保护电解槽侧壁的系统与方法技术方案

本申请涉及保护电解槽侧壁的系统与方法。广义上，本公开涉及电解槽侧壁特征(例如内部侧壁或热表面)，其在电解槽操作时(例如在电解槽中生产金属)保护侧壁不受电解槽浴影响。

System and method for protecting sidewall of electrolytic cell

System and method for protecting sidewall of electrolytic cell. In a broad sense, the present disclosure relates to the characteristics of the sidewall of an electrolytic cell, such as an inner side wall or a hot surface, which is protected by an electrolytic bath during the operation of an electrolytic cell (e.g., the production of metal in an electrolytic cell).

【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，并且要求2014年9月10日提交的美国专利申请号62/048,375的优先权，通过引用将其整体并入本文。
广义上，本公开涉及电解槽的侧壁特征(例如内部侧壁或热表面)，其在电解槽的操作中(例如在电解槽中生产金属)保护侧壁免受电解槽浴影响。更具体地，在本公开的一个或多个实施方案中，在没有沿整个内部侧壁或者一部分内部侧壁的冷凝槽帮(frozenledge)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)形成冷凝槽帮从而维持电解槽的完整性。通过本公开的各种实施方案，用本公开的一个或多个侧壁实施方案至少部分地替代所述侧壁。
技术实现思路
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，极化的侧壁(例如阳极极化侧壁和/或阴极极化侧壁)积极地辅助传导电流进入或离开所述壁，其中此类极化材料耐受：蒸气相、槽浴/空气界面、槽浴、槽浴/金属界面、金属垫、以及它们的组合。在一些实施方案中，冷凝槽帮装置和/或热导体(例如绝缘材料)包括侧壁的至少一部分，并且配置成在特定位置从槽浴中提取热量，从而限定出沿着侧壁一部分的局部冷凝槽帮。在一些实施方案中，将该局部冷凝槽帮配置成介于相反极化的侧壁部分和/或界面(例如槽浴-蒸气界面或金属-槽浴界面)之间的电绝缘体。在一些实施方案中，该冷凝槽帮装置和/或热导体材料与下列中的至少一种结合使用：(a)非反应性侧壁材料(也被称为稳定侧壁材料)和/或(b)极化的侧壁材料。在一些实施方案中，该冷凝槽帮装置是可调的，可复位的和/或可移动的。在一些实施方案中，该冷凝槽帮装置是整体(例如部分)侧壁。在一些实施方案中，本公开的侧壁相比于传统的导热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之间的跨侧壁的热通量。在本公开的一个或多个实施方案中，为金属电解槽提供活性/动态的侧/端壁，其中该侧壁的内部部分(内壁)是正极化的、负极化的、或者是组合的(正极化并负极化-在正极化侧壁部分和负极化侧壁部分之间具有绝缘体)。在本公开的一个或多个实施方案中，该中间部分(绝缘体)是用热和电的绝缘材料构造以防止热量损失。在一个或多个实施方案中，该侧壁的外部是外壳(例如钢)以实现结构稳定性。在一些实施方案中，使用稳定的材料和/或局部冷凝，并且具体设计/配置成延伸跨越所述动态(活性)侧/端壁中的间隙(例如密封和/或电绝缘)在本公开的一个方面，提供了一种电解槽，其包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴；包括侧壁和底部的电解槽本体，其中该电解槽本体配置成保持所述熔融电解液槽浴；其中该侧壁包括：极化侧壁部分，其中该极化侧壁部分与该熔融电解液槽浴液体连通。在本公开的一个方面，提供了一种电解槽壁，其包括：包含侧壁和底部的电解槽本体，其中该电解槽本体配置成保持熔融电解液槽浴；其中该侧壁包括：极化侧壁部分，其中该极化侧壁部分配置成与该熔融电解液槽浴液体连通。在本公开的一个方面，提供了一种电解槽，其包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴；电解槽本体，该电解槽本体包括侧壁和底部，其中该电解槽本体配置成保持该熔融电解液槽浴；其中该侧壁包括：极化侧壁部分和非极化侧壁部分，其中该极化侧壁部分和非极化侧壁部分两者彼此相邻并且与该熔融电解液槽浴液体连通。在本公开的一个方面，提供了一种电解槽，其包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴；电解槽本体，该电解槽本体包括侧壁和底部，其中该电解槽本体配置成保持该熔融电解液槽浴；其中该侧壁包括：占侧壁至少约50％的极化侧壁部分和非极化侧壁部分，其中极化侧壁部分和非极化侧壁部分两者彼此相邻并且与该熔融电解液槽浴液体连通。在本公开的一个方面，提供了一种电解槽侧壁，其包括：电解槽本体，该电解槽本体包括侧壁和底部，其中该电解槽本体配置成保持熔融电解液槽浴；其中该侧壁包括：极化侧壁部分(例如占侧壁的约1％到约100％)，其中该极化侧壁配置成与该熔融电解液槽浴液体连通。在一些实施方案中，该极化侧壁部分选自：阳极极化侧壁、阴极极化侧壁、以及它们的组合。在一些实施方案中，该非极化侧壁部分选自基本上由下列构成的组：热导体；稳定材料(非反应性材料)；冷凝槽帮装置，以及它们的组合。在一些实施方案中，该极化侧壁包括：阴极侧壁，其中该阴极极化侧壁部分位于电解槽本体底部附近(例如在槽浴-蒸气界面下方)并与其连通；此外其中该非极化侧壁部分位于阴极极化侧壁部分上方并且与槽浴-空气界面连通。在一些实施方案中，极化侧壁包括阳极极化侧壁部分，其中该阳极侧壁位于槽浴-蒸气界面附近并且与其连通，并且在电解槽本体的底部上方(例如在槽浴-金属界面上方；或不与阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解槽，包括：阳极；与阳极间隔开的阴极；与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴；电解槽本体，该电解槽本体包括侧壁和底部，其中该电解槽本体配置成保持该熔融电解液槽浴；其中侧壁包括：极化侧壁部分，其中该极化侧壁部分占侧壁的不大于95％并且与熔融电解液槽浴液体连通，其中侧壁的厚度为5mm到500mm。

【技术特征摘要】
2014.09.10 US 62/048,3751.一种电解槽，包括：
阳极；
与阳极间隔开的阴极；
与该阳极和阴极液体连通的熔融电解液槽浴；
电解槽本体，该电解槽本体包括侧壁和底部，
其中该电解槽本体配置成保持该熔融电解液槽浴；
其中侧壁包括：极化侧壁部分，其中该极化侧壁部分占侧壁的不大于95％并且与熔融
电解液槽浴液体连通，其中侧壁的厚度为5mm到500mm。
2.如权利要求1所述的电解槽，其中该极化侧壁部分是以下之一：
阳极极化侧壁、阴极极化侧壁、和它们的组合。
3.如权利要求1所述的电解槽，其中该极化侧壁部分包括：
阴极极化侧壁，其中该阴极极化侧壁位于槽浴-蒸气界面下方并且与电解槽本体底部
邻近，使得该阴极极化侧壁与电解槽底部液体连通。
4.如权利要求1所述的电解槽，其中该极化侧壁部分包括：
内部侧壁的表面的至少50％。
5.如权利要求1所述的电解槽，其中该装置包括：非极化侧壁部分，其中极化侧壁部分
和非极化侧壁部分两者彼此相邻并且都与熔融电解液槽浴液体连通。
6.如权利要求1所述的电解槽，其中该非极化侧壁部分位于阴极极化侧壁上方并且与
槽浴-空气界面连通。
7.如权利要求5所述的电解槽，其中该非极化侧壁部分选自以下：
热导体、稳定材料、冷凝槽帮装置、以及它们的组合。
8.如权利要求5所述的电解槽，其中该非极化侧壁配置成从电解槽底部延伸到高于金
属-槽浴界面的高度，此外其中该非极化侧壁部分配置成与阳极极化侧壁邻近并且与其连
通。
9.如权利要求1所述的电解槽，其中该极化侧壁部分包括：阳极极化侧壁，其中该阳极
极化侧壁位于电解槽本体底部上方并且与槽浴-蒸气界面邻近，使得该阳极极化侧壁与槽
浴-蒸气界面连通。
10.一种电解槽，该电解槽包括：
电解槽本体，该电解槽本体具有底部和至少一个侧壁，其中该电解槽本体配置成保持
熔融电解液槽浴，其中该侧壁包括：
第一侧壁部分，配置成安置在侧壁的热绝缘封装上并且保持电解液，该第一侧壁部分
包括阳极极化侧壁部分；和
第二侧壁部分，配置成从电解槽本体底部向上延伸，
其中该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
及第一侧壁部分和第二测壁部分之间的基底限定出沟槽，该沟槽具有10mm到不超过500mm
的宽度；

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，R·A·迪米利亚，J·M·迪尼斯，J·S·马特洛，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：发明
国别省市：美国;US