具有槽狀陰極的特別是用于生產(chǎn)鋁的電解池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種特別適合生產(chǎn)鋁的電解池，包括：陰極，被布置在所述陰極的上側(cè)上的液體鋁層，其之上的熔體層，所述熔體層之上的陽(yáng)極，至少一個(gè)、優(yōu)選至少兩個(gè)以電流供給方式從所述陰極的下側(cè)接觸所述陰極的母線，和至少一個(gè)外部電流源，其中所述至少一個(gè)外部電流源中的每個(gè)都在各自連接點(diǎn)處以導(dǎo)電方式連接至至少一個(gè)各自的母線，優(yōu)選地連接至至少兩個(gè)各自的母線，其中在所述陰極的橫截面中觀察，所述陰極的上側(cè)為槽狀，其中所述槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域和一個(gè)底部區(qū)域，所述底部區(qū)域被布置在所述邊緣區(qū)域之間，并且在所述陰極的寬度方向觀察時(shí)，相對(duì)于所述邊緣區(qū)域降低，其中，在每個(gè)邊緣區(qū)域和所述底部區(qū)域之間，設(shè)置各自的側(cè)壁區(qū)域，所述側(cè)壁區(qū)域連接各自的邊緣區(qū)域和所述底部區(qū)域，其中i)所述底部區(qū)域和所述邊緣區(qū)域至少其中之一的寬度在所述陰極的長(zhǎng)度上變化，和/或ii)從所述陰極的下側(cè)確定的所述陰極的上側(cè)的高度在所述陰極的長(zhǎng)度上變化。
【專利說明】具有槽狀陰極的特別是用于生產(chǎn)鋁的電解池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電解池，特別是用于生產(chǎn)鋁的電解池，并且涉及一種適合在這樣的電解池中使用的陰極。
【背景技術(shù)】
[0002]電解池例如用于電解生產(chǎn)鋁，工業(yè)上通常根據(jù)霍爾-埃魯(Hall-H0roult)工藝實(shí)施該電解生產(chǎn)。在霍爾-埃魯工藝中，電解由氧化鋁和冰晶石組成的熔體。此處使用冰晶石NaJAlF6]，從而將熔點(diǎn)從純氧化鋁的2，045°C，降低至含冰晶石、氧化鋁和添加劑的混合物的約950°C，該添加劑例如是氟化鋁和氟化鈣。
[0003]在該工藝中使用的電解池包括陰極底部，該陰極底部可由彼此相鄰、并且形成陰極的多個(gè)陰極塊組成。為了經(jīng)受電解池運(yùn)行期間主要存在的熱和化學(xué)條件，陰極通常由含碳材料組成。每個(gè)陰極塊的下側(cè)通常都具有凹槽，在每個(gè)凹槽中都布置至少一個(gè)母線，通過該母線，釋放通過陽(yáng)極饋送的電流。陽(yáng)極，特別是由單獨(dú)的陽(yáng)極塊形成的陽(yáng)極，被布置地高于液體鋁層約3至5 cm，液體鋁層通常位于陰極上側(cè)上15至50cm高，電解質(zhì)，也就是說含有氧化鋁和冰晶石的熔體，位于所述陽(yáng)極和鋁的表面之間。在以約1，000°C實(shí)施電解期間，由于與電解質(zhì)相比，鋁的密度更大，所以形成的鋁沉降到電解質(zhì)層之下，也就是說沉降為陰極的上側(cè)和電解質(zhì)層之間的中間層。在電解期間，在熔體中溶解的氧化鋁被電流裂解，以形成鋁和氧氣。從電化學(xué)方面看，液體鋁層實(shí)際上是陰極，這是因?yàn)殇X離子在其表面被還原，以形成元素鋁。然而，下文不應(yīng)將術(shù)語(yǔ)“陰極”理解為是電化學(xué)觀點(diǎn)上的陰極，也就是說液體鋁層，而是應(yīng)將其理解為形成電解池底部的組件部分，例如由一個(gè)或多個(gè)陰極塊組成的組件部分。
[0004]霍爾-埃魯工藝的明顯缺點(diǎn)在于其非常耗能。為了產(chǎn)生Ikg的鋁，需要約12至15kffh的電能，電能占生產(chǎn)成本的最高達(dá)40 %。因此，為了降低生產(chǎn)成本，期望在可能的情況下降低該方法的比能耗。
[0005]由于特別是與液體鋁層和陰極材料相比，熔體的電阻相對(duì)高，所以特別是在熔體中發(fā)生焦耳耗散形式的相對(duì)高的歐姆損耗。考慮到熔體中比較高的比損耗，作出重大努力以盡可能地降低熔體層的厚度，并因此降低陽(yáng)極和液體鋁層之間的距離。然而，由于電解工藝期間存在的電磁相互作用，以及因而在液體鋁層中產(chǎn)生的波的形成，因而過薄的熔體層存在以下風(fēng)險(xiǎn)，即液體鋁層將接觸陽(yáng)極，這可能導(dǎo)致電解池短路，并且導(dǎo)致所形成的鋁的不良再氧化，并且導(dǎo)致電解操作的電不穩(wěn)定性，特別是導(dǎo)致調(diào)用電壓波動(dòng)。發(fā)生的短路也可導(dǎo)致磨損增大，因此導(dǎo)致電解池的使用壽命縮短。出于這些原因，不能任意地降低陽(yáng)極和液體鋁層之間的距離。
[0006]液體鋁層中波形成的驅(qū)動(dòng)力是陰極表面上的電流密度和磁通量密度的不均勻分布，該不均勻分布導(dǎo)致液體鋁層中的洛倫茲力密度的促進(jìn)波形成的分布。此處，洛倫茲力密度被定義為特定點(diǎn)處存在的電流密度和在該點(diǎn)處存在的磁通量密度的向量積。陰極上側(cè)處電流密度和磁通量密度不均勻分布的其中一個(gè)原因又在于以下事實(shí):優(yōu)選地，陰極和鋁槽中的電流采取最低電阻的路徑。出于該原因，流經(jīng)陰極的電流主要集中在陰極的側(cè)邊緣區(qū)域上，其中陰極被連接至接觸所述陰極的母線，這是因?yàn)榕c通過陰極中心到達(dá)陰極表面的電流相比，通過邊緣區(qū)域到達(dá)陰極表面的電流所產(chǎn)生的電阻更低，在通過陰極中心到達(dá)陰極表面的情況下，與通過邊緣區(qū)域到達(dá)陰極表面的電流相比，必須穿過更長(zhǎng)路線或電通路。
[0007] 除了液體鋁層中的增強(qiáng)的波形成之外，不均勻電流密度分布，特別是在陰極的橫向方向上，與陰極中心的電流密度相比，處于陰極的側(cè)邊緣區(qū)域具有增加的電流密度，這也導(dǎo)致陰極側(cè)邊緣區(qū)域中的磨損加劇，這通常在相對(duì)長(zhǎng)期的電解池運(yùn)行之后，在陰極的橫截面中導(dǎo)致陰極近似W形磨損輪廓的特征。
[0008]為了降低電解池的比能耗，最近已經(jīng)提出，在電解池中使用以下陰極，其中當(dāng)從陰極橫截面中觀察時(shí)，該陰極的上側(cè)被實(shí)施為V形槽的形式。此處，被配置成V形槽形式的陰極表面中的凹陷導(dǎo)致陰極側(cè)邊緣區(qū)域中的電流密度降低，因此在這些區(qū)域中，波形成的可能性和磨損也降低。
[0009]然而，即使使用這種槽狀陰極，也在液體鋁層中發(fā)生不良地高的波形成，并且由于鋁和陽(yáng)極之間的冰晶石層的厚度低，導(dǎo)致不穩(wěn)定性，并且限制在電解期間可實(shí)現(xiàn)的能量效率。另外，通過使用這種陰極，也可能在電解期間，在陰極的上側(cè)上發(fā)生不良的高水平的不均勻磨損。這兩個(gè)因素降低了電解池的使用壽命，并且因此降低了其經(jīng)濟(jì)可行性。這是因?yàn)橐韵率聦?shí):即使使用這種陰極，在陰極的表面上看，仍存在相對(duì)不均勻的電流密度分布和不均勻的磁通量密度分布，即使與不以槽狀方式實(shí)施的陰極相比，所述不均勻性要低。這特別是因?yàn)?，接觸陰極的母線通常通過集電器條連接至一個(gè)或多個(gè)外部電流饋電，其中外部電流饋電的末端和單獨(dú)母線的面對(duì)該末端的末端之間的距離不同，從而對(duì)于不同的母線，從外部電流饋電至單獨(dú)母線接觸陰極下側(cè)處的點(diǎn)的電通路長(zhǎng)度不同。然而，對(duì)于預(yù)定材料，與較短電通路相比，越長(zhǎng)的電通路具有越高的電阻。因而促進(jìn)電流流經(jīng)以下那些母線，該母線接觸陰極下側(cè)的點(diǎn)更靠近外部電流饋電，其結(jié)果是，與陰極的布置在母線接觸陰極下側(cè)的點(diǎn)距離外部電流饋電更遠(yuǎn)的母線上的邊緣區(qū)域或縱向部分中的電流相比，在被布置在比上述距離更近的母線上的陰極邊緣區(qū)域或縱向部分中發(fā)生更大的電流流動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種如下的電解池，在其運(yùn)行期間，該電解池具有降低的比能耗和增長(zhǎng)的使用壽命。特別地，將提供這樣的一種電解池，其中熔體層的厚度降低，不導(dǎo)致出現(xiàn)不穩(wěn)定性，例如由于在液體鋁層中波形成趨勢(shì)增大而導(dǎo)致的短路，或所形成鋁的再氧化，或電解池電壓的波動(dòng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，通過提供根據(jù)本專利權(quán)利要求1所述的電解池，特別是通過提供用于生產(chǎn)鋁的電解池而實(shí)現(xiàn)該目的，該電解池包括:陰極，被布置在陰極上側(cè)上的液體鋁層，其之上的熔體層，熔體層之上的陽(yáng)極，至少一個(gè)母線、優(yōu)選至少兩個(gè)母線，該母線以電流饋接方式從陰極下側(cè)接觸所述陰極，和至少一個(gè)外部電流饋電，其中所述至少一個(gè)或每個(gè)外部電流饋電在各自連接點(diǎn)處導(dǎo)電連接至至少一個(gè)母線，優(yōu)選地導(dǎo)電連接至至少兩個(gè)母線，其中在陰極的橫截面中觀察，該陰極的上側(cè)為槽狀，其中該槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域和一個(gè)底部區(qū)域，該底部區(qū)域被布置在邊緣區(qū)域之間，并且在陰極的寬度方向上看，相對(duì)于邊緣區(qū)域降低，其中，在兩個(gè)邊緣區(qū)域中的每個(gè)邊緣區(qū)域和底部區(qū)域之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域和底部區(qū)域的側(cè)壁區(qū)域，其中i)底部區(qū)域和邊緣區(qū)域至少其中之一的寬度在陰極的長(zhǎng)度上變化，和/或ii)從陰極下側(cè)確定的陰極的上側(cè)的高度在陰極的長(zhǎng)度上變化。
[0012]在本發(fā)明的背景下，應(yīng)將陰極上側(cè)的底部區(qū)域或邊緣區(qū)域的寬度理解為是指，在陰極寬度方向測(cè)量的底部區(qū)域或邊緣區(qū)域的延伸，也就是說，在陰極的橫截面中觀察或在陰極的寬度方向上觀察，從底部區(qū)域或邊緣區(qū)域的一端至底部區(qū)域或邊緣區(qū)域的另一端的距離。
[0013]此外，在本發(fā)明的背景下，表述“從陰極的下側(cè)確定的陰極的上側(cè)的高度”是指以下的距離，即陰極 上側(cè)上的任何一點(diǎn)，與被垂直地布置在上述點(diǎn)之下的陰極下側(cè)上的點(diǎn)的距離。
[0014]在本發(fā)明的背景下，將外部電流饋電理解為是指如下的任意電導(dǎo)體，其被布置在陰極外部，并且向一個(gè)或多個(gè)母線饋送電流或者從一個(gè)或多個(gè)母線饋送電流。此處，外部電流饋電在每種情況下都可通過連接點(diǎn)直接連接至所述一個(gè)或多個(gè)母線，或者外部電流饋電可通過被布置在外部電流饋電和母線之間的集電器條，間接地連接至所述一個(gè)或多個(gè)母線。在后一種情況下，應(yīng)將連接點(diǎn)理解為是指以下的點(diǎn)，在該點(diǎn)處，外部電流饋電被連接至集電器條，該集電器條被連接至母線。換句話說，表述“至少一個(gè)母線、優(yōu)選至少兩個(gè)母線和外部電流饋電之間的連接點(diǎn)”是指以下的點(diǎn)，在該點(diǎn)處，始于導(dǎo)電地(直接地或間接地)連接至外部電流饋電的一個(gè)或多個(gè)母線的電通路匯聚，并且轉(zhuǎn)接到外部電流饋電。在該背景下，表述“電通路”是指兩點(diǎn)之間電阻最小的電流通路。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過一種具有槽體橫截面形狀的陰極，該槽體在陰極的長(zhǎng)度上具有寬度和/或高度變化的槽體底部區(qū)域和/或邊緣區(qū)域，在陰極的上側(cè)處，更特別地不僅視為在陰極的分離的縱向部分的橫截面上，而且也特別地在陰極的全部表面上，也就是說在陰極的縱向方向和寬度方向上，都實(shí)現(xiàn)電流密度和磁通量密度的均化。這是因?yàn)榕c被布置在其上的液體鋁層相比，陰極材料具有低導(dǎo)電性，其結(jié)果是，與陰極的邊緣區(qū)域相t匕，電流更優(yōu)先在槽狀橫截面的底部區(qū)域中流動(dòng)，與底部區(qū)域相比，邊緣區(qū)域升高。因此，在陰極縱向部分中陰極的底部區(qū)域的加寬或邊緣區(qū)域?qū)挾瓤s小，總體上導(dǎo)致促進(jìn)電流在該縱向部分中流動(dòng)(也就是說，與另一縱向部分相比)，并且導(dǎo)致與陰極該縱向部分的邊緣區(qū)域中的電流相比，促進(jìn)底部區(qū)域中的電流流動(dòng)，而其中陰極的底部區(qū)域沒那么寬并且邊緣區(qū)域更寬的陰極縱向部分中的電流總體上降低，并且與陰極的該縱向部分的邊緣區(qū)域中的電流相比，底部區(qū)域中的電流降低。同樣地，由于陰極上側(cè)在陰極縱向部分中的高度減小，所以總體上促進(jìn)了該縱向部分中的電流流動(dòng)，而其中陰極的上側(cè)具有更大高度的陰極縱向部分中的電流總體上降低。由于陰極邊緣區(qū)域和底部區(qū)域的階梯式(關(guān)于寬度和/或高度)實(shí)施方式，因而能夠調(diào)節(jié)陰極的單獨(dú)縱向部分之間和每個(gè)縱向部分寬度上的電流，以使得在陰極的表面上看，產(chǎn)生更均勻的電流密度。特別地，由于陰極邊緣區(qū)域和底部區(qū)域的階梯式實(shí)施方式，能夠通過加寬邊緣區(qū)域和/或升高邊緣區(qū)域和/或底部區(qū)域，降低流經(jīng)陰極以下那些縱向部分的電流，該縱向部分被布置在以下母線之上，該母線接觸陰極下側(cè)的點(diǎn)更靠近外部電流饋電，并且能夠通過減小邊緣區(qū)域的寬度和/或減小邊緣區(qū)域和/或底部區(qū)域的高度，提高流經(jīng)陰極以下那些縱向部分的電流，該縱向部分被布置在以下母線之上，該母線接觸陰極下側(cè)的點(diǎn)更遠(yuǎn)離外部電流饋電，以使得能夠獨(dú)立于所述縱向部分距外部電流饋電的距離，使流經(jīng)陰極的單獨(dú)縱向部分的電流和磁通量均化。由于在陰極的表面上看，電流密度和磁通量密度均勻，所以顯著地降低了液體鋁層中的波形成，并且在其表面上觀察，均化了陰極的磨損。結(jié)果是，根據(jù)本發(fā)明的電解池在其運(yùn)行期間具有較低比能耗，并且具有更長(zhǎng)使用壽命。特別地，通過根據(jù)本發(fā)明的電解池，能夠降低熔體層的厚度，結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性，該不穩(wěn)定性例如是液體鋁層中波形成趨勢(shì)增大而導(dǎo)致的短路，或所形成鋁的再氧化，或電解池電壓的波動(dòng)。因而在根據(jù)本發(fā)明的電解池的運(yùn)行期間，總體上有效地避免了液體鋁層中的波形成，并且實(shí)現(xiàn)高能量效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電解操作的高穩(wěn)定性和可靠性。此處，如果能夠易于彼此調(diào)節(jié)上述措施，就特別有利，該措施用于使陰極上側(cè)上的電流密度均化，特別是調(diào)節(jié)槽狀陰極單獨(dú)縱向部分的寬度和/或高度，以便與使用常規(guī)陰極一樣，在根據(jù)本發(fā)明的電解池中使用的陰極和陽(yáng)極之間產(chǎn)生相同槽體積，即使陽(yáng)極和液體鋁層之間的距離減小也是如此。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種特別有利的實(shí)施方式，所述陰極的至少一個(gè)邊緣區(qū)域包括至少兩個(gè)各自具有不同寬度的縱向部分，其中，邊緣區(qū)域的通過最短電通路連接至其最近連接點(diǎn)的縱向部分，具有邊緣區(qū)域的所有縱向部分之中的最大寬度。在該上下文中，邊緣區(qū)域縱向部分最近的連接點(diǎn)是至少一個(gè)母線、優(yōu)選至少兩個(gè)母線和以下外部電流饋電之間的連接點(diǎn)，該外部電流饋電通過最短電通路連接至陰極的縱向部分。由于在該實(shí)施方式中，邊緣部分在具有距離最近連接點(diǎn)的電通路最短的縱向部分中加寬，所以與其它縱向部分的電阻相t匕，陰極的該縱向部分的電阻增大，因此，流經(jīng)陰極該縱向部分的電流減小，并且流經(jīng)陰極其它縱向部分的電流增大，從而在陰極的單獨(dú)縱向部分上看，實(shí)現(xiàn)均勻的電流密度分布。
[0017]原則上，所述邊緣區(qū)域的多個(gè)縱向部分或具有不同寬度的邊緣區(qū)域至少其中之一可在各自縱向部分上具有恒定寬度，和/或至少一個(gè)縱向部分的寬度可從其較靠近最近連接點(diǎn)的縱向側(cè)端至更遠(yuǎn)距離的縱向側(cè)端逐漸變小。優(yōu)選地，邊緣區(qū)域的所有縱向部分或具有不同寬度的邊緣區(qū)域的寬度恒定，以便陰極的一個(gè)邊緣區(qū)域或兩個(gè)邊緣區(qū)域都(基于其寬度)成階梯形，或成臺(tái)階形，或者邊緣區(qū)域的所有縱向部分或具有不同寬度的邊緣區(qū)域的寬度從其更靠近最近連接點(diǎn)的縱向側(cè)端至更遠(yuǎn)距離的縱向側(cè)端逐漸變小。
[0018]如果陰極的至少一個(gè)邊緣區(qū)域包括至少三個(gè)各自具有不同寬度的縱向部分，則在陰極的全部表面上實(shí)現(xiàn)特別均勻的電流密度分布，其中通過比另一縱向部分更長(zhǎng)電通路連接至最近連接點(diǎn)的每個(gè)縱向部分，都具有比所述另一縱向部分更小的寬度。因而特別有效地補(bǔ)償以下影響，即從最近連接點(diǎn)至陰極邊緣區(qū)域各自縱向部分的電通路長(zhǎng)度對(duì)電流的影響。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種另外優(yōu)選的實(shí)施方式，所述陰極的底部區(qū)域包括至少兩個(gè)各自具有不同寬度的縱向部分，其中，底部區(qū)域的通過最短電通路連接至其最近連接點(diǎn)的縱向部分，具有底部區(qū)域的所有縱向部分之中的最小寬度。由于底部區(qū)域的寬度變小，所以陰極該縱向部分的電阻增大，因而電流部分地從其中否則將出現(xiàn)最大電流的該縱向部分轉(zhuǎn)向，進(jìn)入陰極的相鄰縱向部分，以便總體上在陰極的表面上實(shí)現(xiàn)電流密度的均化。
[0020]原則上，在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，具有不同寬度的底部區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)縱向部分也可在各自縱向部分上具有均勻?qū)挾?，?或至少一個(gè)或多個(gè)縱向部分的寬度可從其被布置成更靠近最近連接點(diǎn)的縱向側(cè)端至更遠(yuǎn)距離的縱向側(cè)端逐漸變小。同樣地，在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，優(yōu)選地，底部區(qū)域的具有不同寬度的所有縱向部分的寬度都恒定，以便陰極的底部區(qū)域(基于其寬度)成階梯形，或成臺(tái)階形，或者底部區(qū)域的具有不同寬度的所有縱向部分的寬度從其被布置地更靠近最近連接點(diǎn)的縱向側(cè)端至更遠(yuǎn)距離的縱向側(cè)端逐漸變小。
[0021]優(yōu)選地，所述陰極的底部區(qū)域包括至少三個(gè)各自具有不同寬度的縱向部分，其中通過比另一縱向部分更長(zhǎng)的電通路連接至與其最近連接點(diǎn)的每個(gè)縱向部分，都具有比所述另一縱向部分更大的寬度。因而在陰極的表面上實(shí)現(xiàn)了特別高的電流密度均勻性。
[0022]在發(fā)明概念的發(fā)展中提出，所述陰極的至少一個(gè)邊緣區(qū)域包括至少兩個(gè)各自具有不同高度的縱向部分，其中通過最短電通路連接至最近連接點(diǎn)的陰極邊緣區(qū)域的縱向部分，具有邊緣區(qū)域的所有縱向部分之中的最大高度，從所述陰極的下側(cè)確定所述高度。因而，與其它縱向部分的電阻相比，通過最短電通路連接至最近連接點(diǎn)的陰極邊緣區(qū)域的縱向部分的電阻增大，以使得流經(jīng)陰極的該縱向部分的電流減小，并且流經(jīng)陰極的其它縱向部分的電流增大，從而在陰極的單獨(dú)縱向部分上看，實(shí)現(xiàn)均勻的電流密度分布。
[0023]此處，上述實(shí)施方式也能夠彼此組合，例如更特別地，與通過更長(zhǎng)電通路連接至最近連接點(diǎn)的縱向部分相比，通過最短電通路連接至最近連接點(diǎn)的縱向部分中的陰極的邊緣區(qū)域具有更大寬度和更大高度。
[0024]在發(fā)明概念的進(jìn)一步發(fā)展中，所述陰極的底部區(qū)域可包括至少兩個(gè)各自具有不同高度的縱向部分，其中通過最短電通路連接至最近連接點(diǎn)的陰極底部區(qū)域的縱向部分，具有所有縱向部分之中的最大高度，從所述陰極下側(cè)確定所述高度。同樣地，在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，實(shí)現(xiàn)了陰極表面上的特別良好的電流密度分布均化。
[0025]原則上，具有不同高度的一個(gè)邊緣區(qū)域、兩個(gè)邊緣區(qū)域和/或底部區(qū)域的多個(gè)縱向部分，至少其中之一可 在各自縱向部分中具有均勻高度，和/或至少一個(gè)縱向部分的高度可從其更靠近最近連接點(diǎn)的縱向側(cè)端至距離更遠(yuǎn)的縱向側(cè)端逐漸變小。優(yōu)選地，具有不同高度的一個(gè)邊緣區(qū)域、兩個(gè)邊緣區(qū)域或底部區(qū)域的所有縱向部分的高度恒定，因此陰極的一個(gè)邊緣區(qū)域、兩個(gè)邊緣區(qū)域或底部區(qū)域(基于其高度)成階梯形或成臺(tái)階形，或者具有不同高度的一個(gè)邊緣區(qū)域、多個(gè)邊緣區(qū)域或底部區(qū)域的所有縱向部分的高度，從其更靠近最近連接點(diǎn)的縱向側(cè)端至距離更遠(yuǎn)的縱向側(cè)端逐漸變小。
[0026]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，同樣可行的是，在陰極的縱向方向上觀察時(shí)，陰極上側(cè)的高度對(duì)于相反方向的一個(gè)或多個(gè)縱向部分的邊緣區(qū)域以及底部區(qū)域變化，也就是說，例如縱向部分的兩個(gè)邊緣區(qū)域的高度都大于相鄰縱向部分的邊緣區(qū)域的高度，然而其中與相鄰縱向部分的底部區(qū)域相比，該縱向部分的底部區(qū)域的高度更小。然而，優(yōu)選地，陰極的每個(gè)縱向部分的邊緣區(qū)域的高度和底部區(qū)域的高度都平行變化，也就是說，陰極的每個(gè)縱向部分的邊緣區(qū)域和底部區(qū)域兩者的高度，都大于或小于相鄰縱向部分的邊緣區(qū)域和底部區(qū)域的那些高度。
[0027]如果所述陰極的邊緣區(qū)域包括至少三個(gè)各自具有不同高度的縱向部分，則在陰極上側(cè)處實(shí)現(xiàn)了特別高度均勻的電流密度分布，其中通過比另一縱向部分更長(zhǎng)的電通路連接至其最近連接點(diǎn)的每個(gè)縱向部分，都具有比所述另一縱向部分更小的高度。
[0028]對(duì)于上述實(shí)施方式可選地或者對(duì)于上述實(shí)施方式另外優(yōu)選地，所述陰極的底部區(qū)域可包括至少三個(gè)各自具有不同高度的縱向部分，其中通過比另一縱向部分更長(zhǎng)的電通路連接至最近連接點(diǎn)的每個(gè)縱向部分，都具有比所述另一縱向部分更小的高度。因而在通過陰極上側(cè)所形成槽體的底部區(qū)域中實(shí)現(xiàn)了特別均勻的電流密度分布。[0029]在以下情況下能夠?qū)崿F(xiàn)特別有利的電流密度分布，即所述陰極的至少一個(gè)邊緣區(qū)域的最大與最小寬度的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至
1.05:1，和/或所述陰極的至少一個(gè)邊緣區(qū)域的最大與最小高度的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1，和/或所述陰極底部區(qū)域的最大與最小寬度的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1，和/或所述陰極底部區(qū)域的最大與最小高度的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1。
[0030]在其中陰極上側(cè)的高度在陰極長(zhǎng)度上變化的本發(fā)明實(shí)施方式中，優(yōu)選地，所述陰極邊緣區(qū)域中最大高度和該陰極邊緣區(qū)域中最小高度之間的差，和/或該陰極底部區(qū)域中最大高度和該陰極底部區(qū)域中最小高度之間的差，小于30cm,更優(yōu)選地小于20cm,甚至更優(yōu)選地最多為10cm。同樣地，該陰極邊緣區(qū)域中最大高度和該陰極底部區(qū)域中最小高度之間的差，優(yōu)選最多為該陰極上側(cè)上最高點(diǎn)與該陰極下側(cè)之間的距離的50%。
[0031]在其中一個(gè)邊緣區(qū)域或兩個(gè)邊緣區(qū)域或底部區(qū)域的寬度在陰極長(zhǎng)度上變化的本發(fā)明實(shí)施方式中，在該陰極的全部縱向延伸上觀察時(shí)，底部區(qū)域的最大寬度和底部區(qū)域的最小寬度之間的差，優(yōu)選地小于30cm，更優(yōu)選地小于20cm，甚至更優(yōu)選地小于10cm。同樣地，在該陰極的全部縱向延伸上觀察時(shí)，底部區(qū)域的最大寬度和底部區(qū)域的最小寬度之間的差，優(yōu)選最多為陰極長(zhǎng)度的20 %，更優(yōu)選最多為陰極長(zhǎng)度的IO %。
[0032]根據(jù)本發(fā)明概念的發(fā)展，所述電解池包括至少兩個(gè)以電流饋接方式從陰極下側(cè)接觸陰極的母線，其中，外部電流饋電或每個(gè)外部電流饋電在各自連接點(diǎn)處導(dǎo)電地連接至至少兩個(gè)母線，并且所述以電流饋接方式從陰極下側(cè)接觸陰極的至少兩個(gè)母線彼此平行布置且彼此相距固定距離、在陰極的全部寬度上延伸，并且以電流饋接方式從陰極下側(cè)接觸陰極，其中單獨(dú)的母線通過它們的一個(gè)末端導(dǎo)電地連接至集電器條，或者通過它們的每個(gè)末端導(dǎo)電地連接至分離的集電器條，并且所述一個(gè)或多個(gè)集電器條導(dǎo)電地連接至一個(gè)或多個(gè)外部電流饋電。
[0033]可選地，單獨(dú)的母線可被彼此平行地布置并且彼此相距固定距離，但是可不在陰極的全部寬度上延伸。例如，單獨(dú)的母線可僅在陰極的約一半寬度上延伸。在該實(shí)施方式中，例如在陰極的寬度方向觀察時(shí)，連續(xù)地布置2個(gè)母線，也就是說，母線幾乎以許多塊形成，其中被連續(xù)布置的這兩個(gè)母線中的每個(gè)都通過其面對(duì)陰極的末端，連接至外部電流饋電，可以通過集電器條連接。在該實(shí)施方式中，在陰極的縱向方向觀察時(shí)，自然僅相鄰母線中的每個(gè)都在各自連接點(diǎn)處連接至外部電流饋電。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一種另外優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電解池包括2至60個(gè)，優(yōu)選10至48個(gè)，更優(yōu)選16至40個(gè),甚至更優(yōu)選20至40個(gè),最優(yōu)選36個(gè)母線,和2至6個(gè)外部電流饋電，所述母線彼此平行布置并且彼此相距固定距離、在陰極的全部寬度上延伸，并且以電流饋接方式從陰極下側(cè)接觸陰極。
[0035]此處，例如，所述電解池的陰極可由2至60個(gè)，優(yōu)選10至48個(gè)，更優(yōu)選16至40個(gè)，甚至更優(yōu)選20至40個(gè)，最優(yōu)選36個(gè)并排布置的陰極塊組成，其中其下側(cè)上的每個(gè)陰極塊都具有至少一個(gè)凹槽，該凹槽在陰極塊的縱向方向上或在陰極的寬度方向上延伸，在所述凹槽中布置至少一個(gè)母線。
[0036] 為了再進(jìn)一步地提高陰極表面上的電流密度分布的均勻性，并且特別是為了防止電流密度在陰極上側(cè)的邊緣區(qū)域中超高，在本發(fā)明概念的進(jìn)一步發(fā)展中提出，每個(gè)凹槽都具有矩形橫截面和在其長(zhǎng)度上變化的深度，其中與其中心相比，處于其縱向側(cè)端處的每個(gè)凹槽都具有較淺的深度。此處例如當(dāng)在陰極的橫截面中觀察時(shí)，凹槽可具有基本三角形的形式。
[0037]特別是為了甚至在陰極的邊緣區(qū)域中也實(shí)現(xiàn)電流密度的均勻分布，在本發(fā)明概念的發(fā)展中提出，在陰極的橫截面中和在陰極的寬度方向上觀察時(shí)，所述陰極的兩個(gè)邊緣區(qū)域中的至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)邊緣區(qū)域朝著陰極的中心，以向下傾斜的方式延伸，其中優(yōu)選地，所述邊緣區(qū)域或多個(gè)邊緣區(qū)域相對(duì)于水平面的傾斜角度為2°至45°，更優(yōu)選為3°至20°，甚至更優(yōu)選為10°至15°。
[0038]此處優(yōu)選在陰極的橫截面中以及在陰極的寬度方向上觀察時(shí)，兩個(gè)邊緣區(qū)域中的至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)邊緣區(qū)域，以朝著陰極中心向下傾斜的方式延伸其寬度的至少30%，優(yōu)選至少50%，更優(yōu)選至少75%，甚至更優(yōu)選100%。然而，至少一個(gè)邊緣區(qū)域也可基本水平地延伸。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一種另外優(yōu)選的實(shí)施方式，所述陰極的底部區(qū)域至少在以下區(qū)域中以平面方式延伸，其中底部區(qū)域的表面相對(duì)于在垂直方向上延伸的平面具有-20°至20°，優(yōu)選-10 °至10°，更優(yōu)選0°的角度。
[0040]優(yōu)選地，當(dāng)在陰極的橫截面中觀察時(shí)，陰極的上側(cè)以槽狀方式，在陰極長(zhǎng)度的至少25%，優(yōu)選至少50%，特別優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%，最優(yōu)選約100%上形成，其中該槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域和一個(gè)底部區(qū)域，底部區(qū)域被布置在邊緣區(qū)域之間，并且當(dāng)在陰極的寬度方向上觀察時(shí)，相對(duì)于邊緣區(qū)域降低，其中在兩個(gè)邊緣區(qū)域中的每個(gè)邊緣區(qū)域和底部區(qū)域之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域和底部區(qū)域的側(cè)壁區(qū)域。
[0041]此處優(yōu)選地，i)底部區(qū)域和邊緣區(qū)域至少其中之一的寬度在陰極長(zhǎng)度的至少25 %，優(yōu)選至少50 %，特別優(yōu)選至少75 %，更優(yōu)選至少90 %，最優(yōu)選約100 %上變化，和/或
ii)從陰極的下側(cè)確定的陰極的上側(cè)的高度，在陰極長(zhǎng)度的至少25%，優(yōu)選至少50%，特別優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%，最優(yōu)選約100%上變化。
[0042]本發(fā)明還涉及一種用于電解池，特別是用于生產(chǎn)鋁的電解池的陰極，其中在陰極的橫截面中看，陰極的上側(cè)為槽狀，其中該槽體包括兩個(gè)邊緣區(qū)域和一個(gè)底部區(qū)域，底部區(qū)域被布置在邊緣區(qū)域之間，并且當(dāng)在陰極的寬度方向上觀察時(shí)，相對(duì)于邊緣區(qū)域降低，其中在兩個(gè)邊緣區(qū)域中的每個(gè)邊緣區(qū)域和底部區(qū)域之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域和底部區(qū)域的側(cè)壁區(qū)域，其中i)底部區(qū)域和邊緣區(qū)域至少其中之一的寬度在陰極的長(zhǎng)度上變化，和/或ii)從陰極的下側(cè)確定的陰極的上側(cè)的高度在陰極的長(zhǎng)度上變化。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明電解池中所含陰極的上述優(yōu)選實(shí)施方式，也適用于根據(jù)本發(fā)明的陰極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]下文將參考附圖，基于有利的實(shí)施方式，僅作為實(shí)例描述本發(fā)明，其中:
[0044]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的電解池的一部分陰極的透視圖，
[0045]圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的電解池陰極的局部剖視透視圖，
[0046]圖3a示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的電解池陰極的局部剖視透視圖，
[0047]圖3b示出圖3a的陰極的前視圖，和[0048]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的電解池的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的電解池的陰極10的透視圖。
[0050]由含碳材料組成的陰極10具有上側(cè)12，在電解池例如根據(jù)霍爾-埃魯工藝運(yùn)行期間，在上側(cè)12上布置電解池的液體鋁層。在實(shí)踐中，陰極10由在陰極的縱向方向I上觀察時(shí)并排布置的多個(gè)陰極塊組成，其中單獨(dú)陰極塊的縱向方向各自在陰極IO的寬度方向X上延伸。在圖1中未示出母線，母線從陰極的下側(cè)14，以電流饋接方式接觸陰極10，并且導(dǎo)電地連接至至少一個(gè)外部電流饋電。此處優(yōu)選地，每個(gè)母線都被插入凹槽中，凹槽被設(shè)置在每個(gè)陰極塊中，并且在陰極10的寬度方向X上延伸，也就是說，在相應(yīng)陰極塊的縱向方向上延伸。
[0051]如圖1中所示，當(dāng)在陰極10的橫截面中觀察時(shí)，陰極10的上側(cè)12為槽狀，其中槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域16、16’和一個(gè)底部區(qū)域18，底部區(qū)域18被布置在邊緣區(qū)域16、16’之間，并且當(dāng)在陰極10的寬度方向X上觀察時(shí)，相對(duì)于邊緣區(qū)域16、16’降低，其中在邊緣區(qū)域
16、16’中的每個(gè)邊緣區(qū)域和底部區(qū)域18之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域16、16’和底部區(qū)域18的側(cè)壁區(qū)域20、20’。在電解池例如根據(jù)霍爾-埃魯工藝運(yùn)行期間，邊緣區(qū)域16、16’、底部區(qū)域18和上側(cè)12的側(cè)壁區(qū)域20、20’被液體鋁層覆蓋。此處優(yōu)選地，設(shè)定陰極10的邊緣區(qū)域16、16’、底部區(qū)域18和側(cè)壁區(qū)域20、20’的尺寸，以使得槽體的體積，也就是說陰極10的上側(cè)和陽(yáng)極下側(cè)之間的體積，至少近似地相應(yīng)于具有常規(guī)傳統(tǒng)陰極的電解池的槽體體積。 [0052]在陰極10的寬度方向X上測(cè)量時(shí)，圖1中所示的陰極10的邊緣區(qū)域16、16’具有寬度b，如圖1中所示，寬度b在陰極10的縱向方向y上測(cè)量的長(zhǎng)度上變化。更特別地，圖1中所示的邊緣區(qū)域16、16’的細(xì)節(jié)具有5個(gè)縱向部分L1-L5，其中每個(gè)邊緣區(qū)域16、16’的寬度b在每個(gè)縱向部分L1-L5中都恒定，并且從縱向部分L1-L5至縱向部分L1-L5變化，更特別地，以使得在此處產(chǎn)生邊緣區(qū)域16、16’的寬度b的階梯狀變化，如在陰極10的縱向方向y上所觀察的。
[0053]此處，圖1中所示的陰極10相對(duì)于其平行于縱向方向y延伸的中間縱向平面是對(duì)稱的，并且因而底部區(qū)域18的寬度b也在陰極10的縱向方向y上變化，邊緣區(qū)域16、16’的寬度也是如此。
[0054]在圖2中示出電解池陰極10的另一種實(shí)施方式的局部剖視透視圖。
[0055]該實(shí)施方式與圖1中所示實(shí)施方式的類似之處在于，當(dāng)在陰極10的橫截面中觀察時(shí)，陰極10為槽狀，其中槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域16，其中在圖2的剖視圖中僅示出左邊緣區(qū)域，并且槽體具有底部區(qū)域18，在陰極10的寬度方向X上觀察時(shí)，底部區(qū)域18被布置在邊緣區(qū)域16之間，并且相對(duì)于邊緣區(qū)域16降低，其中，在每個(gè)邊緣區(qū)域和底部區(qū)域18之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域16和底部區(qū)域18的側(cè)壁區(qū)域20。與圖1中所示的實(shí)施方式相t匕，在圖2中所示的實(shí)施方式中，邊緣和底部區(qū)域16、18的寬度不在陰極10的縱向方向y上變化，而是當(dāng)在垂直方向z上從陰極10的下側(cè)14測(cè)量時(shí)，陰極10的上側(cè)12的高度h在陰極10的縱向方向y上變化。更特別地，圖2中所示的陰極10的上側(cè)12的細(xì)節(jié)具有三個(gè)縱向部分L1-L3，其中陰極10的上側(cè)12的高度h在每個(gè)縱向部分L1-LJ在陰極10的縱向方向y上)內(nèi)都恒定，但是從縱向部分L1-L3至縱向部分L1-L3變化，更特別地，以使得此處當(dāng)在陰極10的縱向方向y上觀察時(shí)，在邊緣區(qū)域16中和在底部區(qū)域18中以及在側(cè)壁區(qū)域20中都產(chǎn)生陰極10上側(cè)12的高度h的階梯狀變化。
[0056]如圖2中所示，當(dāng)在陰極10的寬度方向X上觀察時(shí)，邊緣區(qū)域16相對(duì)于水平面傾斜角度α，在本情況下，該角度略小于10°。
[0057]圖3a示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的一部分陰極10的透視的局部圖示，該圖很大程度上對(duì)應(yīng)于圖2中所示的實(shí)施方式，特別是，當(dāng)在陰極10的縱向方向y上觀察時(shí)，陰極10的上側(cè)12的高度h變化；然而，圖3中所示的陰極與圖2中所示的不同在于，一方面，邊緣區(qū)域16的高度h，另一方面，底部區(qū)域18的高度h，在相反方向上變化，特別是邊緣區(qū)域16的高度h在從縱向部分L1延伸至縱向部分L2的縱向方向y上增大，而底部區(qū)域18的高度h在該方向上減小。
[0058]圖3b示出從陰極10的前側(cè)觀察時(shí)縱向方向y上圖3a的陰極細(xì)節(jié)，并且示例了邊緣區(qū)域16和底部區(qū)域18的高度h的反方向變化。此處虛線示出被陰極10的縱向部分L1隱藏的縱向部分L2的軌跡。
[0059]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的電解池的平面圖。此處，為了不遮蓋陰極10和被布置在所述陰極之下和旁邊的組件的視圖，未示出陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和被連接至陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的電流源部分。
[0060]在橫截面中，陰極10具有槽的形狀，該槽體包括兩個(gè)邊緣區(qū)域16、16’，包括底部區(qū)域18，并且包括被布置在底部區(qū)域18和邊緣區(qū)域16、16’之間的側(cè)壁區(qū)域20、20’。此處陰極10本身對(duì)應(yīng)于圖1中所示的實(shí)施方式，更特別地，特別是圖4中所示的陰極10具有多個(gè)縱向部分L1至L9，其中單獨(dú)的邊緣區(qū)域16、16’和底部區(qū)域18的寬度b在陰極10的縱向方向y上變化。
[0061]該電解池包括9個(gè)條狀母線22、22’，其各自從陰極的下側(cè)，以電流饋接方式接觸陰極10，并且各自通過它們的縱向方向，在電解池的寬度方向X上中延伸。該電解池另外包括兩個(gè)集電器條24、24’，集電器條被這樣布置，即這些集電器條24、24’各自被連接至所有母線22、22’的各自的末端。因此，集電器條24、24’以相對(duì)于陰極10側(cè)向偏移的方式，沿縱向方向I延伸。
[0062]每個(gè)集電器條24、24’都分別關(guān)聯(lián)兩個(gè)外部電流饋電26、26’和26”、26”’，通過外部電流饋電26、26’和26”、26”’，電流被從外部饋送至被布置在陰極10下側(cè)14上的母線
22、22，。此處，外部電流饋電26、26’、26”、26”，被在各自連接點(diǎn)28、28’、28”、28”，處連接至集電器條24、24’之一，因此也在該點(diǎn)處間接地連接至母線22、22’，母線22、22’被連接至所述集電器條24、24’。
[0063]如圖4中所示，單獨(dú)連接點(diǎn)28、28’、28”、28”，和陰極10中單獨(dú)母線22、22’的入口點(diǎn)之間的距離在長(zhǎng)度上不同，也就是說，如下電通路P1-P3的長(zhǎng)度不同，電流必須通過電通路P1-P3，從單獨(dú)連接點(diǎn)28、28’、28”、28”’流動(dòng)至單獨(dú)母線22、22’的入口點(diǎn)，進(jìn)入陰極10的邊緣區(qū)域16、16’。此處，與陰極10的具有較長(zhǎng)電通路至距離縱向部分L1-L9最近之連接點(diǎn)28、28’、28”、28”’的縱向部分L1-L9相比，陰極10的具有較短電通路P1-P3至距離縱向部分L1-L9最近之連接點(diǎn)28、28’、28”、28”’的縱向部分L1-L9，在其邊緣區(qū)域16、16’中具有更大寬度b。同樣地，與陰極10的具有較長(zhǎng)電通路至距離縱向部分L1-L9最近之連接點(diǎn)28、28’、28”、28”’的縱向部分L1-L9相比，陰極10的具有較短電通路P1-P3至距離縱向部分L1-L9最近之連接點(diǎn)28、28’、28”、28”’的縱向部 分L1-L9，在其底部區(qū)域18中具有更小寬度b。
[0064]附圖標(biāo)記列表
[0065]10陰極
[0066]12上側(cè)
[0067]14下側(cè)
[0068]16、16’邊緣區(qū)域
[0069]18底部區(qū)域
[0070]20、20’側(cè)壁區(qū)域
[0071]22、22，母線
[0072]24、24’集電器條
[0073]26、26’、26”、26”，外部電流饋電
[0074]28、28’、28”、28”，連接點(diǎn)
[0075]x、y、z寬度、縱向和垂直方向
[0076]b寬度
[0077]I長(zhǎng)度
[0078]h高度
[0079]L1-L9縱向部分
[0080]P1-P3電通路
[0081]α傾斜角度
【權(quán)利要求】
1.一種電解池，特別是用于生產(chǎn)鋁的電解池，包括:陰極(10)，被布置在所述陰極(10)的上側(cè)(12)上的液體鋁層，其之上的熔體層，所述熔體層之上的陽(yáng)極，至少一個(gè)母線、優(yōu)選至少兩個(gè)母線(22、22’)，所述母線以電流饋接方式從陰極(10)下側(cè)(14)接觸所述陰極(10)，和至少一個(gè)外部電流饋電(26、26’、26”、26”’)，其中所述至少一個(gè)或每個(gè)外部電流饋電(26、26，、26，，、26，，，)在各自連接點(diǎn)(28、28，、28”、28”，)處導(dǎo)電地連接至至少一個(gè)母線、優(yōu)選地連接至至少兩個(gè)母線(22、22’)，其中在所述陰極(10)的橫截面中觀察，所述陰極(10)的上側(cè)(12)為槽狀，其中所述槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )和一個(gè)底部區(qū)域(18)，所述底部區(qū)域(18)被布置在所述邊緣區(qū)域(16、16’ )之間，并且在所述陰極(10)的寬度(X)方向看，相對(duì)于所述邊緣區(qū)域(16、16’)降低，其中，在所述兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)中的每個(gè)邊緣區(qū)域和所述底部區(qū)域(18)之間，設(shè)置連接所述相應(yīng)的邊緣區(qū)域(16、16’ )和所述底部區(qū)域(18)的側(cè)壁區(qū)域(20、20’)，其中i)所述底部區(qū)域(18)和所述邊緣區(qū)域(16、16’ )至少其中之一的寬度(b)在所述陰極(10)的長(zhǎng)度上變化，和/或ii)從所述陰極(10)的下側(cè)(14)確定的所述陰極(10)的上側(cè)(12)的高度(h)在所述陰極(10)的長(zhǎng)度上變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)的至少一個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)包括至少兩個(gè)各自具有不同寬度(b)的縱向部分(L1-L9),其中，所述邊緣區(qū)域(16、16’ )的通過最短電通路(P1-P3)連接至與其最近連接點(diǎn)(28、28，、28， ，、28，，，)的縱向部分(L1-L9)，具有所述邊緣區(qū)域(16、16，)的所有縱向部分(L1-L9)之中的最大寬度(b)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)的至少一個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)包括至少三個(gè)各自具有不同寬度(b)的縱向部分(L1-L9),其中通過比另一縱向部分(L1-L9)更長(zhǎng)電通路(P1-P3)連接至最近連接點(diǎn)(28、28，、28，，、28，，，)的每個(gè)縱向部分(L1-L9)，都具有比所述另一縱向部分(L1-L9)更小的覽度(b) ο
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)的底部區(qū)域(18)包括至少兩個(gè)各自具有不同寬度(b)的縱向部分(L1-L9),其中，所述底部區(qū)域(18)的通過最短電通路(P1-P3)連接至與其最近連接點(diǎn)(28、28，、28，，、28，，，)的縱向部分(L1-L9),具有所述底部區(qū)域(18)的所有縱向部分(L1-L9)之中的最小寬度(b)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)的底部區(qū)域(18)包括至少三個(gè)各自具有不同寬度(b)的縱向部分(L1-L9),其中通過比另一縱向部分(L1-L9)更長(zhǎng)的電通路(P1-P3)連接至其最近連接點(diǎn)(28、28’、28”、28”’ )的每個(gè)縱向部分(L1-L9),都具有比所述另一縱向部分(L1-L9)更大的寬度(b)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池，其特征在于， 所述陰極(10)的至少一個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)包括至少兩個(gè)各自具有不同高度(h)的縱向部分(L1-L9),其中通過最短電通路(P1-P3)連接至最近連接點(diǎn)(28、28’、28”、28”’ )的所述陰極(10)邊緣區(qū)域(16、16，)的縱向部分(L1-L9),具有邊緣區(qū)域(16、16，)的所有縱向部分(L1-L9)之中的最大高度(h)，從所述陰極(10)的下側(cè)(14)確定所述高度00，和/或所述陰極(10)的底部區(qū)域(18)包括至少兩個(gè)各自具有不同高度(h)的縱向部分(L1-L9),其中通過最短電通路(P1-P3)連接至所述最近連接點(diǎn)(28、28’、28”、28”’)的所述陰極(10)底部區(qū)域(18)的縱向部分(L1-L9),具有底部區(qū)域(18)的所有縱向部分(L1-L9)之中的最大高度(h)，從所述陰極(10)的下側(cè)(14)確定所述高度(h)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)的邊緣區(qū)域(16、16’)包括至少三個(gè)各自具有不同高度(h)的縱向部分(L1-L9),其中通過比另一縱向部分(L1-L9)更長(zhǎng)的電通路(P1-P3)連接至其最近連接點(diǎn)(28、28’、28”、28”’ )的每個(gè)縱向部分(L1-L9),都具有比所述另一縱向部分(L1-L9)更小的高度(h)，和/或所述陰極(10)的底部區(qū)域(18)包括至少三個(gè)各自具有不同高度(h)的縱向部分(L1-L9),其中通過比另一縱向部分(L1-L9)更長(zhǎng)的電通路(P1-P3)連接至最近連接點(diǎn)(28、28’、28”、28”’ )的每個(gè)縱向部分(L1-L9),都具有比所述另一縱向部分(L1-L9)更小的高度(h)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)的至少一個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)的最大與最小寬度(b)的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1，和/或 所述陰極(10)的至少一個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)的最大與最小高度(h)的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1，和/或 所述陰極(10)的所述底部區(qū)域(18)的最大與最小寬度(b)的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1，和/或 所述陰極(10)的所述底部區(qū)域(18)的最大與最小高度(h)的比例為2:1至1.05:1，優(yōu)選地為1.5:1至1.05:1，更優(yōu)選地1.3:1至1.05:1。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 以電流饋接方式從陰極(10)下側(cè)(14)接觸所述陰極(10)的至少一個(gè)母線、優(yōu)選地至少兩個(gè)母線(22、22’)，彼此平行布置并且彼此相距固定距離，在所述陰極(10)的全部寬度(b)上延伸，并且以電流饋接方式從陰極(10)下側(cè)(14)接觸所述陰極(10)，其中單獨(dú)的母線通過它們的一個(gè)末端各自導(dǎo)電地連接至集電器條，或者通過它們的每個(gè)末端各自導(dǎo)電地連接至分離的集電器條(24、24’)，并且所述一個(gè)或多個(gè)集電器條(24、24’ )導(dǎo)電地連接至一個(gè)或多個(gè)外部電流饋電(26、26，、26，，、26，，，)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述電解池包括2至60個(gè)，優(yōu)選10至48個(gè)，更優(yōu)選16至40個(gè)，甚至更優(yōu)選20至40個(gè)，最優(yōu)選36個(gè)母線(22、22，)，和2至6個(gè)外部電流饋電(26、26，、26”、26”，)，所述母線(22、22’)彼此平行布置并且彼此相距固定距離、在所述陰極(10)的全部寬度(b)上延伸，并且以電流饋接方式從陰極(10)下側(cè)(14)接觸所述陰極(10)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述陰極(10)由2至60個(gè),優(yōu)選10至48個(gè),更優(yōu)選16至40個(gè),甚至更優(yōu)選20至40個(gè)，最優(yōu)選36個(gè)并排布置的陰極塊組成，其中其下側(cè)上的每個(gè)陰極塊都具有至少一個(gè)凹槽，所述凹槽在所述陰極塊的縱向方向或在所述陰極(10)的寬度方向(X)上延伸，在所述凹槽中布置至少一個(gè)母線(22、22’)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電解池， 其特征在于， 每個(gè)所述凹槽都具有矩形橫截面以及在其長(zhǎng)度上變化的深度，其中與其中心處相比，處于其縱向側(cè)端處的每個(gè)凹槽都具有較淺的深度。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 在所述陰極(10)的寬度方向(X)上觀察時(shí)，兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )中的至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、 16’)朝著所述陰極(10)的中心，以向下傾斜的方式延伸，其中優(yōu)選地，所述一個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )或多個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )相對(duì)于水平面的傾斜角度(α)為2°至45°，更優(yōu)選為3°至20°，甚至更優(yōu)選為10°至15°。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 在所述陰極(10)的橫截面中以及在所述陰極(10)的寬度方向(X)上觀察時(shí)，所述兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )中的至少一個(gè)，優(yōu)選兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)，以朝著所述陰極(10)中心向下傾斜的方式延伸其寬度(b)的至少30%,優(yōu)選至少50%,更優(yōu)選至少75%,甚至更優(yōu)選100%。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 所述底部區(qū)域(18)至少在以下區(qū)域中以平面方式延伸，其中所述底部區(qū)域(18)的表面相對(duì)于在垂直方向(z)上延伸的平面具有-20°至20°，優(yōu)選-10°至10°，更優(yōu)選0°的角度。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的電解池， 其特征在于， 當(dāng)在所述陰極(10)的橫截面中觀察時(shí)，所述陰極(10)的上側(cè)(12)在所述陰極(10)長(zhǎng)度的至少25%，優(yōu)選至少50%，特別優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%，最優(yōu)選約100%上為槽狀，其中所述槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )和一個(gè)底部區(qū)域(18)，所述底部區(qū)域(18)被布置在所述邊緣區(qū)域(16、16’)之間，并且當(dāng)在所述陰極(10)的寬度方向(X)上觀察時(shí)，相對(duì)于所述邊緣區(qū)域(16、16’ )降低，其中在所述兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )中的每個(gè)邊緣區(qū)域和所述底部區(qū)域(18)之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域(16、16’ )和所述底部區(qū)域(18)的側(cè)壁區(qū)域(20、20，)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電解池， 其特征在于， i)所述底部區(qū)域(18)和所述邊緣區(qū)域(16、16’ )至少其中之一的寬度(b)在所述陰極(10)長(zhǎng)度的至少25%，優(yōu)選至少50%，特別優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%，最優(yōu)選約100%上變化，和/或ii)從所述陰極(10)的下側(cè)(14)確定的所述陰極(10)的上側(cè)(12)的高度(h)，在所述陰極(10)長(zhǎng)度的至少25%，優(yōu)選至少50%，特別優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%，最優(yōu)選約100%上變化。
18.一種用于電解池，特別是用于生產(chǎn)鋁的電解池的陰極，其中在所述陰極(10)的橫截面中觀察，所述陰極(10)的上側(cè)(12)為槽狀，其中所述槽體具有兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’)和一個(gè)底部區(qū)域(18)，所述底部區(qū)域(18)被布置在所述邊緣區(qū)域(16、16’ )之間，并且當(dāng)在所述陰極(10)的寬度方向(X)上觀察時(shí)，相對(duì)于所述邊緣區(qū)域(16、16’ )降低，其中在所述兩個(gè)邊緣區(qū)域(16、16’ )中的每個(gè)邊緣區(qū)域和所述底部區(qū)域(18)之間，設(shè)置連接相應(yīng)的邊緣區(qū)域(16、16’ )和所述底部區(qū)域(18)的側(cè)壁區(qū)域(20、20’)，其中i)所述底部區(qū)域(18)和所述邊緣區(qū)域(16、16’)至少其中之一的寬度(b)在所述陰極(10)的長(zhǎng)度上變化，和/或ii)從所述陰極(10)的下側(cè)(14)確定的所述陰極(10)的上側(cè)(12)的高度(h)在所述陰極(10)的長(zhǎng)度 上變化。
【文檔編號(hào)】C25C3/08GK103958739SQ201280055258
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月9日
【發(fā)明者】托馬斯·弗羅梅爾特, 阿拉什·拉希迪 申請(qǐng)人:西格里碳素歐洲公司