(57)【要約】  本発明は、カソード（１）と、周囲を取り囲む側壁（１ａ）とを有する、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、当該側壁（１ａ）には、外側に向かって越流槽（１０）に流れ込む、複数の貫通開口部（１ａａ）が備えられている。さらに、本発明は、上記電解セルを用いて、溶融電解によりアルミニウムを、その酸化物から生産する方法に関する。生成した液体アルミニウムの連続的で、且つ、一様な排出が保証される。
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【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、
周囲を取り囲む側壁（１ａ）とを有し、
上記側壁（１ａ）には、外側に向かって越流槽（１０）に流れ込む、複数の貫通開口部
（１ａａ）が備えられていることを特徴とする電解セル。
【請求項２】
越流槽（１０）の外周部の回収溝（１１）は、越流槽（１０）の外縁部（１０ｂ）を超えて流れ出る液体アルミニウムが、当該回収溝（１１）に流れるように取り付けられ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】
当該周囲を取り囲む側壁（１ａ）に形成された貫通開口部（１ａａ）の少なくともいくつかは、カソード（１）の上方の同じ高さに形成されて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】
カソード（１）が水平方向に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項５】
上記越流槽（１０）は、断熱材を備えた外壁（１０ａ、１０ｃ）を有していることを特徴とする請求項１から４までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項６】
上記貫通開口部（１ａａ）は、相互に等間隔で、上記周囲を取り囲む側壁（１ａ）に形成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項７】
上記貫通開口部（１ａａ）は、それぞれ、３ｃｍと１５ｃｍとの間の直径を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項８】
上記周囲を取り囲む外壁（１ａ）は、中心の柱状体（１ｅ）に対して回転対称に配置されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項９】
上記中心の柱状体（１ｅ）は、外側に向かって放射状に、下方に傾斜面となっていることを特徴とする請求項１から８までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項１０】
少なくとも、越流槽（１０）の側部外壁（１０ａ）が、その高さを調節可能になっていることを特徴とする請求項１から９までのいずれかの１以上の項に記載の電解セル。
【請求項１１】
溶融電解によるその酸化物からの連続的なアルミニウムの生産の方法であって、
回収溝（１１）からの、生成したアルミニウムの排出を含み、
上記回収溝（１１）には、越流槽（１０）の越流口からアルミニウムが流れ込み、
上記越流槽（１０）は、貫通開口部（１ａａ）を介して、溶融電解に用いられる電解セルの内部と、該電解セルで生成されたアルミニウムの液位の下方で繋がっていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
上記溶融電解は、約７５０℃より高い温度、特に９３０℃と１０００℃との間で実施されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記溶融電解のために必要な電解質および／または酸化アルミニウムは、連続的に、上記電解セルの中央から供給されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記中央は、中心の柱状体（１ｅ）に配置されることを特徴とする請求項１１から１３までのいずれかの１以上の項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１０までのいずれかの１以上の項に記載の電解セルを用いて実施されることを特徴とする請求項１１から１４までのいずれかの１以上の項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融電解によりアルミニウムを生産するための電解セルに関する。さらに、本発明は、溶融電解によるアルミニウムの生産方法に関する。
【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、所謂"ホール−エルー法"が用いられている。この方法においては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を、溶融した氷晶石（Ｎａ３［ＡｌＦ６］）に溶解し、これにより得られた混合物が、電解セルの液体電解質として用いられる、電解プロセスが関わっている。ホール−エルー法を実施するためのこのような電解セルの原理的な構造を、図１ａから１ｃに模式的に示す。ここで、図１ａは、従来のセルの断面図を示し、図１ｂは、外側から見たセルの側面図を示す。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、またはこれらの混合物から製造され得るカソードが示される。代替的に、コークスをベースとするグラファイト化されたカソードも用いることができる。カソード１は、一般に、スチールおよび／または耐火性材料またはその類似物からなる枠体２にはめ込まれている。上記カソードは、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。参照番号２０は、カソードとともに槽を形成する、電解セルの側壁を示す。この槽は、枠体の内張りとしても、把握され得る。上記側壁もまた、一体として構成されていてもよいし、複数の個々のブロックから構成されていてもよい。
【０００４】
セルの全長を超えて、カソード１の中に、複数の電気供給棒３が挿入されている。ここで、図１ａの断面図では、１つの電気供給棒３のみが認められる。図１ｃにおいては、カソードブロック１つにつき、例えば２つの電気供給棒が備えられていてもよいことが示されている。上記電気供給棒は、上記セルに、電解プロセスに必要な電流を供給するために用いられる。カソード１に対向して、複数の直方体形状のアノード４が配置される。ここで、図１ａでは、２つのアノード４が示されている。図１ｃは、電解セルの中の、アノードのより詳細な配置を示す。本方法の実施においては、カソード１とアノード４との間に電圧を印加することによって、氷晶石に溶解している酸化アルミニウムが、アルミニウムに還元される。そのときに、アルミニウム−氷晶石は、溶融アルミニウム−電気化学的には本来のカソード−の方向に移動して、そこで電子を受け取る。液相のアルミニウム５は、密度がより大きいために、酸化アルミニウムと氷晶石とからなる溶融混合物６の下方に集まる。酸素イオンは、アノードにおいて、酸素に還元され、この酸素はアノードの炭素と反応する。
【０００５】
参照番号７および８により、電解プロセスに必要な電圧を供給する電源装置の負極または正極が模式的に示される。当該電圧の値は、例えば、約３．５Ｖと５Ｖの間である。
【０００６】
図１ｂの側面図において認められるように、枠体２およびそれに伴い電解セル全体は、従来縦長の形状であった。その場合、多数の電気供給棒３が、枠体２の側壁を通って垂直に挿入されている。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８ｍと１５ｍとの間であり、幅方向の長さは、約３ｍから４ｍまでである。図１ａに示されているカソードは、例えばＥＰ１８４５１７４に開示されている。
【０００７】
アルミニウムと酸素との間の高い結合エネルギー、ならびに、熱損失および抵抗損失が、溶融電解によるアルミニウムの生産において、高いエネルギー需要の原因となる。これに関連するエネルギーのコストが、プロセスコストの大部分を占める。このコストを削減することは、溶融電解の分野において克服されるべき重要な課題の１つである。溶融電解セルのエネルギー効率に関して重要な要因となるのが、アノードとカソードとの間の必要な間隔、より厳密には、アノードと溶融液体アルミニウムとの間の間隔である。この間隔が大きいほど、電解セルの単位生産量当たりのエネルギー需要が大きくなる。
【０００８】
アノードとカソードとの間の必要な間隔は、とりわけ、約５００ｋＡまでの極度に高い電流によって誘導された磁場、電磁相互作用、およびその結果生じる液体アルミニウムの波状運動および液体アルミニウムの膨らみによって決定される。実際に、すでに上述したように、電解の間、カソードとして活性であるのは液体アルミニウムである。ここでは、しかし、カソードという用語により、常に底板を形成する固体が示される。
【０００９】
通常、生成する液体アルミニウムは、不連続的に、例えば１日につき１回吸引により排出される。このために、電解質、すなわち氷晶石と酸化アルミニウムからなる混合物の上側に、プロセスの間に形成される硬い表面を、アルミニウムに到達するために、割らなければならない。２回のこのようなアルミニウムの排出の間に、カソード容器内のアルミニウムの充填深さが上昇する。一般に、アルミニウムの一回の取出しにおいては、それぞれ、存在する液体アルミニウムの約１０％−２０％が排出され、残りはカソード容器に残る。アルミニウムの充填深さは、平均で、約１５ｃｍ−５０ｃｍである。電磁相互作用によりアルミニウムに及ぼされる力により、溶融アルミニウムにおいて、膨らみや波の発生が引き起こされる。これにより、アノードは、短絡を回避するために、波の発生がない場合よりも、液体アルミニウムの表面からの間隔がさらに大きくなるように配置されなければならなくなる。このため、溶融アルミニウムの膨らみや波状運動が、一貫して、可能な限り低く保たれることが望まれる。さらに、アルミニウムの不連続的な吸引による排出は、電解セルの電気的および熱的な平衡を著しく乱す。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、当該電解セルによれば、溶融アルミニウムの液位が、一定に保たれ、且つ、安定化された、アルミニウム生産のための電解セルを提供することである。さらに、本発明の課題は、高いエネルギー効率を達成することができる溶融電解方法を提供することにある。
【００１１】
本発明によれば、上記課題は、請求項１の特徴を有する電解セルおよび請求項１１に係る方法により解決される。好ましい実施形態はそれぞれ従属請求項に規定される。
【００１２】
本発明の実施形態に基づく、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、周囲を取り囲む側壁とを有し、当該側壁には、外側に向かって越流槽に流れ込む、複数の貫通開口部が備えられている。
【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から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が、本発明に係る電解セルにおいて、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"または"複数のカソードブロック"に関しても、本発明に含まれる。
【００１４】
本発明に係る電解セルを、溶融電解によるアルミニウムの生産に用いれば、生成するアルミニウムを連続的に排出することが可能となり、それにより、本来の電解セル自体におけるアルミニウムの液位を、常に一定の水準に保つことができる。上記貫通開口部により、電解セルの側壁に流れるアルミニウムの反射を、有利に低減することができる。これにより、上述した波の発生は低減され、それゆえ、電解セルの１つのアノードまたは複数のアノードは、短絡のリスクが存在することなく、アルミニウム表面の近傍に配置され得る。これは、しかし、１または複数のアノードとカソードとの間の間隔を小さくすることができ、これに伴い、従来技術に対して、溶融電解プロセスの単位生産量当たりのエネルギー需要が低減されうることをも意味する。生成したアルミニウムの連続的な排出により、セル内部の状況は時間的な経過において、全くまたはほとんど変化しないので、セルの運転挙動は安定化する。
【００１５】
有利には、本発明に係る電解セルの一実施形態では、越流槽の外周部の回収溝は、越流槽の外縁部の上端を超えて流れ出る液体（すなわち、特に液体アルミニウム）が、当該回収溝に流れるように取り付けられている。このような実施形態により、溶融電解において生成した液体アルミニウムの連続的な排出が容易となる。
【００１６】
上記プロセスの間にカソードの上方に集まったアルミニウムは、本実施形態においては、上記周囲を取り囲む側壁に形成された貫通開口部を通って、越流槽に流入する。このようにして形成される液体アルミニウムの液位は、越流槽の中と、電解セルの容器の中とにおいて、同一またはほとんど同一の高さを示す。電解セル内で溶融電解を実施する間にさらにアルミニウムが生成すると、カソード容器の中および越流槽の中において、アルミニウムの液位が上昇する。上記液位が、越流槽の外縁部の上端に達すると、上記液位がさらに上昇した場合、アルミニウムは、当該縁から流れ出て、回収溝の中に流れ、そこから排出され得る。このようにして、アルミニウムの液位は、カソード容器内において、越流槽の外縁部の上端の高さによって規定される、所定の水準を超えて上昇することはない。
【００１７】
上記電解セルの周囲を取り囲む側壁に形成された貫通開口部の少なくともいくつか、特にすべての貫通開口部が、有利には、カソードの上方の同じ高さに形成されている。これにより、液体アルミニウムの回収槽への一様な流出が容易になる。
【００１８】
さらに、カソードが水平方向に配置されていれば、特に好適であることが見出された。これにより、上述した溶融電解を実施するときに、生成するアルミニウムの充填深さは、上記容器内のどの箇所でも、少なくともほとんど同じ高さであり、それゆえ、カソードの全面に渡って均一なプロセス条件を維持することができる。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、上記越流槽は、断熱材を備えた外壁を有している。この断熱材は、溶融アルミニウムの過度に急速な冷却を阻止する機能を有する。本発明の当該実施形態に基づく電解セルによって達成可能な、越流構造によるアルミニウム液位を一定に保つという効果を維持可能にするために、すなわち、越流槽から、または、回収溝から排出されるまで、アルミニウムが液体の状態にとどまることが必要である。これは、しかし、カソード容器の外部においても、十分に温度が高いことを前提とする。越流槽、および場合によっては回収溝の断熱は、あらゆる部材の不必要な熱損失を最小化するために寄与する。
【００２０】
さらに、有利な電解セルの構成では、上記貫通開口部は、相互に等間隔で、上記周囲を取り囲む側壁に形成されている。これにより、液体アルミニウム、すなわち溶融アルミニウムの流出を、広範囲に及び、均一且つ一様に行うことができる。このとき、流出時のカソード容器内部の乱流および波の発生は大幅に排除される。同様の理由から、貫通開口部の数を、少なくなりすぎないようにすることが好ましい。特に、側壁の１ｍの長さにつき、約２個から５個の貫通開口部の数が、特に好適であることが明らかになった。
【００２１】
上記貫通開口部の大きさおよび形状については、その断面が円形である場合は、これらは、例えば、３ｃｍと１５ｃｍとの間の直径を有する。断面が円形であることは、流れの条件の観点から有利である。他の断面形状を円形であるとすると、同様に、上記値を考慮して相当直径が決定される。ここで"相当直径"とは、その直径を有する円の面積に一致する断面積となる、断面のすべての寸法を意味する。断面の幅が、その高さよりも大きい長方形の断面も好適でありうる。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、上記カソードの上記周囲を取り囲む外壁は、中心の柱状体に対して回転対称に配置されている。このとき、上記外壁は、平面図において、円形または正多角形を示す。"回転対称"という用語の下、この関連において、中心を周りを、３６０℃より小さい回転角で回転する回転により、回転前の形状と重なるすべての形状が理解される。例えば、そのような外壁形状は、正多角形であってもよい。回転対称は、槽形状のカソードの容器の全領域を超えて流れる、溶融アルミニウムの一様な流出を引き起こす。
【００２３】
上述した中心の柱状体は、外側に向かって放射状に、下方に傾斜面となっている。これは、後に詳細に説明するように、特に、カソード容器への充填の観点から有利である。
【００２４】
電解セルの利用可能性の多面性を考慮すれば、越流槽の側部外壁は、その高さが調節可能となっていることが有利である。側部外壁の高さ、それゆえに、すなわち貫通開口部の上方の外縁部の上端の高さが、カソード容器内部のアルミニウムの液位の高さを決定するので、高さを調節可能となっている側部外壁により、アルミニウムの液位を、必要に応じて、迅速且つ簡単に変化させることができる。側壁の高さを調節するために、機械的またはモーター駆動の調節装置が備えられていてもよい。
【００２５】
本発明に係る電解セルを用いることができる、溶融電解によるその酸化物からの連続的なアルミニウムの生産の方法は、溶融電解において生成したアルミニウムの回収溝からの排出を含む。当該回収溝には、越流槽の越流口からアルミニウムが流れ込む。上記越流槽は、貫通開口部を介して、溶融電解に用いられる電解セルの内部と、カソード容器の中で生成したアルミニウムの液位の下方で繋がっている。
【００２６】
上記アルミニウムは、したがって、電解セルから側部より流出するので、連続的、且つ一様に越流槽に流れ込む。これにより、カソード容器内の液体アルミニウムの液位は、恒常的に一定に保たれる。すでに説明したように、したがって、液体または溶融物の運動を大幅に回避することができ、カソード容器内の溶融アルミニウムの表面は静止した状態に保たれるとともに、これにより、アノードとカソードとの間のアルミニウムによる短絡を危惧することなく、アノードを液体アルミニウムの液位の近傍に配置することができる。それゆえ、アルミニウムの製造プロセスのエネルギー効率を明らかに高めることができる。加えて、連続的なアルミニウムの排出により、より安定した運転特性が保証される。
【００２７】
可能な限り円滑なアルミニウムの排出を保証するために、溶融電解を約７５０℃より高い温度、特に９３０℃と１０００℃との間で実施することが有利である。下限である７５０℃の温度により、溶融アルミニウムが、電解セルの容器の外部でもなお、越流槽の縁部を超えて回収溝に流れ、そこから排出されるために、十分に液状であることが保証される。外部の越流槽および回収溝における熱損失がわずかに保たれるような適合する条件の下では、上述した温度の下限を下回ることは回避される。このようなプロセスは、しかし、技術的な理由から、すでに、有利には、アルミニウムの融点より大幅に高い温度で実施されるので、一般的に、追加的な措置を講じなくても、アルミニウムの十分な流動性は保証される。
【００２８】
本発明は、次に、より詳しく、添付した図面に基づいて、限定されない実施形態により説明される。図面は以下の事項を示す：
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】アルミニウムを酸化アルミニウムから生産するための従来技術による電解セルを、断面図により示す。
【図１ｂ】図１ａの電解セルを、外部から見た縦面図により示す。
【図１ｃ】アルミニウムを酸化アルミニウムから生産するための従来技術による電解セルを、部分断面斜視図により示す。
【図２ａ】本発明の一実施形態における電解セルの部分断面図を示す。
【図２ｂ】図２ａの電解セルの平面図を示す。
【図３】図２ａおよび２ｂのカソード形状に適合するアノードの配置を示す。
【００３０】
図面においては、異なる図面における同一または対応する要素を示すために、同一の参照番号が用いられている。
【００３１】
図２ａにおいて、第１の実施形態に係る電解セルが断面図によって示される。当該電解セルは、既述のホール−エルー法にしたがって、酸化アルミニウムからアルミニウムを生産するために使用するのに適している。上記電解セルは、カソード１と、周囲を取り囲む側壁１ａとを有している。上記側壁１ａには、貫通開口部１ａａが備えられている。上記側壁１ａは、カソード１とともに、容器１ｃを囲っており、これが、上記電解セルの槽の形状を形作る。カソード１の下端には、ピン３との結合に貢献する複数の接続部１ｄが存在する。各ピン３は、本実施例において垂直に配置されて、共通の導体レール３ａに接続されている。
【００３２】
上記容器１ｃの中央には、中心の柱状体１ｅが成形されている。中心の柱状体１ｅは、図２ａに示すとおり、尖った先端を有する。つまり、外側下方に向かって延びている。この形状は、酸化アルミニウム、および場合によっては氷晶石、および／または、フッ化アルミニウムの混合物６、それゆえ、すなわち液体電解質の、電解セルの容器１ｃ内への流入を助ける。このとき、外に向かって斜めに切断されていることは、溶融電解の枠内で電解セルを満たす場合に、液体アルミニウムの波状運動の望ましい低減という観点で効果を奏する。図において、本プロセスにおいて含まれる物質の様々な液位が記されている。最下の線は、液体アルミニウム５の液位を示す。液体アルミニウム５は、カソード１の周辺に集められる。液体アルミニウム５の上には、混合物６がある。混合物６には、凝固した溶融物６からなる固い表面６ａによって、上方の境界が設けられている。固い表面６ａは、プロセスが進むにつれて形成されていく。
【００３３】
被覆部９の中に、アノード４が収容される。アノード４は、溶融電解プロセスにおいて、カソード１の対向極としての役割を果たす。図に示されているとおり、アノード４は、電解セルの容器１ｃ内にて、上方から、アルミニウム５の液面近くに届くくらいに下まで下げられる。これは、上記電解セルが、周囲を取り囲む側壁１ａと接して越流槽１０を有する、本発明の一実施形態に係る電解セルであるため可能となる。越流槽１０において、側部外壁１０ａは、上は外縁部１０ｂの上端から下は底部外壁１０ｃにかけて設けられる。側部外壁１０ａに沿って、回収溝１１が取り付けられる。あるいは、回収溝１１が側部外壁１０ａと一体に形成される。
【００３４】
公知のホール−エルー法にしたがって溶融電解を実施すると、カソード１の周囲で液体電解質から液体アルミニウム５が生成する。液体アルミニウム５は、カソード１の周りに沈殿する。カソード容器１ｃが、電解セルの側壁１ａに設けられた貫通開口部１ａａを介して、アルミニウム５の望ましい基準の液位よりも下の方で、繋がっているので、アルミニウムの生成が進むにつれて、越流槽１０の液位も上がる。図２ａに示すように、アルミニウム５の液位が、越流槽１０の外縁部１０ｂの上端の高さにまで到達すると、次の工程では、アルミニウム５は、外縁部１０ｂから回収溝１１へ流れ出し、そこからはアルミニウム５は従来の手段により排出される。
【００３５】
上記構成によれば、アルミニウム５の液位が、越流槽１０の内部でも、カソード１の容器１ｃ内でも、同様に、越流槽の外縁部１０ｂ上端の高さによって決まる望ましい高さに保たれるという効果がある。液位を容易に変更できるようにするために、越流槽１０の側部外壁１０ａの底部外壁１０ｃからの高さを、調節可能にしておくことが好ましい。例えば、伸縮自在の壁構造（図示せず）を用いて、上記のことを達成することができる。その上、プロセス制御の観点から、越流槽１０および回収溝１１での融解されたアルミニウム５の熱損失を可能な限り低減することが好ましい。これにより、回収溝１１から取り除かれる前に溶融物が凝固し始めるのを回避できる。例えば、越流槽、および場合によっては回収溝１１の、外壁１０ａ、１０ｃの断熱（図示せず）によって、上記のことを達成することができる。同様の観点で、越流槽１０内のアルミニウム５の液面が可能な限り狭く保たれるための構造的配置が効果を奏する。したがって、越流槽１０の横幅ｂを狭くすること、例えば、約５０ｍｍと１００ｍｍとの間とすることが好ましい。
【００３６】
図２ｂに関して、図２ａの電解セルの平面図が示される。ここで、電解セルの側壁１ａが、ここでは回転対称に設けられていることが分かる。カソード１の底面の形状は、先端が切断された星型のようになっている。この形状は必須ではなく、例えば、従来の四角形の容器１ｃまたは他の形状の容器も、本発明の電解セルとして採用可能であることを付言する。
【００３７】
図２ｂの平面図は、さらに、中心の柱状体１ｅを示している。ここでは、中心の柱状体１ｅは、正六角形の形を有している。図２ａに示された、電源供給装置として設けられたピン３をつなぐための接続部１ｄ（ここでは６箇所）が、破線によって示されている。ピン３は、紙面に対して垂直にカソード１に導かれる。接続部１ｄは、示された実施形態において、放射状の構造の中心となっており、側壁１ａが個々に突き出して上記各中心の周りを取り囲むようになっている。
【００３８】
同じく破線によって示されているように、電解セルの容器１ｃは、部分部材１ｆまたは１区画に区分けされてもよい。この場合、電解セルは、部分セルが互いに結合して集まったものとして理解され得る。上記破線は、実際の境界を示しているのではなく、部分部材１ｆまたは１区画の配置を明確にするための仮想の境界線を示しているだけであるので、図においては、その境界線の中にある部分部材１ｆだけが、これらの線によって規定されている。
【００３９】
電解セルの側壁１ａの外側には、越流槽１０の側部外壁１０ａが設けられる。図示の例では、越流槽１０は、貫通しており、その外周形状は、カソード１の側壁１ａの外周形状と同じ形状である。貫通開口部１ａａは、回収溝１１と同様、図２ｂにおいては図示されていない。
【００４０】
図３においては、アノード４配置が平面図に示されている。アノード４は、図２ａおよび図２ｂにおいて示された電解セル全体のうちの分割された１部分として機能するように配置されている。
【００４１】
アノード４の底面４ａは、平面図において、ここでは、内側に向かって先細りした面長の六角形（ここでは、６個）の形状を有する。アノード４は、共通の中央Ｚの周囲に星形に配置されている。したがって、アノード４の上記形状または数は、図２ａおよび図２ｂのカソード１における部分部材１ｆまたは１区画の形状または数と一致する。しかしながら、部分部材１ｆの大きさは、対応するアノード４の大きさと、一致するわけではないことに注意されたい。むしろ、図３の平面図において見えているアノード４の底面は、部分部材１ｆの大きさよりも小さい。これにより、電解セルの稼働の際に、アノード４をカソード１の容器１ｃ内に下げることができる。
【００４２】
本発明に係るカソードユニットを用いて、本発明の方法にしたがえば、アノードとカソードとをより近くに配置できるという事実に基づいて、アルミニウムを生産する溶融電解のための電解セルのエネルギー効率が向上する。これは、生成アルミニウムを連続的に排出することにより、カソード容器内で生成アルミニウムの液位の高さが低いこと、および／または、広範囲にわたって波状運動のない表面を実現することができるためである。液位の高さは、カソード容器内部において、少なくとも、対象位置の広範囲にわたって、プロセスの進行に伴うアノードの消耗に基づくアノードの取り替えに加えて、追加の取り替えが必要とならないように、維持され得る。全体として、生成されたアルミニウムの質は高くなり、最適化された温度管理を実現することができる。
【００４３】
カソードおよびアノードの材料については、当業者にとって公知の、かつ、アルミニウムをその酸化物から電気分解するのに適したすべての材料が採用され得る。好適な材料は、例えば、ＤＥ  １０２６１７４５に提示されている。このことに関する上記文献の内容は、参照することによって、本願に組み入れることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  カソード
１ａ  側壁
１ａａ  貫通開口部
１ｃ  （カソードの）容器
１ｄ  接続部
１ｅ  中心の柱状体
１ｆ  部分部材
２  枠体
３  （電気供給）ピン
３ａ  導体レール
４  アノード
４ａ  底面
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からなる固い表面
７  負極電源装置
８  正極電源装置
９  被覆部
１０  越流槽
１０ａ  側部外壁
１０ｂ  外縁部
１０ｃ  底部外壁
１１  回収溝
【図１ａ】
2013540898.tif 000003
【図１ｂ】
2013540898.tif 000004
【図１ｃ】
2013540898.tif 000005
【図２ａ】
2013540898.tif 000006
【図２ｂ】
2013540898.tif 000007
【図３】
2013540898.tif 000008
【国際調査報告】
2013540898.tif 000009
2013540898.tif 000010
2013540898.tif 000011
2013540898.tif 000012