具有磁場補償?shù)沫h(huán)形電解槽以及環(huán)形陰極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電解槽，尤其用于產(chǎn)生鋁，所述電解槽包括陰極；由鋁液構成的層，其設置在陰極的上側上；位于其上的熔體層；以及陽極，其位于熔體層之上，其中，所述陰極具有垂直地延伸穿過所述陰極的至少一個開口，在所述開口內(nèi)，提供至少一個引線，所述引線垂直地延伸穿過所述開口并且電連接至陽極和/或至陰極，并且其中，所述電解槽包括至少一個另外的引線，其設置在陰極的開口的外面，所述引線至少區(qū)段地在垂直方向延伸，并且所述引線電連接至陰極和/或至陽極。本發(fā)明進一步涉及一種用于電解槽的陰極。
【專利說明】具有磁場補償?shù)沫h(huán)形電解槽以及環(huán)形陰極
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尤其用于產(chǎn)生鋁的電解槽以及一種適用于這種類型的電解槽的陰極。
【背景技術】
[0002]電解槽例如用于電解生產(chǎn)鋁，在工業(yè)上通常根據(jù)Hall-H6roUlt流程執(zhí)行該電解生產(chǎn)。在Hall-H6roUlt流程中，電解由氧化鋁和冰晶石組成的熔體。在這種情況下，冰晶石Na3[AlF6]用于將熔點從用于純氧化鋁的2，045°C減小為用于包含冰晶石、氧化鋁以及添加劑的混合物(例如，氟化鋁和氟化鈣)的大致950°C。
[0003]在該流程中使用的電解槽具有陰極基底，該基底可由形成陰極的多個相互鄰接的陰極塊構成。為了抵抗在電解槽操作期間盛行的熱量與化學條件，陰極通常由含碳材料構成。通常在陰極的底面上提供相應凹槽，其中，分別設置至少一個匯流條，通過該匯流條，帶走通過陽極供應的電流。尤其由單獨的陽極塊構成的陽極的大約3到5cm設置在位于陰極上側上的高度通常為15到150cm的由鋁液構成的層之上，電解液(即，包含氧化鋁和冰晶石的熔體)位于該陽極與鋁的表面之間。在大約1，000°C的溫度下進行電解期間，由于與電解液的密度相比，鋁的密度更大，所以所形成的鋁在電解液層之下沉淀，即，作為在陰極的上側與電解液層之間的中間層。在電解期間，在熔體內(nèi)溶解的氧化鋁通過電流的流動分裂成鋁和氧氣。從電化學上看，由鋁液構成的層為實際的陰極，因為鋁離子在其表面上還原為基本鋁。然而，在下文中，不將術語陰極理解為表示從電化學的角度來看的陰極，即，由鋁液構成的層，更確切地說，例如作為由一個或多個陰極塊組成的元件，該元件形成電解槽基底。
[0004]Hall-Heroult流程的一個重要缺點在于能量消耗很大。產(chǎn)生Ikg鋁需要大約12到15kWh電能，這就構成了 40%的生產(chǎn)成本。為了能夠減少生產(chǎn)成本，因此，盡最大可能在該流程中可取地減少單位能量消耗。
[0005]由于尤其與由鋁液和陰極材料構成的層相比，熔體具有較高的電阻，所以主要在熔體中發(fā)生具有焦耳耗散形式的較高歐姆損`耗?？紤]到在熔體中具有較高的單位損耗，努力盡最大可能減小熔體層的厚度，因此，減小在陽極與由鋁液構成的層之間的間距。然而，由于在電解期間存在電磁相互作用并且在由鋁液構成的層內(nèi)由其造成波形成，所以在熔體層的厚度太小的情況下，存在由鋁液構成的層與陽極進行接觸的風險，這可能造成電解槽發(fā)生短路并且造成所形成的鋁進行非期望的再氧化。這種類型的短路進一步造成磨損增大，從而造成電解槽的使用壽命減少。由于這些原因，不能任意地減小在陽極與由鋁液構成的層之間的間距。
[0006]在由鋁液構成的層以及設置在其上的熔體層內(nèi)形成波的驅動力為由此生成的洛倫茲力密度，將該密度定義為在各個點處存在的電流密度與在相同點處存在的磁通密度的向量積。
[0007]雖然在陽極內(nèi)以及在熔體層內(nèi)的電流密度分布比較均勻，但是由于在陰極方向具有非常明顯的水平電流密度分量，所以在鋁層內(nèi)以及在陰極表面上的電流密度分布非常不均勻。在這種情況下，通過通常同樣基本上水平定向的磁場，電流密度的強烈水平分量造成高垂直的洛倫茲力密度，反過來，如圖所示，這造成尤其在鋁層內(nèi)非常明顯地形成波。由于在陰極中以及在鋁路徑中的電流優(yōu)選地采取最低電阻的路徑這一影響，所以造成在陰極方向具有非常明顯的水平電流密度分量。為此，流過陰極的電流通常集中在陰極的橫向邊緣區(qū)域上，其中，與陰極接觸的匯流條與電流供應部件發(fā)生連接，這是因為與在流過陰極的中間的情況下相比，在流過靠近電流供應部件的橫向邊緣區(qū)域的情況下，從電流供應部件到陰極的表面所產(chǎn)生的電阻更小。
[0008]除了在鋁層中增強波形成，與在陰極的中心的電流密度分布和電流密度相比，在陰極的橫向邊緣區(qū)域的電流密度分布不均勻并且電流密度增大，還造成在這些橫向邊緣區(qū)域內(nèi)的陰極的磨損增大，這在長期操作電解槽之后，通常在其縱軸內(nèi)造成陰極塊的特性磨損輪廓，該輪廓的橫截面為大致W形。
[0009]為了抵消該W形磨損輪廓，例如，在W02007/118510A2中建議，通過這種方式調整匯流條以及容納匯流條的凹槽的配置，以使在由鋁液構成的層的區(qū)域內(nèi)的電流密度均勻。甚至在這種類型的電解槽的情況下，尤其在鋁層內(nèi)，發(fā)生大幅波形成，然而，結果，限制了減小在陽極與由鋁液構成的層之間的間距的可能性。
[0010]無論如何，為了在由鋁液構成的層以及熔體層內(nèi)減少形成波，眾所周知，通過使在由鋁液構成的層與熔體層的區(qū)域內(nèi)僅僅產(chǎn)生小磁場這樣一種方式，使用復雜的引線幾何圖形來為電解槽的陽極以 及陰極配置引線，以便磁通密度的數(shù)量以及因此在該區(qū)域內(nèi)的洛侖茲力密度的數(shù)量盡可能地較小。然而，結果表明，由于甚至在使用引線的非常復雜的幾何圖形時，至少單獨的區(qū)域始終具有高磁場，從而具有在此形成波的高度傾向，所以極其難以通過這種方式在由鋁液構成的層內(nèi)以及在熔體層內(nèi)大幅減少波形成。此外，這還可追溯到以下事實:通過矩形的方式形成電解槽的形狀，因此也形成陰極的形狀，而由流過單獨的引線的電流生成的磁場通過圓柱形的方式運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的目標在于產(chǎn)生一種電解槽，在其操作期間，該電解槽減少了單位能量消耗，并且還提高了使用壽命。尤其地，應提供電解槽，在該電解槽中，減小熔體層的厚度，而不會由于在由鋁液構成的層內(nèi)由此增大形成波的傾向，從而引起所形成的鋁具有不穩(wěn)定性，例如，短路或再氧化。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，通過提供根據(jù)權利要求1所述的電解槽，尤其通過提供用于產(chǎn)生鋁的電解槽，來實現(xiàn)該目標，該電解槽包括陰極；由鋁液構成的層，其設置在陰極的上側上；位于其上的熔體層，例如，該熔體層包含冰晶石；以及陽極，其位于熔體層之上，其中，陰極具有垂直地延伸穿過陰極的至少一個開口，在所述開口內(nèi)，提供至少一個引線，所述引線垂直地延伸穿過所述開口并且電連接至陽極和/或至陰極，并且其中，該電解槽包括至少一個另外的引線，其設置在陰極的開口的外面，所述引線至少區(qū)段地在垂直方向延伸，并且所述引線電連接至陰極和/或至陽極。
[0013]具體而言，尤其在通過電解槽的橫截面觀看時，通過位于陰極的開口內(nèi)并且垂直地穿過陰極開口的引線，與在傳統(tǒng)的電解槽中一樣，與設置在陰極外面的至少一個外部引線相結合，不僅實現(xiàn)了減小磁場強度，并且因此減小洛侖茲力密度以及在鋁層內(nèi)形成波的傾向，而且尤其實現(xiàn)了使磁場強度均勻，并且因此使洛侖茲力密度分布以及在鋁層內(nèi)形成波的傾向均勻。通過在整流方向流過位于陰極開口內(nèi)的引線(相對于至少一個外部引線)的電流，生成磁場，該磁場與由流過設置在陰極開口的外面的至少一個外部引線的電流生成的磁場相反。為此，由位于陰極開口內(nèi)的引線生成的磁場補償通過在至少一個外部引線中的電流流動生成的磁場。通過在單獨的引線中設置電流強度，可優(yōu)化電磁補償。尤其地，如果多個外部引線均勻地設置在位于陰極開口內(nèi)的電流周圍，那么可實現(xiàn)特別完整的磁場補償和/或特別均勻的磁場分布。
[0014]因此，通過根據(jù)本發(fā)明的電解槽，與復雜的引線幾何圖形本身的必要性一樣，同樣可有效地避免甚至在使用復雜的引線幾何圖形時在傳統(tǒng)電解槽內(nèi)不可避免的磁通密度增大的單獨區(qū)域。尤其地，根據(jù)本發(fā)明，僅僅通過使用在垂直方向延伸穿過陰極開口的引線的單獨導體部分，可實現(xiàn)異常減少磁通密度并且使其均勻，至少一個外部電源不必使用在幾何上復雜的幾何圖形，這些幾何圖形的制造以及安裝昂貴。通過這種方式，在電解槽內(nèi)實現(xiàn)在由鋁液構成的層與熔體層中明顯減少波形成，以便陽極還可通過無風險的方式設置為與由鋁液構成的層相距的間距減小，結果，大幅增大在電解槽操作期間的使用壽命、穩(wěn)定性以及能量效率。
[0015]在本發(fā)明的意義上，垂直延伸穿過陰極的開口要理解為表示相對于垂直線以小于45°、優(yōu)選地小于30°、特別優(yōu)選地小于15°、極其特別優(yōu)選地小于5°的角度并且最優(yōu)選地以0°的角度延伸穿過陰極的開口。從陰極的橫截面觀看時，開口的邊緣可相對于垂直方向通過傾斜或筆直的方式延伸穿過陰極，以便開口可例如具有直或斜棱柱的形狀，該棱柱尤其具有多邊形基底表面或具有直或斜圓柱形?；蛘?，該開口還可具有在垂直方向成錐形的形狀，并且尤其可大致構造為截頭錐的形狀或截棱錐的形狀。同樣，垂直地延伸穿過開口的引線要理解為表示相對于垂直線以小于45°、優(yōu)選地小于30°、特別優(yōu)選地小于15°、極其特別優(yōu)選地小于5°的角度并且最優(yōu)選地以0°的角度延伸穿過陰極的引線。類似地，至少區(qū)段地在垂直方向延伸的另一個引線要理解為表示相對于垂直線至少部分地以小于45°、優(yōu)選地小于30°、特別優(yōu)選地小于15°、極其特別優(yōu)選地小于5°的角度并且最優(yōu)選地以0°的角度延伸的引線。
`[0016]優(yōu)選地，在俯視圖中觀看時，由鋁液構成的層、熔體層以及陽極具有與陰極基本上對應的輪廓。陰極的開口優(yōu)選地相應垂直地延伸穿過整個電解槽。
[0017]在俯視圖中觀看時，如果在陰極中的至少一個開口基本上設置在陰極的中心位置，那么在這種情況下，尤其實現(xiàn)了良好的結果。在該實施方式中，延伸穿過開口的至少一個引線另外最好基本上設置在開口內(nèi)的中心位置，并且因此至少基本上設置在陰極內(nèi)的中心位置。在這樣設置開口的情況下，在位于開口周圍的陰極的區(qū)域內(nèi)，可實現(xiàn)特別均勻地補償磁場。
[0018]如上所述，延伸穿過陰極的開口的引線還可延伸穿過設置在陰極之上的由鋁液構成的層，穿過設置在其上的熔體層以及也設置在其上的陽極。在這種情況下，甚至在由鋁液構成的層內(nèi)，在設置在其上的熔體層以及也設置在其上的陽極內(nèi)，分別提供一個開口，該開口垂直地延伸穿過由鋁液構成的層、熔體層或陽極，并且在從上面觀看電解槽時，該開口與陰極的開口對準；換言之，通過與陰極相同的方式形成由鋁液構成的層、設置在其上的熔體層以及也設置在其上的陽極的形狀。然而，延伸穿過陰極開口的引線也可能僅僅延伸穿過由鋁液構成的層、熔體層或陽極中的兩個或一個或僅僅延伸穿過陰極開口。因此，電解槽可總體上具有一個開口，該開口垂直地延伸穿過選自由陰極、由鋁液構成的層、熔體層以及陽極構成的組的電解槽的一個或多個元件并且尤其穿過所有這些元件，在開口內(nèi)提供至少一個引線，該引線垂直地延伸穿過該開口并且電連接至陽極和/或至陰極。在上面或下面使用表達式“陰極開口 ”時，該表達式不僅包括僅僅延伸穿過陰極的開口，而且尤其包括延伸穿過陰極并且另外穿過電解槽的其他元件的上述開口。
[0019]優(yōu)選地，內(nèi)部引線不直接電連接至包圍各個開口的元件，例如，陰極、由鋁液構成的層、熔體層、以及陽極，該陽極位于其設置在至少一個開口內(nèi)的長度的至少一部分之上并且尤其位于其設置在開口內(nèi)的整個長度之上，但是，該內(nèi)部引線與電解槽的各個元件電隔離。有鑒于此，內(nèi)部引線可在其各個長度上設置在與電解槽的各個元件間隔開的開口內(nèi)和/或由電絕緣的物質或介質包圍，例如由空氣包圍。如果至少一個開口還延伸穿過由招液構成的層以及熔體層，那么內(nèi)部引線最好與由鋁液構成的層以及熔體層電絕緣，該熔體層至少在其整個長度上延伸穿過位于由鋁液構成的層內(nèi)以及位于熔體層內(nèi)的開口，并且該內(nèi)部引線尤其優(yōu)選地還與在其整個長度上延伸穿過位于陰極內(nèi)以及位于陽極內(nèi)的開口的陰極與陽極電絕緣。
[0020]基本上，陽極可通過本領域的技術人員已知的任何所需方式構成。例如，陰極可形成承載由鋁液構成的層或熔體層的桶的基底，該基底形成槽體，用于由鋁液構成的層以及熔體層，所述槽體優(yōu)選地成環(huán)形地圍繞形成在由鋁液構成的層內(nèi)或熔體層內(nèi)的開口運行。在該實施方式中，優(yōu)選地由位于桶內(nèi)的外壁在開口的方向限定槽體，這些壁部形成軸，內(nèi)部引線延伸穿過該軸，內(nèi)部引線優(yōu)選地與形成該軸的外壁隔開。在這種情況下，槽體的側壁可通過耐火材料構造。
[0021]在本發(fā)明的發(fā)展過程中，人們建議在俯視圖中觀看時，通過環(huán)形的方式形成陰極的形狀。通過這種方式，可特別簡單地提供陰極，該陰極具有設置在陰極的中心位置的開口。在這種情況下，在俯視圖中觀看時，通過與陰極對應的環(huán)形方式，形成電解槽的由鋁液構成的層、熔體層以及陽極的形狀。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，電解槽的組分(即，尤其是陰極、由鋁液構成的層、熔體層以及陽極的)的環(huán)形形狀要理解為表示各個組分形成環(huán)形物的形狀，可關閉該環(huán)形物或者可 在一個或多個位置通過打開的方式形成該環(huán)形物的形狀。尤其在陰極、由鋁液構成的層以及熔體層的情況下，優(yōu)選具有閉環(huán)形狀的外形，然而，陽極尤其還可構成為開環(huán)的形狀，例如，在多個位置打開的弓形的形狀，其中，這種開環(huán)可例如由多個陽極塊構成，這些陽極塊成環(huán)形地設置在開口周圍并且彼此隔開。
[0022]在本發(fā)明的背景下，一個或多個內(nèi)部和外部引線優(yōu)選地電連接至同一個電極，例如，可實現(xiàn)這種電連接，這是因為內(nèi)部與外部引線直接連接至與電極直接連接的相同的電流導體。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，在俯視圖中觀看時，陰極具有至少大致圓環(huán)形的輪廓。通過這種方式，由陰極的幾何圖形重新產(chǎn)生引線的磁通密度的旋轉對稱。通過這種幾何圖形，在由鋁液構成的層以及熔體層內(nèi)，可實現(xiàn)特別有效的磁場補償，結果，通過甚至更有效的方式減少波形成，并且可更進一步地提高電解槽的能量效率。在這種情況下，陰極主要構成為圍繞開口運行的閉環(huán)?；蛘?，陰極還可構成為僅僅部分封閉的環(huán)形物，在一個或多個點處通過打開的方式配置該環(huán)形物。[0024]或者，根據(jù)本實施方式，在俯視圖中觀看時，陰極可具有至少大致多邊形環(huán)形的輪廓。結果，尤其在具有多個角的多邊形環(huán)形形狀的情況下，實現(xiàn)近似于圓環(huán)的優(yōu)選形狀以及與其連接的有利效應，額外的優(yōu)點在于，可通過比圓環(huán)形陰極更簡單并且更劃算的方式產(chǎn)生多邊形環(huán)形陰極。如果陰極的輪廓的外周和/或內(nèi)周的形狀為具有η個角的優(yōu)選地正多邊形，那么在這種情況下，尤其實現(xiàn)良好的結果，在俯視圖中觀看時，該陰極的輪廓為多邊形環(huán)形，其中，n優(yōu)選地為3到100，特別優(yōu)選地為3到10，并且極其特別優(yōu)選地為3、4、5、
6、7或8。作為在簡單劃算的可生產(chǎn)性與充分逼近優(yōu)選的圓環(huán)形之間的折中，在該實施方式中，陰極的形狀最優(yōu)選地為具有6或8個角的正多邊形環(huán)形。
[0025]基本上，電解槽的陰極可具有整體或組合式配置，從生產(chǎn)技術的角度來看，優(yōu)選組合式配置。在這種情況下，在組合式配置中，形成陰極的單獨的陰極塊彼此相鄰并且優(yōu)選地彼此鄰接地優(yōu)選地設置在延伸穿過開口的引線的周圍，形成環(huán)形陰極。在這種情況下，優(yōu)選圓環(huán)形或多邊形環(huán)形形狀。陰極的分段結構在安裝期間簡化了單獨元件的供應以及電解槽的組成。
[0026]為了相對于通過低生產(chǎn)費用補償磁通密度，實現(xiàn)足夠接近優(yōu)選的圓環(huán)形的陰極的多邊形環(huán)形形狀，隨著發(fā)明概念的發(fā)展，建議在組合式配置的情況下，在俯視圖中觀看時，通過大致六邊形、至少大致圓環(huán)段或至少大致梯形的方式來形成陰極的至少一個陰極塊以及優(yōu)選地所有陰極塊的形狀。在至少大致六邊形或至少大致梯形的陰極塊的情況下，陰極可例如由6個這種陰極塊構成，這些陰極塊在周向上彼此相鄰地設置在陰極的開口周圍。通過特別簡單的方式可產(chǎn)生基本上梯形的陰極塊，這是因為以與其縱向垂直的角度來切割細長的初始體，角度的方向在切口之間交替。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，在陰極的內(nèi)直徑與外直徑之間的比率在
0.01與0.99之間，優(yōu)選地在0.1與0.8之間，特別優(yōu)選地在0.2與0.6之間，并且極其特別優(yōu)選地在0.3與0.5之間。通過這種方式，在由鋁液構成的整個層以及整個熔體層的區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)磁通密度的異常高的補償程度，尤其在電池槽在水平方向同時具有較低的空間要求的情況下。如果至少一個開口還延伸穿過由鋁液構成的層、熔體層以及陽極中的一個或多個，那么先前的數(shù)值范圍也優(yōu)選地適用于在這些元件的內(nèi)直徑與外直徑之間的比率。在這種情況下，內(nèi)直徑要理解為表示在水平面中運行的最大圓圈的直徑，該圓圈可設置在電解槽的各個組分的開口內(nèi)，而不切割該開口的內(nèi)周。與其相似，在這種情況下，外直徑要理解為表示在水平面中運行的最小圓圈的直徑，該圓圈可設置在電解槽的各個組分的外周周圍，而不切割該組分的外周。
[0028]在發(fā)明的構思的發(fā)展過程中，建議電解槽包括多個引線，所述引線的數(shù)量尤其在2與10之間，優(yōu)選地在4與8之間，特別優(yōu)選地在5與7之間，并且極其特別優(yōu)選地為6，所述引線設置在陰極的開口的外面。在這種情況下，位于陰極開口的外面的電解槽的所有引線最好至少部分在垂直方向延伸，并且分別電連接至陰極和/或至陽極。結果，由在引線中的電流生成的磁通密度彼此更有效地補償，以便在操作電解槽期間，實現(xiàn)進一步提高穩(wěn)定性與能量效率。如果設置在陰極開口的外面的引線的數(shù)量等于形成陰極的陰極塊的數(shù)量，那么實現(xiàn)該設置的高度對稱，結果，實現(xiàn)特別好的磁場補償。
[0029]在陰極的周向上觀看時，并且在圍繞延伸穿過開口的引線觀看時，如果彼此至少大致勻稱地(即，尤其以大致規(guī)則的角間距)設置另外的引線，那么在這種情況下，實現(xiàn)磁通密度的最佳補償。在這種情況下，另外的或外部引線優(yōu)選地同心地圍繞延伸穿過開口的引線。
[0030]通常，用于進行電解的整個電池電流優(yōu)選地流過延伸穿過陰極開口的至少一個引線，并且還流過設置在陰極開口的外面的電解槽的一個或多個引線。在這種情況下，延伸穿過陰極開口的引線以及另外的引線通過這種方式優(yōu)選地彼此適應(例如，通過適當?shù)剡x擇引線的導體橫截面)，從而電池電流通過這種方式分成引線，以便在由鋁液構成的層以及熔體層的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)最佳的磁場補償。
[0031]為了在由鋁液構成的層以及熔體層內(nèi)進一步減少波形成，在本發(fā)明概念的發(fā)展過程中，建議陰極在其底面上具有至少兩個銷狀接觸部件，這兩個部件通過導電的方式與陰極接觸。與從側邊延伸到陰極內(nèi)的傳統(tǒng)匯流條相比，這種接觸類型能夠在陰極的表面和在設置在其上的由鋁液構成的層以及熔體層內(nèi)通過這種目標方式調整電流密度分布，從而在陰極的整個表面上發(fā)生特別均勻的電流密度分布。通過這種方式，在由鋁液構成的層內(nèi)盡最大可能避免水平電流密度分量，由于這個原因，在由鋁液構成的層以及設置在其上的熔體層內(nèi)的波形成減到最小。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，至少一個銷狀接觸部件以及優(yōu)選地所有接觸部件相對于垂直線以小于30°以及優(yōu)選地小于10°的角度并且特別優(yōu)選地垂直地延伸到陰極內(nèi)。結果，在接觸部件與陰極之間產(chǎn)生特別好的電接觸。
[0033]接觸部件在其遠離陰極的側邊上導電地連接至一個共同的底板。通過這種方式，一方面，實現(xiàn)良好地機械固定所有接觸部件，另一方面，實現(xiàn)良好地電連接所有接觸部件。底板例如可至少在某些區(qū)域內(nèi)直接倚靠在陰極的底面上，并且在該過程中，產(chǎn)生與陰極的直接電接觸?；蛘?，底 板還能夠設置為與陰極底面相距一定的距離。
[0034]如果接觸部件延伸到陰極內(nèi)，那么這些接觸部件通過螺紋連接優(yōu)選地連接至陰極，接觸部件在其外側上優(yōu)選地具有螺紋連接的外螺紋。原則上，可將任何合適的導電材料視為用于接觸部件與底板的材料，如果存在的話，那么含鋼、鋁、銅和/或碳的材料或者石墨優(yōu)選地用于這個目的。
[0035]接觸部件的長度優(yōu)選地在100與500mm之間，并且接觸部件的直徑優(yōu)選地在30與200mm之間。接觸部件可至少在某些區(qū)域內(nèi)設置為每平方米的陰極底面積具有4到1000個接觸部件的密度。在這種類型的密度的情況下，可通過這種目標方式調整接觸部件的分布，從而在陰極表面上產(chǎn)生至少特別均勻的電流密度分布。
[0036]如果在陽極與由鋁液構成的層之間的間距在15與45mm之間，優(yōu)選地在15與35mm之間，并且特別優(yōu)選地在15與25mm之間，那么可實現(xiàn)電解槽的特別高的能量效率。雖然在能量效率方面，主要爭取盡可能小的間距，然而，某個最小間距較為有利，以便通過由此產(chǎn)生的焦耳熱保持電解槽的操作溫度。通過延伸穿過陰極開口的引線，通過減少由于磁場補償從而在由鋁液構成的層內(nèi)形成波的趨勢，能夠具有小間距。
[0037]為了進一步增大電解槽的耐磨性，隨著發(fā)明概念的發(fā)展，建議陰極或至少形成陰極的陰極塊包含石墨復合材料或碳復合材料或優(yōu)選地由其構成，其中，除了石墨和/或非晶碳，石墨復合材料還包含至少一個硬質材料，該硬質材料的熔點至少為1，000°C。石墨復合材料或碳復合材料可尤其包含重量百分比在I和50%之間以及重量百分比特別優(yōu)選地在15和50%之間的硬質材料。在這種情況下，根據(jù)該術語的普通技術定義，硬質材料理解為表示尤其還在i，ooo°c以及更高的高溫下以特別高的硬度為特征的材料。通過添加這種硬質材料，在其操作期間，在其朝著由鋁液構成的層的表面上，可防止或者至少大幅減少陰極的磨料磨損。為此，陰極還可具有兩層的結構，即，由位于其朝著由鋁液構成的層的側邊上的覆蓋層以及位于其下的基極層構成，其中，覆蓋層由包含硬質材料的碳復合材料和/或石墨復合材料構成，并且基極層由例如無硬質材料的石墨構成。在這種情況下，硬質材料可例如具有根據(jù)DIN EN843-4測量的努氏硬度，該硬度至少為1，000N/mm2、優(yōu)選地至少為
I,500N/mm2、特別優(yōu)選地至少為2，000N/mm2、并且非常特別優(yōu)選地至少為2，500N/mm2，并且該硬質材料例如可選自由二硼化鈦、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、氧化鋁以及任何所需化學組合和/或上述化合物中的兩個或多個的混合物構成的組。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式，陰極具有至少在某些區(qū)域內(nèi)具有輪廓的表面，在該表面上，設置由鋁液構成的層，并且如上所述，通過包含硬質材料的陰極的覆蓋層，例如可形成該表面。在電解槽的操作期間，通過這種表面輪廓形成，可特別有效地防止在由鋁液構成的層內(nèi)形成波。在這種情況下，陰極表面例如可具有多個隆起部分和/或凹槽，其中，凹槽的深度優(yōu)選地為10到90mm，特別優(yōu)選地為40到90mm，并且非常特別優(yōu)選地為60到 80mm。
[0039]本發(fā)明的另一個主題為一種用于電解槽的陰極，尤其為用于產(chǎn)生鋁的電解槽的陰極，該陰極具有垂直地延伸穿過該陰極的至少一個開口。如上所述，這種陰極適用于根據(jù)本發(fā)明的電解槽內(nèi)。在有關電解槽的上述優(yōu)點與有利實施方式還可相應地適用于根據(jù)本發(fā)明的陰極的范圍內(nèi)，這些優(yōu)點與有利實施方式在這種情況下有效。
[0040]優(yōu)選地，在俯視圖中觀看時，通過至少大致環(huán)形并且優(yōu)選地至少大致圓環(huán)形或多邊形環(huán)形的方式來形成陰極的形狀。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，在俯視圖中觀看時，陰極的輪廓為多邊形，所述輪廓的外周和/或內(nèi)周至少`基本上為具有η個角的優(yōu)選地正多邊形形狀，其中，η優(yōu)選地為3到100，特別優(yōu)選地為3到10，并且極其特別優(yōu)選地為3、4、5、6、7或8。通過這種方式，陰極可接近被視為最佳的圓環(huán)形，具有特別簡單的技術裝置并且具有特別簡單的生產(chǎn)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的陰極可由多個陰極塊組成，優(yōu)選地在周向上觀看時，所述陰極塊彼此相鄰并且彼此鄰接地設置在陰極的開口周圍。
[0043]在這種情況下，在俯視圖中觀看時，至少一個陰極塊以及優(yōu)選地所有陰極塊最好具有至少大致六邊形、至少大致圓環(huán)段或至少大致梯形輪廓。可簡單地產(chǎn)生這種類型的基本形狀，該基本形狀特別適合于通過相應地組裝單獨的陰極塊來產(chǎn)生至少大致圓環(huán)形陰極。陰極塊可分別通過搗料接合或通過另一種合適的方式來彼此連接。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，規(guī)定在陰極的內(nèi)直徑與外直徑之間的比率在0.01與0.99之間，優(yōu)選地在0.1與0.8之間，特別優(yōu)選地在0.2與0.6之間，并且極其特別優(yōu)選地在0.3與0.5之間。通過這種方式，在整個陰極內(nèi)，可實現(xiàn)特別均勻的并且較小的磁通密度，同時在水平面內(nèi)相對于陰極的范圍，正確地使用空間。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的實施方式，陰極在其底面上具有用于相應銷狀接觸部件的至少兩個凹槽。結果，創(chuàng)建通過插入陰極的凹槽內(nèi)的銷狀接觸部件與陰極接觸的選項，結果，可通過這種目標方式調整在陰極的表面上以及在設置在其上的由鋁液構成的層以及熔體層內(nèi)的電流密度分布，從而在陰極的整個表面上發(fā)生特別均勻的電流密度分布。
[0046]優(yōu)選地，用于銷狀接觸部件的至少一個凹槽以及用于銷狀接觸部件的特別優(yōu)選地所有凹槽相對于垂直線以小于30°以及優(yōu)選地小于10°的角度并且特別優(yōu)選地垂直地延伸到陰極內(nèi)。結果，在位于陰極的各個凹槽內(nèi)的銷狀接觸部件與陰極之間可產(chǎn)生特別好的電接觸。
[0047]在這種情況下，陰極通過螺紋連接優(yōu)選地連接至設置在陰極的凹槽內(nèi)的銷狀接觸部件，該凹槽在其內(nèi)側上優(yōu)選地具有內(nèi)螺紋，用于進行這種螺紋連接。
[0048]用于銷狀接觸部件的凹槽的長度優(yōu)選地在100與500mm之間，并且用于銷狀接觸部件的凹槽的直徑優(yōu)選地在30與200mm之間。用于銷狀接觸部件的凹槽可至少在某些區(qū)域內(nèi)設置為每平方米的陰極底面積具有4到1000個凹槽的密度。在這種類型的密度的情況下，可通過這種目標方式調整插入凹槽內(nèi)的接觸部件的分布，從而在陰極表面上產(chǎn)生至少特別均勻的電流密度分布。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]下面，參照附圖，根據(jù)有利的實施方式，通過實例描述本發(fā)明。在圖中:
[0050]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的電解槽的橫截面；
[0051]圖2示出了與陰極垂直接觸的根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電解槽的剖面圖的俯視圖；
[0052]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電解槽的一部分的透視圖；
[0053]圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在圖3中所示的電解槽的一部分中的電流流動的示意圖；
[0054]圖5a_c示出了在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的如在圖2、3和4中所示的電解槽的一部分的陰極表面上的電流密度分布的示圖(圖5a)以及為了進行比較，在傳統(tǒng)電解槽的陰極的表面上的電流密度分布的示圖(圖5b)；
[0055]圖6a_c示出了在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的在圖2、3和4中所示的電解槽的一部分的由鋁液構成的層和熔體層之間的邊界面中的磁通密度的分布的示圖以及為了進行比較，在具有傳統(tǒng)陰極的電解槽的由鋁液構成的層和熔體層之間的邊界面中的磁通密度的分布的示圖(圖6b)；
[0056]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電解槽的陰極的俯視圖及其示例性制造方法的清晰示圖；
[0057]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的陰極的俯視圖；
[0058]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的陰極的俯視圖；
[0059]圖10示出了與陰極水平接觸的根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的一部分的透視圖；
[0060]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的透視圖；
[0061]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的透視圖；
[0062]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的橫截面；以及
[0063]圖14示出了表示技術電流流動方向的在圖13中所示的電解槽的另一個剖面圖?！揪唧w實施方式】
[0064]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的電解槽的橫截面。電解槽包括傳統(tǒng)的方形陰極10’，該陰極形成陰極底部，由鋁液構成的層12位于該陰極之上。由鋁液構成的層12與設置在由鋁液構成的層12之上的熔體層14鄰接。設置在熔體層14之上并且也由多個陽極塊27構成的陽極16浸入熔體層14內(nèi)，陽極塊27與外部引線22導電連接。在圖1中所示的電解槽的陰極10’與橫向延伸到陰極10’內(nèi)的匯流條34導電連接。
[0065]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電解槽的俯視圖。電解槽包括陰極10、位于陰極10的上側上的由鋁液構成的層12 (未顯示)、位于其上的熔體層14 (未顯示)以及位于熔體層14之上的陽極16 (未顯示)。在圖2中未顯示上述元件，以便因此在電解槽的陰極10上露出該視圖。在俯視圖中，在圖2中未顯示的由鋁液構成的層12、熔體層14以及陽極16具有與陰極10對應的形狀。
[0066]陰極10包括開口 18，該開口垂直地(即，與在圖2中的繪圖平面垂直地)延伸穿過陰極10，在該陰極內(nèi)，提供延伸穿過開口并且與陽極16 (未顯示)導電連接的“內(nèi)部”引線20。
[0067]除了內(nèi)部引線20，電解槽還具有設置在開口 18的外面的多個“外部”引線22，這些外部引線設置為橫向地偏離陰極，垂直向上運行，并且如圖3中所示，同樣連接至陽極16?；旧铣森h(huán)形地并且圍繞開口 18以規(guī)則的角間距設置外部引線22。
[0068]在俯視圖中觀看時，陰極10基本上具有正六角環(huán)的形狀，陰極10的外圓周與內(nèi)圓周形成正六邊形并且設置為彼此同心。結果，陰極10的形狀密切地接近同心圓，并且與同心圓相比，可簡單地產(chǎn)生該陰極的形狀。
[0069]在這種情況下，陰極10由多個部分或陰極塊24構成，在俯視圖中觀看時，這些部分或陰極塊分別具有對稱梯形的輪廓并且彼此相鄰地在周向上設置在開口 18周圍，以便形成六邊形環(huán)形陰極10。
`[0070]在俯視圖中觀看時，陰極10具有六重對稱性，如圖2中所示，在中心上穿過陰極塊24的三個垂直對稱面26，以及在圖2中未明確標示的另外三個對稱面，這另外三個對稱面分別沿著設置在兩個相互毗鄰的陰極塊24之間的陰極塊24的側面運行。
[0071]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由梯形陰極塊24構成的電解槽的一部分的透視圖，該實施方式與在圖2中所示的實施方式對應。在這種情況下，可清楚地看見在陽極16之上相結合并且與陽極16接觸的單獨的導體部分，即，內(nèi)部和外部引線20、22。進一步地，在圖3中可以看出，陽極16還由多個陽極塊27構成，根據(jù)陰極塊24的單獨的陽極塊27基本上具有對稱梯形的輪廓。每個陽極塊27原則上可與一個或多個引線20、22接觸，并且多個陽極塊27可沿著其側面彼此導電連接，然而，這并非絕對必要。在這種情況下，陽極塊27懸掛在導電的懸掛式部件25上并且通過這些懸掛式部件電接觸。
[0072]陰極10從下面與多個銷狀接觸部件28電接觸，這些銷狀接觸部件分別與陰極10的底面垂直地延伸到陰極10內(nèi)，并且在遠離陰極10的側邊上的那些銷狀接觸部件與通過電流導體29連接至引線的一個共同的底板30電連接。
[0073]在圖4中，通過箭頭31，可見在圖3中所示的電解槽的部分內(nèi)的電流流動。在這種情況下，在內(nèi)部引線20內(nèi)的向上引導的電流以及在外部引線22內(nèi)的同樣向上引導的電流分別生成一個磁場，在陰極10、由鋁液構成的層12、熔體層14以及陽極16的區(qū)域內(nèi)，基本上補償由內(nèi)部和外部引線20、22生成的磁場，從而尤其在由鋁液構成的層12以及熔體層14內(nèi)，僅僅具有非常小的并且非常均勻分布的磁通密度。如圖4中所示，通過引線20、22，提供流過陽極16、熔體層14、由鋁液構成的層12以及陰極10的整個電解電流。在這種情況下，通過相應地選擇引線20、22的橫截面，通過這種方式優(yōu)選地調整將電解電流分成一方面為內(nèi)部引線20并且另一方面為外部引線22，從而在環(huán)形陰極10的區(qū)域內(nèi)造成最佳地消除磁場。尤其在圖2中可以看出，內(nèi)部引線20和外部引線22為此具有不同的導體橫截面。
[0074]圖5a示出了在如在圖3和4中所示的電解槽的一部分的陰極表面上的電流密度的垂直元件的電分布的示圖的俯視圖。
[0075]從圖5a中可以看出，通過由在圖2、3和4中所示的銷狀接觸部件28進行的特定類型的接觸，在整個陰極塊表面上可實現(xiàn)電流密度的垂直元件的顯著均勻性。通過這種方式，盡最大可能防止水平電流密度分量，從而僅僅通過陰極10的接觸類型，減少在由鋁液構成的層12與熔體層14內(nèi)的波形成以及陰極10的磨損。
[0076]圖5b為在傳統(tǒng)電解槽的傳統(tǒng)方形陰極10’的表面上的電流密度的垂直元件的分布的示圖，該示圖與圖5a的示圖對應。
[0077]比較圖5a和圖5b，顯示出在圖3和4中所示的電解槽具有在陰極表面上的垂直電流密度的分布，該密度比在圖5b中所示的傳統(tǒng)陰極10’的表面上的垂直電流密度的分布中的密度明顯更均勻。
[0078]圖5c為表示在陰極表面的各個點處的垂直電流密度值的與在圖5a和圖5b中所示的陰影對應的值的圖例。
[0079]圖6a示出了在俯視圖中觀看時，在圖3和4中所示的電解槽的一部分的由鋁液構成的層12和熔體層14之間的邊界面中的磁通密度的值的分布的示圖。
[0080]圖6b示出了在具有傳統(tǒng)方形陰極10’的電解槽的由鋁液構成的層12和熔體層14之間的邊界面中的磁通密度的值的分布的示圖，該示圖與6a對應；
[0081]圖6c為表示在由鋁液構成的層12和熔體層14之間的邊界面中的各個點處的磁通密度值的與在圖6a和圖6b中所示的陰影對應的值的圖例。
[0082]比較圖6a和圖6b，顯示出在圖2、3和4中所示的電解槽具有磁通密度的分布，該磁通密度的值更小并且比具有在圖6b中所示的傳統(tǒng)陰極10’的電解槽的分布明顯更均勻地分布。
[0083]結果，與在圖5c中所示的垂直電流密度分量的明顯更均勻的分布相結合，在圖2、3和4中所示的電解槽能夠具有明顯更高的穩(wěn)定性以及明顯更高的能量效率。
[0084]圖7示出了與在圖2、3和4中所示的電解槽基本上對應的電解槽的俯視圖，另外可見用于制造電解槽的陰極10的一種示例性方法。如在圖7中所示，可簡單地制造用于六邊形環(huán)形陰極10的多個梯形陰極塊24，這是因為垂直于其縱向，將基本上方形的未加工主體32切割成幾塊，在未加工主體32的縱向上觀看時，在交替的方向引導切口。銑削或鋸切工具可用作例如切削工具。
[0085]圖8示出了電解槽的另一個實施方式的俯視圖，該實施方式與在圖7中所示的實施方式基本上對應并且在該實施方式中，陰極10具有圓環(huán)形輪廓并且由圓環(huán)段陰極塊24構成。
[0086]圖9示出了電解槽的另一個實施方式的俯視圖，該實施方式與在圖7和圖8中所示的實施方式基本上對應并且在該實施方式中，陰極10通過這種方式由具有六邊形輪廓的陰極塊24構成，從而整個陰極10產(chǎn)生大致圓形輪廓。
[0087]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的一部分的透視圖。在這種情況下，在圖10中所示的實施方式基本上與在圖2、3、4以及7中所示的實施方式對應，通過銷狀接觸部件28 (見圖3和4)，并未發(fā)生陰極10接觸，然而，通過水平匯流條34，卻發(fā)生了這種陰極接觸。雖然在發(fā)生這種陰極10接觸的情況下，由于改進了進入陽極16的引線，減少了與其連接的磁通密度的分布并且使該分布均勻，所以在某些情況下，電流密度的垂直元件實現(xiàn)這種明顯的均化，如在圖3和4中所示的實施方式所實現(xiàn)的一樣，但是然而，在由鋁液構成的層12以及熔體層14內(nèi)實現(xiàn)了波形成的大幅減少，從而在此處也大幅增大了電解槽的穩(wěn)定性與能量效率。
[0088]圖11示出了根據(jù)另一個優(yōu)選的實施方式的電解槽的透視圖，其中，電解槽基本上由如在圖3和4中所示的部分構成。在該實施方式中，開口 18垂直地延伸穿過陰極10并且另外延伸穿過由鋁液構成的層12、熔體層14以及陽極16，其中，這些組分分別圍繞該開口形成閉環(huán)。由鋁液構成的層12以及熔體層14位于通過桶限定的槽體內(nèi)，其中，桶的底部由陰極10構成，其中，在圖11中未顯示桶的側壁。在這種情況下，在從上面觀看時，陽極16優(yōu)選地具有比陰極10、由鋁液構成的層12以及熔體層14略微更窄的結構，從圖11的示意圖中不能看出，并且該陽極浸入熔體層14內(nèi)。
[0089]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的電解槽的透視圖，該電解槽與在圖11中所示的電解槽基本上對應。然而，在圖12中所示的電解槽的陽極16由多個陽極塊27構成，在俯視圖中觀看時，這些陽極塊分別具有基本上梯形的輪廓，這些陽極塊成環(huán)形地設置在開口 18的周圍并且彼此間隔開，這些陽極塊分別略微浸入熔體層14內(nèi)。
[0090]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式的電解槽的剖面圖，該電解槽與在圖11和12中所示的電解槽基本上對應。而且，顯示了鋼桶36，該鋼桶形成了電解槽的框架，并且(根據(jù)陽極10)在俯視`圖中觀看時，該鋼桶具有環(huán)形結構。在開口 18的方向，鋼桶36由垂直的側壁限定，這些側壁限定了垂直地延伸穿過電解槽的內(nèi)部引線20的軸，引線20垂直地延伸穿過該軸。
[0091]在鋼桶36的基底上裝有鋪地磚38，并且在鋼桶的垂直側壁上裝有側壁磚40，其中，鋪地磚與側壁磚38、40分別由優(yōu)選地電絕緣的耐火材料構成。優(yōu)選地，形成鋼桶36的內(nèi)襯的鋪地磚與側壁磚38、40包含的材料選自由白陶瓷材料、氮化硅限制的碳化硅、碳、石墨、以及相同材料的任何所需組合構成的組。
[0092]陰極10設置在鋪地磚38上，該陰極形成由陰極10和側壁磚40構成的桶的底部，該桶反過來限定用于容納由鋁液構成的層12和熔體層14的槽體。
[0093]從圖13中還可看出，陽極塊27浸入熔體層14內(nèi)，但是未浸入由鋁液構成的層12內(nèi)，并且為此，在俯視圖中觀看時，這些陽極塊具有比陰極10、由鋁液構成的層以及熔體層14略微更窄的結構。
[0094]在圖13中還顯示了銷狀接觸部件28，該部件垂直地延伸到陰極10內(nèi)并且在其遠離陰極10的端部與用于為陰極提供電流的引線電連接，該部件構造成水平延伸的匯流排42。銷狀接觸部件28和匯流排42與鋼桶36電隔離。
[0095]圖14中顯示了圖13中所示的電解槽，該圖中通過箭頭44另外示出了在電解操作期間流動電流的技術電流流動方向。
[0096]參考表
[0097]10陰極
[0098]10’傳統(tǒng)陰極
[0099]12由鋁液構成的層
[0100]14熔體層
[0101]16陽極
[0102]18陰極開口
[0103]20內(nèi)部引線
[0104]22外部引線
[0105]24陰極塊
[0106]25懸掛式部件
[0107]26對稱面
[0108]27陽極塊
[0109]28接觸部件`
[0110]29電流導體
[0111]30底板
[0112]31箭頭
[0113]32未加工主體
[0114]34匯流條
[0115]36鋼桶
[0116]38鋪地磚`
[0117]40側壁磚
[0118]42匯流排
[0119]44顯示技術電流方向的箭頭
【權利要求】
1.一種電解槽，尤其用于產(chǎn)生鋁，所述電解槽包括陰極(10);由鋁液構成的層(12)，其設置在陰極(10)的上側上；位于其上的熔體層(14);以及陽極(16)，其位于熔體層(14)之上，其中，所述陰極(10)具有垂直地延伸穿過所述陰極(10)的至少一個開口(18),在所述開口內(nèi)，提供至少一個引線(20)，所述引線垂直地延伸穿過所述開口( 18)并且電連接至陽極(16)和/或至陰極(10)，并且其中，所述電解槽包括至少一個另外的引線(22)，其設置在陰極(10)的開口(18)的外面，所述另外的引線至少區(qū)段地在垂直方向延伸，并且所述另外的引線電連接至陰極(10)和/或至陽極(16)。
2.根據(jù)權利要求1所述的電解槽， 其特征在于， 在俯視圖中觀看時，所述開口(18)基本上設置在陰極(10)的中心位置，并且延伸穿過所述開口(18)的所述引線(20)優(yōu)選地在中心上延伸穿過所述陰極(10)的開口(18)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電解槽， 其特征在于， 在俯視圖中觀看時，所述陰極(10)具有至少大致圓環(huán)形的輪廓。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的電解槽， 其特征在于， 在俯視圖中觀看時，所述陰極(10)具有至少大致多邊形環(huán)形的輪廓。
5.根據(jù)權利要求4 所述的電解槽， 其特征在于， 所述陰極(10)的在俯視圖中觀看為多邊形環(huán)形的輪廓的外周和/或內(nèi)周的形狀為具有η個角的正多邊形，其中，η優(yōu)選地為3到100，特別優(yōu)選地為3到10，并且極其特別優(yōu)選地為 3、4、5、6、7 或 8。
6.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的電解槽， 其特征在于， 所述陰極(10)由多個陰極塊(24)組成，在周向上看，所述陰極塊彼此相鄰并且彼此鄰接地設置在延伸穿過所述開口(18)的引線(20)周圍，所述陰極塊優(yōu)選地形成環(huán)形陰極。
7.根據(jù)權利要求6所述的電解槽， 其特征在于， 在俯視圖中觀看時，通過六邊形、圓環(huán)段或梯形的方式來形成所述陰極(10)的至少一個陰極塊(24)的形狀。
8.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的電解槽， 其特征在于， 在所述陰極(10)的內(nèi)直徑與外直徑之間的比率在0.01與0.99之間，優(yōu)選地在0.1與0.8之間，特別優(yōu)選地在0.2與0.6之間，并且極其特別優(yōu)選地在0.3與0.5之間。
9.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的電解槽， 其特征在于， 所述電解槽包括數(shù)量在2與10之間，優(yōu)選地在4與8之間，特別優(yōu)選地在5與7之間，并且極其特別優(yōu)選地為6的設置在所述陰極(10)的開口(18)的外面的引線(22)，其分別至少區(qū)段地在垂直方向延伸并且分別電連接至陰極(10)和/或至陽極(16)。
10.根據(jù)權利要求9所述的電解槽， 其特征在于， 在所述陰極(10)的周向上觀看時，并且在圍繞延伸穿過所述開口(18)的引線(20)觀看時，至少大致勻稱地并且優(yōu)選地同心地設置所述另外的引線(22)。
11.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的電解槽， 其特征在于， 所述陰極(10 )在其底面上具有至少兩個銷狀接觸部件(28 )。
12.根據(jù)權利要求11所述的電解槽， 其特征在于， 至少一個所述銷狀接觸部件(28)相對于垂直線以小于30°以及優(yōu)選地小于10°的角度并且特別優(yōu)選地垂直地延伸到所述陰極(10)內(nèi)。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的電解槽， 其特征在于， 所述接觸部件(2 8)在其遠離所述陰極(10)的側邊上導電地連接至一個共同的底板(30)。
14.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的電解槽， 其特征在于， 在所述陽極(16)與由鋁液構成的所述層(12)之間的間距在15與45mm之間，優(yōu)選地在15與35mm之間，并且特別優(yōu)選地在15與25mm之間。
15.一種用于電解槽的，尤其是用于產(chǎn)生鋁的電解槽的陰極，所述陰極具有垂直地延伸穿過所述陰極(10)的至少一個開口(18)。
16.根據(jù)權利要求15所述的陰極， 其特征在于， 在俯視圖中觀看時，通過環(huán)形并且優(yōu)選地至少大致圓環(huán)形或多邊形環(huán)形的方式來形成所述陰極(10)的形狀。
17.根據(jù)權利要求16所述的陰極， 其特征在于， 所述陰極(10)的在俯視圖中觀看為多邊形環(huán)形的輪廓的外周和/或內(nèi)周的形狀為具有η個角的正多邊形，其中，η優(yōu)選地為3到100，特別優(yōu)選地為3到10，并且極其特別優(yōu)選地為 3、4、5、6、7 或 8。
18.根據(jù)權利要求15到17中至少一項所述的陰極， 其特征在于， 所述陰極(10)由多個陰極塊(24)組成，在周向上觀看時，所述陰極塊彼此相鄰并且彼此鄰接地設置在所述陰極(10 )的開口( 18 )周圍。
19.根據(jù)權利要求18所述的陰極， 其特征在于， 在俯視圖中觀看時，至少一個陰極塊(24)具有六邊形、圓環(huán)段或梯形輪廓。
20.根據(jù)權利要求15到19中至少一項所述的陰極， 其特征在于，在所述陰極(10)的內(nèi)直徑與外直徑之間的比率在0.01與0.99之間，優(yōu)選地在0.1與·0.8之間，特別優(yōu)選地在0.2與0.6之間，并且極其特別優(yōu)選地在0.3與0.5之間。
21.根據(jù)權利要求15到20中至少一項所述的陰極， 其特征在于， 所述陰極(10)在其底面上具有用于相應銷狀接觸部件(28)的至少兩個凹槽。
22.根據(jù)權利要求21所述的陰極， 其特征在于， 至少一個所述凹槽相對于垂直線以小于30°以及優(yōu)選地小于10°的角度并且特別優(yōu)選地垂直地延伸到所述陰 極(10)內(nèi)。
【文檔編號】C25C3/16GK103764877SQ201280031002
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權日:2011年6月22日
【發(fā)明者】托馬斯·弗羅梅爾特, 克里斯蒂安·布魯赫 申請人:西格里碳素歐洲公司