ГРАФИТИЗИРОВАННЫЙ КАТОДНЫЙ БЛОК С ИЗНОСОСТОЙКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

1. Катодный блок (20, 20', 20'') для ячейки алюминиевого электролизера с базовым слоем (30, 30', 30'') и с покровным слоем (32, 32', 32''), причем базовый слой (30, 30', 30'') содержит графит, и покровный слой (32, 32', 32'') содержит графитовый композитный материал, содержащий от 1 до менее 50% по весу твердого материала с температурой плавления по меньшей мере 1000°С.
2. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1,
отличающийся тем, что
2
2
2
2
содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') твердый материал имеет измеренную согласно стандарту DIN EN 843-4 твердость по Кнупу по меньшей мере 1000 Н/мм, предпочтительно по меньшей мере 1500 Н/мм, особенно предпочтительно по меньшей мере 2000 Н/мм, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 2500 Н/мм.
3. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1 или 2,
отличающийся тем, что
содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') твердый материал представляет собой материал, содержащий более 60% по весу, предпочтительно более 70% по весу, в особенности предпочтительно более 80% по весу, и наиболее предпочтительно более 90% по весу углерода.
4. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.3,
отличающийся тем, что
содержащий углерод материал выбран из группы, которая состоит из кокса, антрацита, сажи, стекловидного углерода, и любых химических комбинаций и/или любых смесей двух или более из вышеуказанных материалов.
5. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.4,
отличающийся тем, что
содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') твердый материал представляет собой содержащий углерод материал со степенью графитизации максимально 0,50, рассчитанной по Майре и Мэрингу из среднего межслойного расстояния с/2 после термической обработки при температуре 2800°С, предпочтительно со степенью графитизации максимально 0,4, и наиболее предпочтительно со степенью графитизации максимально 0,3.
6. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.5,
отличающийся тем, что
покровный слой (32, 32', 32'') в качестве твердого материала содержит от 1 до 25% по весу, предпочтительно от 10 до 25% по весу, и особенно предпочтительно от 10 до 20% по весу содержащего углерод материала.
7. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.6,
отличающийся тем, что
содержащий углерод материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') в качестве твердого материала, имеет размер зерен до 3 мм, и предпочтительно до 2 мм.
8. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.7,
отличающийся тем, что
содержащий углерод материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') в качестве твердого материала, предпочтительно кокс, имеет определенное с помощью дифракционной картины интерференции рентгеновских лучей среднее межслойное расстояние с/2 по меньшей мере 0,339 нм.
9. Катодный блок (20, 20', 20'') п.8,
отличающийся тем, что
содержащий углерод материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') в качестве твердого материала, предпочтительно кокс, имеет определенное с помощью дифракционной картины интерференции рентгеновских лучей среднее межслойное расстояние с/2 от 0,340 до 0,344 нм.
10. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.9,
отличающийся тем, что
2
2
содержащий углерод материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32'') в качестве твердого материала, предпочтительно кокс, состоит из частиц с удельной поверхностью, определяемой по методу BET, от 10 до 40 м/г, и предпочтительно от 20 до 30 м/г.
11. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1 или 2,
отличающийся тем, что
твердый материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32''), представляет собой неоксидную керамику, которая предпочтительно состоит по меньшей мере из одного металла 4-6-ой побочной подгруппы и по меньшей мере одного элемента из 3-ей или 4-ой главной подгруппы периодической системы элементов.
12. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.11,
отличающийся тем, что
твердый материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32''), выбран из группы, которая состоит из диборида титана, диборида циркония, диборида тантала, карбида титана, карбида бора, карбонитрида титана, карбида кремния, карбида вольфрама, карбида ванадия, нитрида титана, нитрида бора, нитрида кремния, диоксида циркония, оксида алюминия, и любых химических комбинаций и/или смесей двух или более из вышеуказанных соединений.
13. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
3,50
твердый материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32''), имеет мономодальный гранулометрический состав, причем средневзвешенный по объему размер частиц (d), определяемый методом статического рассеяния света согласно стандарту ISO 13320-1, составляет от 10 до 20 мкм, предпочтительно от 12 до 18 мкм, и особенно предпочтительно от 14 до 16 мкм.
14. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
3,50
твердый материал, содержащийся в покровном слое (32, 32', 32''), имеет мономодальный гранулометрический состав, причем средневзвешенный по объему размер частиц (d), определяемый методом статического рассеяния света согласно стандарту ISO 13320-1, составляет от 3 до 10 мкм, и предпочтительно от 4 до 6 мкм.
15. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
3,90
размер d частиц твердого материала, определяемый методом статического рассеяния света согласно стандарту ISO 13320-1, составляет от 20 до 40 мкм, и предпочтительно от 25 до 30 мкм.
16. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
3,90
размер d частиц твердого материала, определяемый методом статического рассеяния света согласно стандарту ISO 13320-1, составляет от 10 до 20 мкм, и предпочтительно от 12 до 18 мкм.
17. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
3,10
размер d частиц твердого материала, определяемый методом статического рассеяния света согласно стандарту ISO 13320-1, составляет от 2 до 7 мкм, и предпочтительно от 3 до 5 мкм.
18. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
3,10
размер d частиц твердого материала, определяемый методом статического рассеяния света согласно стандарту ISO 13320-1, составляет от 1 до 3 мкм, и предпочтительно от 1 до 2 мкм.
19. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
твердый материал представляет собой неоксидную титановую керамику, и предпочтительно диборид титана, и имеет гранулометрический состав, который имеет величину диапазона значений, рассчитанную согласно нижеследующему уравнению:
3,90
3,10
3,50
диапазон значений = (d-d)/d
от 0,65 до 3,80, и особенно предпочтительно от 1,00 до 2,25.
20. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.11,
отличающийся тем, что
твердый материал содержит по меньшей мере 80% по весу, предпочтительно по меньшей мере 90% по весу, особенно предпочтительно по меньшей мере 95% по весу, в высшей степени предпочтительно по меньшей мере 99% по весу, и наиболее предпочтительно 100% по весу неоксидной керамики, предпочтительно неоксидной титановой керамики, и в особенности предпочтительно диборида титана.
21. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.12,
отличающийся тем, что
покровный слой (32, 32', 32'') содержит от 5 до 40% по весу, предпочтительно от 10 до 30% по весу, и в наиболее предпочтительно от 10 до 20% по весу твердого материала с температурой плавления по меньшей мере 1000°С.
22. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1,
отличающийся тем, что
покровный слой (32, 32', 32'') содержит от 99 до более 50% по весу, предпочтительно от 95 до 60% по весу, особенно предпочтительно от 90 до 70% по весу, и наиболее предпочтительно от 90 до 80% по весу графита.
23. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1,
отличающийся тем, что
покровный слой (32, 32', 32'') имеет вертикальное удельное электрическое сопротивление при температуре 950°С от 5 до 20 Ом·мкм, и предпочтительно от 9 до 13 Ом·мкм.
24. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1,
отличающийся тем, что
толщина покровного слоя (32, 32', 32'') составляет от 1 до 50%, предпочтительно от 5 до 40%, особенно предпочтительно от 10 до 30%, и наиболее предпочтительно от 15 до 25% общей высоты катодного блока (20, 20', 20'').
25. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1,
отличающийся тем, что
базовый слой (30, 30', 30'') по меньшей мере на 80% по весу, предпочтительно по меньшей мере на 90% по весу, особенно предпочтительно по меньшей мере на 95% по весу, в высшей степени предпочтительно по меньшей мере на 99% по весу, и наиболее предпочтительно полностью состоит из графита и связующего материала.
26. Катодный блок (20, 20', 20'') по п.1,
отличающийся тем, что
базовый слой (30, 30', 30'') имеет вертикальное удельное электрическое сопротивление при температуре 950°С от 13 до 18 Ом·мкм, и предпочтительно от 14 до 16 Ом·мкм.
27. Катод (12), который содержит по меньшей мере один катодный блок (20, 20', 20'') по одному из пп.1-26, причем катодный блок (20, 20', 20'') на противоположной относительно покровного слоя (32, 32', 32'') стороне базового слоя (30, 30', 30'') имеет по меньшей мере один паз (38, 38'), причем по меньшей мере в одном пазу (38, 38') предусмотрена по меньшей мере одна токоподводящая шина (40, 40'), чтобы подводить электрический ток к катоду (12) во время электролиза.
28. Применение катодного блока (20, 20', 20'') по меньшей мере по одному из пп.1-26, или катода (12) по п.27, для проведения электролиза расплавленных сред для получения металла, в частности, такого как алюминий.