[发明专利]保护电解槽的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年3月13日提交的标题为“保护电解槽的系统和方法”的US申请号61/780,439的非临时申请，并且要求US61/780,439的优先权，US61/780,439通过引用而整体并入本申请中。

技术领域

大体上，本发明涉及电解槽的侧壁特征(例如，内侧壁或热表面)，该侧壁特征在电解槽工作中(例如，在电解槽中生产金属时)保护侧壁免受电解液的侵蚀。更具体地说，在本发明的一个或多个实施例中，在沿内侧壁的全部或一部分没有凝固壁架的情况下，内侧壁特征用于直接与电解槽中的金属、电解液和/或气相接触。

背景技术

传统上，电解槽的侧壁是由导热材料构成，沿整个侧壁(以及电解液的上表面)形成凝固壁架，从而保持电解槽的完整性。通过本发明的不同实施例，至少部分地使用本发明的一个或者多个侧壁实施例代替传统侧壁。

发明内容

在一些实施例中，提供一种稳定的侧壁材料，通过维持电解液化学成分中的一种或多种组分处在一定饱和百分比，使得该侧壁材料在熔融电解质(例如电解槽的电解液)中是稳定的(例如，基本上不反应的)。在一些实施例中，通过沿该侧壁设置的至少一个进料装置来维持电解液化学成分，该进料装置向电解槽提供进料(例如，能够作为保护性沉积物保持在邻近该电解槽的侧壁)。在一些实施例中，该保护性沉积物向电解液(例如，向紧邻该侧壁的电解液)供给至少一种电解液组分(例如，氧化铝)。作为一个非限制性的示例，随着该保护性沉积物缓慢地溶解，对于该电解液组分而言，邻近该侧壁的电解液化学成分处于饱和或接近饱和状态，因此通过与熔融电解质/电解液相互作用，能保护该侧壁免于溶解(例如溶解/腐蚀)。在一些实施例中，在电解槽工作条件下(例如，温度、电解液比率，以及电解液和/或含量)，该电解液对于具体电解液组分(例如，氧化铝)的饱和度根据进料浓度(例如，氧化铝)而定。

在一些实施例中，极化的侧壁(例如阳极极化的侧壁和/或阴极极化的侧壁)主动地帮助传导电流流入或流出壁面，其中，这种极化的材料抵抗：气相、电解液/空气界面、电解液、电解液/金属界面、金属层及其组合。

在一些实施例中，凝固壁架装置和/或导热体(例如隔热材料)包含至少一部分侧壁并且被配置为在特定位置从电解液中吸取热量，从而沿着一部分侧壁限定局部的凝固壁架。在一些实施例中，该局部的凝固壁架被配置成作为介于相对的极化侧壁部分和/或界面(例如电解液-气相界面或金属-电解液界面)之间的电绝缘体。在一些实施例中，该凝固壁架装置和/或导热体材料是与(a)非反应性的侧壁材料(也称为稳定的侧壁材料)和/或(b)极化的侧壁材料中的至少一个协同使用的。在一些实施例中，该凝固壁架装置是可调节的、可重新定位的和/或可移除的。在一些实施例中，该凝固壁架装置与侧壁是一体的(例如是侧壁的一部分)。

在一些实施例中，本发明的侧壁比传统的导热材料封装能节约能量：至少大致5％；至少大致10％；至少大致15％；至少大致20％；至少大致25％；或者至少大致30％。

在一些实施例中，热通量(即在电解槽运行期间通过该电解槽的侧壁的热损失)为：不超过大致5kW/m²；不超过大致4kW/m²；不超过大致3kW/m²；不超过大致2kW/m²；不超过大致1kW/m²；不超过大致0.75kW/m²。

在一些实施例中，热通量(即在电解槽运行期间通过该电解槽的侧壁的热损失)为：至少大致5kW/m²；至少大致4kW/m²；至少大致3kW/m²；至少大致2kW/m²；至少大致1kW/m²；至少大致0.75kW/m²。

与之形成鲜明对比的是，商业化的Hall槽运行时通过侧壁的热通量在大致8-12kW/m²之间。