專利名稱：：用于生產金屬的方法和電解沉積槽的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于生產鋁的方法和電解沉積槽，特別涉及通過采用基本為惰性的電極進行鋁的電解沉積。目前，鋁是通過將溶解到熔融電解質中的含鋁化合物的電解來生產的，并且在傳統的Hall-Hèroult設計的槽中進行電解沉積過程。這些電解槽裝配有水平排列的電極，當今電解槽的導電陽極和陰極是由碳材料制成的。電解質以氟化鈉和氟化鋁的混合物為基礎，具有少量的堿和堿土氟化物的添加劑。當電流從陽極通過電解質流向陰極時，發生電解過程，使得含有鋁的離子在陰極處產生放電，生成熔融的鋁，并且在陽極處形成二氧化碳(參見HaupinandKvande，2000)。該過程的全部反應可以由下面的等式表示(1)由于水平電極結構、優選的電解質組成和自耗碳陽極的使用，當前采用的Hall-Hèroult工藝表現出一些缺點和不足。水平電極結構導致電解槽必須采用區域密集型設計，這造成相對于電解槽的占地面積而言鋁的生產率很低。低生產率面積比導致新建初級鋁廠的投資成本很高。傳統鋁生產電解槽采用碳材料作為導電陰極。由于碳不能被熔融的鋁浸潤，所以需要在碳陰極上方保持一個深的熔融鋁金屬池，并且實際上，鋁池的表面在所在的槽中為“真”陰極。這種金屬池的主要缺點為，熔融槽的高電流強度(＞150kA)產生了相當大的磁力，使電解質的流動形式和電解沉積槽中的金屬受到擾動。結果，金屬傾向于繞該槽運動，導致可能使電解槽局部短路的波動，并且促進所產生的鋁溶解到電解質中。為了克服這一問題，設計出復雜的母線系統，以補償所述磁力并且盡可能地保持金屬池穩定和平靜。復雜的母線系統非常昂貴，并且如果金屬池的擾動太大，則鋁在電解質中的溶解將會增強，由于下面的反向反應而造成電流效率降低，該反向反應為(2)現今的電解槽的優選的碳陽極在所述過程中按照反應(1)被消耗，每生產一公噸鋁，通常總的陽極消耗為500至550kg的碳。采用碳陽極，導致除了所謂的PFC氣體(CF4、C2F6等)等之外還產生造成污染的溫室氣體，例如CO2和CO。該過程中的陽極消耗意味著在電解槽中的極間距離總是變化的，并且必須頻繁地調整陽極的位置，以便保持最佳的極間工作距離。另外，各陽極按照規定的間隔由一個新的陽極更換。即使碳材料以及電極的生產相對便宜，但對使用過陽極的操作(對接)構成了現代初級煉鋁廠的操作成本的主要部分。在Hall-Hèroult槽中使用的原材料為氧化鋁，也稱為鋁土。鋁土在大多數電解質中具有相對較低的溶解性。為了達到足夠的鋁土溶解性，在電解沉積槽中的熔融電解質的溫度必須保持很高。今天，對于Hall-Hèroult槽的正常操作溫度在940-970℃的范圍內。為了保持很高的操作溫度，必須在槽中產生大量的熱，并且熱生成的主要部分發生于電極之間的極間空間中。由于高電解質溫度，當前鋁生產槽的側壁不能抵抗氧化性氣體和冰晶石基熔體的組合作用，所以在電解槽操作過程中必須將槽側部襯里保護起來。這通常是通過在側壁上形成凝結皮層構成的槽凸緣來實現的。該凸緣的維護必須要在需要穿過側壁產生大量熱損的操作條件下進行。這導致電解生產的能量消耗顯著高于用于鋁生產的理論最小值。極間空間中的熔池的高電阻總計為槽中電壓損失的35-45％。該技術的現有技術狀態為，在250-350kA范圍內的電流載荷下進行電解槽操作，能量消耗大約為13kWh/kgAl且電流效率為94-95％。在傳統的Hall-Hèroult槽中使用的碳陰極易于受到鈉的膨脹和侵蝕的損害，并且這種膨脹和侵蝕均會造成電解槽壽命的降低。象所指出的那樣，存在幾個改善電解槽設計和鋁電解槽中的電極材料的很好的原因，并且已經作過一些努力以獲得這些改善。一個克服在目前采用的Hall-Hèroult中的一些實際問題的可能解決方案為，引入所謂的可浸潤(或惰性)陰極。在一些專利中已經建議引入鋁可浸潤陰極，其中有U.S.Pat.Nos.3,400,036、3,930,967和5,667,664。在這一發明領域中的所有這些專利的目標均是，通過所謂鋁可浸潤陰極材料的實施來減少鋁電解過程中的能量消耗。在電解過程中的能量減少是通過具有漏陰極的電解槽的構建來實現的，允許在沒有鋁池存在的情況下進行槽的操作。盡管預示了一些新型電解槽設計的引入但是，大多數專利都涉及現有Hall-Hèroult槽型的改進。建議由所謂的耐火硬質材料(RHM)例如過渡金屬的硼化物、氮化物和碳化物制造可浸潤陰極，并且RHM硅化物也被建議作為有用的惰性陰極。RHM陰極易于被鋁浸潤，并且因此，在漏陰極結構中，在鋁電解沉積過程中可以在陰極表面上保持一層鋁薄膜。由于RHM材料成本很高，RHM/石墨復合材料、例如TiB2-C復合材料的制造就構成一個可行的替代材料用于漏陰極。可浸潤陰極可以被插入到所提出的電解槽中，作為固體陰極結構可以為厚板狀、“蘑菇”狀、塊狀、板狀等。在電解槽或陰極元件的起動或預熱過程中，該材料可以以漿料、糊劑等施加作為表面層，粘附到下面的通常為碳基的基底上(例如U.S.Pat.Nos.4,376,690、4,532,017和5,129,998)。這些專利提出，RHM陰極可以作為部分漂浮在電解沉積槽中的下層鋁池的頂部上的“預陰極”插入，并且從而減少極間距離且具有使槽底部中的金屬運動衰減的效果。在這種“預陰極”槽的操作過程中可能遇到的問題涉及形狀的破壞、元件安裝的穩定性和長時間的操作穩定性。Brown等人(1998)已經報告了在漏極結構中采用TiB2/C復合材料可浸潤陰極的Hall-Hèroult槽的相對短時間的成功操作，但是如本領域技術人員已知的那樣，由于TiB2的溶解導致在碳陰極塊頂部上的可浸潤陰極被去除，所以長時間的操作將會出現問題。然而，在具有水平電極排列的Hall-Hèroult槽中引入可浸潤陰極和所謂的“預陰極”并未針對所述槽的很低的面積利用率。在鋁電解沉積中采用惰性陽極，則總的反應將為(3)迄今為止，尚無大規模的電解槽利用惰性陽極成功地操作較長的時間。人們付出了許多努力試圖找出最佳的惰性陽極材料并將這些材料用于電解槽，并且對于用于鋁電解沉積的惰性陽極材料提出了許多專利。所提出的大多數惰性陽極材料以氧化錫和鎳鐵體為基礎，其中陽極可以為純氧化物材料或金屬陶瓷類材料。在惰性陽極方面的首次工作是由C.M.Hall發起的，C.M.Hall在他的電解槽中采用金屬銅(Cu)作為可能的陽極材料。通常，惰性陽極可以被分成金屬陽極、氧化物基陶瓷陽極和以金屬與氧化物陶瓷復合材料為基礎的金屬陶瓷。所提出的含氧化物的惰性陽極可以基于一種或多種金屬氧化物，其中，氧化物可以具有不同的功能，例如冰晶石基熔體的化學“不活潑性”和高導電性。然而，在電解槽的嚴酷環境中的氧化物不同的特性是可疑的。在金屬陶瓷陽極中的金屬相可能還是單金屬或幾種金屬的結合體(金屬合金)。所有建議的陽極材料的主要問題是，它們對于由于純氧氣(1巴)的放出和冰晶石基電解質所造成的高腐蝕性環境的化學抗蝕性。為了減小陽極溶解到電解質中的問題，已經提出將陽極材料成分的添加劑(U.S.Pat.No.4,504,369)和鈰基氟氧化合物的自生成/修復混合物(U.S.Pat.Nos.4,614,569、4,680,049和4,683,037)作為惰性陽極的可能的電化學腐蝕抑制劑。然而，沒有一個系統被證實是可行的解決方案。當采用惰性陽極的電解槽進行操作時，通常出現陽極材料元素在所生產的鋁中聚積的問題。一些專利試圖致力于這些問題，建議減小陰極表面面積、即所產生的鋁的表面。減小暴露在電解槽中的鋁表面面積，將會減少陽極材料成分在金屬中的溶解消耗，并因此提高了氧化物陶瓷(或金屬或金屬陶瓷)陽極在電解槽中的耐用性。這存在于U.S.Pat.Nos.4,392,925、4,396,481、4,450,061、5,203,971、5,279,715、5,938,914和GB2076021中。其它有關該
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的出版物如下Haupin，W.andKvande，H.“Thermodynamicsofelectrochemicalreductionofalumina”，LightMetals2000，379-384.Pawlek，R.P.“AluminiumwettablecathodesAnupdate”，LightMetals1998，449-454.Brown，G.D.，Hardie，G.J.，Shaw，R.W.andTaylor，M.P.“TiB2coatedaluminiumreductioncellsStatusandfuturedirectionofcoatedcellsinComalco”，Proceedingsofthe6thAustralasianAlSmeltingWorkshop，Queenstown，NewZealand，November26，1998.在現有的Hall-Hèroult電解沉積槽中引入惰性陽極和可浸潤陰極，對于從鋁生產中減少例如CO2、CO和PFC等溫室氣體的產生有顯著的作用。并且，如果可以采用漏陰極設計，則實際上可以潛在地減少所施加的能量。然而，為了在電解鋁生產的最佳化中實現實質性進展，必須在一個新型的電解槽設計中將惰性(尺寸穩定的)陽極和可浸潤的陰極同時結合起來。新型電解槽設計可以分成兩組以更新現有Hall-Hèroult型電解槽為目的的設計、和完全新型的電解槽設計。在U.S.Pat.Nos.4,504,366、4,596,637、4,614,569、4,737,247、5,019,225、5,279,715、5,286,359和5,415,742以及GB2076021中描述了涉及更新或改進Hall-Hèroult槽的專利。所有這些專利均致力于在現有Hall-Hèroult槽中的高熱量損失而遇到的問題，并且電解過程是在減小了的極間距離下進行操作的。在一些建議的設計中附帶有減少液態鋁金屬液層暴露于電解質中的表面積的效果。然而，僅有少數建議的設計致力于Hall-Hèroult槽的低生產率面積比。其中，U.S.Pat.Nos.4,504,366、5,279,715和5,415,742試圖通過采用垂直電極結構以增加電解槽的電極總面積來解決這一問題。這三個專利建議采用雙極電極。然而，在這些專利中建議的電解槽設計的主要問題是，需要一個在槽底之上的大型鋁池，以便提供與陰極的電接觸。這使得電解槽易于受到由母線系統產生的磁場的干擾，并因此可能導致電極的局部短路。U.S.Pat.Nos.4,681,671、5,006,209、5,725,744和5,938,914描述了用于鋁電解沉積的新型槽設計。U.S.Pat.Nos.3,666,654、4,179,345、5,015,343、5,660,710和5,953,394以及挪威專利no.NO134495描述了輕型金屬電解槽的可能設計，而這些專利中的一個或多個是針對鎂的生產。所有這些電解槽構思均可用于多-單極或雙極電極。所有上述電解槽設計的共同特征是一個利用所謂氣升作用的垂直電極結構。當氣體在陽極上生成時，向著電解質的表面上升，產生一個可以用于將電解質“泵”入槽中的曳力。通過適當地設置陽極和陰極，可以對這種氣升引起的電解質流動進行控制。所有這些現有專利均要求較好的電流效率、較純凈的金屬品質和提高的金屬-氣體分離特性。然而，為了將比電解質更重的所產生的金屬分離開，例如在U.S.Pat.No.5,660,710中所表達的那樣，對于現有專利的一個通常的印像是，對于這一任務而言，分離或分隔壁在電解質中延伸得不夠深。另外，幾個專利、例如挪威專利No.134495僅僅是通過增加在電極之上的電解質水平和電解槽的蓋之間的自由空間而引入了氣體分離室。然而，這種設計變化不足以確保去除電解質中的細分散的氧氣氣泡，這是由于電解質在直接位于槽中氧氣生成陽極之上并與其相鄰的區域中很高的速度而造成的。另外，參照例如U.S.Pat.No.6,030,518專利，均指出與通常的Hall-Hèroult槽溫度相比池溫降低，這樣槽中的陽極腐蝕速率的確實可以減小。在U.S.Pat.No.4,308,116中還描述了特別是用于鎂生產目的的，使用氣升作用的和所謂上升管和下降管流漏斗。U.S.Pat.No.4,681,671描述了一種新型電解槽設計，具有一個水平陰極和幾個刮刀形垂直陽極，于是，該電解槽在較低的電解質溫度下并且以等于或低于一個臨界閾值的陽極電流密度工作，其中，在所述臨界閾值下含氧化物陰離子優先于氟化物陰離子放電。通過強迫或自然對流，該熔體循環至一個分離的室或者分離的單元中，其中，在熔體循環回到電解分隔間中之前添加鋁土。盡管陽極總表面積在所建議的結構中很高，但是由于陽極材料相對于電解質的低導電性，所以有效的陽極面積較小且有限。這基本上限制了陽極表面面積的使用，并且導致在有效的陽極表面上的高腐蝕率。U.S.Pat.No.5,938,914中建議的電解槽設計由用于無凸緣鋁電解沉積的完全閉合設計中的惰性陽極和可浸潤陰極組成。該槽優選由多個交錯的垂直陽極和陰極構成，陽極與陰極的表面面積比為0.5-1.3。該池溫在700℃至940℃的范圍內，900-920℃為優選的工作范圍。電極組件具有限定出用于由在(一個或多個)陽極產生的氧氣氣泡的氣升作用引起的電解質流的上升管和一個下降管。一個頂部被置于陽極之上，以便收集氣體并且將生產的氧引入由電解室確定的上升管。該端部陰極被電連接到電極組件的陰極導線上，而任何交錯的陰極板均通過槽底的鋁池電連接到端部陰極板上。在U.S.Pat.No.5,006,209中提出了一種具有垂直電極和由排出槽底形成的金屬收集“池”的鋁電解沉積槽。該電解槽構思設計用于金屬基陽極和可浸潤陰極，其中在含氟電解質中以低溫發生電解過程，并且其中鋁礦為固體，且溶解的鋁土在電解質中保持懸浮。再者，通過由于氧生成陽極的所謂氣升作用產生電解槽中的電解質的對流形式。該槽底本身為一個輔助的非自耗陽極，或者可以具有顛倒的T形的陽極，并且作為一個氧生成“底部”陽極。這種設計的可能問題是，在陰極上及下游產生的鋁將暴露在在“底部”陽極處產生的氧氣，并因此起到通過反向反應降低電流效率的作用。另外，如果鋁與金屬陽極上的氧化物層接觸，則在鋁和氧化的陽極層之間產生放熱反應。這導致槽中的電流效率損失、以及陽極損耗并隨后造成所產生的金屬的污染。在U.S.Pat.No.5,006,209中描述的電解槽長時間工作的過程中遇到的另一個可能的問題是，含鋁土淤渣在槽底的聚積。由于鋁土在所建議的操作溫度下的溶解性低，所以可能產生這一問題，并且還可能產生在電解槽工作條件變化(即，溫度波動、池內成分波動和鋁土質量波動)的過程中，鋁土保持自由懸浮在電解槽中的問題。U.S.Pat.5,725,744提出了一種新型鋁電解沉積槽設計的不同構思。該槽優選設計用于在低溫下進行操作，并且因此需要在較低的陽極電流密度下工作。惰性電極和可浸潤陰極垂直排列、或實際垂直排列在槽中，因此保持了可接受的槽的占地面積。該電極排列成與槽的側壁相鄰幾個交錯的行，或者排列成沿其長度的單行多-單電極。通過采用多孔或網狀骨架結構，增強了陽極表面面積、和可能的陰極表面面積，其中，陽極引線從槽頂引入，陰極引線從底部或下部側壁上引入。該槽以槽底上的一個鋁池進行工作。在電極之間或與其鄰接地采用間隔件，以保持固定的極間距離，并且用以在槽中提供所需的電解質流動形式、即電解質流在極間空間中的向上運動。類似的，該槽在電極外側設計有一個槽外殼，并且提供電解質的向下運動。鋁土由向下的電解質流動供給到槽外殼內的電解槽中。根據本作者的理解，由U.S.Pat.所建議的電解槽設計遇到的一個問題是，所產生的金屬和電解質的分離方面存在缺陷。其中指出在槽底水平上存在一個大型鋁池，因此，與在其它類似的電解沉積槽設計中一樣，大表面積的熔融的鋁與電解質接觸，增強了所溶解的陽極材料在所產生的金屬中的聚積，并且增強了鋁在電解質中的溶解。后一問題將根據氧化性氣體種類通過反向反應來減小電解槽的電流效率，并且首先導致金屬質量的下降。建立在流體動力學上的一個事實是，流體系統的流動受到在系統組成中的流體流動的驅動力和流體流動阻力之間的平衡的控制。進而，根據其結構，流動在局部區域內的速度可以沿同一方向，但是有時可能與流體驅動的方向相反。這一原理在U.S.Pat.Nos.3,755,099、4,151,061和4,308,116中提到了。傾斜的電極表面用以增強/促進從陽極排出氣泡并且從陰極排出熔融金屬。因此，其中采用固定的極間距離和氣升作用以產生電解質流的強迫對流的、同時具有多-單極和雙極電極設計的垂直或近似水平電極的電解槽設計，這并不是新的。U.S.Pat.Nos.3,666,654、3,779,699、4,151,061和4,308,116采用了這種設計原理，并且后兩個專利還給出了對于電解質流動采用用于上升和下降的“漏斗”的描述。U.S.Pat.No.4,308,116還建議采用用于增強所產生的金屬和氣體的分離的分隔壁。本發明的一個目的是提供一種用于在680-980℃的溫度范圍內，在優選為冰晶石基的，熔融氟化物電解質中對高鋁鐵礦石、優選為氧化鋁進行電解沉積，用以生產鋁的方法和電解沉積槽。所述方法設計用于克服現有的鋁電解沉積生產技術中存在的問題，并因此提供一種用于所述生產的商用和經濟效益良好的可行工藝。這意味著，具有所需電解槽部件和輪廓的電解槽的設計，可以減小能量消耗，減小總的生產成本并仍然保持高電流效率。該緊湊的電解槽設計是通過采用尺寸穩定的陽極和鋁可浸潤陰極來實現的。對內部電解質熔劑進行設計，以便即使在低電解質溫度下仍得到鋁土的高溶解率，并且得到從電解過程中產生的兩種產物之間的良好分離。由于電解槽的更為精密的設計，在本發明中不會遇到前述專利(U.S.Pat.Nos.4,681,671、5,006,209、5,725,744和5,938,914)中存在的問題。本發明中對于用于實現鋁電解的電解槽的控制原理，和用于鋁電解沉積槽的結構原理為，兩個產品(鋁和氧氣)應該以最小的損失有效地收集起來，由于這些產品具有再結合性。通過快速并完全地將鋁和氧分離開，可以實現對這種再結合的阻止。這是通過使金屬和氣體/電解質以獲得兩種產品的實際速度矢量最大差異的方式、沿相反方向被迫對流而實現的。這些和其它優點可以通過由所附權利要求限定的本發明來實現。下面，利用附圖和例子對本發明做進一步的描述，其中圖1表示根據本發明的電解槽的電解間隔室的縱向垂直剖視示意圖。圖2表示圖1所示的電解槽的橫向垂直剖視圖。圖1和2公開了一個用于鋁電解沉積的電解槽，包括浸在電解質E中的陽極1和陰極2，所述電解質E容納在電解室22中。在操作中，使該電解質與在交錯的多-單極或雙極電極之間的極間空間18(圖1)中沿或多或少地垂直于氣流的方向偏轉，將電解質與向上升起的氣泡15(圖2)分離開，其中所述氣體在惰性陽極表面1生成。含有一些較小尺寸的氧氣氣泡(15)的電解質將通過分隔壁9中的一個或多個開口12偏轉進入到氣體分離室14(圖2)中。在該室中，電解質流速減小，以便增強氣體的分離。沒有氣體的電解質通過分隔壁中的相應開口13引導入電解室中，提供一股進入極間空間18的“新鮮”的電解質流。原則上，分隔壁9可以不設有開口(12、13)，并且，通過限制分隔壁的范圍可以獲得電解室22和氣體分離室14之間的電解質的循環。實際上，這可以通過在輔助底部10和分隔壁9的下端之間留有間隙、并且在分隔壁9的頂部和上部電解質水平面之間留有類似尺寸的間隙而實現。所產生的鋁將沿著與電解質和升起的氣泡相反的方向在鋁可浸潤陰極表面2上向下流動。所產生的鋁將通過輔助槽底10的孔17，并且將收集于一個與金屬間隔室23中的流動的電解質屏蔽開的鋁池11中。可以從所述槽中通過一個孔將金屬抽出，所述孔適當地貫穿位于所述槽的罩8上，或者通過一個或多個連接到電解槽上的電解產物管/虹吸管19。本發明的原理是，設置電極1、2和分隔壁9，以及輔助槽底10，以便實現在一側上的產生浮力的氣泡力(氣升作用)和在另一方面使電解質獲得凈運動的流動阻力之間的平衡，以便提供所需的鋁土溶解和供應、以及產品的分離。優選地，分隔壁9延伸于槽的兩個相對側壁24、25之間。其高度可以從底部26或槽的輔助底部延伸并向上至少達到電解質的表面。可以對該高度進行限制，以便允許電解質室22和氣體分離室14之間的充分的氣體交換。所述槽位于鋼容器7中，或者在一個由其它適當材料制成的容器中。該容器具有一個熱絕緣襯里6和一個耐火襯里5，所述襯里具有優異的抗氟化物基電解質和所產生的鋁11的化學腐蝕的能力。形成所述電解槽底，以便將鋁自然地排出到一個較深的池中，用以容易地從所述槽中提取出所生產的金屬。優選通過一個或多個管20將鋁土供給到槽的電極之間的電解室內的電解質的高度紊流區中。這將使鋁土即使在較低的池內溫度和/或電解質的較高冰晶石比下也可以快速且可靠地溶解。可選擇地，可以將鋁土供給到氣體分離室14中。電極通過一個連接件3連接到一個外圍母線系統中，其中，溫度可以通過一個冷卻系統4進行控制。在電解過程中，在槽內形成的廢氣將被收集到氣體分離室和電解室之上的槽的頂部中。然后，可以從槽中通過一個排氣系統16將廢氣抽出。該排氣系統可以與所述槽的鋁土供給系統20配合，該熱廢氣可以用于對鋁土供給原料進行預熱。可選擇地，可以將供給原料中精細分散的鋁土顆粒作為一個氣體氣體清潔系統，其中，在從所述槽而來的廢氣中，將廢氣完全和/或部分地脫去電解質滴、顆粒、灰塵和/或氟化物污染物。于是，將從所述槽而來的該清潔排出氣體連接到電解槽列的氣體控制系統(28)上。本電解槽設計減少了金屬和電解質之間的接觸時間和接觸面積。因此，避免了前述已知設計解決方案的不幸結果，在所述已知設計解決方案中，相對較大的表面積的熔融鋁與電解質保持接觸，并且可能增強了溶解的陽極材料在所產生的金屬中的聚積。通過相應于陽極表面面積，減少陰極表面面積，甚至可以進一步減少陰極的接觸面積、即向下流動的鋁。暴露的陰極表面面積的減少將減少在所生產的金屬中的陽極材料的污染，因此，減少了在電解過程中的陽極腐蝕。陽極腐蝕的減少也可以通過減少陽極電流密度和通過降低操作溫度來獲得。本發明電解槽的新型構思是輔助槽底的使用。利用在陽極上產生的氣體，產生氣升作用，在電解質中建立起所需的循環形式。該循環形式將產生的氣體向上輸送并離開向下流動的鋁。在陽極1和陰極2之間有選擇地引入隔板、內壁或“側板”21(圖1)可以在特定的環境下增強電解質的優選循環形式，并且該隔板還可以通過減小電解質向下運動的自然趨勢來減小電解質沿陰極表面向下的循環。由于氣體分離室14的體積相對于極間體積較大，所以氣體分離室將作為一個用于任何“俘獲”在電解質中的氧氣的脫氣裝置，因此可以使基本上沒有氣體的電解質循環回到電解室中。電解室和氣體分離室之間的連通是通過插入于所述槽中的分隔壁上的“開口”實現的，并且這些“開口”(12和13)的尺寸和位置決定了所述槽中的流動形式以及流速。所示多-單極陽極1和陰極2顯然可以由幾個較小的單元制成并且組裝形成所需外形的陽極和陰極。另外，除了端電極之外，所有交錯的惰性陽極1和鋁可浸潤陰極2可以由雙極電極更換，所述雙極電極可以以相同的方式設計和定位。這一排列將使得槽中的端電極分別作為一個終端陽極和一個終端陰極。該電極優選以垂直排列設置，但是也可以采用懸臂/傾斜電極。并且，還可以在電極中設置軌跡(槽)，以提高所產生的氣體和/或金屬的分離和收集/聚積。電解槽的連續操作需要采用尺寸穩定的惰性陽極1。該陽極優選由具有高導電性的金屬、金屬合金、陶瓷材料、氧化物基金屬陶瓷、氧化物陶瓷、金屬陶瓷復合材料(金屬陶瓷)或它們的結合體制成。陰極2也必須是尺寸穩定且可以被鋁浸潤的，以便在恒定的極間距離18下對該槽進行操作，并且陰極優選由二硼化鈦、二硼化鋯或它們的混合物制成，但是也可以由其它以硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、或它們的結合體和/或復合材料為基礎的導電難熔硬質金屬(RHM)制成。如圖1和2所示，對陽極的電連接件優選穿過罩8插入。對陰極的連接件可以穿過罩8、長側壁27(圖2)或槽底26插入。本發明的槽可以在較小的極間距離18下操作，以節省在鋁電解沉積過程中的能量。由于垂直電極為電解槽提供了很大的電極表面面積和較小的“占地面積”，所以槽的生產率很高。小極間距離意味著在電解質中產生的熱量相對傳統的Hall-Hèroult電解槽而言被減小。因此，可以通過設計在側部24、25、27中的正確的熱絕緣6而對槽的能量平衡進行調節，并且底部27和在槽罩8中一樣是需要的。于是，該槽可以可選擇地不采用蓋住側壁的凝結凸緣而進行操作，并且在這種情況下化學抗蝕槽材料是必須的。然而，該槽也可以在采用凝結凸緣至少部分地蓋住側壁24、25、27和槽的底部26的情況下操作。必須從槽中通過水冷電極連接件3、4和/或采用類似導熱管的冷卻輔助裝置等將所產生的過多的熱量排出。根據所需的熱平衡和槽的操作條件，從電極回收的熱量可以用于熱/能的再生。槽的襯里5優選由對所采用的電解質和鋁具有優異抗腐蝕性的致密燒結耐火材料制成。建議采用的材料為鋁土、碳化硅、氮化硅、氮化鋁和它們的結合物或復合材料。另外，至少一部分槽的襯里，可以通過采用與上述致密的槽襯里不同的材料制成的保護層，防止氧化或者還原。這種保護層可以由氧化物材料、例如氧化鋁、或者由陽極材料的一種或幾種氧化物成分的化合物和另外一種或多種氧化物成分構成。輔助槽底10、分隔壁9和隔板21也可以由對于所采用的電解質和鋁具有優異抗腐蝕性的致密燒結耐火材料制成。所建議的材料為鋁土、碳化硅、氮化硅、氮化鋁和它們的結合體或復合材料。后兩個單元(9、21)至少在一部分結構中也可以采用其它的保護材料，其中，保護層可以由氧化物材料、例如氧化鋁、或者由陽極材料的一種或幾種氧化物成分的化合物和另外一種或多種氧化物成分制成。脫氣或氣體分離室的形狀和設計可以根據槽的生產能力進行變化。該氣體分離室可以實際上由幾個位于電解室任一側上的室構成，或者由一個或多個分隔兩個相鄰的電解隔室的室構成，或者如圖2所示，由一個或多個靠著電解室的一個或多個室構成。該氣體分離室也可以在排出/去除任何沉積在槽內的鋁土淤渣的槽操作過程中打開。本發明的槽設計用于在680℃至970℃的溫度范圍內、并且優選在750-940℃的溫度范圍內操作。低電解質溫度可通過采用以氟化鈉和氟化鋁為基礎的電解質來獲得，并且可以與堿或堿土鹵化物相結合。對電解質的成分進行選擇，以便獲得(相對)較高的鋁土溶解率、較低的液相淺溫度和合適的密度，以便增強氣體、金屬和電解質的分離。在一個實施例中，電解質包括氟化鈉和氟化鋁的混合物，可以添加按IUPAC系統的周期表中第1和2族元素的金屬氟化物，并且可以添加以堿或堿土鹵化物為基礎的成分，氟化物/鹵化物摩爾比最高達2.5，并且，其中NaF/AlF3的摩爾比在1至3的范圍內，優選在1.2-2.8的范圍內。應當理解，在圖1和2中作為例子展示的所建議的鋁電解沉積槽，僅表示該槽的一個可用于實施根據本發明的電解法的具體實施例。權利要求1.一種用于從包含鋁氧化物的電解質(E)中電解生產鋁金屬的方法，通過在至少一個電解室(22)中實施電解，所述電解室(22)包含所述電解質，并且進一步包含至少一個惰性陽極(1)和至少一個可浸潤陰極(2)，其中，在電解過程中，陽極生成氧氣，陰極具有在電解過程中釋放到其上的鋁，所述氧氣迫使電解質向上流動，并且所述產生的鋁由于重力而向下流動，其特征在于氧氣進一步被引導流入一個與所述電解室(22)連通設置的氣體分離室(14)，因此在所述電解室(22)和所述氣體分離室(14)之間建立起一個電解質流動形式。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于電解質流動形式被至少一個分隔壁、內壁或“擋板”(9)引導，使在電解室(22)中向上流動的電解質偏轉進入氣體分離室(14)。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于通過氣體抽取裝置，從氣體分離室(14)中將被分離的氣體去除。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所產生的金屬從陰極(2)排出到槽底部的一個鋁池(11)中，并且通過用于金屬渣的適當裝置從該槽中去除。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，電解質溫度在680-970℃的范圍內。6.一種用于電解生產鋁的槽，包括至少一個容納電解質的電解室(22)，至少一個惰性陽極(1)和至少一個可浸潤陰極(2)，其特征在于，其進一步包括一個與所述電解室(22)連通設置的氣體分離室(14)，其中在該過程中生成的氣體可以從電解質分離出去。7.如權利要求6所述的電解槽，其特征在于，一個分隔壁(9)設置在電解室(22)和氣體分離室(14)之間，所述壁具有至少一個貫穿的開口(12、13)。8.如權利要求7所述的電解槽，其特征在于，分隔壁(9)具有至少一個上開口(12)，該上開口(12)允許含有氣體的電解質從電解室(22)流向氣體分離室(14)，并且具有至少一個下開口(13)，與氣體分離的電解質通過該下開口返回到電解室(22)中。9.如權利要求7所述的電解沉積槽，其特征在于，分隔壁(9)由氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅或它們的結合體或復合材料制成。10.如權利要求7所述的電解沉積槽，其特征在于，分隔壁(9)由氧化物材料制成。11.如權利要求7所述的電解沉積槽，其特征在于，分隔壁(9)由氧化物，或者由陽極材料的一種或幾種氧化物成分的化合物和另外一種或多種氧化物成分構成的材料制成。12.如權利要求7所述的電解沉積槽，其特征在于，分隔壁(9)在槽的兩個相對側壁(24、25)之間延伸，其中，其高度可以從槽的底部(26)或輔助底部(10)延伸，并向上至少到電解質的上水平面。13.如權利要求7所述的電解槽，其特征在于，分隔壁(9)具有一個垂直延伸部，并且進一步設置成在分隔壁(9)的下端之下設有一個開口，并且在分隔壁(9)的上端和電解質(E)的上水平面之間設有一個類似尺寸的開口。14.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，氣體分離室(14)的體積足夠大，以便可以減小電解質流速，充分地將包含在電解質中的任何氣體分離開。15.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，一個或多個氣體分離室(14)可以靠著所述槽的至少一側設置。16.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，該氣體分離室(14)連接到至少一個用于從該室中抽取和收集氣體的氣體排放系統(16)上。17.如權利要求16所述的電解沉積槽，其特征在于，該排放系統(16)連接到一個鋁土供給系統(20)上，其中，熱廢氣被用于對鋁土供給原料進行加熱和/或用于凈化從所述槽而來的廢氣，以便在進入到氣體收集系統(28)中之前，去除氟化物蒸汽、氟化物顆粒和/或灰塵。18.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，電解室(22)包括一個輔助底部(10)，該輔助底部設有至少一個孔(17)，該孔(17)優選設置在陰極之下，從而使鋁可以通過所述孔并被收集到一個限定在所述底部之下的金屬隔室(23)中。19.如權利要求18所述的電解沉積槽，其特征在于，該輔助底部(10)的材料從氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化物材料、以硼化物、碳化物、氮化物、硅化物為基礎的耐火硬質材料或它們的結合體或復合材料中選出。20.如權利要求18所述的電解沉積槽，其特征在于，金屬隔室(23)中的所述鋁可以從該槽通過一個或多個連接到該槽上的電解產物管或虹吸管(19)抽出。21.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陽極(1)和陰極(2)為以交替方式設置的單極式，并且進一步垂直或傾斜排列。22.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陽極和陰極是垂直或傾斜排列的雙極式。23.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陽極和/或陰極由多個集成為一個大單元的較小的單元構成。24.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陽極由尺寸穩定的材料、優選為氧化物基的金屬陶瓷、金屬、金屬合金、氧化物陶瓷、和它們的結合體或復合材料制成。25.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陰極由以硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或它們的混合物為基礎的導電性的耐火硬質材料(RHM)制成。26.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陽極和陰極的主表面以與槽的較短的側壁相鄰的方式設置。27.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，所述槽具有一個襯里，該襯里優選由不導電材料構成。28.如權利要求27所述的電解沉積槽，其特征在于，槽的襯里的材料從氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、和它們的結合體或復合材料中選出。29.如權利要求27所述的電解沉積槽，其特征在于，槽的襯里由氧化物材料制成。30.如權利要求27所述的電解沉積槽，其特征在于，槽的襯里的至少一部分由氧化物、或者由陽極材料的一種或幾種氧化物成分的化合物和另外一種或多種氧化物成分構成的材料制成。31.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，陽極和/或陰極連接到一個用于供電的周邊母線系統上，其中，所述連接件可以穿過槽的頂部、側部或底部引入。32.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，對陽極和/或陰極連接件進行冷卻，以便從所述陽極/陰極進行熱交換和/或熱回收、和/或進行溫度控制。33.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，用水冷或其它液體冷卻劑、通過氣冷或通過采用導熱管對陽極和/或陰極連接件進行冷卻。34.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，其包括至少一個用于鋁土的供給管，該供給管的入口位于靠近電解質中的高紊亂部的某個位置上，并且優選位于一個陽極和一個陰極之間的極間空間中，或者位于氣體分離室中。35.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，通過引入位于至少一個陽極和至少一個陰極之間的至少一個隔板、內壁或“擋板”(21)，使向上流動的電解質偏轉進入氣體分離室(14)，可以增強電解質的流動形式。36.如權利要求6和35所述的電解沉積槽，其特征在于，隔板(21)由氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅或它們的結合體或復合材料制成。37.如權利要求6和35所述的電解沉積槽，其特征在于，該隔板(21)由氧化物材料制成。38.如權利要求6和35所述的電解沉積槽，其特征在于，隔板(21)由氧化物、或者由陽極材料的一種或幾種氧化物成分的化合物和另外一種或多種氧化物成分構成的材料制成。39.如權利要求6所述的電解沉積槽，其特征在于，電解質包含氟化鈉和氟化鋁的混合物，可以添加根據IUPAC系統的周期表中第1和2族元素的金屬氟化物，并且可以添加以堿或堿土鹵化物為基礎的成分，氟化物/鹵化物的摩爾比最高為2.5，并且其中，NaF/AlF3的摩爾比在1至3的范圍內，優選在1.2-2.8的范圍內。全文摘要本發明涉及一種通過在熔融鹽混合物、優選為以氟化鈉－氟化鋁為基礎的電解質中對高鋁鐵礦石、優選為鋁土進行電解來生產熔融的鋁的方法。本發明公開了一種用于所述鋁生產的電解槽，該電解槽采用垂直和/或傾斜定位的基本上為惰性的電極，其中，通過設置一個與電解室(22)連通設置的氣體分離室(14)，因此建立起在電解室(22)和氣體分離室(14)之間的電解質流動，從而使所述槽的設計有利于鋁和生成的氧氣的分離。文檔編號C25C3/06GK1492949SQ02805372公開日2004年4月28日申請日期2002年2月13日優先權日2001年2月23日發明者O-J·希爾金,S·朱爾斯魯德,O-J希爾金,孤車申請人:諾爾斯海德公司