КАТОД, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, И ПРИМЕНЕНИЕ КАТОДА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ АЛЮМИНИЯ

1. Катод (10) ячейки электролизера для получения алюминия из его оксида в электролитической ванне, с технологической стороной (10о), которая в эксплуатационном режиме обращена к электролитической ванне (20'), причем катод (10) выполнен слоистым, с содержащим технологический материал (12') технологическим слоем (12), который частично или полностью образует технологическую сторону (10о) катода (10), и с токопередающим слоем (11), содержащим токопередающий материал (11'), причем технологический материал (12') является более устойчивым к абразивному износу, чем токопередающий материал (11'), причем токопередающий материал (11') имеет более высокую электрическую проводимость, чем технологический материал (12'), и, причем технологическая сторона (10о) выполнена профилированной посредством одного или нескольких углублений (10а) и/или выступов (10е).
2. Катод (10) по п. 1, в котором технологический слой (12) и, в частности, технологический материал (12'), выполнен аморфным, в частности, содержащим углеродный материал или состоящим из него или на его основе, и/или на основе кальцинированного антрацита, предпочтительно с вертикальным удельным электрическим сопротивлением при комнатной температуре в диапазоне от около 23 Ом·мкм до около 40 Ом·мкм, предпочтительно в диапазоне от около 25 Ом·мкм до около 35 Ом·мкм.
3. Катод (10) по любому из пп. 1 или 2, в котором токопередающий слой (11) и, в частности, токопередающий материал (11'), выполнен содержащим углеродный материал или состоящим из него или на его основе, в частности, в графитовой форме содержащим графит или состоящим из него, и/или из графитового материала, предпочтительно с вертикальным удельным электрическим сопротивлением при комнатной температуре в диапазоне от около 14 Ом·мкм до около 20 Ом·мкм, дополнительно предпочтительно в диапазоне от около 16 Ом·мкм до около 18 Ом·мкм.
4. Катод (10) по п. 1, в котором углубления (10а) образованы в технологической стороне (10о) или на ней из углублений (12а) в технологическом слое (12) и, в частности, в технологическом материале (12'), и/или причем выступы (10е) образованы в технологической стороне (10о) или на ней из выступов (12е) в технологическом слое (12) и, в частности, в технологическом материале (12').
5. Катод (10) по п. 4, в котором технологическая сторона (10о) участками является планарной, и, в частности, углубления (10а) и/или выступы (10е) в поперечном сечении по существу являются прямоугольными, квадратными, дугообразными, в форме круговых сегментов, трапециевидными или треугольными.
6. Катод (10) по п. 5, в котором технологический слой (12) размещен непосредственно на токопередающем слое (11), и, в частности, граничная поверхность между технологическим слоем (12) и токопередающим слоем (11), то есть, нижняя сторона (12u) технологического слоя (12) и верхняя сторона (11о) токопередающего слоя (11), выполнены планарными.
7. Катод (10) по п. 6, в котором глубина «ta» углубления (10а, 12а) и ширина «ba» углубления (10а, 12а) принимают значения с соотношением в диапазоне от около 1:3 до около 1:1, и предпочтительно с соотношением в диапазоне от около 1:2 до около 1:1, чтобы приблизительно удовлетворялось отношение (1)
1:3≤ta : ba≤1:1 (1)
и, в частности, отношение (1')
1:2≤ta : ba≤1:1 (1'),
причем высота «he» выступа (10е, 12е) и ширина «be» выступа (10е, 12е) имеют или принимают значения с соотношением в диапазоне от около 1:2 до около 2:1, и предпочтительно с соотношением в области около 1:1, чтобы приблизительно удовлетворялось отношение (2)
1:2≤he : be≤2:1 (2)
и, в частности, отношение (2')
he : be≈1:1 (2'),
и/или причем ширина «ba» углубления (10а, 12а) и ширина «be» выступа (10е, 12е) принимают значения с соотношением в диапазоне от около 1:1 до около 4:1, чтобы приблизительно удовлетворялось отношение (3)
1:1≤ba : be≤4:1 (3).
8. Катод (10) по п. 7, в котором глубина (ta) углубления (10а, 12а) имеет значения в диапазоне от около 100 мм до около 250 мм, предпочтительно в диапазоне около 100 мм, ширина (ba) углубления (10а, 12а) имеет значения в диапазоне от около 140 мм до около 200 мм, высота (he) выступа (10е, 12е) имеет значения в диапазоне от около 100 мм до около 250 мм, предпочтительно в диапазоне около 100 мм, и/или ширина (be) выступа (10е, 12е) имеет значения в диапазоне от около 100 мм до около 200 мм, предпочтительно в диапазоне около 100 мм.
9. Катод (10) по п. 8, в котором катод включает в себя многочисленные катодные блоки (10'), в частности, выполнен из многочисленных катодных блоков (10'), причем катодные блоки (10'), в частности, выполнены геометрически и/или структурно одинаковыми или одинаково действующими, и/или в отношении технологической стороны (10о) и/или токоприемной стороны (10u) размещены латерально смежными друг с другом.
10. Катод (10) по п. 9, в котором технологическая сторона (10о), по меньшей мере, на одном катодном блоке (10'), в частности, на всех катодных блоках (10'), выполнена профилированной с одним или несколькими углублениями (10а) и/или выступами (10е).
11. Катод (10) по п. 10, в котором непосредственно смежные друг с другом катодные блоки (10') имеют контактный и компенсационный участок (40) между ними, который выполнен и предусмотрен для механического разделения, в частности, для восприятия термомеханических напряжений, в частности, в каждом случае в виде рабочего шва (40').
12. Катод (10) по п. 11, в котором выступы (10е, 12е) на технологической стороне (10о) и, в частности, в технологическом слое (12) и технологическом материале (12'), выполнены как гребни, ребра или перегородки (12f), в частности, по существу прямоугольными в поперечном сечении, в виде выпуклых участков, в виде волнообразных участков, в виде участков с призматической формой, в частности, с треугольной или трапециевидной базовой поверхностью, и/или в виде их комбинаций.
13. Катод (10) по п. 12, в котором предусмотренные выступы (10е, 12е) и/или углубления (10а, 12а) имеют переменное поперечное сечение вдоль направления их продольной протяженности, в частности, переменную высоту (he) или, соответственно, глубину (ta).
14. Устройство (100) для получения алюминия на основе электролиза расплавленных сред, с анодной системой (30), с катодом (10) по любому из п.п. 1-13, и с плавильной и реакционной камерой (20) между анодной системой (30) и катодом (10).
15. Устройство (100) по п. 14, в котором расстояние (D) между катодом (10) и анодной системой (30) имеет или принимает значение в диапазоне от около 20 мм до около 200 мм, предпочтительно в диапазоне от около 40 мм до около 70 мм, чтобы приблизительно удовлетворялось отношение (4)
20 мм≤D≤200 мм (4)
и, в частности, отношение (4')
40 мм≤D≤70 мм (4').
16. Применение катода (10) по любому из пп. 1-13 в способе получения металлов, и в частности, алюминия, на основе расплавленной среды, предпочтительно в рамках электролиза расплавленной среды в криолитной ванне согласно процессу Холла-Эру, и в устройстве для этого.
17. Применение устройства (100) по любому из пп. 14 или 15 в способе получения металлов, и в частности, алюминия, на основе расплавленной среды, предпочтительно в рамках электролиза расплавленных сред в криолитной ванне согласно процессу Холла-Эру.