Системы и способы защиты боковых стенок электролизера

Системы и способы защиты боковых стенок электролизера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка является непредварительной и испрашивает приоритет заявки на патент США с порядковым № 61/780,493, озаглавленной «Системы и способы защиты электролизеров», поданной 13 марта 2013 года, которая включена сюда по ссылке во всей своей полноте.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Традиционно боковые стенки электролизера выполняют из теплопроводных материалов для формирования застывшей настыли вдоль всей боковой стенки (и верхней поверхности ванны) для обеспечения целостности электролизера.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В самом широком смысле настоящее изобретение относится к элементам боковой стенки (например, внутренней боковой стенки, или горячей стороны) электролизера, которые защищают боковую стенку от электролитической ванны в ходе эксплуатации электролизера (например, при производстве металла в электролизере). Более конкретно, элементы внутренней стенки обеспечивают непосредственный контакт с металлом, ванной и/или паром в электролизере при отсутствии застывшей настыли вдоль всей или части внутренней боковой стенки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Сообразно различным вариантам осуществления настоящего изобретения боковая стенка электролизера заменяется, по меньшей мере частично, одной или более боковыми стенками в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

[0005] В некоторых вариантах представлен стабильный материал боковой стенки, который является устойчивым (например, практически нереакционноспособным) в расплавленном электролите (например, в ванне электролизера) при поддержании одного или более компонентов, входящих в химический состав ванны, на определенном содержании в процентах от насыщения. В некоторых вариантах химический состав ванны поддерживают с помощью по меньшей мере одного устройства питания, размещенного вдоль боковой стенки, которое подает в электролизер питающий материал (например, который удерживается в виде защитного осадка, располагающегося рядом с боковой стенкой электролизера). В некоторых вариантах защитный вкладыш поставляет по меньшей мере один компонент ванны (например, глинозем) в ванну (например, в ванну непосредственно рядом с боковой стенкой). В качестве одного неограничивающего примера, по мере того как защитный осадок медленно растворяется, химический состав ванны рядом с боковой стенкой находится на уровне или вблизи насыщения для этого компонента ванны, тем самым защищая боковую стенку от растворения (например, перехода в раствор/разъедания) в результате взаимодействия с расплавленными электролитом/ванной. В некоторых вариантах процентная степень насыщения ванны конкретным ее компонентом (например, глиноземом) является функцией концентрации питающего материала (например, глинозема) при условиях эксплуатации электролизера (например, температуре, соотношении компонентов ванны, и ванны и/или содержания).

[0006] В некоторых вариантах боковые стенки по настоящему изобретению обеспечивают экономию энергии на: по меньшей мере примерно 5%; по меньшей мере примерно 10%; по меньшей мере примерно 15%; по меньшей мере примерно 20%; по меньшей мере примерно 25%; или по меньшей мере примерно 30%, по сравнению с традиционной футеровкой из теплопроводного материала.

[0007] В некоторых вариантах тепловой поток (т.е. теплопотеря через боковую стенку электролизера во время работы электролизера) составляет: не более чем примерно 5 кВт/м²; не более чем примерно 4 кВт/м²; не более чем примерно 3 кВт/м²; не более чем примерно 2 кВт/м²; не более чем примерно 1 кВт/м²; не более чем примерно 0,75 кВт/м².

[0008] В некоторых вариантах тепловой поток (т.е. теплопотеря через боковую стенку электролизера во время работы электролизера) составляет: по меньшей мере примерно 5 кВт/м²; по меньшей мере примерно 4 кВт/м²; по меньшей мере примерно 3 кВт/м²; по меньшей мере примерно 2 кВт/м²; по меньшей мере примерно 1 кВт/м²; по меньшей мере примерно 0,75 кВт/м².

[0009] В резком контрасте с этим, промышленные электролизеры Холла работают при тепловом потоке через боковую стенку в примерно 8-12 кВт/м².

[0010] В одном аспекте настоящего изобретения представлена система, включающая в себя: электролизер, выполненный с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, включающую по меньшей мере один компонент ванны, причем электролизер включает: подину (например, катод или слой металла) и боковую стенку, состоящую по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны; и систему питания, выполненную с возможностью подачи питающего материала, включающего упомянутый по меньшей мере один компонент ванны, в расплавленную ванну электролита таким образом, что упомянутый по меньшей мере один компонент ванны находится в пределах примерно 2% от насыщения, причем с помощью питающего материала боковая стенка стабильна в расплавленной ванне электролита.

[0011] В некоторых вариантах ванна включает питающий материал (например, глинозем) при содержании выше предела его насыщения (например, таком, что в ванне присутствуют его частицы).

[0012] В некоторых вариантах компонент ванны (например, глинозем) имеет среднее содержание в ванне: в пределах примерно 2% от насыщения; в пределах примерно 1,5% от насыщения; в пределах примерно 1% от насыщения; в пределах примерно 0,5% от насыщения; на уровне насыщения; или выше насыщения (например, в ванне присутствуют нерастворенные частицы этого компонента ванны).

[0013] В некоторых вариантах степень насыщения ванны компонентом составляет: по меньшей мере примерно 95% от насыщения; по меньшей мере примерно 96% от насыщения; по меньшей мере примерно 97% от насыщения; по меньшей мере примерно 98% от насыщения; по меньшей мере примерно 99% от насыщения; 100%-ое насыщение; или выше насыщения (например, в ванне присутствуют нерастворенные частицы компонента ванны).

[0014] В некоторых вариантах степень насыщения ванны компонентом составляет: не более чем примерно 95% от насыщения; не более чем примерно 96% от насыщения; не более чем примерно 97% от насыщения; не более чем примерно 98% от насыщения; не более чем примерно 99% от насыщения; или не более 100%-ого насыщения.

[0015] В некоторых вариантах компонент ванны имеет содержание в ванне в процентах от насыщения, измеренное как среднее значение по всему электролизеру. В некоторых вариантах компонент ванны имеет содержание в ванне в процентах от насыщения, измеренное в местоположении, смежном с боковой стенкой (например, нереакционноспособным/стабильным материалом боковой стенки).

[0016] В некоторых вариантах смежное с боковой стенкой местоположение представляет собой положение в ванне: в прикосновении со стенкой; не более чем примерно 1 дюйм от стенки; не более чем примерно 2 дюйма от стенки, не более чем примерно 4 дюйма от стенки; не более чем примерно 6 дюймов от стенки; не более чем примерно 8 дюймов от стенки; не более чем примерно 10 дюймов от стенки; не более чем примерно 12 дюймов от стенки; не более чем примерно 14 дюймов от стенки; не более чем примерно 16 дюймов от стенки; не более чем примерно 18 дюймов от стенки; не более чем примерно 20 дюймов от стенки; не более чем примерно 22 дюйма от стенки; или не более чем примерно 24 дюйма от стенки.

[0017] В некоторых вариантах смежное с боковой стенкой местоположение представляет собой положение в ванне: в прикосновении со стенкой; менее чем примерно 1 дюйм от стенки; менее чем примерно 2 дюйма от стенки, менее чем примерно 4 дюйма от стенки; менее чем примерно 6 дюймов от стенки; менее чем примерно 8 дюймов от стенки; менее чем примерно 10 дюймов от стенки; менее чем примерно 12 дюймов от стенки; менее чем примерно 14 дюймов от стенки; менее чем примерно 16 дюймов от стенки; менее чем примерно 18 дюймов от стенки; менее чем примерно 20 дюймов от стенки; менее чем примерно 22 дюйма от стенки; или менее чем примерно 24 дюйма от стенки.

[0018] В одном аспекте настоящего изобретения представлена система, включающая: корпус электролизера, выполненный с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, включающую глинозем, причем электролизер включает: подину (например, катод или слой металла) и боковую стенку, состоящую по существу из глинозема; и систему питания, выполненную с возможностью подачи питающего материала, включающего глинозем, в расплавленную ванну электролита так, что содержание глинозема в ванне находится в пределах 10% от насыщения, причем с помощью такого содержания в ванне боковая стенка стабильна в расплавленной ванне электролита.

[0019] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем ванна имеет химический состав ванны, включающий множество компонентов ванны; корпус электролизера, включающий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем боковая стенка состоит по существу из: по меньшей мере одного компонента ванны, входящего в химический состав ванны, причем химический состав ванны включает упомянутый по меньшей мере один компонент ванны в пределах примерно 10% от предела насыщения для этого компонента, так что с помощью химического состава ванны боковая стенка сохраняется на границе раздела боковой стенки и ванны (например, во время работы электролизера).

[0020] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, имеющую химический состав ванны; корпус электролизера, включающий подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью контактировать с расплавленной ванной электролита и удерживать ее, и при этом боковая стенка выполнена из материала, который является компонентом химического состава ванны; и устройство питания, выполненное с возможностью подачи питающего материала, включающего этот компонент, в расплавленную ванну электролита, причем химический состав ванны поддерживается на уровне или вблизи насыщения компонента, так что боковая стенка остается стабильной в расплавленном солевом электролите.

[0021] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем расплавленная ванна электролита имеет химический состав ванны, включающий по меньшей мере один компонент ванны; корпус электролизера, имеющий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, причем боковая стенка состоит по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, причем боковая стенка дополнительно включает: первую часть боковой стенки, выполненную с возможностью установки на теплоизоляционную футеровку боковой стенки и удерживания электролита; и вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера, причем вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб; причем желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать защитный осадок отдельно от подины электролизера (например, слоя металла); причем защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита.

[0022] В одном аспекте настоящего изобретения представлен электролизер, включающий: анод; катод в отстоящем от анода положении; расплавленную ванну электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, причем расплавленная ванна электролита имеет химический состав ванны, включающий по меньшей мере один компонент ванны; корпус электролизера, имеющий: подину и по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую подину, причем корпус электролизера выполнен с возможностью удерживать расплавленную ванну электролита, причем боковая стенка состоит по существу из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, причем боковая стенка дополнительно включает: первую часть боковой стенки, выполненную с возможностью установки на теплоизоляционную футеровку боковой стенки и удерживания электролита; и вторую часть боковой стенки, выполненную выступающей вверх от подины корпуса электролизера, причем вторая часть боковой стенки продольно разнесена с первой частью боковой стенки, так что первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки и основание между первой частью и второй частью образуют желоб; причем желоб выполнен с возможностью принимать защитный осадок и удерживать защитный осадок отдельно от подины электролизера (например, слоя металла); причем защитный осадок выполнен с возможностью растворяться из желоба в расплавленную ванну электролита так, что расплавленная ванна электролита имеет уровень содержания упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны, который является достаточным, чтобы сохранять первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки в расплавленной ванне электролита; и направляющий элемент, причем направляющий элемент размещен между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки, и при этом направляющий элемент разнесен поперечно над желобом, так что направляющий элемент выполнен с возможностью направления защитного осадка в желоб.

[0023] В некоторых вариантах боковая стенка включает первую часть и вторую часть, причем вторая часть выполнена совмещающейся с первой частью боковой стенки относительно теплоизоляционной футеровки, и при том вторая часть боковой стенки выполнена выступающей от боковой стенки (например, профиля боковой стенки) в ступенчатой конфигурации, причем вторая часть боковой стенки включает верхнюю поверхность и боковую поверхность, которые образуют ступенчатый участок. В некоторых вариантах верхняя поверхность выполнена обеспечивающей планарную поверхность (например, плоскую, или параллельную подине электролизера). В некоторых вариантах верхняя поверхность выполнена обеспечивающей скошенную/наклонную поверхность, которая наклонена в сторону первой части боковой стенки так, что первая часть боковой стенки и верхняя поверхность второй части боковой стенки совместно образуют углубленную область. В некоторых вариантах скошенная стабильная боковая стенка является скошенной в сторону центра электролизера/слоя металла (в противоположную от боковой стенки сторону). В некоторых вариантах электролизер включает питатель, выполненный с возможностью подачи питания в электролизер, которое удерживается вдоль по меньшей мере части планарной верхней поверхности и/или стороны второй части боковой стенки в качестве защитного осадка. В некоторых вариантах электролизер включает питатель, выполненный с возможностью подачи питания в электролизер, которое удерживается вдоль углубленной области (например, верхней поверхности второй части боковой стенки).

[0024] В некоторых вариантах основание включает упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

[0025] В некоторых вариантах защитный осадок включает один компонент ванны (по меньшей мере один). В некоторых вариантах защитный осадок включает по меньшей мере два компонента ванны.

[0026] В некоторых вариантах защитный осадок выступает из желоба вверх до по меньшей мере верхней поверхности ванны электролита.

[0027] В некоторых вариантах электролизер дополнительно включает направляющий элемент, причем направляющий элемент размещен между первой частью боковой стенки и второй частью боковой стенки, при том направляющий элемент размещен над основанием желоба, и при этом направляющий элемент выполнен с возможностью направления защитного осадка в желоб. В некоторых вариантах направляющий элемент состоит из стабильного материала (например, материала, нереакционноспособного в ванне и/или в паровой фазе).

[0028] В некоторых вариантах направляющий элемент выполнен из материала, который присутствует в химическом составе ванны, так что с помощью химического состава ванны направляющий элемент сохраняется в расплавленном солевом электролите.

[0029] В некоторых вариантах основание желоба образовано питающим блоком, причем питающий блок выполнен из материала, выбранного из компонентов, входящих в химический состав ванны, причем с помощью химического состава ванны питающий блок сохраняется в расплавленной солевой ванне. В некоторых вариантах питающий блок содержит стабильный материал (нереакционноспособный материал). В некоторых вариантах питающий блок содержит глинозем.

[0030] В некоторых вариантах электролизер дополнительно включает питатель (например, устройство питания), выполненный(ое) с возможностью подачи защитного осадка в желоб.

[0031] В некоторых вариантах устройство питания прикреплено к корпусу электролизера.

[0032] В одном аспекте настоящего изобретения представлен способ, включающий: пропускание тока между анодом и катодом через расплавленную ванну электролита электролизера, подачу питающего материала в электролизер для пополнения расплавленной ванны электролита по меньшей мере одним компонентом ванны, причем подача происходит со скоростью, достаточной для поддержания уровня содержания в ванне упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны в пределах примерно 95% от насыщения; и с помощью стадии подачи сохранение боковой стенки электролизера, выполненной из материала, включающего упомянутый по меньшей мере один компонент ванны.

[0033] В некоторых вариантах способ включает: одновременно с первой стадией поддерживание ванны при температуре, не превышающей 960°С, причем боковые стенки электролизеров практически не имеют застывшей настыли.

[0034] В некоторых вариантах способ включает расходование защитного осадка для подачи ионов металла в ванну электролита.

[0035] В некоторых вариантах способ включает получение продукта-металла из упомянутого по меньшей мере одного компонента ванны.

[0036] Различные из аспектов по изобретению, отмеченные здесь выше, могут быть скомбинированы для создания устройств, узлов и способов, относящихся к получению первичного металла в электролизерах при низкой температуре (например, ниже 960°С).

[0037] Эти и прочие аспекты, преимущества и новые признаки изобретения изложены отчасти в нижеследующем описании и станут очевидными специалистам в этой области техники после ознакомления с нижеследующим описанием и фигурами, или же могут быть выяснены при практическом осуществлении изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0038] Фигура 1 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет стабильную боковую стенку (например, нереакционноспособный материал), в соответствии с настоящим изобретением.

[0039] Фигура 2 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки, с питателем, подающим защитный осадок между этими частями боковой стенки, в соответствии с настоящим изобретением.

[0040] Фигура 3 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет первую часть боковой стенки и вторую часть боковой стенки, с питателем, подающим защитный осадок между частями боковой стенки, и включает направляющий элемент, в соответствии с настоящим изобретением.

[0041] Фигура 4 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет боковую стенку, которая имеет две стабильных части боковой стенки, причем первая часть боковой стенки и вторая часть боковой стенки выполнены с возможностью прикрепления к теплоизоляционной футеровке, при этом вторая часть боковой стенки выступает за первую часть боковой стенки (например, выполнена обеспечивающей ступенчатую/продленную конфигурацию), в соответствии с настоящим изобретением.

[0042] Фигура 5 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет боковую стенку, которая имеет две стабильных части боковой стенки, причем первая часть боковой стенки и вторая часть боковой стенки выполнены с возможностью прикрепления к теплоизоляционной футеровке, при этом вторая часть боковой стенки выступает за первую часть боковой стенки (например, выполнена обеспечивающей ступенчатую/продленную конфигурацию) и включает защитный осадок, обеспечиваемый питателем, в соответствии с настоящим изобретением.

[0043] Фигура 6 изображает схематический вид сбоку еще одного варианта электролизера в режиме работы, причем электролизер имеет боковую стенку, которая имеет две стабильных части боковой стенки, причем первая часть боковой стенки и вторая часть боковой стенки выполнены с возможностью прикрепления к теплоизоляционной футеровке, при этом вторая часть боковой стенки выступает за первую часть боковой стенки (например, выполнена обеспечивающей ступенчатую/продленную конфигурации) и включает защитный осадок, обеспечиваемый питателем, в соответствии с настоящим изобретением.

[0044] Фигура 7 изображает схематический вид сбоку электролизера в режиме работы, в соответствии с настоящим изобретением (например, активная боковая стенка представляет собой один или более вариантов осуществления настоящего изобретения).

[0045] Фигура 8 представляет собой график, изображающий скорость (м/с) растворения глинозема в электролитической ванне в зависимости от степени насыщения глиноземом, построенный при пяти (5) различных линиях температуры (750°С, 800°С, 850°С, 900°С и 950°С).

[0046] Фигура 9 представляет график температуры и теплового потока ванны, теплоносителя и настыли на выпуске в зависимости от времени.

[0047] Фигуры 10А-Н изображают частичные виды сбоку в разрезе защитного осадка с различными углами и дна/основания желоба (иногда называемого питающим блоком) под защитным осадком. Изображены различные углы защитного осадка (с наклоном в сторону второй части боковой стенки, с наклоном в сторону первой части боковой стенки, плоские, угловатые и тому подобные). Кроме того, изображены различные углы дна/основания желоба (с наклоном в сторону второй части боковой стенки, с наклоном в сторону первой части боковой стенки, плоские, угловатые и тому подобные).

[0048] Фигуры 11А-D изображают частичные виды сбоку в разрезе разнообразных конфигураций верхнего уступа и/или второй части боковой стенки. Фигура 11А показывает косую конфигурацию с наклоном в сторону центра электролизера (чтобы способствовать стоку из электролизера). Фигура 11В изображает косую конфигурацию, скошенную в сторону боковой стенки (чтобы способствовать удержанию питающего материала в защитном осадке). Фигура 11С изображает угловатую конфигурацию (например, заостренную). Фигура 11D показывает изогнутую, или дугообразную, самую верхнюю область уступа или второй части боковой стенки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0049] Теперь обратимся в подробностях к сопроводительным чертежам, которые по меньшей мере содействуют иллюстрированию разнообразных уместных вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0050] Используемый здесь термин «электролиз» означает любой процесс, который приводит к химической реакции при пропускании электрического тока через материал. В некоторых вариантах электролиз происходит, когда некая разновидность металла восстанавливается в электролизере с получением продукта-металла. Некоторые неограничивающие примеры электролиза включают получение первичного металла. Некоторые неограничивающие примеры получаемых электролитически металлов включают: редкоземельные металлы, цветные металлы (например, медь, никель, цинк, магний, свинец, титан, алюминий и редкоземельные металлы). Применяемый здесь термин «электролизер» означает устройство для проведения электролиза. В некоторых вариантах электролизер включает электролизную ванну, или серию электролизных ванн (например, множественные ванны). В одном неограничивающем примере электролизер оснащен электродами, которые действуют в качестве проводника, через который ток поступает в или покидает неметаллическую среду (например, ванну электролита).

[0051] Используемый здесь термин «электрод» означает положительно заряженные электроды (например, аноды) или отрицательно заряженные электроды (например, катоды).

[0052] Используемый здесь термин «анод» означает положительный электрод (или клемму), посредством которого ток поступает в электролизер. В некоторых вариантах аноды выполнены из электропроводящих материалов. Некоторые неограничивающие примеры анодных материалов включают: металлы, металлические сплавы, оксиды, керамические материалы, металлокерамику, углерод и их сочетания.

[0053] Используемый здесь термин «анодный узел» включает один или более анодов, соединенных с опорой. В некоторых вариантах анодный узел включает: аноды, опору (например, огнеупорный блок и другие устойчивые в ванне материалы) и электрическую ошиновку.

[0054] Используемый здесь термин «опора» означает конструктивный элемент, который поддерживает другой(ие) объект(ы) на своем месте. В некоторых вариантах опора представляет собой конструкцию, которая поддерживает на месте анод(ы). В одном варианте опора способствует электрическому соединению электрической ошиновки с анодом(ами). В одном варианте опора выполнена из материала, который устойчив к агрессивному воздействию ванны. Например, опора выполнена из изоляционного материала, включая, например, огнеупорный материал. В некоторых вариантах множественные аноды соединены (например, механически и электрически) с опорой (например, разъемно присоединены), которая является регулируемой и которую можно поднимать, опускать или иным образом перемещать в электролизере.

[0055] Используемый здесь термин «электрическая ошиновка» относится к электрическим соединителям одного или более компонентов. Например, анод, катод и/или другие компоненты электролизера могут иметь электрическую ошиновку для соединения компонентов друг с другом. В некоторых вариантах электрическая ошиновка включает штыревые соединители в анодах, токопроводы для соединения анодов и/или катодов, электрические цепи для различных компонентов электролизера (или между ними) и их сочетания.

[0056] Используемый здесь термин «катод» означает отрицательный электрод или клемму, через которые ток выходит из электролизера. В некоторых вариантах катоды выполнены из электропроводящего материала. Некоторые неограничивающие примеры катодного материала включают: углерод, металлокерамику, керамический(е) материал(ы), металлический(е) материал(ы) и их сочетания. В одном варианте катод выполнен из боридного соединения переходного металла, например, TiB₂. В некоторых вариантах катод электрически подсоединен через подину электролизера (например, токоотводящий стержень и электрическую ошиновку). В качестве некоторых неограничивающих примеров, катоды выполнены из: TiB₂, композитных материалов TiB₂-С, нитрида бора, боридов циркония, боридов гафния, графита и их сочетаний.

[0057] Используемый здесь термин «катодный узел» относится к катоду (например, катодному блоку), токоотводящему стержню, электрической ошиновке и их сочетаниям.

[0058] Используемый здесь термин «токоотводящий стержень» относится к стержню, который собирает и отводит ток из электролизера. В одном неограничивающем примере токоотводящий стержень собирает ток из катода и передает ток в электрическую ошиновку для отведения тока из системы.

[0059] Используемый здесь термин «ванна электролита» относится к переведенной в жидкое состояние ванне с по меньшей мере одной разновидностью металла, подлежащего восстановлению (например, посредством процесса электролиза). Один неограничивающий пример состава электролитической ванны включает: NaF-AlF₃ (в алюминиевом электролизере), NaF, AlF₃, CF₂, MgF₂, LiF, KF и их сочетания - с растворенным глиноземом.

[0060] Используемый здесь термин «расплавленный» означает находящийся в текучем виде (например, жидкости) вследствие подведения тепла. В качестве одного неограничивающего примера, электролитическая ванна находится в расплавленном виде (например, при температуре по меньшей мере примерно 750°С). В качестве еще одного примера, продукт-металл, который образуется на подине электролизера (например, иногда называемый «слоем металла»), находится в расплавленном виде.

[0061] В некоторых вариантах рабочая температура расплавленной ванны электролита/электролизера составляет: по меньшей мере примерно 750°С; по меньшей мере примерно 800°С; по меньшей мере примерно 850°С; по меньшей мере примерно 900°С; по меньшей мере примерно 950°С; или по меньшей мере примерно 975°С. В некоторых вариантах рабочая температура расплавленной ванны электролита/электролизера составляет: не более чем примерно 750°С; не более чем примерно 800°С; не более чем примерно 850°С; не более чем примерно 900°С; не более чем примерно 950°С; или не более чем примерно 975°С.

[0062] Используемый здесь термин «продукт-металл» означает продукт, который получен электролизом. В одном варианте продукт-металл образуется на подине электролизера в виде слоя металла. Некоторые неограничивающие примеры продуктов-металлов включают: алюминий, никель, магний, медь, цинк и редкоземельные металлы.

[0063] Используемый здесь термин «боковая стенка» означает стенку электролизера. В некоторых вариантах боковая стенка проходит по периметру вокруг подины электролизера и простирается вверх от подины электролизера, образуя корпус электролизера и определяя объем, где содержится ванна электролита. В некоторых вариантах боковая стенка включает: внешний кожух, теплоизоляционную футеровку и внутреннюю стенку. В некоторых вариантах внутренняя стенка и подина электролизера выполнены с возможностью контактировать с и удерживать расплавленную ванну электролита, питающий материал, который подается в ванну (т.е. для проведения электролиза), и продукт-металл (например, слой металла). В некоторых вариантах боковая стенка (внутренняя боковая стенка) включает нереакционноспособную часть боковой стенки (например, стабильную часть боковой стенки).

[0064] Используемый здесь термин «косой» означает угол между двумя поверхностями. В некоторых вариантах эти поверхности составляют острый или тупой угол. В некоторых вариантах «косой» предусматривает угол, близкий или равный прямому углу, или же почти не дает угла, то есть поверхности выглядят как непрерывные (например, под углом 180°). В некоторых вариантах часть боковой стенки (внутренней стенки) является косой, или наклоненной в сторону подины электролизера. В некоторых вариантах вся боковая стенка является косой относительно подины электролизера. В некоторых вариантах стабильный материал боковой стенки имеет скошенную вершинную часть (т.е. скошенную в сторону слоя металла/канта электролизера (чтобы содействовать стоку продукта-металла на подину электролизера).

[0065] В некоторых вариантах вся стенка является косой. В некоторых вариантах часть стенки (первая часть боковой стенки, вторая часть боковой стенки, уступ, желоб, направляющий элемент) является косой(ым) (или скошенной, угловатой, изогнутой, дугообразной).

[0066] В некоторых вариантах уступ является косым. В некоторых вариантах вторая часть боковой стенки является косой. Без намерения вдаваться в какую-нибудь конкретную теорию или механизм, представляется, что при выполнении боковой стенки (первой части боковой стенки, второй части боковой стенки, желоба или уступа) в косой форме можно содействовать определенным характеристикам электролизера в режиме работы (например, стеканию металла, направлению питающего материала в электролизер/к подине электролизера). В качестве одного неограничивающего примера, за счет обеспечения косой боковой стенки эту боковую стенку выполняют способствующей захвату питающего материала в защитный осадок в желобе или на уступе (например, наклоненном в ту сторону или выполненном так, чтобы содействовать стоку металла на подину электролизера).

[0067] В некоторых вариантах первая часть боковой стенки является косой (угловатой/скошенной), а вторая часть боковой стенки не является скошенной. В некоторых вариантах первая часть боковой стенки не является скошенной, а вторая часть боковой стенки является скошенной. В некоторых вариантах как первая часть боковой стенки, так и вторая часть боковой стенки являются косыми (угловатыми/скошенными).

[0068] В некоторых вариантах основание (или питающий блок) является косым (скошенным или угловатым). В некоторых вариантах верхняя часть уступа/желоба или второй части боковой стенки является скошенной, угловатой, плоской, косой или изогнутой.

[0069] Используемый здесь термин «угол наклона стенки» означает угол наклона внутренней боковой стенки относительно подины электролизера, измеряемый в градусах. Например, угол наклона стенки в 0 градусов относится к вертикальному углу (или отсутствию угла). В некоторых вариантах угол наклона стенки включает: угол (тэта) от 0 градусов до примерно 30 градусов. В некоторых вариантах угол наклона стенки включает угол (тэта) от 0 градусов до 60 градусов. В некоторых вариантах угол наклона стенки включает угол (тэта) от примерно 0 градусов до примерно 85 градусов.

[0070] В некоторых вариантах угол (тэта) наклона стенки составляет: по меньшей мере примерно 5°; по меньшей мере примерно 10°; по меньшей мере примерно 15°; по меньшей мере примерно 20°; по меньшей мере примерно 25°; по меньшей мере примерно 30°; по меньшей мере примерно 35°; по меньшей мере примерно 40°; по меньшей мере примерно 45°; по меньшей мере примерно 50°; по меньшей мере примерно 55°; или по меньшей мере примерно 60°. В некоторых вариантах угол (тэта) наклона стенки составляет: не более чем примерно 5°; не более чем примерно 10°; не более чем примерно 15°; не более чем примерно 20°; не более чем примерно 25°; не более чем примерно 30°; не более чем примерно 35°; не более чем примерно 40°; не более чем примерно 45°; не более чем примерно 50°; не более чем примерно 55°; или не более чем примерно 60°.

[0071] Используемый здесь термин «внешний кожух» означает самую наружную часть защитного покрова боковой стенки. В одном варианте внешний кожух представляет собой защитную оболочку внутренней стенки электролизера. В качестве неограничивающего примера, внешний кожух выполнен из твердого материала, который охватывает электролизер (например, стали).

[0072] Используемый здесь термин «первая часть боковой стенки» означает часть внутренней боковой стенки.

[0073] Используемый здесь термин «вторая часть боковой стенки» означает еще одну часть внутренней боковой стенки. В некоторых вариантах вторая часть имеет некоторое расстояние от первой части (например, разнесена с ней продольно). В качестве одного неограничивающего примера, вторая часть боковой стенки представляет собой стоящий элемент, имеющий длину и ширину, причем вторая часть боковой стенки находится на расстоянии от первой части.

[0074] В некоторых вариантах вторая часть действует совместно с первой частью для удержания материала или объекта (например, защитного осадка).

[0075] В некоторых вариантах вторая часть имеет постоянную высоту, тогда как в других вариантах высота второй части варьирует. В одном варианте вторая часть выполнена из материала, который устойчив к коррозионной среде ванны и устойчив к продукту-металлу (например, слою металла), а значит, не разрушается или иным образом не реагирует в ванне. В качестве некоторых неограничивающих примеров, стенка выполнена из: TiB₂, TiB₂-C, SiC, Si₃N₄, BN, компонента ванны, который находится на уровне или вблизи насыщения в химическом составе ванны (например, глинозема), и их сочетаний.

[0076] В некоторых вариантах вторая част