fig. 12 gezeigten Kathodenblocks. Der in der Fig. 12 gezeigte Kathodenblock entspricht im Wesentlichen der in der Fig. 1 1 gezeigten Ausführungsform, wobei in der Fig. 12 die eben ausgestalteten Randbereiche 26, 26' im Längsschnitt der Kathode betrachtet gegenüber der Horizontalen um einen Winkel ß zur Mitte des Kathodenblocks hin geneigt verlaufen. Wie aus der Fig. 9d ersichtlich, wird dadurch die Verteilung der elektrischen Stromdichte im Bereich der Kästen 40, d.h. an den längsseitigen Ende des Kathodenblocks zusätzlich deutlich homogenisiert. Fig. 9e zeigt die Verteilung der elektrischen Stromdichte bei Verwendung eines wie in der Fig. 13 gezeigten Kathodenblocks. Der in der Fig. 13 gezeigte Kathodenblock entspricht im Wesentlichen der in der Fig. 12 gezeigten Ausführungsform, wobei der in der Fig. 13 gezeigte Kathodenblock eine örtlich variierende Materialzusammensetzung aufweist, wobei konkret den unterhalb der Randbereiche 26, 26' angeordneten Kathodenblockabschnitten 42, 42', d.h. den einfach schraffiert dargestellten Bereichen 42, 42' des Kathodenblocks, Acetylenkoks zugesetzt sind und dem unterhalb des Bodenbereichs 28 angeordneten, in der Fig. 13 doppelt schraffiert gekennzeichneten Bereich 44 des Kathodenblocks Titandiborid zugesetzt ist. Wie in der Fig. 9e gezeigt, wird durch diese Maßnahme die Verteilung der elektrischen Stromdichte in dem durch den Kasten 40 gekennzeichneten mittleren Bereich der Kathodenoberfläche gegenüber der in Fig. 9d gezeigten Verteilung noch einmal zusätzlich homogenisiert.
Bezugszeichenliste
10, 10a (Unter)seite des Kathodenblocks
12, 12',12a Nut
14, 14a (Ober)seite des Kathodenblocks
16, 16a Oberfläche des Kathodenblocks
18 Schnittkurve
20, 20' bogenförmig gekrümmter Abschnitt
22, 22' Scheitelpunkt des bogenförmig gekrümmten Abschnitts 24, 24' über der Nut angeordneter Bereich
26, 26', 26a Randbereich
28, 28a Bodenbereich
30, 30', 30a Seitenwandbereich
32, 32' Verbindungsbereich
34, 34' bogenförmig gekrümmter Abschnitt
36, 36' Verbindungsbereich
38 Legende
40 Kasten
42, 42' Bereiche mit zugesetztem Acetylenkoks
44 Bereiche mit zugesetztem Titandiborid
B, Bi Breite
hrh Abstand, Höhe
L, Li Länge
x, y, z Breiten-, Längs- und Höhenrichtung
α, ß Winkel

Claims

Patentansprüche
Kathodenblock für eine Aluminium-Elektrolysezelle mit zumindest einer an einer der Seiten (10, 14) des Kathodenblocks angeordneten und in Längsrichtung (y) des Kathodenblocks verlaufenden Nut (12, 12') zur Aufnahme einer Stromschiene, wobei wenigstens ein Abschnitt (20, 20') der Oberfläche (16) der der die wenigstens eine Nut (12, 12') aufweisenden Seite (10) gegenüberliegenden Seite (14) des Kathodenblocks, im Querschnitt des Kathodenblocks gesehen, bogenförmig nach außen gekrümmt ist, wobei der Scheitelpunkt (22, 22') des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts (20, 20'), bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut (12, 12') aufweisenden Seite (10) verlaufenden Richtung (z), über der wenigstens einen Nut (12, 12') angeordnet ist.
Kathodenblock nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
dieser zu wenigstens 30 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 60 Gew.-% und höchst bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff und/oder Graphit zusammengesetzt ist.
Kathodenblock nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Scheitelpunkt (22, 22') des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts (20, 20') der Oberfläche (16) des Kathodenblocks, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut (12, 12') aufweisenden Seite (10) verlaufenden Rieh- tung (z), über einem Bereich der wenigstens einen Nut (12, 12') angeordnet ist, welcher sich von 20 bis 80% der Breite (Bi) der wenigstens einen Nut (12, 12'), und bevorzugt von 40 bis 60% der Breite (Bi), der wenigstens einen Nut (12, 12') erstreckt, und besonders bevorzugt über dem Mittelpunkt der wenigstens einen Nut (12, 12') angeordnet ist.
Kathodenblock nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
sich der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Bereich (20, 20') der Oberfläche (16) des Kathodenblocks über zumindest 20%, bevorzugt über zumindest 40%, besonders bevorzugt über zumindest 60%, ganz besonders bevorzugt über zumindest 80% und höchst bevorzugt über 100% des Bereichs (24, 24') erstreckt, welcher, bezogen auf die im Querschnitt des Kathodenblocks senkrecht zu der die wenigstens eine Nut (12, 12') aufweisenden Seite (10) verlaufenden Richtung (z), über der Breite (Bi) der Nut (12, 12') angeordnet ist.
Kathodenblock nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt (20, 20') die Form eines Ellipsensegments mit einer Breite des Intervalls des Polarwinkels zwischen 10° und 180°, bevorzugt zwischen 30° und 160°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 140° und ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 120° aufweist, und/oder
der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt (20, 20') die Form einer Cosinus-Kurve mit einer Breite des Intervalls des Winkels zwischen 10° und 180°, bevorzugt zwischen 30° und 160°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 140° und ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 120° aufweist, und/oder der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt (20, 20') die Form eines Kreisbogensegments mit einer Breite des Intervalls des Mittelpunktswinkels zwischen 10° und 180°, bevorzugt zwischen 30° und 160°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 140° und ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 120° aufweist, und/oder
der wenigstens eine bogenförmig nach außen gekrümmte Abschnitt (20, 20') die Form einer Gauß'schen Normalverteilung mit einem Quotienten aus der Halbwertsbreite der Gauß'schen Normalverteilung und der Breite der wenigstens einen Nut von 0.5 bis 1 .5, bevorzugt von 0,6 bis 1 ,4, besonders bevorzugt von 0,7 bis 1 ,3, ganz besonders bevorzugt von 0,8 bis 1 ,2 und höchst bevorzugt von 0,9 bis 1 ,1 aufweist.
Kathodenblock nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Quotient aus dem Abstand (hi) von dem Scheitelpunkt (22, 22') des wenigstens einen bogenförmig nach außen gekrümmten Abschnitts (20, 20') der Oberfläche (16) des Kathodenblocks zu dem niedrigsten Punkt der Nut (12, 12') und dem Abstand (h2) von dem niedrigsten Punkt der der die wenigstens eine Nut (12, 12') aufweisenden Seite (10) gegenüberliegenden Seite (14) des Kathodenblocks zu dem niedrigsten Punkt der Nut (12, 12') zwischen mehr als 1 :1 bis maximal 2:1 , bevorzugt 1 ,0 bis 1 ,5, besonders bevorzugt 1 ,0 bis 1 ,3 und ganz besonders bevorzugt 1 ,0 bis 1 ,2 beträgt.
Kathodenblock nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens eine bevorzugt im Querschnitt rechteckig ausgestaltete Nut (12, 12') eine über ihre Länge variierende Tiefe aufweist, wobei die wenigstens eine Nut (12, 12') besonders bevorzugt an ihren längsseitigen Enden eine geringere Tiefe aufweist als in ihrer Mitte. Kathodenblock für eine Aluminium-Elektrolysezelle, welcher eine im Längsschnitt des Kathodenblocks betrachtet wannenförmige Oberfläche (16) aufweist, wobei die Wanne zwei Randbereiche (26, 26') und einen, in Längsrichtung (y) des Kathodenblocks gesehen, zwischen den Randbereichen (26, 26') angeordneten und bezogen auf die Randbereiche (26, 26') abgesenkten Bodenbereich (28) aufweist, wobei zwischen den beiden Randbereichen (26, 26') und dem Bodenbereich (28) jeweils ein den entsprechenden Randbereich (26, 26') und den Bodenbereich (28) verbindender Sei- tenwandbereich (30, 30') vorgesehen ist, wobei wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche (32, 32') zwischen den Randbereichen (26, 26') und den Seitenwandbereichen (30, 30') und/oder wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche (36, 36') zwischen dem Bodenbereich (28) und den Seitenwandbereichen (30, 30') bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist, wobei der wenigstens eine bogenförmig gekrümmte Abschnitt (34, 34') eine Länge (Li) von mehr als 2 cm bis 100 cm, bevorzugt von 3 bis 50 cm, insbesondere bevorzugt von 4 bis 30 cm, besonders bevorzugt von 5 bis 20 cm, ganz besonders bevorzugt von 7 bis 15 cm und höchst bevorzugt von 10 cm aufweist.
Kathodenblock nach Anspruch 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
dieser zu wenigstens 30 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 60 Gew.-% und höchst bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff und/oder Graphit zusammengesetzt ist.
Kathodenblock nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche (36, 36') zwischen dem Bodenbereich (28) und den Seitenwandbereichen (30, 30') und bevorzugt beide Verbindungsbereiche (36, 36') zwischen dem Bodenbereich (28) und den Seitenwandbereichen (30, 30'), bezogen auf den im Längsschnitt be- trachteten Kathodenblock, nach innen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist/sind.
11. Kathodenblock nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens einer der beiden Verbindungsbereiche (32, 32') zwischen den
Randbereichen (26, 26') und den Seitenwandbereichen (30, 30') und bevorzugt beide Verbindungsbereiche (32, 32') zwischen den Randbereichen (26, 26') und den Seitenwandbereichen (30, 30'), bezogen auf den im Längsschnitt betrachteten Kathodenblock, nach außen bogenförmig gekrümmt ausgestaltet ist/sind.
Kathodenblock nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Verhältnis zwischen der, bezogen auf die in der Längsrichtung (y) verlaufende Querschnittsebene, größten Höhe (h3) in den Randbereichen (26, 26') und der geringsten Höhe (h ) in dem Bodenbereich (28) des Kathodenblocks zwischen 1,1 und 4, bevorzugt zwischen 1,1 und 2,5 und besonders bevorzugt zwischen 1,1 und 2,1 beträgt.
Kathodenblock nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Kathodenblock eine, in der Längsrichtung (y) des Kathodenblocks gesehen, variierende Materialzusammensetzung aufweist, wobei das Material in den beiden Randbereichen (26, 26') bevorzugt einen höheren spezifi- sehen Widerstand aufweist als das Material in dem Bodenbereich (28) des Kathodenblocks.
14. Kathodenblock nach Anspruch 13,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Kathodenblock in den beiden Randbereichen (26, 26') 5 bis 50 Gew.-% und bevorzugt zwischen 10 bis 30 Gew.-% Acetylenkoks enthält.
15. Kathodenblock nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Kathodenblock in dem Bodenbereich (28) 5 bis 50 Gew.-% und bevorzugt zwischen 10 bis 40 Gew.-% Titandiborid, Siliciumoxid und/oder Chromoxid enthält.
PCT/EP2012/072046 2011-11-09 2012-11-07 Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter oberfläche Ceased WO2013068412A2 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN3395CHN2014 IN2014CN03395A (de) 2011-11-09 2012-11-07
CA2854928A CA2854928A1 (en) 2011-11-09 2012-11-07 Cathode block having a domed and/or rounded surface
CN201280055341.8A CN103958740A (zh) 2011-11-09 2012-11-07 具有半球形和/或圆形表面的阴极块
JP2014540439A JP2014532816A (ja) 2011-11-09 2012-11-07 湾曲した表面および／または丸みのある表面を有するカソードブロック
EP12786943.6A EP2776608A2 (de) 2011-11-09 2012-11-07 Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter oberfläche

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011086044.4 2011-11-09
DE201110086044 DE102011086044A1 (de) 2011-11-09 2011-11-09 Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter Oberfläche

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013068412A2 true WO2013068412A2 (de) 2013-05-16
WO2013068412A3 WO2013068412A3 (de) 2013-10-24

Family

ID=47178664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/072046 Ceased WO2013068412A2 (de) 2011-11-09 2012-11-07 Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter oberfläche

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2776608A2 (de)
JP (1) JP2014532816A (de)
CN (1) CN103958740A (de)
CA (1) CA2854928A1 (de)
DE (1) DE102011086044A1 (de)
IN (1) IN2014CN03395A (de)
WO (1) WO2013068412A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115142098B (zh) * 2022-06-15 2023-06-30 赣州晨光稀土新材料有限公司 一种异型阴极以及应用其调节极距稳定的电解炉

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011148347A1 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Kan-Nak S.A. Hall-heroult cell cathode design

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3067124A (en) * 1958-07-24 1962-12-04 Montedison Spa Furnace for fused-bath electrolysis, particularly for aluminum production from alo
NL129768C (de) * 1965-01-06
CH567579A5 (en) * 1970-02-21 1975-10-15 Sigri Elektrographit Gmbh Carbon plate armour for graphite foil - for fusion electrolysis cells
ATE105028T1 (de) * 1989-02-20 1994-05-15 Comalco Alu Zelle zur schmelzflusselektrolytischen gewinnung von aluminium.
DE4118304A1 (de) * 1991-06-04 1992-12-24 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Elektrolysezelle zur aluminiumgewinnung
US5362366A (en) * 1992-04-27 1994-11-08 Moltech Invent S.A. Anode-cathode arrangement for aluminum production cells
EP0782636B1 (de) * 1994-09-08 1999-05-06 MOLTECH Invent S.A. Aluminium-elektrogewinnungszelle mit verbesserten kohlenstoff-kathodeblöcken
DE69809202T2 (de) * 1997-05-23 2003-05-28 Moltech Invent S.A., Luxemburg/Luxembourg Aluminium-herstellungszelle und kathode
EP0996772B1 (de) * 1997-07-08 2001-10-17 MOLTECH Invent S.A. Gestaltung einer zelle zur aluminiumherstellung
CN100478500C (zh) * 2007-03-02 2009-04-15 冯乃祥 一种异形阴极碳块结构铝电解槽
CN101413136B (zh) * 2008-10-10 2010-09-29 沈阳北冶冶金科技有限公司 具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽
CN101451250A (zh) * 2008-10-24 2009-06-10 中南大学 一种减少铝电解槽水平电流的曲面型阴极结构
CN101724859B (zh) * 2009-12-15 2011-05-18 中南大学 一种异形结构阴极铝电解槽焙烧方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011148347A1 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Kan-Nak S.A. Hall-heroult cell cathode design

Also Published As

Publication number Publication date
IN2014CN03395A (de) 2015-07-03
DE102011086044A1 (de) 2013-05-16
CA2854928A1 (en) 2013-05-16
EP2776608A2 (de) 2014-09-17
CN103958740A (zh) 2014-07-30
WO2013068412A3 (de) 2013-10-24
JP2014532816A (ja) 2014-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69532052T2 (de) Mit versenkten Nuten drainierte horizontale Kathodenoberfläche für die Aluminium Elektrogewinnung
DE69928406T2 (de) Sammelschienenkonstruktion für elektrolytische zellen
DE3436442A1 (de) Wanne zur elektrolyse mit einer stromstaerke ueber 250.000 a fuer die erzeugung von aluminium nach dem hall-heroult-verfahren
EP2673400A2 (de) Kathodenanordnung und kathodenblock mit einer eine führungsvertiefung aufweisenden nut
WO2012038427A1 (de) Kathode für elektrolysezellen
DE3209138A1 (de) Beschichtete ventilmetallanode zur elektrolytischen gewinnung von metallen oder metalloxiden
DE2904441C2 (de) Stromschienensystem von Elektrolysezellen zur Aluminiumherstellung
EP0072778B1 (de) Schienenanordnung für Elektrolysezellen
DE1533439A1 (de) Elektrolytische Zelle zur Gewinnung von Aluminium und Verfahren zum Betrieb derselben
EP2776608A2 (de) Kathodenblock mit gewölbter und/oder gerundeter oberfläche
CH641209A5 (de) Elektrolysezelle.
EP0035131B1 (de) Gasentwickelnde Metallelektrode für elektrochemische Prozesse
EP3546620B1 (de) Kathodenanordnung mit kathodenblock mit einer nut mit variierender tiefe und einer fixiereinrichtung
EP1233083A1 (de) Kohleboden einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium
DE3009096A1 (de) Asymmetrische schienenanordnung fuer elektrolysezellen
EP0033714A2 (de) Schienenanordnung für Elektrolysezellen
DE3012697A1 (de) Verfahren zur stabilisierung einer aluminiummetallschicht in einer aluminium- elektrolytzelle
EP2673397A1 (de) Kathodenanordnung mit einem oberflächenprofilierten kathodenblock mit nut variabler tiefe
DE3618588A1 (de) Verbindungsschaltung fuer schmelzflusselektrolysezellen
DE102011076302A1 (de) Elektrolysezelle und Kathode mit unregelmäßiger Oberflächenprofilierung
WO2012107413A2 (de) Kathodenanordnung mit einem oberflächenprofilierten kathodenblock mit einer mit graphitfolie ausgekleideten nut variabler tiefe
DE3024696A1 (de) Elektrolyseverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung eines elektrolyseverfahrens
DE3004071A1 (de) Schienenanordnung
EP2776609A1 (de) Elektrolysezelle, insbesondere zur herstellung von aluminium, mit einer wannenförmigen kathode
EP0016728A1 (de) Elektrolysezelle zur Aluminiumherstellung durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumsalzen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12786943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012786943

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012786943

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2854928

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: P478/2014

Country of ref document: AE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014540439

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014123367

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A