[发明专利]用于还原铝的电解槽中的壁的侧壁砖

说明书

本发明涉及用于电解槽，特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖，用于制造这种侧壁砖的方法，这种侧壁砖的用途，和具有这种侧壁砖的电解槽。侧壁砖(28)是层状体，其包含具有较高热导率的层和具有较低热导率的层，其中所述热导率的差至少为5W/(m·K)。

本发明涉及用于电解槽，特别是用于生产铝的电解槽中的壁的侧壁砖(Seitenstein)，用于制造这种侧壁砖的方法，和这种侧壁砖的用途以及具有这种侧壁砖的电解槽。

电解槽被用于通过电解来生产铝，这在工业中常规上通过Hall-Héroult方法来进行。在Hall-Héroult方法中，将由氧化铝和冰晶石构成、优选由约15％～20％氧化铝和约85％～80％冰晶石构成的熔体电解。冰晶石Na₃[AlF₆]由此用于将纯氧化铝的2045℃的熔点降低到含有冰晶石、氧化铝和外加物质例如氟化铝和氟化钙的混合物的约960℃，使得可以在约960℃的降低的温度下进行熔体电解。

在这种方法中使用的电解槽具有由形成阴极的多个毗连的阴极块、例如24个毗连的阴极块构成的底部。在所述毗连的阴极块之间形成间隙。所述阴极块和可被填充的所述间隙的布置一般被称为阴极底部。所述阴极底部被由多个侧壁砖形成的壁封闭，并且所述壁与所述阴极底部一起形成内槽，所述内槽容纳铝层和熔体层并且其被外钢槽封闭。毗连的阴极块之间以及阴极块与侧壁砖之间存在的间隙或间隔在常规上用碳和/或含碳材料如无烟煤或石墨的捣打料以及粘合剂如煤焦油沥青进行填充。其充当针对熔融成分的密封并且补偿例如由于阴极块在电解槽启动期间受热时的膨胀而出现的机械应力。为了承受在电解槽操作期间普遍存在的热和化学条件，所述阴极块在常规上由均一的含碳材料构成，并且所述侧壁砖在常规上由均一的含碳材料或碳化硅构成。所述阴极块的底面设置有凹槽，在每个凹槽中布置有至少一个电流导轨，经阳极供应的电流通过所述电流导轨从电解槽传送出来。在阴极底部下面，也就是说在阴极块与容纳阴极的钢槽的底部之间，在常规上设置有耐火材料衬里，其使钢槽底部与阴极底部热绝缘。

由单独的阳极块形成的阳极布置在位于阴极上面的熔融铝层上方约3cm～5cm处，含有氧化铝和冰晶石的熔体位于所述阳极与铝表面之间。在约960℃下进行电解期间，形成的铝由于其密度与熔体相比较大而沉降在熔融层下方，也就是说作为阴极块的顶面与熔融层之间的中间层。在电解期间，溶解在熔融冰晶石中的氧化铝被流过的电流分解成铝和氧。根据电化学观点，熔融铝层是真正的阴极，因为铝离子在其表面处被还原成元素铝。然而，在下文中术语阴极将被理解为不是指根据电化学观点的阴极即熔融铝层，而是指形成阴极底部并由一个或多个阴极块构成的部件。

为了确保电解槽的高生产率，现代电解槽在例如高达600kA的高电解电流强度下操作。这些高电流强度导致在电解过程期间的热量产生增加。由于高的热量产生，已发现，难以以如下方式适配来自电解槽的热耗散：使得在整个电解槽中实现在电解的稳定性和效率方面以及在电解槽的使用寿命方面的最佳热状况，电解的能源效率例如因热量产生较高的电解槽区域中的过多热能损失而降低。电解操作的可靠性和经济性以及电解槽的使用寿命因此由于电解槽中的不利热状况而受损。

虽然可以经由钢槽底部通过布置在阴极底部与钢槽之间的耐火衬里来调节在电解槽中产生的过量热量、即维持熔融过程所不需要的热量的耗散，所述耐火衬里在常规上由耐火砖或板构成，所述耐火砖或板放置在钢槽中并且在钢槽底部区域中堆叠在彼此顶部上，但经由利用阴极底部和侧壁砖形成的内槽的相对薄侧壁进行热耗散对于液态铝层和发生电解的熔融层的区域中的温度条件也发挥了重要的作用。所述侧壁中的热流与电解槽中的热状况特别相关，因为侧壁在常规上与电解槽中的各种成分和介质接触，即特别是与液态铝层、布置在其上的液态熔融层、在所述液态熔融层上方存在的固化熔体或硬壳层和在电解槽期间由其中所含的多种元素产生的气体气氛接触。

所产生的热能的量必须以限定方式部分地耗散，但同时也必须避免过多的热损失，所述热损失意味着能量损失并因此损害电解过程的经济性。