用于具有膨脹石墨襯墊的鋁電解池的陰極的制作方法

專利名稱：用于具有膨脹石墨襯墊的鋁電解池的陰極的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于鋁電解池的陰極，該陰極由陰極塊和連接至這些 塊的集電棒構成，而容納集電棒的陰極槽襯有膨脹石墨。因而降低了 陰極塊和鑄鐵密封體之間的接觸電阻，從而提供通過該界面的較好電
流流動。因此，可使用在槽中心內的局部槽襯墊(lining)來產生更加 均勻的電流分布。這通過減少陰極耗損提供這樣的陰極的較長有效壽 命并因此提供了提高的電解池生產率。另外，膨脹石墨還充當抵抗化 合物在鑄鐵和陰極塊之間界面處沉積的阻擋層。根據選定的膨脹石墨
品質的具體特性，其還緩沖熱機械應力。
背景技術：
常規地由Hall-Heroult方法通過溶解在溫度高至約9701C的冰晶 石基熔融電解液中的氧化鋁的電解來生產鋁。Hall-Heroult還原電解 池典型地具有鋼殼，該鋼殼具有難熔材料的絕緣襯墊，該絕緣襯墊進 而具有接觸熔融組分的碳襯墊。連接至直流電源負極的鋼制集電棒嵌 入在形成電解池底板(bottom floor)的碳陰極襯底中。在常規電解池 設計中，鋼陰極集電棒從外部匯流條延伸，穿過電解池的各側進入到 碳陰極塊內。
每個陰極塊在其下表面具有一個或兩個在塊的相對置橫向端之間 延伸的槽或溝以容納鋼集電棒。典型地將這些槽加工成矩形。在電解 池的緊密附近，這些集電棒放置在所述槽中并且最通常用鑄鐵連接至 陰極塊(稱作"棒固定(rodding)")，以促進碳陰極塊和鋼之間的電 連接。通過使用重設備如起重機將如此制得的碳或石墨制陰極塊裝配 在電解池的底部，并最終與無煙煤、焦炭和煤焦油的搗固材料結合以 形成電解池底板。在與電解池中心相重合的陰極塊中心，陰極塊的槽
可容納一個單集電棒或兩個互相面對的集電棒。在后一情形中，用可
料的混合物填充集電棒之間的間隙。
在低電壓(例如4-5V)和高電流(例如100， 000-350， 000 A )下 操作Hall-Heroult鋁還原電解池。所述高電流從頂部進入，通過陽極 構件并然后穿過冰晶石浴，通過熔融鋁金屬液層，進入碳陰極塊，然 后通過集電棒來提供給所述電解池。
電流穿過鋁液層和陰極的流動沿著最小電阻的通路。常規陰極集 電棒中的電阻與電流通路的長度成比例，所述電流通路為從電流進入 陰極集電棒的點處到最近的外部匯流條。起始于陰極集電棒上較接近 外部匯流條的位置的電流通路的較低電阻，導致熔融鋁液層和碳陰極 塊內電流的流動在該方向上偏斜。電流流動的水平分量與電解池內磁 場的豎直分量相互作用，不利地影響有效的電解池工作。
高溫和電解質的侵蝕性化學性質結合產生苛刻的工作環境。因此， 現有的Hall-Heroult電解池陰極集電棒技術限于軋制或鑄造的軟鋼 型材。相比之下，潛在的金屬替代物例如銅或銀具有高電導率但具有 低熔點和高費用。
直到若干年前，鋼的高熔點和低費用彌補了其相對差的電導率。 鋼的電導率相對于鋁金屬液層是如此差，以至于最接近坩堝側部的集 電棒的外三分之一承載大部分載荷，從而在各陰極塊內產生非常不均
勻的陰極電流分布。因為基于無煙煤的常規陰極塊的化學性質、物理 性質和特別是電性質，直到近來鋼的差電導率才呈現出嚴重的方法限
制。鑒于鋼棒的相對差的電導率，相對于陰極和鑄鐵之間相對高的接 觸電阻，可適用相同原理，所述接觸電阻迄今在電解池效率改進努力 中沒有起主要作用。然而，隨著朝向較高能量費用的一般趨勢，這種 作用對于熔煉效率變為不可忽視的因素。
從那時以來，為追求規模經濟，鋁電解池的尺寸隨工作電流強度 提高而增加。因為提高了工作電流強度，基于焦炭和瀝青而不是無煙 煤的石墨陰極塊變得常見，并且還提高石墨在陰極中的百分比以利用
改善的電性質和使生產率最大化。在許多情形中，這已導致向部分或
全部石墨化陰極塊發展。在始于約2000。C向上延伸至3000X:或甚至以
上的寬溫度范圍中發生碳塊的石墨化。術語"部分石墨化"或"全部 石墨化"陰極涉及碳晶體結構的區域內的有序程度。然而，不能夠在 這些狀態之間繪出明顯的邊界線。原則上，結晶化或石墨化的程度分 別隨碳塊的加熱處理所處的最高溫度以及處理時間而增加。關于本發
明的描述，對于在高于約2000C溫度的任何陰極碳塊，我們使用術語
"石墨"或"石墨陰極"概括這些術語。進而，對于已被加熱至低于
2000'C的溫度的陰極塊，使用術語"碳"或"碳陰極"。
受利用碳和石墨陰極提供較高電導率的啟發，逐漸增加對一些至
今尚未被密切注意的技術作用的關注 -陰極塊的耗損 -不均勻的電流分布
-在陰極塊和鑄鐵之間界面處的能量損失 所有這三種作用些許相互關聯并且任何技術補救應理想地解決 這個三元組的多于一個單一項目。
主要促使陰極塊的耗損的是，金屬液層湍流的機械侵蝕、高電流 所促成的電化學碳消耗反應、電解質和液體鋁的滲透、以及導致陰極 塊和搗固混合物膨脹和變形的鈉的嵌入。由于在陰極塊中導致裂紋， 浴組分朝向鋼陰極集電棒遷移并且在鑄鐵密封體表面上形成沉積物， 從而導致電接觸部的劣化和電流分布的不均勻。如果液體鋁觸及鐵表 面，即刻發生藉由合金化的腐蝕并且在鋁金屬中產生過大的鐵含量，
迫使整個電解池的過早關閉。
碳陰極材料本身提供相對硬的表面并且具有5至10年的足夠有效
壽命。然而，因為隨著逐漸增加的電解池壽命，在鑄鐵和陰極塊之間 界面的接觸電壓降變為對于總陰極電壓降(CVD)的主要有害作用，在碳
襯墊被實際耗損完之前出于經濟原因通常需要更換襯墊。
最可能的是，逐漸增加的鑄鐵和陰極塊之間界面處的接觸電壓降 可歸因于兩個次級(sub-ordinated)作用的組合。擴散通過陰極塊的鋁
在所述界面形成例如p-氧化鋁的絕緣層。其次，已知鋼和碳在長期受 到應力時蠕變。兩種次級作用均可歸因于陰極塊耗損以及不均勻的電 流分布，并且產生的接觸電壓降反過來也有害地影響所述其它兩個作用。
陰極塊腐蝕并不均勻地跨塊長度發生。特別是在應用石墨陰極塊 時，主要失效模式是由于陰極塊表面接近其橫向端的高度局部腐蝕，
使其表面成形為w外形并最終使集電棒暴露于鋁金屬。在許多電解池
設計中，對于這些比常規碳陰極塊石墨含量更高的塊，觀測到更高的
峰值腐蝕速率。石墨陰極的腐蝕可甚至以高至60 mm/年的速率進行。 因此是用工作性能換取工作壽命。
快速耗損速率、最大耗損區域的位置和陰極電流分布的不均勻性 之間存在關聯。石墨陰極具有較大的電導性，其結果是具有大得多的 不均勻陰極電流分布型式且因此遭受較高的耗損。
在US 2， 786，024 (Wleiigel)中提出通過利用集電棒來克服不均勻 的陰極電流分布，所述集電棒從電解池中心向下彎曲，從而使集電棒 和熔融金屬液層之間的陰極塊的厚度從電解池中心朝橫向邊緣增加。 與這種彎曲部件相關的制造和運輸問題阻礙了該方法變得實際可用。
DE 2 624 171 B2 (Tschopp)描述了具有跨整個電解池寬度的均勻 電流密度的鋁電解池。這通過朝向電解池的邊緣逐漸降低碳陰極塊和 嵌入的集電棒之間鑄鐵層的厚度來實現。在該發明的另外實施方案中，
段。然而在實際中，納入這些改進的鑄鐵層似乎也是麻煩和高花費的。 在US 6， 387， 237 (Homley等)中，要求保護一種具有均勻電流密度 的鋁電解池，該電解池包含具有銅嵌體的集電棒，所述銅嵌體位于接 近電解池中心的區域，因此在電解池中心區域提供較高的電導率。此 外，該方法沒有應用于鋁電解池中，這是因為在實施所述方案中增加 了技術和操作復雜性以及費用。
另外，任一現有技術方法僅考慮到在分別沿碳陰極塊和集電棒的 長度軸的水平面內的均勻電流分布。然而，當考慮從陽極向下穿過電
解池到達集電棒的電流時，其它維度即跨陰極塊寬度的水平面也起顯
著作用。
因此，為充分實現碳和石墨陰極塊的操作益處而無任何與現有操
作工序和相關費用有關的折衷(trade-off)，需要通過提供更加均勻的
接觸的裝置，來降低陰極耗損速率和提高電解池壽命。
另外，需要提供不僅沿塊長度而且跨其寬度的更加均勻的陰極電 流分布。
此外，將鐵澆注到槽中以便固定集電棒(稱作"棒固定")的步 驟是麻煩的并且需要重設備和手工勞動。為進一步簡化陰極組裝工序， 需要完全避免澆注鐵以便將集電棒固定至陰極。

發明內容
因此本發明的目的是提供其中具有容納集電棒的槽的陰極塊，其 特征在于所述槽全部或局部襯有膨脹石墨。膨脹石墨(EG)特別用其平
面層提供了良好的電和熱傳導性。其還提供了一些柔軟性和良好回彈 性，從而使其成為用于墊圏應用的常用材料。這些特征使其成為改善 石墨塊和鑄鐵之間接觸電阻的理想材料。所迷回彈性還顯著減緩電解 期間鑄鐵和陰極塊之間界面處的接觸電壓降的逐漸增加，因為其可填 滿因鋼和碳的蠕變而形成的間隙。特別通過在陰極槽底面的EG襯墊， 進一 步降低鑄鐵和陰極塊之間界面處的接觸電壓降的逐漸增加，因為 其充當對于例如擴散通過陰極塊的鋁的阻擋層，因此防止在所述界面 處形成例如p-氧化鋁的絕緣層。
另外，EG的回彈性減弱因不同的熱膨脹系數而在鋼集電棒、鑄鐵 和陰極塊之間產生的機械應力。不同材料的熱膨脹主要出現在電解池 的運行前加熱期間而且出現在棒固定期間，并且經常在陰極塊中導致 裂紋，使得進一步降低它們的壽命。
本發明的另一個目的是提供具有完全襯有EG的槽的陰極塊。在這 種情形中，在整個槽區域中改善了與鑄鐵的電接觸。
本發明的另一目的是提供具有局部襯有EG的槽的陰極塊。
在一個優選實施方案中，槽僅在其兩個側面襯有EG。該實施方案 促進了特別沿陰極塊寬度的更加均勻的電流分布并且減弱了主要在槽 側面產生的機械應力。
本發明的另一個目的是提供具有這樣的槽的陰極塊，該槽僅在其 中心區域襯有EG。通過該方法，將電場線即電流被牽拉離開橫向塊邊 緣朝向塊中心。另外，倘若僅槽側面襯有EG，該實施方案在既沿陰極 塊長度又沿塊寬度的均勻電流分布中提供相當大的改進。
本發明的另一個目的是提供具有這樣的槽的陰極塊，該槽襯有不 同厚度和/或密度的EG。因為在電解池中心的工作溫度較高，所以在 陰極(即電解池)中心各種材料的熱膨脹和蠕變的處理更加具有挑戰 性。因此，應優選在陰極中心放置具有較高厚度和/或較低密度的EG 襯墊，以便為較長回彈性"路徑"產生間隙。
通過用比機械應力占主導的兩側面更薄和/或更致密的襯墊對槽 底面加襯墊，可應用相同的原理。
本發明的另一個目的是提供制造用于鋁電解池的陰極的方法，該 方法通過制造碳或石墨陰極塊，用EG對槽加襯墊和最后通過鑄鐵將鋼 集電棒連接至如此加襯塾的塊。
本發明的另一個目的是提供用于鋁電解池的陰極，該陰極包含在 它們槽內具有EG襯塾的碳或石墨陰極塊和直接固定至這樣的陰極塊 的鋼集電棒。
在一個優選實施方案中，這樣的碳或石墨陰極塊具有降低的槽尺寸。
本發明的另一個目的是提供制造用于鋁電解池的陰極的方法，該 方法通過制造碳或石墨陰極塊，用EG將槽全部加襯墊和最后將鋼集電 棒直接連接至如此加襯墊的塊而無需鑄鐵。
在一個優選實施方案中，用膠粘劑將箔片形式的EG襯墊首先固定 至集電棒，覆蓋與槽表面相對的表面，最后將如此制得的集電棒插入 槽內。
本發明的另一個目的是提供制造陰極塊的方法，所述陰極塊具有
襯有EG的槽，而用膠粘劑將箔片形式的EG襯墊固定至陰極。
在一個優選實施方案中，僅在選定區域中通過施涂膠粘劑將箔片 形式的EG襯墊固定至集電棒和/或陰極。


現將參考附圖對本發明進行更加詳細的描述，其中
圖1是現有技術的鋁生產用電解池的示意性橫截面圖，該圖顯示 了陰極電流分布。
圖2顯示了現有技術的鋁生產用電解池的示意性側視圖，該圖顯 示了陰極電流分布。
圖3是根據本發明的陰極的示意性側視圖。
圖4是具有根據本發明的陰極的鋁生產用電解池的示意性橫截面 圖，該圖顯示了陰極電流分布。
圖5是根據本發明的陰極的示意性側視圖，該圖描繪了本發明的 優選實施方案。
圖6顯示了具有根據本發明的陰極的鋁生產用電解池的示意性側 視圖，該圖顯示了陰極電流分布。
圖7是根據本發明的陰極的示意性頂視圖，該圖描繪了本發明的 優選實施方案。
圖8是根據本發明的陰極的示意性側視圖，該圖描繪了本發明的 優選實施方案。
圖9示意性地描繪了用于測試在載荷下貫通面的電阻的變化的實 驗室測試設備。
圖10顯示了使用膨脹石墨箔片由測試載荷下貫通面的電阻的變 化所獲得結果。
具體實施例方式
參考圖1，顯示了具有現有技術的陰極1的鋁生產用電解池的橫
切圖(cross-cut)。集電棒2具有矩形橫截面并且由軟鋼制成。其嵌入 在陰極塊4的集電棒槽3中并通過鑄鐵5與其連接。陰極塊4由碳或 石墨通過本領域技術人員公知的方法制成。
沒有顯示限定出電解池反應室的鋼制罩和電解池鋼殼，在所述電 解池反應室的底部和側部襯有耐火磚。陰極塊4與熔融鋁金屬液層6 直接接觸，該鋁金屬液層6被熔融電解浴7覆蓋。電流通過陽極8進 入，穿過電解浴7和熔融的金屬液層6，并然后進入陰極塊4。通過陰 極集電棒2經由鑄鐵5輸送電解池的電流，所迷陰極集電棒2從電解 池壁外部的匯流條延伸。如由電解池中心線C所示，對稱地構建所述 電解池。
如圖1中所示，現有技術的電解池內的電流線10不均勻地分布并 且更加朝向在橫向陰極邊緣的集電棒的端部集中。發現在陰極l的中 部電流分布最低。在陰極塊4上觀察到的局部耗損型式在具有最高電 流密度的區域為最深。這種不均勻的電流分布是腐蝕從陰極塊4的表 面進行直到其到達集電棒2的主要原因。腐蝕型式典型地導致陰極塊 4表面的"W形"。
在圖2中，描繪了裝配有現有技術中的陰極1的電解池的示意性 側視圖。在該示意圖中沒有顯示鄰近的陰極1，但通常涉及單一陰極 的任何另外描述適用于電解池的所有陰極的全體。集電棒2嵌入在陰 極塊4的集電棒槽3中并且通過鑄鐵5與其固定(secure)。現有技術 的陰極l中電流分布線10不均勻地分布并且向著集電棒2的頂部強烈 集中。
圖3顯示了裝配有根據本發明的陰極1的電解池的側視圖。集電 棒2嵌入在陰極塊4的集電棒槽3中并且通過鑄鐵5與其固定。根據 本發明，集電棒槽3襯有膨脹石墨襯墊9。
根據本發明的膨脹石墨襯墊9優選以箔片形式使用。該箔片通過 使用軋光輥在高壓力下將膨脹的天然石墨薄片壓制成具有0.2-1. 9 g/cn^密度和0. 05-5mm厚度的箔片而制成。任選地，可用各種試劑對 該箔片進行浸漬或涂覆以便提高其壽命和/或調節其表面結構。在此之
后可將獲得的箔片和增強材料的夾層結構(sandwich)壓制成厚度為 0. 5-4 mm的板材。這樣的膨脹石墨箔片的制造方法對本領域技術人員 而言是公知的。
優選通過施涂膠粘劑將膨脹石墨襯墊9固定至集電棒和/或陰極。 所述膠粘劑應優選為具有很少金屬污染物的碳質(carbonaqueous)化， 合物例如酚醛樹脂。在合適時可使用其它膠粘劑。優選地，將膠粘劑 僅施涂在襯墊的選定區域。例如，當應僅為隨后的澆注步驟而固定襯 墊時膠粘劑的點狀施涂是足夠的。將膠粘劑施涂至將接觸陰極塊4的 修整襯墊的側部。然后，優選通過輥子對如此制得的襯墊進行施涂。
在用膨脹石墨襯墊9將集電棒槽3表面加襯墊后，最終通過鑄鐵 5將鋼集電棒2穩定固定至這樣的加有襯墊的塊。
圖4顯示了具有根據本發明的陰極1的鋁生產用電解池的示意性 橫截面圖。在集電棒槽3的頂面下方，看到膨脹石墨襯墊9。由于該 橫截面觀察點，襯有膨脹石墨襯墊9的集電棒槽3的兩個側面被遮蔽。 與現有技術(圖1 )相比，電解池電流分布線10更加均勻地跨陰極1 的長度分布，這是因為膨脹石墨襯墊9所促進的與鑄鐵5的更好電接 觸。然而，與現有技術相比該實施方案還在跨陰極塊4寬度的均勻電 流分布中提供相當大的改進。
如果集電棒槽3襯有不同厚度和/或密度的膨脹石墨襯墊9，則根 據本發明可獲得跨陰極1的長度和/或寬度的甚至更加均勻的電流分 布。
在一個實施方案中，集電棒3襯有膨脹石墨襯墊9，該襯墊在陰 極中心比在其邊緣薄10-50%和/或致密10-50°/。。
在另一個實施方案中，在集電棒槽3頂面的膨脹石墨襯塾9不同 于在兩個側面的膨脹石墨襯墊9。優選地，集電棒槽3襯有膨脹石墨 襯墊9，該襯墊在頂面比在兩個側面薄10-50%和/或致密10-50°/。。該 實施方案在特別跨陰極塊4寬度的均勻電流分布中提供相當大的改進 并且緩沖在集電棒槽3的側面占優的熱機械應力。
圖5顯示了裝配有根據本發明的陰極1的電解池的側視圖。集電
棒2嵌入在陰極塊4的集電棒槽3中并且通過鑄鐵5與其穩定固定。 根據本發明的優選實施方案，集電棒槽3的僅兩個側面襯有膨脹石墨 襯墊9。
如圖6中所描繪，與現有技術(圖2)相比，該實施方案在特別 跨陰極塊4寬度的均勻電流分布中提供相當大的改進。另外，緩沖了 在集電棒槽3的側面占優的熱機械應力。
圖7顯示了根據本發明的陰極1的示意性頂視圖，該圖描繪了本
發明的另一個優選實施方案。在該圖中，為簡化而沒有顯示鑄鐵5。 圖7相反地顯示了在將鑄鐵5注入集電棒槽3之前陰極1的構造。在 該實施方案中，僅在陰極l的中心區域，集電棒槽3的僅兩個側面襯 有膨脹石墨襯墊9。該實施方案提供了具有最有效結杲的膨脹石墨襯 墊9的最小程度使用。
圖8是根據本發明的陰極1的示意性側視圖，該圖描繪了本發明 的另一個優選實施方案。在該情形中，集電棒2僅通過膨脹石墨襯墊 9固定至陰極塊4而無需鑄鐵5。該實施方案使費力的澆注工序被廢棄， 同時提供了使用膨脹石墨襯墊9的上述優點。優選地，按照強制聯鎖 或摩擦聯鎖原理。例如，集電棒槽3可具有楔形形狀。膠合也適合于 將集電棒2固定至陰極塊4。
該實施方案還允i午減小集電棒槽3的尺寸。
圖9示意性地描繪了用于測試在載荷下貫通面的電阻變化的實驗 室測試構造。使用該測試構造來模擬使用膨脹石墨襯塾9用以將集電 棒槽3加襯墊的作用。使用加栽/卸栽循環測試各種類型和厚度的膨脹 石墨箔片(例如SIGRAFLEX F02012Z)。試樣尺寸在直徑上為25mm。 使用萬能試驗機(FRANK PRtJFGERATE GmbH)進行測試。
圖10顯示了使用SGL Carbon Group商業制造的膨脹石墨箔片 SIGRAFLEX F02012Z和WAL65型陰極的材料由測試載荷下貫通面的電 阻的變化所獲得的結果。該結果顯示了現有技術的鑄鐵/WAL65系統 (標記為"無蕩片")和本發明的F02012Z/鑄鐵/WAL65系統(標記為 "具有箔片")的貫通面的電阻的變化。兩個測試曲線的對比清楚地揭示，通過具有膨脹石墨的本發明的系統，顯著降低了特別在較低栽 荷下的貫通面的電阻。該優點在載荷松弛時還得以維持，這是因為膨 脹石墨的回彈性。
雖然幾個附圖顯示了具有單一集電棒槽的陰極塊或其部分，但本 發明適用于以相同方式具有多于一個集電棒槽的陰極塊。
還通過下面的實施例對本發明進行描述 實施例1
將100份具有12 nm-7 mm顆粒尺寸的石油焦與25份瀝青在150 。C于葉片混合器中混合10分鐘。將所得物質擠壓為具有700 x 500 x 3400 mm (寬度x高度x長度)尺寸的塊。將這些所謂的生坯塊置于環 形爐中，用冶金焦炭進行覆蓋并加熱至900"C。然后在縱長石墨化爐 中將所得碳化塊加熱至2800匸。而后，將生陰極塊修整成它們的最終 尺寸650 x 450 x 3270 mm (寬度x高度x長度)。由各個塊切割出寬 度為135mm且深度為165 mm的兩個集電棒槽，接著用厚度為0. 38 mm 且密度為1.1 g/cn^的SIGRAFLEX F03811型膨脹石墨箔片將整個槽區 域加襯墊。通過根據槽尺寸切割膨脹石墨箔片，以點狀方式向該箔片 的一側施涂酚醛樹脂膠粘劑，并用輥子將該箔片固定至槽表面，來完
成所述力口襯墊o
然后，將鋼集電棒裝配到槽內。通過將液體鑄鐵注入集電棒和箔 片之間的間隙以常規方式進行電連接。
實施例2
根據實施例1制造修整至它們最終尺寸的陰極塊。由各個塊切割 出寬度為135 mm且深度為165 mm的兩個平行集電棒槽。從距所述塊 的各橫向端80 cm處開始，僅對槽的豎向側加襯厚度為0. 5mm且密度 為0.7 g/cm3的SIGRAFLEX F05007型膨脹石墨箔。然后，將鋼集電棒 裝配槽中并按照實施例l進行連接。將陰極塊放置到鋁電解池內。
實施例3
根據實施例1制造修整至它們最終尺寸的陰極塊。將各個塊切割 出寬度為151 mm且深度為166 mm的兩個平行集電棒槽。兩個寬度為 150 mm且高度為165 mm的集電棒在其隨后與槽表面相對的三個表面 上用2層厚度為0,5匪的SIGRAFLEX F05007型膨脹石墨箔片進行覆 蓋。將如此覆蓋的棒插入槽內，確保在室溫下適度的緊密配合。將所 述棒機械緊固以防止它們在被操作時滑出。然后，將陰極塊放置到鋁 電解池內。
已經如是描述了本發明目前優選的實施方案，但應理解可以在不 背離下面權利要求書的精神和范圍下以另外方式來實施本發明。
附圖標記
(1) 陰極
(2) 鋼制集電棒
(3) 集電棒槽
(4) 碳或石墨陰極塊 (5 )鑄鐵
(6 )鋁金屬液層
(7) 熔融電解質浴
(8) 陽極
(9 )膨脹石墨襯墊 (10)電解池電流分布線
權利要求
1.用于鋁電解池的陰極1，該陰極包含碳或石墨陰極塊4，該陰極塊4具有容納鋼制集電棒2的集電棒槽3，其中該集電棒槽3襯有膨脹石墨襯墊9。
2. 根據權利要求1的陰極l,其中集電棒槽3完全襯有膨脹石墨 襯墊9。
3. 根據權利要求1的陰極l，其中集電棒槽3局部襯有膨脹石墨 襯墊9。
4. 根據權利要求3的陰極1，其中集電棒槽3僅在其兩個側面襯 有膨脹石墨襯墊9。
5. 根據權利要求3或4的陰極l,其中集電棒槽3僅在其覆蓋陰 極長度30-60%的中心區域襯有膨脹石墨襯墊9。
6. 根據權利要求1至5之一的陰極1，其中集電棒槽3襯有不同 厚度和/或密度的膨脹石墨襯墊9。
7. 根據權利要求6的陰極1，其中集電棒槽3襯有膨脹石墨襯墊 9,所述膨脹石墨襯墊在陰極中心區域比在其邊緣具有高10-50%的厚 度和/或低10-50%的密度。
8. 根據權利要求6的陰極1，其中集電棒槽3襯有膨脹石墨襯墊 9，所述膨脹石墨襯墊在兩個側面比在頂面具有高10-50%的厚度和/或 低10-50%的密度。
9. 根據權利要求1至8之一的陰極1，其中集電棒槽3襯有膨脹 石墨襯墊9并且鋼集電棒2通過鑄鐵5固定至陰極塊4。
10. 根據權利要求1至8之一的陰極1,其中集電棒槽3襯有膨 脹石墨襯墊9并且鋼集電棒2通過膨脹石墨襯墊9固定至陰極塊4。
11. 根據權利要求10的陰極1，其中陰極塊4具有降低的集電棒 槽3尺寸。
12. 根據權利要求1至12之一的陰極1，其具有多于一個集電棒
13. 制造用于鋁電解池的陰極l的方法，其特征在于步驟 -制造碳或石墨陰極塊4，-用膨脹石墨襯墊9對集電棒槽3完全或局部加襯墊，和 —通過鑄鐵5將鋼集電棒2裝配到如此加襯墊的塊4中。
14. 制造用于鋁電解池的陰極l的方法，其特征在于步驟 -制造碳或石墨陰極塊4，-用膨脹石墨襯墊9對集電棒槽3完全或局部加襯墊，和 -將鋼集電棒2裝配到如此加襯墊的塊4中。
15. 制造用于鋁電解池的陰極1的方法，其特征在于步驟 -制造碳或石墨陰極塊4,-用膨脹石墨襯墊9對鋼集電棒2在面對集電棒槽3的表面完 全或局部力口襯墊，和-將如此加襯墊的鋼集電棒2裝配到塊4中。
16. 根據權利要求13和14的制造陰極1的方法，由此用膠粘劑 將膨脹石墨襯墊9固定至陰極塊4。
17. 根據權利要求15的制造陰極1的方法，由此用膠粘劑將膨脹 石墨襯墊9固定至鋼集電棒2。
18. 根據權利要求16或17的制造陰極1的方法，由此通過僅在 選定區域施涂膠粘劑將膨脹石墨襯墊9固定至鋼集電棒2或陰極塊4。
19. 鋁電解池，其含有根據權利要求1至12之一的陰極1。
全文摘要
用于鋁電解池的陰極(1)，該陰極由陰極塊(4)和連接至這些塊的集電棒(2)構成，而容納集電棒的陰極槽(3)襯有膨脹石墨襯墊(9)，因此提供了這樣的陰極的較長有效壽命和提高的電解池生產率。
文檔編號C25C3/12GK101374979SQ200680052914
公開日2009年2月25日 申請日期2006年12月20日 優先權日2005年12月22日
發明者F·黑爾特曼, M·克里斯特, O·奧廷格爾, W·朗格 申請人:Sgl碳股份公司