电解池的电极结构及其相关方法技术

在一实施例中，用于从氧化铝中生产铝的电解池包括：至少一个具有多个阳极的阳极模块；与阳极模块相对的至少一个阴极模块，其中所述至少一个阴极模块包括多个阴极，其中所述多个阳极悬在所述阴极模块上方并向下朝向所述阴极模块延伸，其中所述多个阴极定位成向上朝向所述阳极模块延伸，其中所述多个阳极中的每一个和所述多个阴极中的每一个交替地定位，其中所述多个阳极相对于相邻阴极选择性地可定位在水平方向上，其中所述阳极模块相对于所述阴极模块选择性地可定位在垂直方向上，并且其中每个阳极电极的一部分与相邻阴极的一部分重叠。

【技术实现步骤摘要】
电解池的电极结构及其相关方法分案信息本申请是2017年3月24日递交的申请号为201780018625.2、专利技术名称为“电解池的电极结构及其相关方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请案的交叉引用本申请是非临时专利申请，要求2016年3月25日提交的美国临时专利申请序列号为62/313，266的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本专利技术涉及生产铝金属的装置和方法，更具体地，涉及通过电解氧化铝生产铝金属的装置和方法。
技术介绍
霍尔赫劳尔特(Hall-Héroult)电解池用于从氧化铝到商业铝生产中制备铝金属，所述氧化铝溶解在熔融电解质(冰晶石“槽”)中，并通过直流电被可消耗型碳阳极还原。用于熔炼氧化铝的传统方法和装置通过使用碳阳极实现，所述碳阳极消耗缓慢并产生CO2—一种“温室气体”。传统的阳极形状和尺寸也会限制反应物(溶解的氧化铝)的电解，所述反应物会移动到阳极底部的中央进行反应。这引起了一种叫做“阳极效应”的现象，这种现象导致了另一种受管制的“温室”气体CF4的产生。除了传统的商业铝冶炼厂之外，现有技术还包括铝冶炼厂的设计，其中阳极和阴极均具有垂直取向，例如，如授予Dawless的题目名为“电解池的熔融盐槽循环设计”的第5,938,914号美国专利中所描述的那样，其全文通过引用结合于此。尽管如此，替代电极和铝冶炼厂的设计仍然受到该领域的关注。
技术实现思路
通常，本公开的各个实施例涉及垂直电极结构，其用于在电解池中电解生产有色金属(例如铝)。按本专利技术中所描述的，阳极模块(例如每个模块配置有多个垂直取向的惰性阳极)被配置(例如附接)到纵梁，其中该梁被配置成横跨电解池开口的上端。所述纵梁被配置成附接到或以其他方式连接到部件/升降机构以调整(例如升高或降低)该梁，并且因此，升高或降低连接到该梁的相应的阳极模块。随着阴极模块沿着电解池底部定位(并附接到电解池底部)，所述梁的垂直调整使阳极-阴极重叠有相应调整(即，升高的梁升高阳极模块并降低ACO，降低的梁降低阳极模块并增加ACO)。此外，在一些实施例中，各个阳极模块被配置成沿着横跨电解池的纵梁在其大致水平位置上是可调整的。由此，阳极模块被设计/配置成在其与模块的连接附接件中被松开，且能够沿着该梁移动模块。因此，阳极被移动以改变经调整的模块中的成组阳极和阴极模块中相应的成组阴极之间的阳极-阴极距离。在一些实施例中，在金属生产的预热或电解期间调整阳极到阴极的距离(例如以促进大致均匀的阳极到阴极的距离)。在一些实施例中，在金属生产期间调整阳极-阴极距离(ACD)。在一些实施例中，在金属生产期间调整阳极-阴极重叠(ACO)。在一些实施例中，在金属生产期间调整阳极-阴极距离(ACD)和ACO。本公开的主题涉及一种用于从氧化铝中生产铝的电解池，所述电解池具有：至少一个具有多个阳极的阳极模块，其中多个阳极中的每一个为含氧电极；与阳极模块相对的至少一个阴极模块，其中所述至少一个阴极模块包括多个阴极，其中所述多个阳极中的每一个和所述多个阴极中的每一个在其上具有垂直取向并且彼此隔开的表面，其中所述阴极是可润湿的，并且其中所述至少一个阴极模块连接到电解池的底部；电解池贮存器；布置在电解池贮存器内的电解质；以及设置在电解池贮存器内的金属垫，其中多个阳极至少部分浸入电解质中并悬在阴极模块上方并向下朝向阴极模块延伸，其中多个阴极完全浸入电解质中，其中多个阴极定位在电解池贮存器中向上朝向所述阳极模块延伸，其中多个阳极中的每一个和多个阴极中的每一个交替地定位在电解池贮存器内，其中多个阳极相对于相邻阴极选择性地可定位在水平方向上，其中阳极模块相对于阴极模块选择性地可定位在垂直方向上，且其中每个阳极电极的一部分与相邻阴极的一部分重叠。在另一实施例中，多个阳极在阳极模块上形成至少一行。在另一实施例中，多个阴极在阴极模块上形成至少一行。在另一实施例中，至少一行阳极中的相邻阳极之间具有间隙。在另一实施例中，至少一行阴极中的相邻阴极之间具有间隙。在另一实施例中，阳极和阴极之间的水平距离在1/4”至6”的范围内。在另一实施例中，阳极和阴极的垂直重叠在1”到100”的范围内。在另一实施例中，阳极是具有矩形横截面形状的板，其宽度为1”至75”，高度为5”至100”，并且厚度为1/4”至10”。在另一实施例中，阳极是具有弧形拐角的矩形横截面形状的板，具有的宽度在1”至75”，高度在5”至100”，厚度在1/4”至10”并且拐角半径在1/8”至1”的范围内。在另一实施例中，阳极是具有带弧形端部的圆角矩形横截面形状的板，具有的宽度在1”至75”，高度在5”至100”，厚度在1/4”至10”并且端部半径在1/8”至3”的范围内。在另一实施例中，阳极具有椭圆形横截面形状，其中长轴在1”至30”的范围内，短轴在1/4”至5”的范围内，高度在5”至50”的范围内。在另一实施例中，阳极具有圆形横截面形状，其中半径在1/4”至6”的范围内，高度在5”至75”的范围内。在另一实施例中，阴极是具有矩形横截面形状的板，具有的宽度在1”至75”的范围内，高度在5”至100”的范围内，厚度在1/8”至5”的范围内。在另一实施例中，阴极模块包括在阴极模块上形成至少一行的多个阴极，其中在一行的相邻阴极之间具有间隙，并且其中多个阴极具有矩形横截面形状，其尺寸的宽度在1”至40”的范围内，高度在5”至75”的范围内，厚度在1/8”至5”的范围内，其中的间隙在宽度1/16”至5”的范围内。在另一实施例中，阴极模块包括在阴极模块上形成至少一行的多个阴极，其中在一行的相邻阴极之间具有间隙，并且其中多个阴极具有圆形横截面形状，其半径在1/8”至3”范围内，高度在5”至75”范围内，其中的间隙在1/16”至2”范围内。在另一实施例中，阴极模块包括在阴极模块上形成至少一行的多个阴极，其中在一行的相邻阴极之间具有间隙，并且其中多个阴极具有圆角矩形横截面形状，其尺寸的宽度在1/4”至3”的范围内，高度5”至75”的范围内，厚度1/8”至3”的范围内，其中的间隙在宽度1/16”至3”的范围内。在另一实施例中，阴极模块包括在阴极模块上形成至少一行的多个阴极，其中在一行的相邻阴极之间具有间隙，并且其中多个阴极具有椭圆截面形状，其短轴在1/4”至3”的范围内，长轴在1”至8”的范围内，高度在5”至75”的范围内，其中的间隙在1/16”至3”的范围内。在另一实施例中，阳极模块包括以形成多行的阵列布置在所述阳极模块上的多个阳极，并且阴极模块包括以形成多行的阵列布置在阴极模块上的多个阴极，其中多行阳极和多行阴极是交错的，并且其中多个阳极具有矩形、带有弧形边缘的矩形、圆角矩形、圆形或椭圆形中的至少一种的横截面形状，并且多个阴极具有矩形、带有弧形边缘的矩形、圆角矩形、圆形或椭圆形中的至少一种的横截面形状。在另一实施例中，阳极模块在垂直于阳极延伸方向的平面中具有第一维度比第二维度大的轮廓，多行阳极布置成平行于或垂直于第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产铝金属的电解池，所述电解池包括至少一个阳极模块(12)，所述至少一个阳极模块(12)具有多个阳极(12E)并且被支撑在具有多个阴极(14E)的相应的至少一个阴极模块(14)上方，所述至少一个阳极模块(12)由定位装置支撑，所述定位装置配置成在所述电解池的内部移动，从而使所述多个阳极相对于相邻阴极在所述电解池内选择性定位，以便于调整阳极-阴极距离(ACD)和/或阳极-阴极重叠(ACD)。/n

【技术特征摘要】
20160325 US 62/313,2661.一种用于生产铝金属的电解池，所述电解池包括至少一个阳极模块(12)，所述至少一个阳极模块(12)具有多个阳极(12E)并且被支撑在具有多个阴极(14E)的相应的至少一个阴极模块(14)上方，所述至少一个阳极模块(12)由定位装置支撑，所述定位装置配置成在所述电解池的内部移动，从而使所述多个阳极相对于相邻阴极在所述电解池内选择性定位，以便于调整阳极-阴极距离(ACD)和/或阳极-阴极重叠(ACD)。


2.根据权利要求1所述的电解池，其中所述定位装置包括连接器组件(116)，用于将所述至少一个阳极模块(12)连接到在所述至少一个阳极模块(12)上方定位的跨梁(102)，所述连接器组件(116)被配置成沿着所述跨梁(102)的长度自由移动，以允许所述多个阳极相对于相邻阴极在水平方向上的选择性定位，以便于调整所述阳极-阴极距离(ACD)。


3.根据权利要求2所述的电解池，其中所述跨梁(102)具有第一端(104)和相对的第二端(106)，所述跨梁(102)在所述第一端(104)处由第一支撑装置(108)支撑并且在所述第二端(106)处由第二支撑装置(110)支撑，所述支撑装置(108，110)中的每个被定位在与所述电解池的侧壁(142)相邻的隔板(140)上。


4.根据权利要求3所述的电解池，其中所述跨梁(102)垂直于所述侧壁(142)取向。


5.根据权利要求3或4所述的电解池，其中所述支撑装置(108，110)连接到所述隔板(140)。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的电解池，其中所述跨梁(102)被配置成通过连接到所述支撑装置(108，110)的升降机(130)被升高或降低。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的电解池，其中所述连接器组件(116)包括第一部分(118)，所述第一部分(118)接触并且连接到所述阳极模块(12)的上表面(120)。


8.根据权利要求7所述的电解池，其中所述第一部分(118)在多个连接点处连接到所述上表面(120)。


9.根据权利要求7或8所述的电解池，其中所述连接器组件(116)还包括第二部分(124)，所述第二部分(124)包括第一端和相对的第二端，所述第二部分(124)的第一端连接到所述第一部分(118)或与所述第一部分(118)一体形成，所述第二部分(124)从所述第一部分(118)朝向所述跨梁(102)垂直延伸。


10.根据权利要求9所述的电解池，其中所述连接器组件(116)还包括第三部分(126)，所述第三部分(126)连接到所述第二部分(124)的第二端，所述第三部分(126)被配置成沿着所述跨梁(102)的长度滑动。


11.根据权利要求10所述的电解池，其中所述第三部分(126)被配置成被夹紧到所述跨梁(102)，以便将定位模块的一部分固定在所述跨梁上，或当所述第三部分(126)沿着所述跨梁(102)的长度自由移动时松开，以改变所述定位模块在所述跨梁上的位置。


12.根据权利要求2至10...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴华，
申请(专利权)人：美铝美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US