电解槽及电解槽系统技术方案

本申请涉及电解槽及电解槽系统。提供了一种电解槽系统，该电解槽系统包括电解槽，该电解槽被配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包含至少一种槽浴成分，该电解槽包括：底部，和基本上由所述至少一种槽浴成分构成的侧壁；和进料，所述进料包括熔融电解液槽浴中的所述至少一种槽浴成分，使得所述至少一种槽浴成分在饱和度的30％之内，其中通过所述进料，该侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本专利申请是非临时性的，要求2014年9月10日提交的美国专利申请号62/048,391的优先权，通过引用将其整体并入本文。
技术介绍
传统上，电解槽的侧壁由热传导材料构成，以沿着整个侧壁(和槽浴的上表面)形成冷帮(frozen ledge)从而维持电解槽的完整性。
广义上，本公开涉及电解槽的侧壁特征(如：内部侧壁或热表面)，其在电解槽的操作中(如：在电解槽中生产金属)保护侧壁免受电解浴影响。更具体地，在没有沿整个内部侧壁或者一部分内部侧壁的冷帮的情况下，内部侧壁特征提供与电解槽中的金属、浴和/或蒸气的直接接触。
技术实现思路
通过本公开的各种实施方案，用本公开的一个或者多个侧壁实施方案至少部分地替代电解槽侧壁。在一些实施方案中，提供了一种稳定的侧壁材料，通过使槽浴(bath)化学组成中的一种或多种成分维持在特定的饱和度百分比，使得该侧壁材料在熔融电解液(如槽浴)中是稳定的(例如基本上是非反应性的)。在一些实施方案中，在电解槽中通过至少一个进料装置(例如沿着侧壁定位)维持槽浴化学组成，该进料装置向电解槽中提供进料(例如该进料保持为位于电解槽侧壁附近的保护沉积物)。在一些实施方案中，该保护沉积物向槽浴(例如向紧邻侧壁的槽浴中)提供至少一种槽浴成分(例如氧化铝)。作为一个非限制性实例，随着保护沉积物慢慢溶解，邻近侧壁的槽浴化学组成处于或接近该槽浴成分的饱和度，从而保护侧壁免于因与熔融电解液/槽浴相互作用而溶解(例如溶解/侵蚀)。 在一些实施方案中，对于特定的槽浴成分(例如氧化铝)槽浴的百分比饱和度在电解槽运行条件下(例如温度、槽浴比率、和槽浴化学组成和/或含量)是进料浓度(例如氧化铝)的函数。在一些实施方案中，本公开的侧壁相比于传统的热传导材料封装提供如下能量节省：至少约5％；至少约10％；至少约15％；至少约20％；至少约25％；或至少约30％。在一些实施方案中，热通量(即，在电解槽运行期间跨电解槽侧壁的热量损失)为：不大于约8kW/m2；不大于约4kW/m2；不大于约3kW/m2；不大于约2kW/m2；不大于约1kW/m2；不大于约0.75kW/m2。在一些实施方案中，热通量(即，在电解槽运行期间跨电解槽侧壁的热量损失)为：至少约8kW/m2；至少约4kW/m2；至少约3kW/m2；至少约2kW/m2；至少约1kW/m2；至少约0.75kW/m2。与此形成鲜明对比的是，市售的霍尔槽运行时具有约8-15kW/m2的跨侧壁的热通量。在本公开的一个方面，提供了一种系统，该系统包括：电解槽，该电解槽配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包括至少一种槽浴成分，该电解槽包括：底部(例如阴极或金属垫)和侧壁，该侧壁基本上由所述至少一种槽浴成分构成；和进料系统，该进料系统配置为将包括所述至少一种槽浴成分的进料加入到熔融电解液槽浴中，使得该至少一种槽浴成分在饱和度的约5％内，其中，通过所述进料，使得侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。在一些实施方案中，槽浴包含的进料(例如氧化铝)含量超过其饱和度极限(例如使得在槽浴中存在微粒)。在一些实施方案中，槽浴成分(例如氧化铝)包含如下平均槽浴含量：在饱和度的约5％内；在饱和度的约2％内；在饱和度的约1％内；在饱和度的约0.5％内；处于饱和；或高于饱和(例如在槽浴中存在槽浴成分的未溶解微粒)。在一些实施方案中，槽浴成分的饱和为：饱和度的至少约95％；饱和度的至少约96％；饱和度的至少约97％；饱和度的至少约98％；饱和度的至少约99％；处于100％饱和度；或高于饱和度(例如在槽浴中存在槽浴成分的未溶解微粒)。在一些实施方案中，槽浴成分的饱和为：饱和度的不大于约95％；饱和度的不大于约96％；饱和度的不大于约97％；饱和度的不大于约98％；饱和度的不大 于约99％；饱和度的不大于100％。在一些实施方案中，侧壁成分包含高于电解液槽浴中的一定饱和度阈值的饱和度百分数(例如对于电解槽工作参数)。在一些实施方案中(例如当侧壁成分是氧化铝时)，通过LECO分析法分析测定氧化铝的饱和度(即平均饱和度％)。在一些实施方案中(即侧壁材料不是氧化铝时，例如Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La和Ce)，利用AA、ICP、XRF和/或它们的组合以及其它常见的公认分析方法来量化平均饱和度％。在一些实施方案中，确定稳定材料的饱和度％的分析方法包括与该分析方法有关的校正误差(例如LECO测量方法具有通常+/-5％的误差率)。在一些实施方案中，侧壁成分在槽浴中以如下平均％饱和度含量存在：饱和度的至少70％；饱和度的至少75％；饱和度的至少80％；饱和度的至少85％；饱和度的至少90％；饱和度的至少95％；饱和度的至少100％(即饱和的)；或饱和度的至少105％(即超过饱和)。在一些实施方案中，侧壁成分在槽浴中以如下平均％饱和度含量存在：饱和度的不大于70％；饱和度的不大于75％；饱和度的不大于80％；饱和度的不大于85％；饱和度的不大于90％；饱和度的不大于95％；饱和度的不大于100％(即饱和的)；或饱和度的不大于105％(即超过饱和)。在一些实施方案中，槽浴成分包含以电解槽各处平均值测量的槽浴含量饱和度百分数。在一些实施方案中，槽浴成分包含在邻近侧壁(例如非反应性的/稳定的侧壁材料)位置测得的槽浴含量饱和度百分数。在一些实施方案中，邻近侧壁的位置是如下的槽浴：接触所述壁；距离所述壁不超过约1”；距离所述壁不超过约2”；距离所述壁不超过约4”；距离所述壁不超过约6”；距离所述壁不超过约8”；距离所述壁不超过约10”；距离所述壁不超过约12”；距离所述壁不超过约14”；距离所述壁不超过约16”；距离所述壁不超过约18”；距离所述壁不超过约20”；距离所述壁不超过约22”；或距离所述壁不超过约24”。在一些实施方案中，邻近侧壁的位置是如下的槽浴：接触所述壁；距离所述壁小于约1”；距离所述壁小于约2”；距离所述壁小于约4”；距离所述壁小于约6”；距离所述壁小于约8”；距离所述壁小于约10”；距离所述壁小于约12”；距离所述壁小于约14”；距离所述壁小于约16”；距离所述壁小于约18”；距离 所述壁小于约20”；距离所述壁小于约22”；或距离所述壁小于约24”。在本公开的一个方面，提供了一种系统，其包括：电解槽本体，该电解槽本体配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包括氧化铝，该电解槽包括：底部(例如阴极或金属垫)和基本上由氧化铝构成的侧壁；和进料器系统，该进料器系统配置为向熔融电解液槽浴中提供包括氧化铝的进料，使得氧化铝的槽浴含量在饱和度的约10％之内，其中通过该槽浴含量，侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。在本公开的一个方面，提供了一种电解槽，该电解槽包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与阳极和阴极液体连通的电解液槽浴，该槽浴具有包含多种槽浴成分的槽浴化学组成；电解槽本体，该电解槽本体包括：底部和围绕该底部的至少一个侧壁，其中该侧壁基本上由槽浴化学组成中的至少一种槽浴成分组成，其中槽浴化学组成包含所述至少一种槽浴成分，在该成分的饱和度极限的约10％内，使得通过该槽浴化学组成，侧壁在侧壁与槽浴的界面处得以维持(例如在电解槽运行期间)。在本公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解槽系统，其特征在于该电解槽系统包括：电解槽，该电解槽配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包括至少一种槽浴成分，该电解槽包括：底部，和侧壁，基本上由该至少一种槽浴成分组成，其中该侧壁的厚度为3mm到不超过500mm；和进料，包括熔融电解液槽浴中的所述至少一种槽浴成分，使得该至少一种槽浴成分在饱和度的90％内，其中，通过该进料，该侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。

【技术特征摘要】
2014.09.10 US 62/048,3911.一种电解槽系统，其特征在于该电解槽系统包括：电解槽，该电解槽配置为保持熔融电解液槽浴，该槽浴包括至少一种槽浴成分，该电解槽包括：底部，和侧壁，基本上由该至少一种槽浴成分组成，其中该侧壁的厚度为3mm到不超过500mm；和进料，包括熔融电解液槽浴中的所述至少一种槽浴成分，使得该至少一种槽浴成分在饱和度的90％内，其中，通过该进料，该侧壁在熔融电解液槽浴中稳定。2.根据权利要求1所述的电解槽系统，其特征在于该槽浴成分的饱和为：饱和度的至少95％。3.根据权利要求1所述的电解槽系统，其特征在于槽浴成分的饱和为：饱和度的不大于100％。4.根据权利要求1所述的电解槽系统，其特征在于在距侧壁不超过6英寸的位置测量饱和度百分比。5.一种电解槽，其特征在于该电解槽包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴，其中该熔融电解液槽浴含有包括至少一种槽浴成分的槽浴化学组成，电解槽本体，该电解槽本体具有：底部和围绕该底部的至少一个侧壁，其中该电解槽本体被配置为保持熔融电解液槽浴，其中所述侧壁基本上由所述至少一种槽浴成分组成，所述侧壁进一步包括：第一侧壁部分，配置为安置到侧壁的热绝缘封装上以及保持电解液；和第二侧壁部分，配置为从电解槽本体的底部向上延伸，其中第二侧壁部分与第一侧壁部分纵向间隔，使得第一侧壁部分、第二侧壁部分以及第一部分和第二部分之间的基底限定出沟槽，所述沟槽具有10mm到不超过500mm的沟槽宽度；其中该沟槽被配置为接收保护沉积物和保持该保护沉积物与电解槽底部分离；其中该保护沉积物被配置为从沟槽中溶解到熔融电解液槽浴中，使得该熔融电解液槽浴包含一定水平的所述至少一种槽浴成分，其足以在熔融电解液槽浴中维持所述第一侧壁部分和第二侧壁部分。6.一种电解槽，其特征在于该电解槽包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴，其中该熔融电解液槽浴含有包括至少一种槽浴成分的槽浴化学组成；电解槽本体，该电解槽本体具有：底部和围绕该底部的至少一个侧壁，其中该电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，J·沃德，D·A·威劳克，F·E·菲尔普斯，J·M·迪尼斯，J·克尔克霍夫，R·A·迪米利亚，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：新型
国别省市：美国;US