[发明专利]先进的铝电解池

说明书

在一些实施方式中，电解池包括：具有多个阳极的一个阳极模块；一个阴极模块，该阴极模块与阳极模块相对，并包括多个竖向阴极，其中多个阳极中的每个阳极和多个竖向阴极中的每个竖向阴极被竖向地定向并彼此间隔开；池贮存器；以及支承阴极模块的池底部，其中池底部包括第一上表面、第二上表面和通道，其中多个竖向阴极从上表面向上延伸，其中至少一个阴极块位于多个竖向阴极下方，其中第一上表面和第二上表面被构造成将电解池中产生的基本上所有液态铝引导至通道中，并且其中该通道被构造成从上表面接纳液态铝。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月8日提交的美国临时申请No.62/359,833的权益，该临时申请的全部内容在此通过参引并入本文。

技术领域

本发明涉及用于生产铝金属的设备和方法，并且更特别地，本发明涉及通过使用析氧阳极和铝可润湿阴极的电解作用来生产铝金属的设备和方法。

背景技术

在铝的商业生产中采用Hall-Heroult电解池来从氧化铝生产铝金属，该氧化铝溶解在熔融电解质(冰晶石“浴”)中并通过使用可消耗碳素阳极的DC电流来减少。用于熔炼氧化铝的传统方法和设备利用缓慢消耗并产生CO₂、即“温室气体”的碳素阳极。传统的阳极形状和尺寸也限制了反应物(溶解的氧化铝)的电解作用，该反应物行进至阳极底部的表面以用于反应。这将增加被称为“阳极效应”的现象的频率，该“阳极效应”导致CF4的产生，CF4是另一种受管制的“温室”气体。除了传统的商业铝冶炼设备之外，现有技术还包括其中阳极和阴极具有竖向取向的铝冶炼设备设计，例如，如在Dawless的标题为“Molten Salt BathCirculation Design For An Electrolytic Cell(用于电解池的熔盐浴循环设计)”美国专利No.5,938,914中所描述的，该文献的全部内容在此通过参引并入本文。尽管如此，替代性电极和铝冶炼设备设计仍然是该领域的关注点。

发明内容

在一些实施方式中，电解池包括：至少一个阳极模块，该至少一个阳极模块具有多个阳极，其中，该多个阳极中的每个阳极是析氧电极；至少一个阴极模块，该至少一个阴极模块与阳极模块相对，其中，该至少一个阴极模块包括多个竖向阴极，其中，该多个阳极中的每个阳极和该多个竖向阴极中的每个竖向阴极在其上具有垂直取向且彼此间隔开的表面。其中，阴极被熔融铝润湿，并且其中，至少一个阴极模块联接至电解池的底部；池贮存器；设置在池贮存器内的电解质；以及池底部，该池底部支承阴极模块，其中，池底部包括第一上表面、第二上表面和通道，其中多个竖向阴极从上表面向上延伸，其中多个竖向阴极完全浸没在电解质中，其中至少一个阴极块位于多个竖向阴极下方，其中第一上表面和第二上表面被构造成将电解池中产生的基本上所有液态铝引导至通道，并且其中通道被构造成从上表面接纳液态铝。

在一些实施方式中，池底部的上表面具有第一上表面和第二上表面，在第一上表面和第二上表面之间具有通道。

在一些实施方式中，通道与电解池的第一侧壁和第二侧壁等距离地定位。

在一些实施方式中，电解池还包括位于电解池的第一侧壁或第二侧壁中的至少一者附近的槽。

在一些实施方式中，第一上表面从电解池的第一侧壁朝向通道倾斜。

在一些实施方式中，第一上表面从竖向阴极表面倾斜到第二上表面，并且其中，第二上表面从电解池的侧壁朝向通道倾斜。

在一些实施方式中，第一上表面和第二上表面从电解池的侧壁倾斜到通道。

在一些实施方式中，第一上表面包括从竖向阴极的表面朝向第二上表面延伸的第一下降线。

在一些实施方式中，第一上表面沿着从竖向阴极的表面到第二上表面的第一下降线具有0到60度的斜率。