(57)【要約】  本発明は、アルミニウムをその酸化物から生産するための電解セルに関し、カソード（１）と、少なくとも一つの側壁（１ａ）とを含み、それらは共に槽（１ｃ）を囲み、槽（１ｃ）内に、カソード（１）または側壁（１ａ）から槽（１ｃ）内へ延びる、少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が形成されている。
2013537939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムをその酸化物から生産するための電解セルであって、カソード（１）と、少なくとも一つの側壁（１ａ）とを含み、それらは共に槽（１ｃ）を囲み、槽（１ｃ）内に、カソード（１）または側壁（１ａ）から槽（１ｃ）内へ延びる、少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が形成されていることを特徴とする電解セル。
【請求項２】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）は、カソード（１）および／または側壁（１ａ）の上に約５ｃｍと５０ｃｍとの間で突出していることを特徴とする請求項１に記載の電解セル。
【請求項３】
複数の隆起部（１ｄ）が存在し、相互に規則的または不規則的な間隔で並んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の電解セル。
【請求項４】
槽（１ｃ）が、平面図において、長手方向の各側面に各側壁（１ａ）を有する長方形形状を示し、両方の側壁（１ａ）から槽（１ｃ）内部に隆起部（１ｄ）が突出していることを特徴とする請求項３に記載の電解セル。
【請求項５】
少なくとも一つの側壁（１ａ）が、側壁ブロック（１ａ１）を含んでいることを特徴とする請求項３または４に記載の電解セル。
【請求項６】
カソード（１）が、複数のカソードブロック（１ｂ１）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項７】
側壁ブロック（１ａ１）および／またはカソードブロック（１ｂ１）の間に、突き固めの素地（１ｆ）で充填した突き固めた継ぎ目（１ｅ）が延び、少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、端部で、突き固めの素地（１ｆ）を介して突き固めた継ぎ目（１ｅ）に収容されていることを特徴とする請求項５または６に記載の電解セル。
【請求項８】
側壁ブロック（１ａ１）間の突き固めた各継ぎ目（１ｅ）に隆起部（１ｄ）が収容されていることを特徴とする請求項７に記載の電解セル。
【請求項９】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、横断面図において、丸くした角を有する長方形形状を示すことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１０】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、無煙炭、炭素またはグラファイトで製造されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１１】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、ＣＦＣ−材料および／または少なくとも部分的に圧縮された膨張グラファイトで製造されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１２】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、層構造を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１３】
層構造の中心層は、カソード（１）および／または側壁（１ａ）の上に突き出ており、外層は、継ぎ目（１ｅ）に収容されていることを特徴とする請求項１２に記載の電解セル。
【請求項１４】
中心層がＣＦＣ−材料を有し、および／または、外層が、少なくとも部分的に圧縮された膨張グラファイトおよび／または突き固めの素地を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の電解セル。
【請求項１５】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、電解セルのカソード（１）および／または側壁（１ａ）より低い比電気伝導率を有することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１６】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、脱着可能な隆起部（１ｄ）として備えられていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１７】
少なくとも一つの隆起部（１ｄ）が、ねじで固定できる隆起部（１ｄ）として備えられていることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【請求項１８】
隆起部（１ｄ）が、少なくとも一つのねじユニット（９）を用いて、電解セルのカソード（１）および／または側壁（１ａ）に固定されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項以上に記載の電解セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融解電解を用いてアルミニウムを生産するための電解セルに関する。
【０００２】
アルミニウムをその酸化物から工業的に生産するために、現在いわゆるホールエルー法が採用されている。当該方法には、融解氷晶石（Ｎａ３［ＡｌＦ６］）に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を溶解し、そのようにして形成された混合物が電解セルの電解液として用いられる電解プロセスが関係する。このようなホールエルー法を実行するための電解セルの基本的な構成を図１ａないし１ｃに模式的に示す。図１ａは、従来のセルの横断面図を示し、図１ｂは外から見たセルの側面図である。図１ｃは、電解セルの斜視図を示す。
【０００３】
参照番号１により、例えばグラファイト、無煙炭またはそれらの混合物から製造可能であるカソードが示される。あるいは、コークスベースのグラファイト化されたカソードを用いてもよい。カソード１は、一般に、スチールおよび／または耐火性材料などからなる枠２にはめ込まれている。カソード１は、一体として構成されていてもよいし、複数の個々のカソードブロックから構成されていてもよい。
【０００４】
カソード１において、セルの長さを超えて、何本かの電流供給棒３が差し入れられており、図１ａの横断面図においては一つの電流供給棒３だけが認識できる。図１ｃでは、カソードブロック１つにつき、例えば２本の電流供給棒が備えられていてもよいことが示されている。電流供給棒は、セルに、電解プロセスに必要とされる電流を供給するために用いられる。カソード１に、向かい合わせに、複数の典型的には直方体形状のアノード４があり、図１ａでは、２つのアノード４を模式的に示す。図１ｃは、電解セルのアノードのより詳しい配置を示す。本方法の実施においては、カソード１とアノード４との間に電圧をかけることによって、氷晶石に溶けた酸化アルミニウムがアルミニウムイオンと酸素イオンとに解離し、アルミニウムイオンが、そこで電子を受け取るために、融解したアルミニウム−電気化学的にみれば本来のカソード−へと移動する。より高い密度のために、液相のアルミニウム５が、酸化アルミニウムと氷晶石からなる融解した混合物６の下に集まる。アノードで酸素イオンが酸素に還元され、この酸素がアノードの炭素と反応する。
【０００５】
参照番号７および８は、電解プロセスに必要とされる電圧を供給するための電源装置の負極または正極を模式的に示し、その値は例えば約３．５Ｖと５Ｖとの間である。
【０００６】
図１ｂの側面図からわかるように、枠２、およびそれに伴い、電解セル全体は縦長形状を示し、枠２の側壁を通って水平に多くの電流供給棒３が挿入される。典型的には、現在用いられているセルの長手方向の長さは約８と１５ｍとの間にあり、一方、幅方向の長さは約３ｍから４ｍである。図１ａに示すカソードは、例えばＥＰ１８４５１７４に開示されている。
【０００７】
今日、電解プロセスに使われる、６００ｋＡにもなる電流強度は、高いエネルギー需要を引き起こす。それに結びつくコストは、上記の融解電解のプロセスコストの大部分を占める。このコストを下げることは、融解電解の分野で克服しなければならない本質的な課題の一つである。
【０００８】
エネルギー消費の決定的な一つの要因は、電解セルのアノードの表面と液体アルミニウムの表面との間の必須の間隔である。アルミニウムを介した、アノードとカソードブロックとの間の短絡を避けるために、一つまたは複数のアノードは、アルミニウムの表面から十分離れている必要がある。アノードは、理論的には、液体アルミニウムが静止しているときは、液体アルミニウムの表面の非常に近くに配置することができる。しかし、融解電解において電流供給棒を介してカソードへ流入する高電流によって電磁場が生じ、これが、その相互作用によって、液体アルミニウム中に流動と波状運動とを誘導する。
【０００９】
この波状運動の結果、短絡と、アルミニウムから酸化アルミニウムへの望ましくない逆反応（酸化）を避けるために、アルミニウムの表面が静止している場合と比較して大きい、アノードの安全な間隔が保たれなければならなくなる。そのうえ、波状運動は、カソードの局所的に増大する摩耗を引き起こし、それによって電解セル全体の寿命が減少する。
【００１０】
それゆえ、本発明の課題は、融解電解における上記波の発生が軽減された、アルミニウム生産のための電解セルを提示することにある。
【００１１】
この課題は、本発明に従い、請求項１の特徴を有する電解セルによって解決される。より好ましい実施形態は下位請求項にて提示する。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、アルミニウムをその酸化物から生産するための電解セルは、カソードと、少なくとも一つの側壁とを含み、それらは共に槽を囲み、当該槽内に、カソードまたは側壁から槽内へ延びる、少なくとも一つの隆起部が形成されている。
【００１３】
本発明の意図するところでは、"カソード"という概念は、一般的な意味に理解される。ここでは、例えば、−しかしこれに限定されるものではないが−、複数のカソードブロックにより構成される所謂カソード底部が挙げられ、それ故に、本発明に基づく中心的な局面−上記の隆起部の形成−が、全体としてこのカソード底部によって実現される。カソードという概念により、しかし、このようなカソード底部を形成するカソードブロックという意味での部分構造もまた、論じられてもよい。"カソード"に関連して、本発明に寄与するすべての特徴は、以下に明示的に説明されなくても、同様に、"カソードブロック"に関しても、本発明に含まれる。
【００１４】
少なくとも一つの隆起部は、波状運動を減少させ、それによって、液体アルミニウムの表面の鎮静化に寄与する一種の防波堤として機能する。言い換えれば、少なくとも一つの隆起部は、カソードの槽内部での液体流動に、抑制または阻止という意味で影響を及ぼすために、意図的にはめ込まれた障害物である。
【００１５】
上記隆起部を用いて、カソードの槽内部の融解アルミニウムを静めることができるので、本発明の実施形態によって形成された電解セルのアノードを、液体アルミニウムの表面のより近くに配置することができ、したがって、電解セルのエネルギー効率が高められる。これによって、単位生産物当たりのエネルギーコストが明らかに引き下げられる。アノード−カソード−間隔、より厳密には液体アルミニウムに対するアノードの隔たりの減少は、さらに、電流強度を高めるため、および、これに伴い電解セルの生産性を高めるために利用されることができる。加えて、液体運動によって生み出される機械的な影響（摩耗）によるカソード材料の損失が減少する。これによって、カソードのより長い耐用期間を達成することができる。
【００１６】
一つまたは複数の隆起部の大きさおよび位置については、これは、少なくとも部分的に、電解セルの槽の具体的な幾何学形状および電解セルのカソードへの電流供給方法に依存する。約８ｍと１５ｍとの間の長さ、および約３ｍから４ｍの幅を有する現在の通常のセルに対しては、少なくとも一つの隆起部は従来のカソードの表面の上に約５ｃｍおよび５０ｃｍ突き出るとよいことが判明した。
【００１７】
電解セルの一実施形態では、例えば複数の隆起部が存在し、互いに間隔を置いて配置される。このようにして、流動遮断の課題が、複数の隆起部に分配され、その結果、その運動に関連して液体の大きな均質性が達成される。
【００１８】
一般に、上記隆起部は、カソードまたは少なくとも一つの側壁から、電解セルの中心の方向に延びているか、または、槽の中に突出している。両方の壁の領域において固定することは有利でありうる。液体アルミニウムにおける波状運動の確実な抑制の観点から、少なくとも一つの隆起部は、一つの側面から、槽内部へ延びると有利であることが明らかになった。
【００１９】
平面図において上記槽が各側面に各側壁を備えた長方形形状を有する、現在の普通の電解セルでは、好ましくは、両方の側壁に隆起部が備えられ、槽内部に突出する。電解セルの長手方向軸に対する配置の対称性は、液体内部の均一性の観点から有利に働く。他に、隆起部は、その底縁、つまり、カソードに最も近い縁が、カソードから離れているように形成することが可能である。
【００２０】
しかし、本発明の範囲内において、驚くことに、特に、液体アルミニウムの波状運動の抑制のために、不規則な間隔で隆起部を配置することも有利な結果を生むということがわかった。
【００２１】
カソードおよび／または少なくとも一つの側壁が、単一のブロックではなく、突き固めの素地または接着剤を介して結合される複数の部材から形成されることも多い。そのようにして、少なくとも一つの側壁は、複数の側壁ブロックから形成でき、カソードは、複数のカソードブロックから形成できる。かかる実施では、カソードブロックおよび／または側壁ブロックの間に、例えば接着剤−または突き固めた継ぎ目が延びる。突き固めの素地は、一般的には炭素粒子およびコールタールまたはコールタールピッチからなる混合物から製造され、これは、隙間を密閉するために突き固められてブロック間に強く圧縮して充填される。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、上記突き固めの素地は、隆起部を、カソードおよび／または側壁に固定するために用いることができる。そのために少なくとも一つの隆起部は、一方の端部にて、突き固めた継ぎ目に、突き固めの素地を介して収容される。この形態は、特に、製造上の観点から利点がある。接合密閉の作業工程によって隆起部を一体化することができるからである。この場合、カソードおよび／または側壁に隆起部を固定するための追加の固定または追加の固定手段は不要である。
【００２３】
すでに述べた対称性と均一性との趣旨で、前述の実施形態では、隆起部が側壁ブロックおよび／またはカソードブロックのすべての継ぎ目に収容されると有利である。
【００２４】
少なくとも一つの隆起部のさらなる寸法については、この寸法は、例えば、槽の内部に約５ｃｍと約５０ｃｍとの間、特に約１０ｃｍと２０ｃｍと間の深さに伸びるのが有利である。"深さ"との表現は、本発明の枠内においては、隆起部がそこから延びていく側壁に垂直で底壁に平行な寸法をいう。長方形の槽を有する電解セルでは、これは、側壁からカソードの長手方向軸または幅方向軸へ向かう方向であり、円形の電解セルでは半径方向に相応する。上記の深さの範囲は、上述の大きさのカソード槽において波状運動を確実に抑制するのには十分であることが明らかになった。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも一つの隆起部は、横断面図において、丸くした角を有する長方形形状を示す。丸くした角は、液体アルミニウム内での渦発生の抑制の観点から有益である。代替的に、斜めに切った形状での実施を、発生する波を「衝突」させるために行うことができる（図４参照）。
【００２６】
少なくとも一つの隆起部は、例えば炭素またはグラファイトから製造される。また、有利には、材料の組み合わせ、特に、例えばＣＦＣ材料（カーボンファイバー強化炭素）、あるいは圧縮または部分圧縮された膨張グラファイトからなる板またはフィルムのような、グラファイトを含有する複合材料または炭素を含有する複合材料とすることができる。これは、少なくとも一つの隆起部の材料がカソード自身の材料と類似であることを意味する。このようにして、カソードの内部における、融解電解の過程または化学的な状況は影響をうけない。有利には、カソードの電流流れに出来る限りわずかにしか影響を及ぼさないという観点から、少なくとも一つの隆起部は、カソードおよび／または側壁よりも低い電気伝導性を有するようにすることができる。
【００２７】
有利には、隆起部は層構造を有していてもよい。このような層構造は、例えば、上記材料で実現できる。特に、中心層は、ＣＦＣ材料を含有するか、または、ＣＦＣ材料からなっていてもよく、外層は、圧縮された膨張グラファイトを含有していてもよい。このような材料の組み合わせによって、機械的応力および化学的負荷に特に良好に対処することができる。
【００２８】
さらなる有利なものとして、外層は、継ぎ目から外に突き出ないか、ほとんど突き出ないようにすることができ、それによって、槽の内側へ突き出る隆起部が少なくとも本質的には中心層から形成され、一方、外層は、継ぎ目で中心層を支える役目を引き受ける。このようにして、槽の内側へ突き出るＣＦＣ層は、継ぎ目において、外層としての圧縮された膨張グラファイトまたは炭素を含有する突き固めの素地によって支えられるようにすることができる。
【００２９】
さらなる有利な実施形態として、少なくとも一つの隆起部は、脱着可能な隆起部として組み入れられる。脱着可能な隆起部としては、本発明の枠内において、カソードおよび／または側壁と材料結合によっては結合しておらず、脱着を可能とする装置によって結合している隆起部を挙げることができる。これとは異なり、材料結合は、突き固めの素地への結合、あるいは、カソードブロックまたは側壁ブロックと一体として隆起部を製造することである。脱着可能な隆起部の実施形態は、これとは異なり、それによって、隆起部とカソードおよび／または側壁との間の結合が機械的な性質を有するような結合を内容としている。この結合は、少なくとも、セルの運転によって化学的または機械的な破壊がまだ起こっていない組み込み状態において、再度とりはずすことができる。
【００３０】
特に、少なくとも一つの脱着可能な隆起部は、ねじで固定できる隆起部として形成される。この目的のために、少なくとも一つのねじユニットを用いて、カソードおよび／または側壁に固定できるか、または、これらに固定されている。上記ねじユニットは、以下において、簡潔のために、"ねじ"と称する。
【００３１】
上記ねじは、有利には、隆起部と一体として形成することができる。これは、ねじが、隆起部と機械的に特に強固に結合されるという利点を有する。
【００３２】
あるいは、ねじは、有利には、隆起部と分けて形成することができる。それによって、ねじと隆起部は、わずかの技術的労力で、したがってコスト的に有利に製造できる。さらに、少なくとも一つの隆起部は、隆起部とねじとを分けて製造することによって、少なくとも２つのねじにて、カソードおよび／または側壁に固定できる。これは、隆起部が、特に、電解セルに対して隆起部の可能な正しい位置に適切に配置できるという利点を有する。さらに、機械的に特に強固な結合を実現できる。
【００３３】
有利には、隆起部、および／または、隆起部とねじで固定されるカソードおよび／または側壁と同一の材料からなるねじを用いることができる。同一の材料は、機械的応力を防ぐことができるので、特に、熱膨張挙動の点で有利である。また、それによって、ねじと隆起部および／またはカソードまたは側壁とで類似の耐腐食性が得られる。
【００３４】
上記ねじのねじ山部分は、さまざまな方法で好適に形成することができる。下記では、使用時に隆起部の内部に配置されたねじ山部分の一部領域を、上部領域と称し、使用時にカソードまたは側壁の内部に配置されたねじ山部分の一部領域を、基底領域と称する。
【００３５】
好ましくは、基底領域は円錐形に形成される。これにより、ねじまたはねじを有する隆起部を、カソードまたは側壁にねじ込むのが容易になる。
【００３６】
ねじと隆起部とを一体として形成する場合、上部領域は、隆起部の内側で完全に一体化された状態にある。
【００３７】
ねじと隆起部とが分離された変形例では、上部領域を円錐形に形成するのが有利である。これにより、隆起部のねじ止めが簡単で速くなる点で有利である。
【００３８】
変形例では、上部領域は円筒形のねじ山部分を有する。これは、機械的応力の発生を最小化するという点で有利である。この変形例によって、隆起部は、ねじの受け入れのための貫通ねじ山を有することができ有利である。これにより、ねじが、従来通りのねじ回しのようなねじ装置を用いて、隆起部を通って、カソードまたは側壁にねじ込まれることが可能になる。カソードおよび／または側壁の相当する配置にねじ穴をあけることによって、特に、隆起部ごとに少なくとも２つの穴をあける場合に、ねじで固定された隆起部の正確な位置が実現できる。
【００３９】
基底領域と上部領域は、それぞれ、電解セル内のねじの位置に対する要求、到達可能性に応じて、および、ねじ材料の加工特性などの他の条件に応じて、さらに望ましいねじ山部分の幾何学的形状を有することができる。
【００４０】
ねじで止めるのに必要な上記ねじ穴は、カソードブロック、側壁ブロックおよび隆起部の製造時にすでにこれらに形成してもよいし、電解セルに現場で形成してもよい。製造時にねじ穴を形成すること自体が、作業方法が正確になるという利点を有する。効率的な製造方法を用いることができる。現場でねじ穴を形成することは、より高い柔軟性という利点を有する。このように、ほぼ必要に応じて、電解セルに隆起部を適切に追加することができる。
【００４１】
さらなる、好適な脱着可能な結合手段として、例えば締め付けボルト、スパイラル型偏心輪、やといざね結合および同様の機械的結合のような、圧着結合および／またはクランプ結合を用いることができる。カソードブロックおよび／または側壁ブロックの所定の位置に脱着可能にこれらの結合手段を固定するために、隆起部の配置のための上述のねじ穴の代わりに、カソードブロックまたは側壁ブロックに、適切な、組み立て物、穴または同様のものを組み入れる。
【００４２】
脱着可能な結合手段の材料は、有利には、その隆起部および／またはカソードまたは側壁ブロック自身と同一の材料である。あるいは、炭素製品またはグラファイト製品またはセラミックスまたは他の公知の高温材料のグループから選択される、使用温度および化学的影響に対して耐性のある他の材料も用いることができる。
【００４３】
隆起部の所望の位置と向きは、経験的にまたはシミュレーション計算によって決定される。
【００４４】
本発明は、ここで、添付の図面に関連して、限定的でない実施例に基づいて、より詳しく説明される。図面は以下の事項を示す：
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１ａ】横断面図により、酸化アルミニウムからアルミニウムを生産するための従来技術による電解セルを示す。
【図１ｂ】外部から縦方向に見た図１ａの電解セルを示す。
【図１ｃ】部分的切断斜視図により、酸化アルミニウムからアルミニウムを生産するための従来技術による電解セルを示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る電解セルの部分図斜視図を示す。
【図３】本発明の他の実施形態に係る電解セルの部分図斜視図を示す。
【図４】本発明の隆起部の横断面図を示す。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る電解セルの部分斜視図を示す。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る電解セルの部分斜視図を示す。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る電解セルの部分斜視図を示す。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る電解セルの部分斜視図を示す。
【図９ａ】ねじにより固定可能な隆起部の平面図および断面図を示す。
【図９ｂ】ねじにより固定可能な隆起部の他の実施形態の断面図を示す。
【図９ｃ】ねじにより固定可能な隆起部のさらに他の実施形態の斜視図を示す。
【図１０ａ】図９ｃのねじにより固定可能な隆起部のためのねじの斜視図を示す。
【図１０ｂ】図９ｃのねじにより固定可能な隆起部のためのねじの他の実施形態の斜視図を示す。
【００４６】
図では、別図の同一または相当する部材に符号を付けるために、同一の参照番号を用いる。
【００４７】
図２に関連して、全体に参照番号１００を付けた本発明に係る電解セルの一実施形態を斜視図で示す。ここに示されるカソード１と側壁１ａは、電解セルにおいて、図１ａないし１ｃに示されるカソード１と側壁１ａの代わりに組み込まれるのに適している。
【００４８】
ここに示されるように、本実施例における側壁１ａは、一体としては構成されておらず、複数の個々の側壁ブロック１ａ１から形成される、２つの相互に平行に延びる側壁１ａを含んでいる。同様に、カソード１は、複数のカソードブロック１ｂ１が組み合わされている。側壁１ａとカソード１とは、ともに槽１ｃを囲んでいる。槽の短辺（図２の紙面に対して平行）に位置する側壁は、図示されていない。この槽構造は、現在の通常のカソードの構造に一致する。ここに示される電解セル１００の構造はしかし必須ではない。同様に、カソード槽の形状は、例えば、円形または正方形であってもよい。
【００４９】
本発明の枠内において、基本的には、電解セル１００の槽１ｃの中に、カソード１から、および／または、１つの側壁１ａまたは複数の側壁１ａから延びる隆起部１ｄが突出している。示された実施形態では、カソード１の長手方向（図２の紙面に対して垂直の方向）において、相互に等間隔に配置された、複数の隆起部１ｄが存在する。当該図面には、左の側壁１ａの近傍に、３つの隆起部１ｄのみが示されているが、対称性の理由から、上記隆起部１ｄを両側の側壁の近傍に形成することが有利であることが見て取れる。示された例では、単に図面の明確さのために、右側の隆起部の表示を断念した。
【００５０】
このように、隆起部１ｄは、それぞれ、継ぎ目、所謂"突き固めた継ぎ目"１ｅの領域に配置されることが示される。当該"突き固めた継ぎ目"は、カソードブロック１ａ１を接合してカソード１とするとき、および側壁ブロック１ａ１を接合して側壁１ａとするときに、この継ぎ目が、同様に、突き固めの素地１ｆと称される、素地の突き固めにより封止されることから、このように称される。突き固めの素地１ｆは、示される例において、封止剤として作用するのみではなく、同時に、側壁１ａの領域において、隆起部１ｄの固定に用いられる。カソード１の製造においては、隆起部１ｄは、上方から、突き固めの素地１ｆと共に、突き固めた継ぎ目１ｅに、図示されるように、当該隆起部１ｄが、その端部がそれぞれの継ぎ目１ｅに収容されるように、突き固められ得る。これに対して、もう片方の端部は、槽１ｃの内部に突出する。示された例では、隆起部１ｄは、それぞれの側壁１ａから出て、カソードの長軸Ｌに向いている。従来は通常であったように、側壁ブロックが突き固めによって結合されていない場合、隆起部は、例えば、突き固めの素地または接着剤によって、側壁ブロック間の継ぎ目に固定される。
【００５１】
このように、それぞれの隆起部１ｄの底縁１ｄ１は、このとき、カソード１に向かって平行に延びるのではなく、カソード１に対して傾いている。このようにして、カソード１と、隆起部１ｄとの間に、くさび形状の隙間が存在し、当該隙間を用いる結果、液体アルミニウムが、隆起部１ｄの下を通っても流れる。これは、流れという観点から有利である。
【００５２】
図３に、上記実施例の変形例を示す。当該変形例では、隆起部１ｄが、側壁１ａからの代わりに、カソードブロック１ｂ１から、槽１ｃの内部に突出している。この変形例では、隆起部１ｄは、対ごとに、相互に向き合って、異なる場所に配置されている。これは、目的に合わせて流量比に影響を及ぼすために有利である。
【００５３】
隆起部１ｄは、好ましくは、無煙炭、グラファイト、またはその他の炭素材料からなる成形品でありうる。より有利には、隆起部１ｄの当該材料は、カソード１または側壁１ａの材料よりも、小さい電気伝導性を有している。さらに、上記材料は、機械的な摩耗に対する高い耐性を有することが有利である。これにより、隆起部１ｄは、好ましくは、少なくともカソード１と同様の寿命を有し、電解セルのカソード１および／または側壁１ａよりも頻繁に取り替える必要がない。代替的に、隆起部１ｄには、例えば、ＣＦＣ材料または、圧縮された膨張グラファイトからなる板またはフィルムを用いてもよい。
【００５４】
有利には、上記隆起部は、層構造を有していてもよい。かかる層構造は、例えば、上述した材料を用いて実現され得る。特に、中心層は、ＣＦＣ材料を含むか、またはＣＦＣ材料から構成してもよく、外層は、圧縮された膨張グラファイトを含んでいてもよい。このような材料の組み合わせにより、機械的応力および化学的負荷に特に好適に対応することができる。
【００５５】
さらに、上記外層が、全くまたは殆ど、継ぎ目を超えて外に突出しないことが有利である。これにより、外層が中心層を継ぎ目内に保持する役目を有するのに対して、槽の内部に突出している隆起部は、少なくとも基本的に上記中心層から形成されている。したがって、槽の内部に突出しているＣＦＣ層は、継ぎ目の中で、外層としての、圧縮された膨張グラファイトまたは炭素を含有する突き固めの素地により保持されていてもよい。
【００５６】
ここで示される隆起部の配置および形状は、単に限定的ではない例として理解され得る。ここでは、図１ａから１ｃに示される電解セルとの関係で用いられるカソードが問題となり、かかるカソードでは、カソード領域における電流引き込みは、電流供給棒３を介して、カソード１のカソードブロック１ｂ１と平行に起こる。しかし、基本的には、電流供給が、カソード１の下面に垂直な垂直方向に起こる実施形態も考えられる。電解セルのそれぞれの特有の実施形態における、カソードの隆起部の最も好適な配置は、それぞれのカソードにおいて、摩耗の程度が大きい中心的領域を観察することにより、容易に突き止めることができる。専門家は、流体力学を考慮して、容易に隆起部１ｄの適切な配置および形状を算出することができる。有利な隆起部の例は、図４において、断面図に示される。
【００５７】
上記実施例の代替的な実施によれば、上記隆起部は、継ぎ目１ｅにおいて配置される代わりに、カソード１または側壁ブロック１ａ１とねじ止めされている。
【００５８】
そのために、例えば、図９ａおよび９ｂに示されている隆起部１ｄが用いられる。第１の変形例では、隆起部１ｄは、一体構造であり、ねじユニット９が備えられている（図９ａ）。ここでは、基底領域１０のみが、隆起部１ｄから突き出ている。
【００５９】
図９ｂに示されている、第２の変形例では、ねじユニット９は、隆起部と分離して製造され、その上部領域１１は、そのねじ山部分１２により、隆起部１ｄの適合する相手ねじにねじ込まれる。両方の変形例において、ねじ込むことが可能な隆起部１ｄが、図５に示されるような側壁ブロック１ａ１に、ねじで取り付けられる。
【００６０】
図９ｃに示される、ねじ込むことが可能な隆起部１ｄのさらなる変形例では、少なくとも１つの隆起部１ｄに、ねじを有する２つの貫通孔が備えられている。上記貫通孔に、ねじ９がねじ込まれる。当該ねじ９は、溝１３および対応する（図示されない）ねじ付け工具により、例えばカソード１の相手ねじの中にねじ込まれ得る。図９ｃには、その上部領域１１においては円筒形の形状を有し、これに対して、カソード１にねじ込まれているその基底領域１０においては円錐形に形成されている、ねじ９が示されている。当該ねじ９は、単独では、図１０ａに示されている。
【００６１】
図１０ｂは、上部領域１４と基底領域１５とが単一の連続した円錐形のねじを形成する、ねじ９の変形例を示す。
【００６２】
図６から８は、特に、このような２重のねじ止めにより、電解セル１００内において隆起部１ｄの多様な配置および向きが可能であることを示す。
【００６３】
図６では、さまざまな大きさの隆起部１ｄが、カソード底部に直角に、しかし側壁１ａとの間隔が不規則に配置されている。
【００６４】
図７では、隆起部１ｄは、斜めの取り付け角で、側壁ブロック１ａ１にねじ締めされている。
【００６５】
図８では、隆起部１ｄは、図７に類似して、側壁１の代わりにカソードに、斜めの取り付け角でねじ締めされている。
【００６６】
厳密な位置および角度は、電解セルの内部を支配する流れ特性に応じて、コンピュータ・シミュレーションにより、最適化されて決定される。複数の隆起部の位置は、必ずしも、対称的に電解セル内で、または、複数の個別のカソードブロックの場合にそれぞれ同じように、分散させる必要はない。このような個々の位置は、例えば、隆起部以外は仕上げて内張りされた電解セルの中へのねじ立てにより実現することができる。
【００６７】
上記カソードの材料については、アルミニウムのその酸化物からの電解用の、専門家に公知の適合するすべての材料を用いることができる。好適な材料は、例えば、ＤＥ１０２６１７４５に挙げられており、その上記材料に関する内容は、ここで引用により本発明に組み入れられる。この関係で、その耐温度性および比電気抵抗により、グラファイトが特に有利である。
【００６８】
本発明の上記実施形態による電解セルによれば、アルミニウム生産のための融解電解の実施における電解セルのワット損が、生成した融解アルミニウムの波の発生を抑えることにより、明らかに低減される。さらに、アルミニウムの流体運動が低減されるため、カソードの機械的な摩耗も低減される。
【符号の説明】
【００６９】
１  カソード
１ａ  側壁
１ａ１  側壁ブロック
１ｂ１  カソードブロック
１ｃ  槽
１ｄ  隆起部
１ｅ  突き固めた継ぎ目
１ｆ  突き固めの素地
２  枠
３  電流供給棒
４  アノード
５  アルミニウム
６  混合物（酸化アルミニウム、氷晶石）
６ａ  凝固した混合物６からなる表面
７  負極電源装置
８  正極電源装置
９  ねじユニット、ねじ
１０  ねじの基底領域
１１  ねじの上部領域
１２  ねじ山部
１３  溝
１００  電解セル
【図１ａ】
2013537939.tif 000003
【図１ｂ】
2013537939.tif 000004
【図１ｃ】
2013537939.tif 000005
【図２】
2013537939.tif 000006
【図３】
2013537939.tif 000007
【図４】
2013537939.tif 000008
【図５】
2013537939.tif 000009
【図６】
2013537939.tif 000010
【図７】
2013537939.tif 000011
【図８】
2013537939.tif 000012
【図９ａ】
2013537939.tif 000013
【図９ｂ】
2013537939.tif 000014
【図９ｃ】
2013537939.tif 000015
【図１０ａ】
2013537939.tif 000016
【図１０ｂ】
2013537939.tif 000017
【国際調査報告】
2013537939.tif 000018
2013537939.tif 000019
2013537939.tif 000020
2013537939.tif 000021