具有抗磨表面的表面異形化的石墨陰極塊的制作方法

具有抗磨表面的表面異形化的石墨陰極塊的制作方法
【專利摘要】一種用于鋁電解槽的陰極塊，其包括基層和布置在其上的蓋層，所述基層含有石墨，所述蓋層具有至少在某些區域中異形化的表面，并且所述蓋層由石墨復合材料構成，所述復合材料含有1至低于50重量%的熔點為至少1000℃的硬質材料。
【專利說明】具有抗磨表面的表面異形化的石墨陰極塊
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及用于鋁電解槽的陰極塊。
【背景技術】
[0002]這樣的電解槽用于鋁的電解生產，其在工業中常規上通過Hall_H6roult方法來進行。在Hall-H6roult方法中，將由氧化鋁和冰晶石構成的熔體電解。在此處，冰晶石Na3[AlF6]用來將純氧化鋁的2045°C的熔點降低到含有冰晶石、氧化鋁和添加劑例如氟化鋁和氟化鈣的混合物的約950°C。
[0003]在這種方法中使用的電解槽具有由形成陰極的多個毗連的陰極塊構成的底部。為了抵抗電解槽運行期間普遍的熱和化學環境，陰極塊通常由含碳材料構成。每個陰極塊的底面設置有凹槽，在每個凹槽中布置有至少一個母線，經陽極饋送的電流通過所述母線放出。在這種情形中，陰極塊的為凹槽限定界限的各個壁與母線之間的空隙，通常用鑄鐵密封，以便通過得到的具有鑄鐵的母線套將母線電學和機械地連接到陰極塊。由單獨的陽極塊形成的陽極布置 在位于陰極頂面上的熔融鋁層上方約3至5cm處，并且電解質即含有氧化鋁和冰晶石的熔體，位于所述陽極與鋁表面之間。在約1000°C下進行電解期間，形成的鋁由于其密度與電解質相比較大這一事實而沉降在電解質層下方，即作為陰極塊的頂面與電解質層之間的中間層。在電解期間，溶解在冰晶石熔體中的氧化鋁被流過的電流分解成鋁和氧。根據電化學，熔融鋁層是真正的陰極，因為鋁離子在其表面上被還原成元素鋁。然而，在下文中術語“陰極”將不被理解為是指電化學觀點中的陰極即熔融鋁層，而是指形成電解槽底部并由一個或多個陰極塊構成的部件。
[0004]Hall_H6roult方法的顯著缺陷在于它需要大量能量。為了生產Ikg招需要約12至15kWh電能，其占到生產成本的高達40%。因此，為了能夠降低生產成本，希望盡可能低降低這種方法的比能量消耗。
[0005]因此，近些時候越來越多地使用石墨陰極，即由含有石墨作為主要組成成分的陰極塊制成的陰極。在此處，在使用石墨作為原料生產的石墨陰極塊與使用含碳石墨前體作為原料生產的石墨化陰極塊之間作出區分，所述含碳石墨前體通過隨后在2100至3000°C下的熱處理轉化成石墨。與非晶碳相比，石墨的獨特之處在于低得多的比電阻率以及明顯更高的導熱率，基于這種原因，在電解期間使用石墨陰極首先能夠降低電解的比能量消耗，其次能夠在更高的電流強度下進行電解，從而能夠提高單個電解槽的生產率。然而，在電解期間，由于表面侵蝕，石墨的陰極或陰極塊、特別是石墨化陰極塊經歷高度磨損，其比非晶碳陰極塊所經歷的磨損高得多。陰極塊表面的這種侵蝕不是均勻地發生在陰極塊的整個縱向上，而是在陰極塊操作期間在出現最大局部電流密度的陰極塊的邊界區域處程度增力口。這是由于母線與邊界區域中的電流饋送元件發生接觸，由于這種原因，所得到的從電流饋送元件直至陰極塊表面的電阻，在流過陰極塊邊界區域的情形中比在流過陰極塊中心的情形中更低。由于這種不均勻的電流密度分布，以及隨著運行時間的增加，當在陰極塊的縱向上觀察時，陰極塊的表面變成近似W型的輪廓，這種不均勻的侵蝕意味著陰極塊的使用壽命受到具有最大侵蝕的點的限制。無論這點如何，在電解期間機械影響增加了陰極塊的磨損。由于電解期間普遍存在的高磁場和產生的電磁相互作用，熔融鋁層處于連續移動之中，因此在陰極塊表面上發生顯著的粒子磨損，并且在石墨陰極塊的情形中，這與由非晶碳制成的陰極塊相比，引起明顯更高的磨損程度。
[0006]此外，DE19714433C2公開了具有如下涂層的陰極塊，所述涂層含有至少80重量％的二硼化鈦，并通過將二硼化鈦等離子體噴涂至陰極塊表面上來生產。這種涂層旨在提高陰極塊的抗磨性。然而，這樣的純二硼化鈦涂層或具有非常高二硼化鈦含量的涂層非常易碎，并因此易于開裂。此外，這些涂層的比熱膨脹大約為碳的兩倍高，由于這種原因，這樣的陰極塊的涂層當在熔鹽電解中使用時僅具有短的使用壽命。
[0007]為了在使用上述陰極塊時進一步降低比能量消耗，最近還已使用在電解槽運行期間朝向熔融鋁和電解質的側面被一個或多個凹陷和/或隆起異形化的陰極塊。其頂面各自具有I至8個、優選地2個高度為50至200mm的隆起的這種陰極塊，公開在例如EP2133446A1中。所述異形化表面減少由電解期間存在的電磁相互作用所引起的熔融鋁移動。這引起鋁層的波形成和凸起的減少。因此，表面異形化的陰極塊的使用能夠將熔融鋁與陽極之間的距離減少到2至4cm，而在使用沒有異形化表面的陰極塊時，由于鋁層的相對強且密集的波形成，出于避·免短路和所形成鋁的不希望的再氧化的目的，所述距離通常為4至5cm。由于熔融鋁與陽極之間的距離的這種減小，電解槽電阻由于歐姆電阻的降低而降低，因此比能量消耗也降低。
[0008]然而，表面異形化的陰極塊并且特別是基于石墨的表面異形化的陰極塊具有大量缺點。包含附著冰晶石熔體的未溶解氧化鋁的漿料，可沉降在陰極塊的異形化表面的凹陷中，特別是角落中。這種問題由于如下事實而進一步惡化:石墨組成的表面僅僅被鋁熔體非常不良地潤濕。結果，基于石墨的表面異形化的陰極塊非常易于磨損，特別是在其異形化表面的隆起的角落和邊緣處。此外，沉積在陰極塊的異形化表面上的漿料減少陰極的有效表面并因此阻礙電流流動，其結果是比能量消耗增加。此外，這種效應引起電流密度的局部增力口，并且這可導致電解槽的使用壽命更短。

【發明內容】

[0009]因此，本發明的目的是提供一種如下的陰極塊，其被表面異形化以便能夠獲得電解槽中熔融鋁與陽極之間的小的距離，其具有低的比電阻率，能夠優選地用鋁熔體充分潤濕，并且特別是針對熔鹽電解操作期間普遍存在的磨蝕、化學和熱環境具有高的抗磨性和耐磨性。
[0010]根據本發明，這種目的通過一種如下的用于鋁電解槽的陰極塊來實現，所述陰極塊具有基層并具有蓋層，其中所述基層含有石墨，所述蓋層具有至少在某些區域中異形化的表面，并且所述蓋層由石墨復合材料構成，所述石墨復合材料含有I至小于50重量％的熔點為至少1000°C的硬質材料。
[0011]這種解決方案是基于下述理解，即在含有石墨的基層上設置如下的蓋層，該蓋層至少在某些區域中被表面異形化，并由含有不少于I重量％但至多低于50重量％的硬質材料的石墨復合材料構成，該硬質材料的熔點為至少1000°C，以產生如下的陰極塊，該陰極塊具有用于高能效熔鹽電解操作的足夠低的比電阻率，并且另外對熔鹽電解期間普遍存在的磨蝕、化學和熱環境具有非常高的抗磨性并且因此具有耐磨性。在此處，特別令人預料不到的是，這阻止或至少大幅減少了如下的W形輪廓的形成，在石墨制成的常規陰極塊的情形中，在電解期間由于陰極塊整個縱向上的不均勻磨蝕而形成W形輪廓。此外，特別令人預料不到的是，在這樣的陰極塊中，可靠地阻止了特別是漿料的形成或者漿料在異形化表面中、特別是在異形化表面或形成異形化的一個或多個凹陷的角落中的沉積，因此，不僅由于減少或阻止由漿料形成引起的粒子磨損而使陰極塊的耐磨性大幅增加，而且特別是可靠地阻止了由于漿料形成或漿料在陰極塊表面上沉積而引起的電流流動的阻礙，并且可靠地阻止了在電解期間由其引起的比能量消耗的增加。
[0012]因此，本發明的陰極塊結合了與陰極塊在電解槽運行期間朝向熔體的側面的表面異形化相關的優點，還結合了與在陰極塊的基層和蓋層中設置石墨相關的優點，例如，特別是陰極塊的低電阻，和將陰極塊用于在冰晶石熔體中熔鹽電解氧化鋁時鋁熔體的低程度的波形成和小的波高度，以使得能夠將電解槽中熔融鋁層表面與陽極之間的距離減小到例如I至4cm，并且優選地2至3cm，這降低了所述電解方法的比能量消耗；然而，同時，本發明的陰極塊不具有由使用石墨引起的缺點，例如缺乏與鋁熔體的潤濕性，并且特別是低的抗磨性和耐磨性，并且還不具有由使用表面異形化引起的缺點，例如漿料的形成或漿料在異形化表面結構中的沉積。相反，由于在本發明的陰極塊中設置的含硬質材料的蓋層，所述陰極塊實現了杰出的抗磨性并且因此實現了耐磨性。然而，由于這種硬質材料僅存在于蓋層中而不存在于基層中，因此避免了由添加硬質材料造成的可能的缺點，例如陰極塊導電率的降低。此外，盡管事實上使用了含有硬質材料的蓋層，但本發明陰極塊的表面令人預料不到地不傾向于開裂，特別是也沒有特征性的不利的高易碎性。總而言之，本發明的陰極塊在使用含有氧化鋁和冰晶石的熔體進行熔鹽電解以生產鋁方面具有長期穩定性，并且能夠以非常低的比能量消耗進行熔鹽電解。
[0013]在本發明的上下文中，并且與該術語在本領域中的常規定義相一致，“硬質材料”被理解為是指如下的材料， 該材料特征在于，特別是甚至在1000°c或更高的高溫下具有特別高的硬度。
[0014]所使用的硬質材料的熔點優選比1000°C高得多，其中特別是熔點為至少1500°C的硬質材料，優選地熔點為至少2000°C的硬質材料，并且特別優選地熔點為至少2500°C的硬質材料，已被證明是特別適合的。
[0015]原則上，所有硬質材料都可用于本發明陰極塊的蓋層中。然而，特別是在使用努氏硬度為至少1000N/mm2、優選地至少1500N/mm2、特別優選地至少2000N/mm2并且非常特別優選地至少2500N/mm2的硬質材料時，獲得良好的結果，所述努氏硬度是按照DIN EN843-4測量的。
[0016]根據本發明第一種非常特別優選的實施方式，本發明陰極塊的蓋層含有努氏硬度為至少1000N/mm2、優選地至少1500N/mm2、特別優選地至少2000N/mm2并且非常特別優選地至少2500N/mm2的硬質碳材料作為所述硬質材料，所述努氏硬度是按照DIN EN843-4測量的。在此處，碳材料被理解為是指特別是含有高于60重量％、優選地高于70重量％、特別優選地高于80重量％并且非常特別優選地高于90重量％的碳的材料。
[0017]所述碳材料優選地是選自焦炭、無煙煤、炭黑、玻璃碳以及兩種或更多種上述材料的混合物的材料，并且特別優選地是焦炭。在下文中，這組化合物也被稱為“不可石墨化的碳”，其在不能被石墨化或至少石墨化不良的碳的意義內是準確的，正如在此方面參照的德國專利申請DE102010029538.8中所述的。石墨化不良的焦炭特別是硬焦炭，例如乙炔焦炭。
[0018]特別是對于具有由石墨化碳構成的基層和蓋層的陰極塊，在本發明的概念的發展中提出，本發明陰極塊的蓋層含有如下的碳材料作為所述硬質材料，該碳材料優選選自焦炭、無煙煤、玻璃碳和炭黑，并且特別優選地為焦炭，其具有低的石墨化能力。石墨化陰極塊按如下方式生產:將含碳石墨前體與粘結劑混合并對該混合物成型以給出陰極塊的形式，然后將其碳化并最終將其石墨化。由于隨后向這種含有石墨前體和粘結劑的混合物添加具有低石墨化能力的碳材料作為硬質材料，因此在最終的石墨化期間硬質材料添加劑的破壞或硬質材料向相對軟的石墨的轉化被阻止或至少大幅降低，因此該硬質材料在石墨化后能夠完成其任務，即提高陰極塊的抗磨性。在本發明的上下文中，“具有低石墨化能力的碳材料”被理解為是指如下的碳材料，該碳材料在2800°C下熱處理后的石墨化度為最多0.50，該石墨化度是按照 Maire 和 Mehring 的方法(J.Maire, J.Mehring, Proceedings of the4thConference on Carbon (第 4 次碳會議論文)，Pergamon Pressl960, 345 至 350 頁)從平均層間距c/2計算的。特別地，如果優選地選自焦炭、無煙煤、炭黑和玻璃碳的所述碳材料，具有最多0.4、并且特別優選地最多0.3的石墨化度，則獲得良好的結果。
[0019]為了使陰極塊、特別是陰極塊的蓋層獲得足夠高的導電率，本發明陰極塊的蓋層優選地含有I至25重量％、·特別優選地10至25重量％、并且非常特別優選地10至20重量％的碳材料作為所述硬質材料。因此，在蓋層的高抗磨性和足夠高的導電率之間獲得特別優化的平衡。
[0020]此外，優選地，在本發明陰極塊的蓋層中用作硬質材料并優選地選自焦炭、無煙煤、炭黑和玻璃碳并且特別優選為焦炭的碳材料，具有最高3mm并且優選地最高2mm的晶粒度。
[0021]按照另外的實施方式，各個粒子具有洋蔥皮結構，其在本發明的上下文中，被理解為是指如下的多層結構，其中具有球形至橢圓形形狀的粒子的內層完全或至少部分地被至少一個中間層和外層覆蓋。
[0022]此外，如果所使用的硬質材料是優選地選自焦炭、無煙煤、炭黑和玻璃碳并且特別優選為焦炭的碳材料，其中該碳材料在2800°C下熱處理后的表觀堆積高度優選地小于20nm,而該碳材料的粒子的BET比表面積優選地為10至40m2/g并且特別優選地為20至30m2/g,則已被證明是有利的。
[0023]上文提及的具有低石墨化度的焦炭的優選實例，是在不飽和烴類特別是乙炔生產期間作為副產物獲得的焦炭，其在下文中被稱為乙炔焦炭，與在生產不飽和烴期間獲得所述焦炭的該不飽和烴的性質無關。可從在不飽和烴類特別是乙炔的合成中用于淬滅反應氣體的原油餾分或蒸汽裂化殘油獲得的乙炔焦炭，已被證明特別適合于這種目的。為了生產這種焦炭，將淬火油或炭黑混合物進料到加熱至約500°C的焦化裝置。在焦化裝置中，淬火油的液體組成成分揮發，而焦炭聚集在焦化裝置的底部上。相應的過程被描述在例如DE2947005A1中。由此獲得具有洋蔥皮形式的細粒焦炭，其優選地具有至少96重量％的碳含量，并具有最多0.05重量％、優選地最多0.01重量％的灰分含量。
[0024]所述乙炔焦炭優選地具有小于20nm的c方向微晶尺寸L。，以及優選地小于50nm、特別優選地小于40nm的a方向微晶尺寸La。
[0025]除了乙炔焦炭之外或作為乙炔焦炭的替代品，可用作所述硬質材料的焦炭的另外優選的實例，是在流化床工藝中生產的焦炭，例如在Exxon Mobil開發的靈活焦化工藝中生產的焦炭，靈活焦化工藝一種使用流化床反應器的熱裂化工藝。這種工藝生產具有洋蔥皮結構的球形至橢圓形形狀的焦炭。
[0026]除了上述乙炔焦炭和/或通過靈活焦化過程獲得的焦炭之外或者作為它們的替代品，可用作所述硬質材料的焦炭的又另外優選的實例是“彈丸”焦炭，其通過“延遲焦化”來生產。這種焦炭的粒子具有球形形態。
[0027]除了作為所述硬質材料的優選地選自焦炭、無煙煤、炭黑和玻璃碳并且特別優選為焦炭的碳材料之外，本發明陰極塊的蓋層還含有石墨、優選地石墨化的碳，并且如果適合，還含有碳化和/或石墨化的粘結劑，例如浙青、特別是煤焦油浙青和/或石油浙青、焦油、柏油、酚醛樹脂或呋喃樹脂。如果在下文中提到浙青，這是指本領域技術人員已知的所有品種的浙青。在此處，所述石墨或優選地石墨化的碳與碳化和/或石墨化的粘結劑一起，形成其中包埋所述硬質材料的基質。特別是如果所述蓋層含有99至50重量％、優選地99至75重量％、特別優選地90至75重量％并且非常特別優選地90至80重量％的碳，則將獲得良好的結果。
[0028]根據本發明的第二種非常特別優選的實施方式，本發明陰極塊的蓋層含有非氧化陶瓷作為所述硬質材料，所述非氧化陶瓷優選地由至少一種屬于元素周期表第4至6過渡族的金屬和至少一種屬于元素周期表第3或4主族的元素構成。這特別是包括如下的金屬碳化物、金屬硼化物、金屬氮化物和金屬碳氮化物，其包含屬于第4至6過渡族的金屬，例如欽、錯、fil、銀、鉭、絡或鶴。
[0029]來自這些組的合適 代表的具體實例是如下的化合物，其選自二硼化鈦、二硼化鋯、二硼化鉭、碳化鈦、碳化硼、碳氮化鈦、碳化硅、碳化鎢、碳化釩、氮化鈦、氮化硼、氮化硅、二氧化鋯、氧化鋁，以及兩種或更多種上述化合物的任何所需的化學組合和/或混合物。特別是二硼化鈦、碳化鈦、碳氮化鈦和/或氮化鈦的情況下，獲得良好結果。最優選地，本發明陰極塊的蓋層含有二硼化鈦作為所述硬質材料。所有上述硬質材料可單獨使用，或者可以使用兩種或更多種上述化合物的任何所需的化學組合和/或混合物。
[0030]在本發明的概念的發展中提出，在根據所述第二種非常特別優選的實施方式的陰極塊的蓋層中，存在的硬質材料具有單峰粒度分布，其中按照國際標準IS013320-1通過靜態光散射測定的平均體積加權粒度(d3，5CI)為10至20 μ m。
[0031]在本發明的上下文中，已經確定，作為所述硬質材料的具有上文所限定單峰粒度分布的非氧化陶瓷，特別是非氧化的鈦陶瓷，并且尤其是二硼化鈦，不僅造成陰極塊表面的非常好的潤濕性，這是漿料的形成和漿料在陰極塊表面上的沉積被可靠地阻止的原因，而且特別是還造成陰極塊具有突出的抗磨性并且因此具有突出的耐磨性。此外，在本發明的上下文中，已令人預料不到地確定，特別是在所述蓋層中具有低于50重量％的相對少量的陶瓷硬質材料、優選為二硼化鈦，并且特別優選地甚至具有的量僅為10至20重量％時，也能實現這種效果。因此，可以在所述蓋層中不采用引起陰極塊表面易碎的高濃度陶瓷硬質材料。此外，具有上文所限定單峰粒度分布的陶瓷硬質材料的特征還在于非常好的可加工性。特別地，這樣的硬質材料例如在被導入到混合罐中時或在硬質材料粉末運輸時形成粉塵的傾向性足夠低，并且例如在混合期間最多發生小程度的團塊形成。此外，這樣的硬質材料粉末具有足夠高的流動性和澆鑄性，因此它可例如使用常規的傳送裝置傳送到混合裝置。這不僅都導致了本發明陰極塊的簡單和成本效益高的生產性，而且特別是導致了所述硬質材料在陰極塊蓋層中的非常均勻的分布。
[0032]在根據本發明第二種非常特別優選的實施方式的陰極塊的蓋層中存在的所述硬質材料、優選二硼化鈦，優選地具有單峰粒度分布，其中如上所述測定的平均體積加權粒度(d3；50)為12至18 μ m，并且特別優選地為14至16 μ m。
[0033]作為上述實施方式的可選方案，在所述陰極塊蓋層中存在的陶瓷硬質材料可具有單峰粒度分布，其中按照國際標準IS013320-1通過靜態光散射測定的平均體積加權粒度(丸5(|)為3至10 μ m，并且優選地為4至6 μ m。在這種實施方式中，也特別優選使用非氧化的鈦陶瓷，并且最優選使用具有上文所限定單峰粒度分布的二硼化鈦。
[0034]在本發明的概念的發展中提出，所述陶瓷硬質材料具有20至40 μ m、優選地25至30 μ m的如上所述測定的體積加權d3，9(l粒度。所述陶瓷硬質材料優選地具有這樣的d3，9(l值與上文所限定d3，5(l值的組合。在這種實施方式中，所述陶瓷硬質材料也優選地是非氧化的鈦陶瓷，并且特別優選地是二硼化鈦。結果，甚至更大程度地獲得了對上述實施方式提到的優點和效果。
[0035]作為上述實施方式的可選方案，在所述陰極塊蓋層中存在的所述陶瓷硬質材料可具有10至20 μ m、并且優選地12至18 μ m的如上所述測定的體積加權d3，9(l粒度。所述陶瓷硬質材料優選地具有這樣的d3.9(l值與上文所限定d3 ，5(l值的組合。在這種實施方式中，也特別優選使用非氧化的鈦陶瓷，并且最優選使用具有上文所限定單峰粒度分布的二硼化鈦。
[0036]根據本發明的另外的優選實施方式，所述陶瓷硬質材料具有2至7 μ m并且優選地3至5 μ m的如上文測定的體積加權d3，1(l粒度。所述硬質材料優選地具有這樣的d3，1(l值與上文所限定d3，9(l值和/或d3，5(l值的組合。在這種實施方式中，所述硬質材料也優選地是非氧化的鈦陶瓷，并且特別優選地是二硼化鈦。結果，甚至更大程度地獲得了對上述實施方式提到的優點和效果。
[0037]作為上述實施方式的可選方案，所述陰極塊蓋層中存在的陶瓷硬質材料可具有I至3 μ m并且優選地I至2 μ m的如上所述測定的體積加權d3，1(l粒度。所述硬質材料優選地具有這樣的d3，1(l值與上文所限定d3，9(l值和/或d3，5(l值的組合。在這種實施方式中，也特別優選使用非氧化的鈦陶瓷，并且最優選使用具有上文所限定單峰粒度分布的二硼化鈦。
[0038]此外，優選地，作為所述硬質材料的非氧化陶瓷、特別是非氧化鈦陶瓷并且特別優選二硼化鈦，具有如下的粒度分布，其特征在于，該粒度分布具有按照下述方程式計算的
0.65至3.80、并且特別優選1.00至2.25的跨度值:
[0039]跨度-(d3；9o_d3’ 10) /d3，50。
[0040]所述硬質材料優選地具有這樣的跨度值與上文所限定d3，9(l值和/或d3，50值和/或d3,10值的組合。結果，甚至更大程度地獲得了對上述實施方式提到的優點和效果。
[0041]正如上文所提出的，非氧化的鈦陶瓷，例如優選碳化鈦、碳氮化鈦、氮化鈦并且最優選二硼化鈦，特別適合作為本發明陰極塊蓋層中的非氧化陶瓷硬質材料。因此，在本發明概念的發展中提出，所述硬質材料包含非氧化陶瓷、優選非氧化的鈦陶瓷并且特別優選二硼化鈦，達到至少80重量％的程度、優選地至少90重量％的程度、特別優選地至少95重量％的程度上、非常特別優選地至少99重量％的程度，并且最優選完全地由非氧化陶瓷、優選地非氧化的鈦陶瓷并且特別優選地二硼化鈦組成。
[0042]根據本發明，所述蓋層中所述陶瓷硬質材料的總量為至少I重量％，但至多低于50重量％。當硬質材料的量在該值范圍內時，所述蓋層含有的硬質材料，足夠首先為該蓋層提供優異的硬度和抗磨性以提高耐磨性，其次提供該蓋層表面與液態鋁的足夠高的可潤濕性，以避免漿料形成和漿料沉積，結果進一步提高陰極塊的耐磨性，并且進一步降低熔鹽電解期間的比能量消耗；然而，同時，所述蓋層含有的硬質材料，足夠少量以使得該蓋層的表面不因硬質材料的添加而具有過高的易碎性，以獲得足夠高的長期穩定性。
[0043]在這種情況下，特別地，在本發明的第二種非常特別優選的實施方式中，如果該蓋層含有5至40重量％、特別優選地10至30重量％并且非常特別優選地10至20重量％的非氧化陶瓷、優選非氧化的鈦陶瓷并且特別優選二硼化鈦作為熔點為至少1000°C的硬質材料，則獲得良好結果。
[0044]根據本發明的第二種非常特別優選的實施方式，除了作為硬質材料的非氧化陶瓷之外，本發明陰極塊的蓋層還含有石墨或優選石墨化的碳，并且如果適合，還含有碳化和/或石墨化的粘結劑，例如浙青、特別是煤焦油浙青和/或石油浙青、焦油、柏油、酚醛樹脂或呋喃樹脂。在此處，石墨或優選石墨化的碳與任選的粘結劑一起，形成其中包埋該陶瓷硬質材料的基質。特別是如果所述蓋層含有99至高于50重量％、優選地95至60重量％、特別優選地90至70重量％·并且非常特別優選地90至80重量％的石墨，則獲得良好結果。
[0045]在本發明的概念的發展中提出，對于含有石墨的陰極塊蓋層，該蓋層具有在950°C下為5至20 Ω μπι、并且優選9至13 Ω μπι的垂直比電阻率。這對應于在室溫下為5至25 Ω μπι和10至15Ω μπι的垂直比電阻率。在上下文中，“垂直比電阻率”被理解為是指當陰極塊以垂直方向安裝時的比電阻率。
[0046]原則上，所述蓋層的厚度應該盡可能小，以便將在陶瓷情況下昂貴的硬質材料成本保持得盡可能低，但是也應該足夠大，以使該蓋層具有足夠高的耐磨性和使用壽命。在所有硬質材料的情形中，陰極主體的良好性能應該盡可能少地受到最小可能的蓋層的損害。出于這些原因，特別是如果所述蓋層的厚度達到陰極塊總高度的I至50%、優選地5至40%、特別優選地10至30%并且非常特別優選地15至25%，例如約20%，則獲得良好結果。
[0047]例如，所述蓋層可具有50至400mm、優選地50至200mm、特別優選地70至180mm、非常特別優選地100至170mm并且最優選地約150mm的厚度或高度。在此處，“厚度或高度”被理解為是指從蓋層的底面至蓋層的最高隆起點的距離。
[0048]根據本發明，所述陰極塊的蓋層具有至少在某些區域中異形化的表面。異形化的表面減少了由電解期間存在的電磁相互作用所引起的熔融鋁的運動，導致鋁層的波形成和凸起的減少。因此，表面異形化的陰極塊的使用能夠進一步減少熔融鋁與陽極之間的距離，因而電解槽電阻由于歐姆電阻的降低而進一步降低，因此比能量消耗也降低。
[0049]在此處，異形化的表面被理解為是指如下的表面，該表面具有至少一個在如下方向上延伸的凹陷和/或隆起，其在陰極塊的橫向、縱向或任何其它所需的方向上延伸，例如在與縱向方向成銳角或鈍角延伸的方向上延伸，從陰極塊表面橫向地觀察，在相對于表面粗糙度的界定中，所述凹陷或隆起至少具有0.05mm并且優選地0.5mm的深度或高度。在這種情形中，所述至少一個凹陷和/或隆起可僅限制至蓋層，或者所述至少一個凹陷和/或隆起可延伸到基層中。優選地，所述至少一個凹陷和/或隆起僅僅在蓋層中延伸。
[0050]原則上，在陰極塊的橫向上觀察，所述至少一個凹陷和/或隆起可具有任何所需的幾何形狀。例如，在陰極塊的橫向上觀察，所述至少一個凹陷或隆起可具有凸面、凹面或多邊形形式，例如梯形、三角形、矩形或正方形形式。
[0051 ] 對于氧化鋁在冰晶石熔體中的熔鹽電解，為了在本發明陰極塊的運行期間避免或至少大幅減少波形成，并且為了大幅降低可能形成的任何波的高度，在本發明的概念的發展中提出，如果所述表面異形化包括至少一個凹陷，則所述至少一個凹陷的深寬比為1:3至1:1，優選為1:2至1:1。
[0052]特別是如果所述至少一個凹陷的深度為10至90mm、優選地40至90mm并且特別優選地60至80mm例如約70mm，則獲得良好結果。
[0053]根據另外的優選實施方式，所述至少一個凹陷的寬度為100至200mm，特別優選地120至180mm，并且非常特別優選地140至160mm，例如約150mm。
[0054]原則上，從陰極塊的縱向上觀察，所述至少一個凹陷可以僅在某些區域中延伸。然而，所述至少一個凹陷優選在陰極塊的整個長度上延伸，以便實現減少或完全減少液態鋁的波形成的效果。然而，所述至少一個凹陷的深度和/或寬度可在陰極塊的整個長度上變化。同樣地，所述凹陷的幾何形狀也可在陰極塊的整個長度上變化。
[0055]如果所述表面異形化包括至少一個隆起，同樣地，為了避免或至少大幅減少在本發明陰極塊用于在冰晶石熔體中熔鹽電解氧化鋁的操作期間的波形成，并且為了大幅減少可能形成的任何波的高度，所述至少一個隆起的高寬比優選為1:2至2:1，并且優選地為約1:1。
[0056]特別是如果所述至少一個隆起的高度為10至150mm、優選地40至90mm并且特別優選地60至80mm，例如約70mm，則獲得良好結果。
[0057]根據另外的優選實施方式，所述至少一個隆起的寬度為50至150mm，特別優選地55至100mm，并且非常特別優選地60至90mm，例如約75mm。
[0058]原則上，從陰極塊的縱向上觀察，所述至少一個隆起可以僅在某些區域中延伸。例如，所述至少一個隆起在陰極塊的整個長度上延伸。然而，所述至少一個隆起的高度和/或寬度可沿著陰極塊的整個長度變化。同樣地，所述隆起的幾何形狀也可沿著陰極塊的整個長度變化。
[0059]如果所述表面異形化包括至少一個凹陷和至少一個隆起兩者，則所述至少一個凹陷的寬度與所述至少一個隆起的寬度之比優選地為4:1至1:1，例如約2:1。
[0060]為了可靠地避免在進行熔鹽電解時熔體中存在的漿料沉積在陰極塊表面的異形化結構中，在本發明概念的發展中提出，在異形化表面中避免任何角度的并且特別是直角的區域。如果例如為所述至少一個凹陷和/或隆起選擇基本上矩形的橫截面，則根據本發明的優選實施方式，優選將直角區域修圓。這些被修圓的部分的曲率半徑可為例如5至50mm,優選地10至30mm，并且特別優選地約20mm。為了避免鋒利的邊緣，原則上可想到全都落于術語“修圓的”之下的任何所需幾何形狀。
[0061]本發明對陰極塊中凹陷或隆起的數量沒有限制。例如，如果所述陰極塊在其橫向上具有I至3個凹陷、優選地2個凹陷，則獲得良好結果。
[0062]根據本發明的另外的非常特別優選的實施方式，所述基層包含石墨與粘結劑例如碳化或石墨化浙青的混合物，達到至少80重量％的程度、優選地至少90重量％的程度、特別優選地至少95重量％的程度、非常特別優選地至少99重量％的程度，并且最優選完全地由石墨與粘結劑例如碳化或石墨化浙青的混合物構成。這樣的基層具有適合地低的比電阻率。在此處，這種混合物優選地由70至95重量％的石墨和5至30重量％的粘結劑構成，并且特別優選地由80至90重量％的石墨和10至20重量％的粘結劑構成，例如由85重量％的石墨和15重量％的碳化或石墨化浙青構成。
[0063]基層的頂面和蓋層的底面，并且因此還有基層和蓋層之間的界面，都優選地具有基本上平面的形式。陰極塊的兩個層可通過振動方法或通過壓制方法在生坯狀態下彼此連接。在上下文中，“基本上平面的”被理解為是指，所述基層沒有被異形化，而該剖面設置有蓋層。
[0064]盡管不是優選的，但可在所述基層與所述蓋層之間設置中間層，所述中間層具有例如與所述蓋層相同的結構，區別在于該中間層具有與該蓋層相比較低的硬質材料濃度。
[0065]在本發明概念的發展中提出，所述基層具有在950°C下為13至18Ω μπι、并且優選地14至16 Ω μ m的垂直比電阻率。這對應于室溫下為14至20Ω μπι和16至18Ω μπι的垂直比電阻率。
[0066]本發明還涉及含有至少一個上述陰極塊的陰極，其中所述陰極塊在所述基層的與所述蓋層相反的側面上具有至少一個凹槽，其中在所述至少一個凹槽中設置有至少一個母線，以便在電解期間向陰極饋送電流。
[0067]為了將所述至少一個母線固定地連結至所述陰極塊，并且為了避免所述母線與所述陰極塊之間的增加電阻的中空空間，另外優選所述至少一個母線至少在某些區域中、并且特別優選地在整個周向上具有鑄鐵殼體。可通過將所述至少一個母線插入到陰極塊的凹槽中，然后將鑄鐵導入到母線與界定凹槽的壁之間的空隙中，來制造這種殼體。
`[0068]本發明還涉及上述陰極塊或上述陰極在進行熔鹽電解以生產金屬、例如特別是鋁中的用途。
[0069]所述陰極塊或陰極優選地用于在冰晶石和氧化鋁的熔體的情況下進行熔鹽電解以生產鋁，所述熔鹽電解特別優選地使用Hall-H6roUlt方法來進行。
[0070]在下文中，在有利實施方式的基礎上并參照附圖，僅通過實施例對本發明進行描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0071]在所述附圖中:
[0072]圖1示出了如下鋁電解槽的詳細信息的示意性橫截面，該鋁電解槽包括本發明示例性實施方式的陰極塊，并且
[0073]圖2A至2E各自示出了如下陰極塊的表面異形化的示意性橫截面，其依據于本發明的其它示例性實施方式。
【具體實施方式】
[0074]圖1示出了具有陰極12的鋁電解槽10的詳細信息的橫截面，所述陰極12同時形成了如下罐的底部，該罐用于在電解槽10運行期間生產的鋁熔體14并且用于位于鋁熔體14上方的冰晶石-氧化鋁熔體16。電解槽10的陽極18與冰晶石-氧化鋁熔體16發生接觸。在側面處，由鋁電解槽10的下部形成的罐由碳和/或石墨襯里(在圖1中未示出)界定。
[0075]陰極12包括多個陰極塊20、20’、20’ ’，其各自通過搗打料24、24’彼此相連，所述搗打料24、24’已被插入到布置在陰極塊20、20’、20’’之間的搗打料接頭22、22’中。同樣地，陽極18包括多個陽極塊26、26’，所述陽極塊26、26’各自具有陰極塊20、20’、20’’的接近兩倍的寬度和接近一半的長度。在這種情形中，陽極塊26、26’以如下方式被布置在陰極塊20、20’、20’’上方，該方式使得在每種情形中陽極塊26、26’覆蓋兩個在寬度方向上彼此并排布置的陰極塊20、20’、20’ ’，并且在每種情形中陰極塊20、20’、20’ ’覆蓋兩個在長度方向上彼此并排布置的陽極塊26、26’。
[0076]每個陰極塊20、20’、20’’由下方的基層30、30’、30’’和布置在其上并與其固定連接的蓋層32、32’、32’’組成。基層30、30’、30’’與蓋層32、32’、32’’之間的界面是平面的。然而，陰極塊20、20’、20’’的基層30、30’、30’’各自具有石墨材料結構，其通過例如將石油焦炭與煤焦油浙青的混合物模制、然后在最高達300(TC下熱處理來生產，蓋層32、32’、32’ ’各自由含有乙炔焦炭的石墨復合材料構成，所述石墨復合材料含有20重量％的乙炔焦炭、石墨和作為粘結劑的碳化或石墨化浙青。蓋層32、32’、32’’中存在的乙炔焦炭具有
0.2至Imm的晶粒度。
·[0077]每個陰極塊20、20’、20’ ’具有650mm的寬度以及基于蓋層32、32’、32’ ’的最高點550mm的總高度，基層30、30’、30’’各自具有450mm的高度，并且蓋層32、32’、32’’基于蓋層32、32’、32’’的最高點各自具有IOOmm的高度。陽極塊26、26’與陰極塊20、20’、20’’之間的距離為約200至約350mm，布置在其間的冰晶石-氧化鋁熔體16的層具有約50mm的厚度，并且布置在其下的鋁熔體14的層同樣地具有約150至約300mm的厚度。
[0078]每個蓋層32、32’、32’ ’具有異形化表面，其中基本上矩形的橫截面的兩個凹陷34,34'被設置在每個蓋層32、32’、32’’中，并且在每種情形中通過隆起36彼此隔開。然而，每個凹陷34、34’的寬度為150mm，每個凹陷34、34’的深度為70mm，隆起36具有75mm的寬度和70mm的高度。兩個凹陷34、34’中的角和隆起36的角都被修圓，各具有20mm的半徑。
[0079]最后，每個陰極塊20、20’、20’’在其底面上包括兩個凹槽38、38’，其各自具有矩形、特別是基本上矩形的橫截面，其中同樣具有矩形或基本上矩形的橫截面的鋼制母線40、40’被容納在每個凹槽38、38’中。在這種情形中，將母線40、40’與界定凹槽38、38’的壁之間的空隙各自用鑄鐵密封(未示出)，其結果是，母線40、40’被固定地連接至界定凹槽38、38’的壁。優選地，在成形過程中，確切地例如通過振動模具和/或沖壓機，將凹槽38、38’和凹陷34、34’都置于蓋層32、32’、32’’的頂面中。
[0080]圖2A至2E示出了蓋層32、32’、32’’的表面異形化的凹陷34、34’和隆起36的不同構造的實施例，具體地，在每種情情況下，以橫截面的方式，示出具有修圓的角(未示出)的矩形構造(圖2A)、基本上波紋狀的構造(圖2B)、三角形構造(圖2C)、凸面構造(圖2D)和正弦曲線的構造(圖2E)。
[0081]附圖標記列表
[0082]10鋁電解槽[0083]12陰極
[0084]14鋁熔體
[0085]16冰晶石-氧化鋁熔體
[0086]18陽極
[0087]20，20’，20’’陰極塊
[0088]22，22’搗打料接頭
[0089]24，24’搗打料
[0090]26，26’陽極塊
[0091]30，30’，30’’基層
[0092]32，32’，32’’蓋層
[0093]38，38， 凹槽
[0094]40，40， 母 線
【權利要求】
1.一種用于鋁電解槽的陰極塊(20，20’，20’’)，其具有基層(30，30’，30’’)并具有蓋層(32，32’，32’ ’)，其中所述基層(30，30’ ,30")含有石墨，所述蓋層具有至少在某些區域中異形化的表面，并且所述蓋層(32，32’，32’’)含有石墨復合材料，所述石墨復合材料含有I至低于50重量％的熔點為至少1000°C的硬質材料。
2.根據權利要求1所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料，具有至少1000N/mm2、優選地至少1500N/mm2、特別優選地至少2000N/mm2并且非常特別優選地至少2500N/mm2的努氏硬度，所述努氏硬度是按照DIN EN843-4測量的。
3.根據權利要求1或2所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料，是含有超過60重量％、優選地超過70重量％、特別優選地超過80重量％并且非常特別優選地超過90重量％的碳的材料。
4.根據權利要求3所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述含碳材料選自焦炭、無煙煤、炭黑、玻璃碳和兩種或更多種上述材料的任何所需的化學組合和/或任何所需的混合物。
5.根據權利要求3或4所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料是如下的含碳材料，所述含碳材料具有至多0.50的石墨化度、優選地具有至多0.4的石墨化度并且非常特別優選地具有至多0.3的石墨化度,所述石墨化度是在2800°C下熱處理后按照Maire和Mehring方法從平均層間距c/2計算的。
6.根據權利要求3至5中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’ ,32")含有I至25重量％、優選地10至25重量％并且特別優選地10至20重量％的含碳材料作為所述硬質材料。
7.根據權利要求3至6中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 在所述蓋層(32，32’，32’’)中作為所述硬質材料存在的所述含碳材料，具有至多3mm并且優選地至多2mm的晶粒度。
8.根據權利要求3至7中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 在所述蓋層(32，32’，32’’)中作為所述硬質材料存在的所述含碳材料，優選為焦炭，具有至少0.339nm的平均層間距c/2，其是通過X-射線衍射干涉測定的。
9.根據權利要求8所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 在所述蓋層(32，32’，32’’)中作為所述硬質材料存在的所述含碳材料，優選為焦炭，具有0.340至0.344nm的平均層間距c/2，其是通過X-射線衍射干涉測定的。
10.根據權利要求3至9中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 在所述蓋層(32，32’ ,32")中作為所述硬質材料存在的所述含碳材料，優選為焦炭，由BET比表面積為10至40m2/g并且優選地為20至30m2/g的粒子組成。
11.根據權利要求1或2所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料是非氧化陶瓷，所述非氧化陶瓷優選地由至少一種屬于元素周期表第4至6過渡族的金屬和至少一種屬于元素周期表第3或4主族的元素構成。
12.根據權利要求11所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料，選自二硼化鈦、二硼化鋯、二硼化鉭、碳化鈦、碳化硼、碳氮化鈦、碳化硅、碳化鎢、碳化釩、氮化鈦、氮化硼、氮化硅、二氧化鋯、氧化鋁以及兩種或更多種上述化合物的任何所需的化學組合和/或混合物。
13.根據權利要求11或12所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料具有單峰粒度分布，其中按照IS013320-1通過靜態光散射測定的平均體積加權粒度(d3，5CI)為10至20 μ m，優選地為12至18 μ m，并且特別優選地為14至16 μ m。
14.根據權利要求11至13中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 存在于所述蓋層(32，32’，32’’)中的所述硬質材料具有單峰粒度分布，其中按照IS013320-1通過靜態光散射測定的平均體積加權粒度(d3，5CI)為3至10 μ m，并且優選地為4 至 6 μ m0
15.根據權利要求11至14中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 按照IS013320-1通過靜態光散射測定的所述硬質材料的d3，9(l粒度為20至40 μ m，并且優選地為25至30 μ m。
16.根據權利要求11至14中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 按照IS013320-1通過靜態光散射測定的所述硬質材料的d3，9(l粒度為10至20 μ m，并且優選地為12至18μπι。
17.根據權利要求11至16中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 按照IS013320-1通過靜態光散射測定的所述硬質材料的d3，1(l粒度為2至7 μ m，并且優選地為3至5 μ m。
18.根據權利要求11至16中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 按照IS013320-1通過靜態光散射測定的所述硬質材料的d3，1(l粒度為I至3 μ m，并且優選地為I至2 μ m。
19.根據權利要求11至18中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述硬質材料是非氧化的鈦陶瓷，優選地為二硼化鈦，并具有按照下述方程式計算，跨度值為0.65至3.80、并且特別優選地為1.00至2.25的粒度分布:
跨度-(屯，9ti_d3，10) /d3，go。
20.根據權利要求11至19中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述硬質材料含有至少80重量％、優選地至少90重量％、特別優選地至少95重量％、非常特別優選地至少99重量％并且最優選地100重量％的非氧化陶瓷，優選地為非氧化鈦陶瓷，并且特別優選地為二硼化鈦。
21.根據權利要求11至20中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’ ,32")含有5至40重量％、優選地10至30重量％并且非常特別優選地10至20重量％的熔點 為至少1000°C的硬質材料。
22.根據前述權利要求中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’ ,32")含有99至高于50重量％、優選地95至60重量％、特別優選地90至70重量％并且非常特別優選地90至80重量％的石墨。
23.根據前述權利要求中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)具有在950°C下是5至20Ω μ m并且優選地9至13Ω μπι的垂直比電阻率。
24.根據前述權利要求中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的厚度達到所述陰極塊(20，20’，20’’)的總高度的I至50%，優選地5至40%，特別優選地10至30%，并且非常特別優選地15至25%。
25.根據前述權利要求中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的表面被至少一個凹陷(34，34’)和/或至少一個隆起(36)異形化。
26.根據權利要求25所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 在所述陰極塊(20，20’，20’ ’ )的橫向上觀察，所述至少一個凹陷(34，34’ )和/或所述至少一個隆起(36)具有凸面、凹面或多邊形形式，例如梯形、三角形、矩形或正方形形式。
27.根據權利要求25或26所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的表面具有至少一個凹陷(34，34’)，所述至少一個凹陷(34，34’ )的深寬比為1:3至1:1，并且優選地為1:2至1:1。
28.根據權利要求25至27中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的表面具有至少一個凹陷(34，34’)，所述至少一個凹陷(34，34’ )的深度為10至90mm,優選地40至90mm,并且特別優選地60至80mm。
29.根據權利要求25至28中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的表面具有至少一個凹陷(34，34’)，所述至少一個凹陷(34，34’)的寬度為100至200mm，特別優選地120至180mm，并且非常特別優選地140至160mm。
30.根據權利要求25至29中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’ ,32")的表面具有至少一個隆起(36)，所述至少一個隆起(36)的高寬比為1:2至2:1，并且優選地為1:1。
31.根據權利要求25至30中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于` 所述蓋層(32，32’ ,32")的表面具有至少一個隆起(36)，所述至少一個隆起(36)的高度為10至150mm,優選地40至90mm,并且特別優選地60至80mm。
32.根據權利要求25至31中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’ ,32")的表面具有至少一個隆起(36)，所述至少一個隆起(36)的寬度為50至150mm，特別優選地55至100mm，并且非常特別優選地60至90mm。
33.根據權利要求25至32中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的表面包括至少一個凹陷(34，34’)和至少一個隆起(36)，所述至少一個凹陷(34，34’ )的寬度與所述至少一個隆起(36)的寬度之比為4:1至1:1，并且特別優選地為2:1。
34.根據權利要求25至33中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述蓋層(32，32’，32’’)的表面具有I至3個、并且特別優選地2個凹陷(34，34’)。
35.根據前述權利要求中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述基層(30，30’ ,30")包含石墨和粘結劑，達到至少80重量％的程度、優選地至少90重量％的程度、特別優選地至少95重量％的程度、非常特別優選地至少99重量％的程度上，并且最優選地完全地由石墨和粘結劑構成。
36.根據前述權利要求中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’’)， 其特征在于 所述基層(30，30’，30’’)具有在950°C下是13至18 Ω μπι、并且優選地14至16 Ω μ m的垂直比電阻率。
37.一種陰極(12)，其含有至少一個根據前述權利要求之一所述的陰極塊(20，20’，20’’)，其中所述陰極塊(20，20’，20’’ )在所述基層(30，30’，30’’)的與所述蓋層(32，32’，32’’)相反的側面上具有至少一個凹槽(38，38’)，其中在所述至少一個凹槽(38，38’ )中設置有至少一個母線(40，40’)，以便在電解期間向所述陰極(12)饋送電流。
38.根據權利要求1至36中的至少一項所述的陰極塊(20，20’，20’ ’)或根據權利要求37所述的陰極(12)的用途 ，其用于進行熔鹽電解以生產金屬，例如特別是鋁。
【文檔編號】C25C3/08GK103443332SQ201280015239
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年2月6日 優先權日:2011年2月11日
【發明者】費利克斯·埃克斯托夫, 弗蘭克·希爾特曼 申請人:西格里碳素歐洲公司