DE69526264T2

DE69526264T2 - Aluminium Elektrolysezelle mit drainierfähige Kathode

Info

Publication number: DE69526264T2
Application number: DE69526264T
Authority: DE
Inventors: Vittorio De Nora
Original assignee: Moltech Invent SA
Current assignee: Moltech Invent SA
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: US5683559A; EP0905284B1; EP0782636A1; WO1996007773A1; NO971060L; DE69509540T2; CA2199288C; NO971060D0; DE69509540D1; EP1146146A2; NO321328B1; NO20042862L; NO318064B1; CA2199288A1; EP0905284A1; EP0782636B1; NO20042863L; DE69532052T2; AU688098B2; EP1146146B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium durch die Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in einem auf Fluorid basierenden, geschmolzenen Elektrolyten, wie zum Beispiel Kryolith, gelöst ist, die einen verbesserten Kathoden-Boden aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Die Technologie der Herstellung von Aluminium durch die Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in geschmolzenem Kryolith gelöst ist, das Salze enthält, bei Temperaturen von etwa 950ºC ist seit mehr als hundert Jahren bekannt.
Dieser Prozess, der fast gleichzeitig von Hall und Héroult erdacht wurde, hat sich trotz des gewaltigen Wachstums der Gesamtproduktion von Aluminium, die in fünfzig Jahren fast um das Hundertfache angestiegen ist, nicht wie viele andere elektrochemische Prozesse weiterentwickelt. Der Prozess und die Zellenkonstruktion haben keine großen Veränderungen oder Verbesserungen erfahren, und für Elektroden und Zellenauskleidungen werden immer noch kohlenstoffhaltige Materialien verwendet.
Die elektrolytische Zelle ist normalerweise aus einem Stahlschale hergestellt, die mit einer Isolierauskleidung aus hitzebeständigem Material versehen ist, beschichtet mit vorgebranntem Anthrazit-Graphit oder mit ganzen Graphit-Kohlenstoff-Blöcken an der Wand und am Zellenboden, die als Kathode wirken und in die der negative Pol einer Gleichstromwicklung von stählernen Leiterstangen eingebettet ist.
Die Anoden werden noch aus kohlenstoffhaltigen Material hergestellt und müssen nach wenigen Wochen ersetzt werden. Die Betriebstemperatur beträgt noch immer etwa 950ºC, um eine ausreichend hohe Auflösungsrate des Aluminiumoxids zu erreichen, die bei geringeren Temperaturen abnimmt, und um eine höhere Leitfähigkeit des Elektrolyten zur Verfügung zu stellen.
Die in den Hall-Héroult-Zellen als Zellenauskleidung verwendeten kohlenstoffhaltigen Materialien werden unter den vorhandenen ungünstigen Betriebsbedingungen zerstört und begrenzen die Lebensdauer der Zelle.
Die Anoden haben eine sehr kurze Lebensdauer, weil sich während der Elektrolyse der Sauerstoff, der sich an der Anodenoberfläche entwickeln könnte, mit dem Kohlenstoff verbindet, um CO&sub2; und kleine Mengen von CO zu bilden. Der tatsächliche Verbrauch der Anode beträgt etwa 450 kg/t produziertes Aluminium. Das ist um mehr als 1/3 höher als die theoretische Menge.
Die Kohlenstoffauskleidung des Kathoden-Bodens hat eine Nutzlebensdauer von wenigen Jahren. Danach muss der Betrieb der gesamten Zelle gestoppt und die Zelle muss mit hohem Kostenaufwand neu ausgekleidet werden. Trotz eines Aluminiumbades, das mit einer Dicke von 15 bis 20 cm über der Kathode einzuhalten ist, kann die Zerstörung der Kathoden-Kohlenstoff-Blöcke nicht vermieden werden, weil Natrium in den Kohlenstoff eindringt, was durch chemische Reaktion Aufquellen, Verformung und Zersetzung der Kathoden-Kohlenstoff-Blöcke hervorruft und weil weiterhin Kryolith und flüssiges Aluminium eindringt.
Die Kohlenstoff-Blöcke der Zellenseitenwand sind nicht gegenüber Oxydation und Angriff durch Kryolith beständig, und es muss an den Zellenseitenwänden eine Schicht von erstarrtem Kryolith erhalten bleiben, um sie zu schützen. Weiterhin gibt es, wenn die Zellen neu aufgebaut werden, Probleme bei der Entsorgung der Kohlenstoff-Kathoden, die giftige Verbindungen enthalten, einschließlich Cyanide.
Ein anderer Nachteil ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass irreguläre elektromagnetische Kräfte in dem geschmolzenen Aluminiumbad Wellen erzeugen und dass der Anoden-Kathoden- Abstand (ACD), auch als Spalt zwischen den Elektroden (IEG) bezeichnet, auf einem sicheren Minimalwert von etwa 50 mm gehalten werden muss, um Kurzschluss zwischen der Aluminium- Kathode und der Anode oder eine Reoxydation des Metalls durch Kontakt mit dem CO&sub2;-Gas, das sich an der Anodenfläche bildet, zu vermeiden.
Der hohe spezifische elektrische Widerstand des Elektrolyten, der etwa 0,4 Ohm·cm beträgt, verursacht einen Spannungsabfall, der allein mehr als 40% des gesamten Spannungsabfalls mit einem sich ergebenden energetischen Wirkungsgrad darstellt, der in den meisten modernen Zellen nur 25% erreicht. Die hohen Energiekosten sind seit der Ölkrise zusammen mit dem niedrigen Wirkungsgrad zu einem noch größeren Posten bei den Gesamtherstellungskosten von Aluminium geworden und hat die Wachstumsraten für dieses wichtige Metall verringert.
In der zweitgrößten elektrochemischen Industrie nach der Aluminiumindustrie, nämlich der Kaustik- und Chlorindustrie, hat die Erfindung von abmessungsstabilen Anoden (DSA®) basierend auf einem edelmetallaktivierten Titanmetall, das etwa 1970 entwickelt wurde, einen revolutionären Fortschritt in der Chlorzellentechnologie gestattet, der eine wesentliche Steigerung des energetischen Wirkungsgrades der Zelle, eine Erhöhung der Lebendauer der Zelle und eine Erhöhung der chlor-kaustischen Reinheit ergab. Das Ersetzen von Graphitanoden durch DSA® erhöhte die Lebensdauer der Anoden drastisch und verringerte die Betriebskosten der Zellen wesentlich. Das schnelle Wachstum der Chlor-Kaustik-Industrie wurde nur lediglich durch ökologische Probleme verzögert.
Bei der Aluminiumherstellung ist die Verschmutzung nicht auf das hergestellte Aluminium zurückzuführen, sondern auf die verwendeten Materialien und Herstellungsprozesse und auf die Zellenkonstruktion und den Zellenbetrieb.
Es wurde jedoch über Fortschritte bei dem Betrieb moderner Aluminiumanlagen berichtet, die Zellen verwenden, bei denen die aus den Zellen ausströmenden Gase zu einem großen Teil gesammelt und in geeigneter Weise gereinigt werden und bei denen die Emission von in hohem Maße Verschmutzung hervorrufenden Gasen während der Herstellung der Kohlenstoff-Anoden und -Kathoden sorgfältig kontrolliert wird.
Während von Fortschritt bei der Herstellung von Kohlenstoff- Kathoden durch das Aufbringen von Beschichtungen oder Schichten unter Verwendung neuer mit Aluminium benetzbarer Materialien, die auch eine Barriere gegenüber dem Eindringen von Natrium während der Elektrolyse darstellen, berichtet wird, ist kein Fortschritt bei der Konstruktion von Kathoden für Aluminiumproduktionszellen hinsichtlich der Beschränkung der Bewegung des geschmolzenen Aluminiums, um den Spalt zwischen den Elektroden und die Verschleißrate ihrer Oberfläche zu verringern, erzielt worden.
Das US-Patent 4,560,488 (Sane et al) offenbart eine Neuentwicklung bei Elektrolysezellen mit geschmolzenem Salz, die das Herstellen von mit geschmolzenen Aluminium benetzbaren Materialien betrifft. Die Kohlenstoff- oder Graphit-Anoden und -Kathoden weisen jedoch eine herkömmliche Konstruktion auf und enthalten keinen Hinweis, der zu der vorliegenden Erfindung führt.
Das US-Patent 4,681,671 (Duruz) betrifft eine andere Verbesserung der Elektrolyse in geschmolzenem Salz, wobei der Betrieb bei Temperaturen erfolgt, die niedriger als üblich sind, und zwar unter Verwendung von Permanent-Anoden, zum Beispiel aus Metall, Legierung, Keramik oder ein Metall-Keramik-Komposit, wie in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 030 834 und in dem US-Patent 4,397,729 offenbart ist. Auch hier gibt es, obwohl ein verbesserter Betrieb bei niedrigeren Temperaturen erreicht wird, keinen Hinweis auf den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die PTC-Anmeldung WO 89/06289 (La Camera et al) befasst sich mit einer verbesserten Elektrolyse mit geschmolzenem Elektrolyt, wobei die Aufmerksamkeit auf eine Elektrode mit einem vergrößerten Oberflächenbereich gerichtet ist. Jedoch auch hier gibt es keine Offenbarung, die mit der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang steht.
Die US-Patente 3, 400, 061 (Lewis et al) und 4, 602, 990 (Boxall et al) offenbaren Zellen für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium mit abgeschrägten, drainierfähigen Kathoden, wobei die Kathoden und die gegenüberliegenden Anodenflächen über die Zelle abgeschrägt sind. In diesen Zellen fließt das geschmolzene Aluminium an den abgeschrägten Kathoden nach unten in eine mittlere, entlang der Zellenmitte in Längsrichtung verlaufende Nut oder in entlang den Zellenseiten verlaufende seitliche Längsnuten, um das geschmolzene Aluminium zu sammeln und es einer Pumpe zuzuführen.
Das US-Patent 5,203,971 (de Nora et al) offenbart eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium mit teilweise auf hitzebeständigem Material und teilweise auf Kohlenstoff basierender Zellenauskleidung. Der auf Kohlenstoff basierende Teil des Zellenbodens kann in Bezug auf den Teil aus hitzebeständigem Material ausgespart sein. Dadurch wird die Verringerung der Bewegung des Aluminiumbads unterstützt.
Das US-Patent 3,856,650 (Kugler) schlägt die Auskleidung eines Kohlenstoff-Zellenbodens mit einer Keramikbeschichtung vor, auf der parallele Reihen von Fliesen in Form von einem Gitterrost in dem geschmolzenen Aluminium angeordnet sind. Damit soll versucht werden, den Verschleiß infolge der Bewegungen des Aluminiumbads zu verringern.
Um die Bewegung in einem "tiefen" kathodischen Bad von geschmolzenen Aluminium zu begrenzen, schlägt das US-Patent Nr. 4,824,531 (Duruz et al) das Füllen des Zellenbodens mit einem Packbett aus losen Stücken hitzebeständigen Materials vor. Eine solche Konstruktion weist viele wesentliche Vorteile auf. Wegen der Gefahr der Schlammbildung durch Ablösen von Partikeln von dem Packbett hat die Konstruktion jedoch keine Akzeptanz gefunden. Das US-Patent Nr. 4, 443, 313 (Dewing et al) hat versucht, diesen Nachteil des vorher angeführten losen Packbetts durch das Vorsehen einer Einzelschicht von dicht gepackten, kleinen Keramikformteilen, wie zum Beispiel Kugeln, Rohren oder Wabenfliesen zu vermeiden.
Die nachfolgenden Dokumente offenbaren mehrere andere Verbesserungen des Zellenbetriebs.
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0 308 015 (de Nora) offenbart einen neuen Stromabnehmer;
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0 308 013 (de Nora) betrifft einen neuartigen Komposit-Zellenboden; und
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0 132 031 (Dewing) stellt eine neuartige Zellenauskleidung zur Verfügung.
Obwohl die vorstehend angeführten Dokumente auf fortgesetzte Bemühungen hinweisen, den Betrieb von Elektrolysezellen mit geschmolzenem Elektrolyten zu verbessern, läßt keine auf die Erfindung schließen, und alle Vorschläge für Einrichtungen zum Begrenzen der Bewegung des Aluminiumbads oder auf die Schicht auf dem Zellenboden haben sich als unwirksam erwiesen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme zu überwinden, die bei der herkömmlichen Konstruktion von drainierten Zellen auftreten, die bei der elektrolytischen Gewinnung von Aluminium durch die Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in auf Fluorid basierenden Schmelzen, insbesondere Kryolith, verwendet werden, insbesondere durch das Vorschlagen eines verbesserten Zellenbodens, der Einrichtungen für das Sammeln und Ableiten des drainierten, geschmolzenen Aluminiums enthält.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen wirksameren Zellenbetrieb durch Modifizieren der Zellenbodenkonstruktion. Eine solche modifizierte Konstruktion kann dann in drainierten Zellenkonfigurationen verwendet werden.
Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Zelle gemäß Anspruch 1 für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem auf Fluorid basierenden, geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einem Kathoden-Zellen-Boden, der eine Reihe von abgeschrägten, V-förmigen, mit Aluminium benetzbaren Kathodenflächen und eine Reihe von Anoden hat, die den abgeschrägten Kathoden-Flächen zugewandt sind. Jede geneigte Kathoden-Fläche bildet eine drainierte Kathoden-Fläche, an der herab kontinuierlich eine Schicht aus produziertem, geschmolzenen Aluminium drainiert wird. Der Zellen-Boden ist weiterhin mit Einrichtungen zum Sammeln und Ableiten des drainierten, geschmolzenen Aluminiums versehen.
In dem verbesserten Zellen-Boden gemäß der Erfindung weisen die Einrichtungen für das Sammeln und Ableiten des drainierten, geschmolzenen Aluminiums eine Reihe von parallel verlaufenden, ausgesparten Nuten oder Kanälen auf, die entlang dem Boden der V-förmigen Kathoden-Flächen angeordnet sind und die sich unter den abgeschrägten Kathoden-Flächen erstrecken, um das von dem Boden der abgeschrägten Kathoden-Flächen drainierte, geschmolzene Aluminium zu sammeln und abzuleiten.
Wie nachfolgend beschrieben wird und in den Zeichnungen dargestellt ist, weist der Zellen-Boden Kohlenstoff-Kathoden- Blöcke auf, wobei jeder Kathoden-Block eine abgeschrägte Oberfläche, Seitenflächen und eine Bodenfläche hat. Die Kathoden- Blöcke sind seitlich nebeneinander quer zu der Zelle zum Beispiel mit Stampfmasse, wie in herkömmlichen Zellen, oder vorzugsweise mit Leim verbunden. Die Blöcke sind normalerweise außerdem mit Stahlstangen oder anderen konduktiven Stangen für die Zuführung von Strom versehen, wobei die konduktiven Stangen im wesentlichen parallel zueinander und quer zu der Zelle verlaufen.
Die Flächen der Blöcke, die den Zellenboden bilden, sind am bevorzugtesten mit einer Schicht von mit Aluminium benetzbarem, hitzebeständigen Material überdeckt, vorteilhafterweise ein spezielles hitzebeständiges Hartmetall-Borid, das in Form eines Schlamm des Borides enthaltenden Kolloids aufgebracht wird, wie zum Beispiel im US-Patent 5,651,874 (Sekhar et al) offenbart.
Wenn die Zelle in Gebrauch ist, sind die Flächen des Kathoden-Zellen-Bodens mit einer Schicht aus geschmolzenem Aluminium bedeckt, das eine drainierte Kathoden-Fläche bildet. Die ausgesparten Kanäle oder Nuten bilden einen Kanal, der dazu dient, den Strom von Aluminium über die Zelle zu leiten. Der Aluminiumstrom kann in den ausgesparten Nuten oder Kanälen auf einem konstanten Pegel gehalten werden. In dieser drainierten Konfiguration sind die Kanäle oder Nuten teilweise mit geschmolzenem Aluminium gefüllt, und die Elektrolyse erfolgt zwischen der mit Aluminium benetzten Kathode und der zugewandten Anoden-Fläche. In dieser drainierten Kathoden-Konfiguration ist, wie nachfolgend erläutert wird, eine Anordnung für das Entfernen des Aluminiums von den Seiten der Zelle vorgesehen.
In dieser drainierten Konfiguration ist der Abstand zwischen den Elektroden verringert, verbunden mit einer gleichzeitigen Verringerung der Zellenspannung und einer Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades.
Die ausgesparten Nuten oder Kanäle sind so gestaltet und angeordnet, insbesondere was ihre Tiefe, Form und den Winkel ihrer Wände betrifft, dass das in den Kanälen enthaltene, geschmolzene Aluminium in einer Bewegung in Längsrichtung der Zelle eingeschränkt ist. In einer solchen drainierten Zellenkonfiguration kann das Aluminium entlang der ausgesparten Nut in einen Sammelkanal fließen.
Ein Vorteil, der bei diesem kanalisierten, drainierten Zellenboden zu verzeichnen ist, besteht darin, dass seine Lebensdauer im Vergleich zu anderen elektrolytischen Zellen für die Aluminiumproduktion verlängert wird. Ferner verbessert die kanalisierte Kathode die Gleichmäßigkeit der Stromverteilung und erhöht die Stromausbeute. Außerdem können die ausgesparten Nuten oder Kanäle dazu dienen, den Schlamm zu beseitigen, der sich in den Nuten oder Kanälen ansammelt, der jedoch mit dem geschmolzenen Aluminium ausgespült wird.
In den meisten Ausführungen haben die ausgesparten Kanäle oder Nuten einen allgemein U-förmigen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt, der dazu ausgestaltet ist, das Ableiten und das Sammeln des Aluminiums zu gestatten.
Vorteilhafterweise kann zumindest ein Quer-Kanal oder eine Quer-Nut vorhanden sein, der in Längsrichtung der Zelle verläuft und sich mit den ausgesparten Kanälen oder Nuten kreuzt. Solche Quer-Kanäle oder Quer-Nuten können dazu dienen, das Aluminium an den geneigten Kathoden-Flächen entlang nach unten abzuleiten und damit den Fluss des geschmolzenen Aluminiums an diesen Flächen herunter in die ausgesparten Kanäle oder Nuten zu leiten. Quer- Kanäle oder Quer-Nuten mit geeigneten Abmessungen können auch für das Entfernen des geschmolzenen Aluminiums in ein Aluminium- Reservoir dienen.
Die Quer-Kanäle oder Quer-Nuten können an der abgeschrägten Kathoden-Boden-Fläche herab verlaufen, um die Drainage des Aluminiums zu erleichtern.
Allgemein können die ausgesparten Kanäle oder Nuten in zumindest einen Kanal führen, der in Längsrichtung der Zelle angeordnet ist, um das geschmolzene Aluminium zu sammeln, und sie können vorzugsweise Einrichtungen für das Beibehalten eines konstanten Pegels von Aluminium in den ausgesparten Kanälen oder Nuten, wie zum Beispiel ein Überlaufwehr, aufweisen. Dieser Aluminium-Sammelkanal kann sich entlang einer oder beider Seiten der Zelle erstrecken oder er könnte ein tiefer, zentraler Kanal sein, der in die Kathoden-Blöcke eingearbeitet ist.
Vorzugsweise besteht der Zellenboden aus Kohlenstoff- Blöcken, deren Oberflächen behandelt sind, um das Eindringen von Natrium zu verringern, wie dies zum Beispiel in dem US-Patent 5,378,327 oder in dem US-Patent 5,679,224 beschrieben ist, oder sie sind mit einer Schicht überdeckt, die das Eindringen von Natrium verringert, zum Beispiel mit einem hitzebeständigem Hartmetall des Borides, das in Form eines Schlamm enthaltenden Kolloids aufgetragen wird, wie es in dem US-Patent 5,651,874 beschrieben ist (alle Patente auf den Namen Sekhar et al).
Allgemein sind die Kohlenstoff-Kathoden-Blöcke gegen chemischen und mechanischen Angriff widerstandsfähig gemacht. Die Flächen der Kohlenstoff-Blöcke, die den Kathoden-Zellen-Boden bilden, sind ebenfalls mit einer Schicht beschichtet, die vor oder bei ihrer Benutzung härter wird, als der Kohlenstoff- Kathoden-Block und dadurch die Oberfläche gegen abrasiven Verschleiß durch die beschränkte Bewegung des geschmolzenen Aluminiums schützt. Ferner bleibt die gehärtete Kathoden-Fläche in ihren Abmessungen stabil, während eine zugewandte Kohlenstoff- Anode erodieren und sich der Form der Kathode angleichen kann. Diese Oberflächen-Härte-Wirkung kann durch das vorher angeführte, hitzbeständige Borid oder durch andere mit Aluminium benetzbare Schichten aus hitzebeständigem Material, die eine im wesentlichen abmessungsstabile Oberfläche sichern, erzielt werden.
Auf diese Weise kann der Kohlenstoff-Kathoden-Zellboden während der Elektrolye in seinen Abmessungen stabil bleiben, und es ist daher sowohl möglich als auch vorteilhaft, Kanäle in den Oberseiten der Kohlenstoff-Kathoden-Blöcke vorzusehen, weil diese kanalisierten Blöcke während des Zellenbetriebes in ihren Abmessungen stabil bleiben.
Die Zelle mit dem kanalisierten Zellboden kann herkömmliche Kohlenstoff-Anoden verwenden, deren Form an den kanalisierten Kathoden-Boden angeglichen ist. Es können auch speziell geformte Kohlenstoff-Anoden verwendet werden, die dazu ausgestaltet sind, mit der kanalisierten Kathoden-Ausgestaltung zusammenzuwirken und insbesondere das Freisetzen von Gas an der Anode zu erleichtern, während die Drainage des geschmolzenen Aluminiums an der Kathode unterstützt wird. Es können auch abmessungsstabile Anoden verwendet werden.
Die Erfindung betrifft auch auf einen Kohlenstoff-Kathoden- Block gemäß Anspruch 15, der für die elektrolytische Zelle mit drainierfähiger Kathode, wie sie vorher beschrieben wurde, geeignet ist, für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem auf Fluorid basierenden, geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, und der für den Einbau in eine Zelle fertig ist. Ein solcher Block hat eine abgeschrägte Oberfläche, Seitenflächen und eine Bodenfläche, so dass, wenn mehrere Blöcke seitlich nebeneinander angeordnet sind, ihre Oberflächen eine Reihe von nebeneinanderliegenden, abgeschrägten, V-förmigen Flächen bilden. Jede abgeschrägte Fläche bildet, wenn sie mit einem mit Aluminium benetzbaren, hitzebeständigen Material beschichtet ist, eine drainierfähige Kathoden-Fläche, an der herab kontinuierlich eine Schicht von produziertem, geschmolzenen Aluminium drainiert wird, wenn der Kathoden-Block in Gebrauch ist, um Aluminium elektrolytisch zu gewinnen.
Der Kathoden-Block hat entlang der unteren Kante der abgeschrägten Fläche eine Aussparung, so dass, wenn zwei Kathoden- Blöcke nebeneinander angeordnet sind, um eine V-förmige Oberfläche zu bilden, eine ausgesparte Nut oder ein ausgesparter Kanal zwischen ihnen durch Nebeneinanderstellung der Aussparungen gebildet wird. Die ausgesparten Nuten oder Kanäle sind entlang dem und unter dem Boden der V-förmigen Flächen angeordnet und dienen dazu, das geschmolzene Aluminium, das von dem Boden der abgeschrägten Kathoden-Flächen während des Betriebes der Zelle drainiert wird, zu sammeln und abzuleiten.
Dieser ausgesparte Kanal oder diese ausgesparte Nut, die zwischen zwei Blöcken gebildet ist, ist so geformt und dimensioniert, dass, wenn die Kathoden-Blöcke für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium verwendet werden, das in dem Kanal oder in der Nut gesammelte, geschmolzene Aluminium in seiner Bewegung quer zu dem Kanal oder zu der Nut eingeschränkt ist. Das bringt wesentliche Vorteile für den Betrieb mit sich, wie es vorher erläutert wurde.
Diese Blöcke, die alle in Bezug auf die vollständige Zelle beschriebenen Merkmale aufweisen können, können nebeneinander montiert werden, um einen Zellenboden mit abwechselnd abgeschrägten Sektionen zu bilden, die an ihren unteren Schnittlinien die vorher angeführten Kanäle in den Oberflächen der Blöcke bilden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Prozess für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium in einer Zelle, wie es vorhergehend beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst das Auflösen von Aluminiumoxid in dem Elektrolyten und die Elektrolyse des aufgelösten Aluminiumoxids, um Aluminium an den abgeschrägten, V-förmigen Kathoden-Flächen zu produzieren. Das Produkt Aluminium wird dann von dem Boden der abgeschrägten Kathoden- Fläche in die ausgesparte Nut oder den ausgesparten Kanal drainiert, wo es gesammelt und abgeleitet wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen:
Fig. 1 und 2 vergleichend drainierte Zellen zeigen, die keine ausgesparte Nut oder keinen ausgesparten Kanal gemäß der Erfindung aufweisen;
Fig. 3 eine ähnliche Ansicht einer elektrolytischen Zelle gemäß der Erfindung zeigt, die kanalisierte Kathoden-Blöcke und abmessungsstabile Anoden aufweist; und
Fig. 4 eine schematische Draufsicht, teilweise weggeschnitten, von dem Zellenboden von Fig. 2 während des Betriebs zeigt, wobei die Anoden und der Zellenüberbau nicht sichtbar sind.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 und 2 zeigen vergleichend Teile von Zellen, aus denen das Aluminium drainiert werden kann und deren Zellenböden aus einer Reihe von V-förmigen Kohlenstoff-Blöcken 10 bestehen, die durch Stampfmasse 14 verbunden sind, die jedoch nicht mit ausgesparten Nuten oder Kanälen gemäß der Erfindung versehen sind. Jeder V-förmige Kathoden-Boden ist durch Nebeneinanderstellen der Blöcke 10 gebildet. In Fig. 1 hat jeder Block 10 eine abgeschrägte Oberfläche 26 oder 27, wobei die Blöcke 10 abwechselnd einander zugewandt angeordnet sind, um so eine Reihe von V-förmigen Kanälen 28 zwischen benachbarten Blöcken 10 zu bilden. In Fig. 2 hat jeder Block 10 dachförmige, abgeschrägte Oberflächen 26, 27, so dass, wenn zwei Blöcke 10 nebeneinandergestellt sind, die dachförmigen Oberflächen einen V-förmigen Kanal 28 zwischen benachbarten Blöcken 10 bilden.
Sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 nehmen die V-förmigen Kanäle 28 einen über die Zelle verlaufenden Strom oder Kanal 40' von geschmolzenem Aluminium in ihrem unteren Teil auf. Über dem V-förmigen Kanal 28 und dem Aluminiumkanal 40' befinden sich Kohlenstoff-Anoden 15 mit entsprechenden V-förmigen aktiven Flächen 16, die in einem unteren, abgeflachten Teile 17 gegenüber dem Aluminiumkanal 40' enden. Dieser abgeflachte Teil 17 kann während der Verwendung ausgebildet werden.
Die Zellen arbeiten als drainierte Kathoden-Zellen, wobei das an den abgeschrägten Kathoden-Flächen 26 und 27 produzierte Aluminium mit einer mit Aluminium benetzbaren, hitzebeständigen Beschichtung 35 versehen ist und an den abgeschrägten Flächen 26, 27 herab in Längsrichtung der Zelle in den V-förmigen Kanal 28 fließt, wo es in dem Aluminiumkanal 40' gesammelt wird. Die V-förmigen Kanäle 28 stehen mit einem oder zwei in Längsrichtung der Zelle abgeschrägten Seitenkanälen in Verbindung, um das Produkt Aluminium permanent mit einer solchen Geschwindigkeit zu drainieren, dass der Pegel des Aluminiumkanals 40' stabil bleibt.
In dieser drainierten Konfiguration sind die V-förmigen Kanäle teilweise mit dem geschmolzenen Aluminium gefüllt, so dass die Elektrolyse zwischen den abgeschrägten, mit Aluminium benetzten Kathoden-Flächen 26, 27 und den ihr zugewandten Flächen 16 der Anode 15 sowie zwischen dem Aluminiumkanal 40' und dem ihm zugewandten abgeflachten Teil 17 der Anode 15 erfolgt, die sich in einer solchen Weise abbaut, dass sie sich den gegenüberliegenden Flächen (26, 27 und der flachen Oberfläche des Kanals 40') angleicht. Ferner unterstützt die Abschrägung der Anoden-Flächen 16 das Freisetzen der anodisch gebildeten Gase.
Fig. 3 zeigt eine Zelle gemäß der Erfindung, wobei dieselben Elemente durch dieselben Bezugszahlen gekennzeichnet sind, wobei die Zelle jedoch abmessungsstabile Anoden 18 in einer "Dach"-Konfiguration aufweist, die die Oberseiten der benachbarten Kathoden-Blöcke 10 überbrücken, die ebenfalls abwechselnd angeordnete, abgeschrägte Flächen 26, 27 aufweisen, die mit einer mit Aluminium benetzbaren, hitzebeständigen Beschichtung 35 beschichtet sind, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Blöcke gemäß der Erfindung sind jedoch nicht auf die vorliegende Konfiguration der abgeschrägten Flächen 26, 27 beschränkt, sondern schließen auch andere Konfigurationen ein, wie zum Beispiel die dachähnliche Konfiguration, die in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Anoden 18 sind aus einem geeigneten, sich nicht selbstverzehrenden oder im wesentlichen nicht selbstverzehrenden, elektronisch leitfähigem Material hergestellt oder damit beschichtet, das gegenüber dem Elektrolyten und gegenüber dem anodisch produzierten Sauerstoff und anderen Gasen, Dämpfen und Dünsten, die in der Zelle vorhanden sind, beständig ist. Die Anoden 18 können zum Beispiel ein Metall, eine Legierung oder ein metallkeramisches Substrat aufweisen, das bei Verwendung durch eine auf Zeroxyfluorid basierende Schutzbeschichtung und/oder durch Aufrechterhalten einer Zer-Konzentration in dem Elektrolyten geschützt ist, wie es in dem US-Patent 4,614,569 (Duruz et al) beschrieben ist.
Es können auch selbstverzehrende Kohlenstoff-Anoden 15, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, anstelle der abmessungsstabilen Anoden 18 für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Zelle von Fig. 3 arbeitet auch als drainierte Kathoden- Zelle, in der das an den abgeschrägten Kathoden-Flächen 26 und 27 produzierte Aluminium durch eine mit Aluminium benetzbare, hitzebeständige Beschichtung 35 zu dem Boden dieser abgeschrägten Flächen herunterfließt, wo es als ein Aluminiumkanal 40' in einer ausgesparten Nut oder in einem ausgespartem Kanal 28' gesammelt wird, der allgemein im Querschnitt U-förmig ist. Diese Nut 28' ist zwischen den Aussparungen in den Kanten der Kohlenstoff-Blöcke 10 gebildet, wenn die Blöcke zusammengesetzt sind. Die Kathoden-Flächen 26, 27 sind in Längsrichtung der Zelle abgeschrägt, um das Produkt Aluminium permanent in den Kanal 40' zu drainieren, und das Aluminium wird aus diesem* Kanal 40' mit einer solchen Geschwindigkeit entfernt, dass sein Aluminiumpegel stabil gehalten wird. In dieser drainierten Konfiguration sind die ausgesparten Nuten oder Kanäle 28' mit dem geschmolzenen Aluminium gefüllt, dass die Kanäle 40' bildet. Die Elektrolyse erfolgt zwischen den abgeschrägten, mit Aluminium benetzten Kathoden-Flächen 26, 27 und dem ihr zugewandten abgeschrägten Flächen der abmessungsstabilen Anoden 18. Die Abschrägung der Anoden 18 unterstützt das Freisetzen der anodisch gebildeten Gase durch eine zentrale Öffnung 19, und dieses kann weiterhin durch das Vorsehen von Rillen an den Anoden 18 oder indem man die Anoden mit Löchern versieht, unterstützt werden, wenn es erforderlich ist.
Während des Betriebs weist der auf Kryolith basierende Elektrolyt 41 normalerweise eine Temperatur von etwa 950ºC auf. Die Erfindung gilt jedoch auch für Komponenten, die in Zellen verwendet werden, die Elektrolyten unter 900ºC und so niedrig wie 700ºC aufweisen.
Die abgeschrägten Flächen 26, 27 und die ausgesparten Nuten oder Kanäle 28' der Kohlenstoff-Kathoden-Blöcke 10 können durch Aufbringen einer Beschichtung 35 aus einem mit Aluminium benetzbaren, hitzebeständigen Hartmetall (RHM), das eine geringe oder keine Löslichkeit in Aluminium und eine gute Beständigkeit gegenüber einem Angriff durch das geschmolzene Kryolith hat, abmessungsstabil gemacht werden. Es ist zu bemerken, dass die Beschichtung 35 auch die Stampfmasse 14 überdeckt. Verwendbare RHM sind Boride von Titan, Zirkon, Tantal, Chrom, Nickel, Kobalt, Eisen, Niobium und/oder Vanadium. Verwendbare Kathoden- Materialien sind kohlenstoffhaltige Materialien, wie zum Beispiel Anthrazit oder Graphit.
Es ist bevorzugt, dass die Oberflächen der vorliegenden Erfindung eine Beschichtung 35 mit einem besonderen hitzebeständigen Hartmetallborid in einem Kolloid haben, aufgetragen aus einem Schlamm des besonderen, hitzebeständigen Hartmetallborids in einem Kolloidträger, worin das Kolloid zumindest eines von kolloidealem Aluminiumoxid, Siliziumoxyd, Yttriumoxid, Zerdioxyd, Thoriumoxyd, Zirkonoxyd, Magnesiumoxyd, Lithiumoxyd, Monoaluminiumphosphat oder Zerazetat enthält. Es hat sich erwiesen, dass der kolloidale Träger die Eigenschaften der durch nicht-reaktives Sintern hergestellten Beschichtung wesentlich verbessert.
Das US-Patent 5,651,874 (Sekhar et al) stellt ein Verfahren zum Aufbringen eines hitzebeständigen Hartmetallborids auf eine Kohlenstoff enthaltende Komponente einer Zelle für die Produktion von Aluminium, insbesondere durch die Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in einem aus Kryolith basierenden, geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, zur Verfügung, wobei dieses Verfahren das Aufbringen eines Schlamms eines besonderen, vorgeformten, hitzebeständigen Borids in einem kolloiden Träger, wie es vorher erläutert ist, auf die Oberfläche der Komponente umfasst, gefolgt von einem Trocknen und einer Wärmebehandlung, bevor oder nachdem die Komponente in der Aluminiumproduktionszelle angebracht ist.
Das Verfahren zum Aufbringen des Schlammes auf den Kathoden- Block 10 der vorliegenden Erfindung umfasst das Aufstreichen (mit Bürste oder Rolle), auf den Block 10, das Eintauchen des Blocks 10 in den Schlamm, das Spritzen oder Übergießen des Blocks 10 mit dem Schlamm und die Ermöglichung seines Trocknens, bevor eine andere Schicht hinzugefügt wird. Die Beschichtung 35 braucht vor dem Aufbringen der nächsten Schicht nicht vollständig trocken zu sein. Es wird bevorzugt, die Beschichtung 35 mit einer geeigneten Quelle so zu erhitzen, um sie vollständig zu trocknen und um ihre Verdichtung zu verbessern. Das Erwärmen und Trocknen erfolgt vorzugsweise in nicht oxydierenden Atmosphären bei etwa 80 bis 200ºC, normalerweise über eine halbe Stunde bis zu mehreren Stunden. Weitere Wärmebehandlungen sind möglich.
Der Kathoden-Block 10 kann durch Sandstrahlen oder Beizen mit Säuren oder Flussmitteln, wie zum Beispiel Kryolith oder mit anderen Kombinationen von Fluoriden und Chloriden, vor dem Aufbringen der Beschichtung behandelt werden. Gleichermaßen kann der Block 10 mit einem organischen Lösungsmittel, wie zum Beispiel Azeton, gereinigt werden, um ölige Produkte und andere Partikel vor dem Aufbringen der Beschichtung zu entfernen. Diese Behandlungen verbessern die Bindung der Beschichtungen mit dem Kathoden-Block 10.
Nach dem Beschichten des Kathoden-Blocks mit Schlamm durch Tauchen, Bestreichen oder Spritzen oder durch Kombinationen dieser Technologien in einer Schicht oder in mehreren Schichten und dem Trocknen, kann eine abschließende Schicht des Kolloids kurz vor der Verwendung aufgetragen werden.
Vor und nach dem Aufbringen der Beschichtung 35 und vor der Verwendung kann der Kathoden-Block 10 mit Zusatzmitteln und Vorbehandlungsmitteln, Gelen und/oder Kolloiden bestrichen, gespritzt, infiltriert oder in sie eingetaucht werden. So kann zum Beispiel vor dem Aufbringen des Schlamms des besonderen, hitzebeständigen Borides in dem kolloiden Träger der Kathoden- Block 10 mit zum Beispiel einer Lithium-Verbindung imprägniert werden, um den Eindringwiderstand gegenüber Natrium zu erhöhen, wie in dem US-Patent 5,378,327 (Sekhar et al) beschrieben.
Um das schnelle Benetzen des Kathoden-Blocks 10 mit geschmolzenem Aluminium zu unterstützen, kann die hitzebeständige Beschichtung 35 auf dem Block 10 dem geschmolzenen Aluminium unter Verwendung eines Flussmittels ausgesetzt werden, welches das Eindringen des Aluminiums in das hitzebeständige Material unterstützt, wobei das Flussmittel zum Beispiel ein Fluorid, ein Chlorid oder ein Borat von zumindest eines von Lithium und Natrium oder Mischungen davon ist. Eine solche Behandlung begünstigt die Aluminierung der hitzebeständigen Beschichtung durch das Eindringen von Aluminium in die Beschichtung.
Fig. 4 stellt den Aluminiumfluss in der Zelle von Fig. 2 dar, der dem Fluss in der in Fig. 3 dargestellten Zelle ähnlich ist. Das Aluminium, das an den abgeschrägten Flächen 26 und 27, die mit der mit Aluminium benetzbaren, hitzebeständigen Beschichtung 35 beschichtet sind, produziert wird, fließt an diesen Flächen herab und in den Kanal 28 (Kanal 28' in der Zelle von Fig. 3), wo es in dem Aluminiumkanal 40' gesammelt wird. Die Strömungsrichtung des geschmolzenen Aluminiums ist in Fig. 4 schematisch durch Pfeile angezeigt. Wie dargestellt, haben die Kanäle 28 (28') Verbindung mit den beiden Seitenkanälen 42, die entlang und geneigt in Längsrichtung der Zelle verlaufen, um das Produkt Aluminium permanent zu drainieren. Das geschmolzene Aluminium wird mit einer solchen Geschwindigkeit drainiert, dass der Pegel des Aluminiumkanals 40' stabil bleibt, zum Beispiel durch Anordnen eines Wehrs am Ausflussende der Seitenkanäle 42.
Wie im rechten Teil von Fig. 4 dargestellt ist, können die beiden sich in Längsrichtung erstreckenden, abgeschrägten Flächen 26 und 27 jedes Kathoden-Blocks 10 mit Querkanälen oder Quernuten 43 versehen sein, die an diesen abgeschrägten Flächen 26 und 27 herunter verlaufen und in den Hauptkanal 28 (28') führen, der quer durch die Zelle verläuft. Jede geeignete Anzahl von Quernuten 43 kann mit einem geeigneten Abstand vorgesehen sein. Diese Quernuten 43 leiten den Aluminiumfluss an den abgeschrägten Kathoden-Flächen 26, 27 herunter, wobei sie die Bewegung des Aluminiums quer über die Zelle einschränken, da es an diesen abgeschrägten Kathoden-Flächen herab drainiert wird. Erst nachdem das drainierte Aluminium zu dem Kanal 40' gelangt ist, kann es frei quer über die Zelle zu den Seitenkanälen 28 fließen.
Diese Anordnung der Quernuten 43 an den abgeschrägten Kathoden-Flächen 26, 27 herunter, des Haupt-Sammelkanals 28 quer über die Zelle und der Seitenkanäle 42 sichert einen perfekt gesteuerten Fluss des geschmolzenen Aluminiums über den Zellenboden und vermeidet durch magnetohydrodynamische Kräfte hervorgerufene Turbulenz.
Die Seitenkanäle 42 können an den Enden der Kathoden-Blöcke oder in den Seitenwänden der Zelle ausgebildet sein, oder sie können eine Kombination von Abschrägungen oder Aussparungen in den Enden der Kathoden-Blöcke 10 sein, die mit den Abschrägungen oder Absätzen in den Seitenwänden der Zelle zusammenwirken. Zusätzlich oder alternativ könnte ein zentraler Kanal durch Ausarbeiten von Aussparungen in den Mittelteilen der abgeschrägten Wände 26, 27 der Kathoden-Blöcke 10 vorgesehen sein, oder indem jede Kathoden-Sektion aus zwei Kathodenblöcken hergestellt ist, die Ende-an-Ende mit Aussparungen in den ihnen zugewandten Enden angeordnet sind.

Claims

1. Elektrolytische Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem auf Fluorid basierenden, geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einer Reihe von Anoden (15), die einem Kathoden-Zellen-Boden zugewandt sind, der eine Reihe von nebeneinanderliegenden, abgeschrägten, V-förmigen, mit Aluminium benetzbaren Kathoden-Flächen (26, 27) hat, die seitlich nebeneinanderliegende, parallel verlaufende, alternierende, V-förmige und invertiert V-förmige, drainierfähige Kathoden-Flächen bilden, an denen herab kontinuierlich eine Schicht aus produziertem, geschmolzenen Aluminium drainiert wird, wobei der Kathoden-Zellen-Boden aus einer Reihe von seitlich nebeneinanderliegenden Kathoden-Blöcken (10) aufgebaut ist, wobei jeder Kathoden-Block eine abgeschrägte, mit Aluminium benetzbare Kathoden-Oberfläche (26, 27) sowie eine Aussparung entlang und unter der unteren Kante von seiner abgeschrägten Oberfläche hat, so daß zwei Kathoden-Blöcke, die seitlich nebeneinander entlang der unteren Kanten ihrer abgeschrägten Oberflächen angeordnet sind, eine der V-förmigen Kathoden-Flächen bilden, mit einer ausgesparten Nut bzw. Kanal (28'), der dazwischen durch Juxtaposition von deren Aussparungen gebildet ist, wobei die ausgesparte Nut bzw. Kanal entlang und unter dem Boden der V-förmigen Kathoden-Fläche angeordnet und dazu ausgestaltet ist, um das geschmolzene Aluminium zu sammeln und abzuleiten, das von dem Boden der benachbarten, abgeschrägten Kathoden-Oberflächen (26, 27) drainiert wird.

2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, bei der der Kathoden- Zellen-Boden aus Kohlenstoff-Kathoden-Blöcken (10) besteht, jeder Block zumindest eine abgeschrägte Oberfläche (26, 27), Seitenflächen und eine Bodenfläche hat; die Kathoden-Blöcke seitlich nebeneinander und quer zu der Zelle verbunden sind; die abgeschrägten Oberflächen mit einer Schicht (35) aus mit Aluminium benetzbarem, hitzebeständigen, harten Material überdeckt sind; und die Blöcke außerdem mit Stahl-Stangen oder anderen konduktiven Stangen (11) für die Zuführung von Strom versehen sind, wobei die konduktiven Stangen (11) im wesentlichen parallel zueinander und quer zu der Zelle verlaufen.

3. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2, bei der die abgeschrägten Kathoden-Flächen (26, 27) mit einer mit Aluminium benetzbaren Schicht (35) beschichtet sind, die Metall-Borid enthält.

4. Elektrolytische Zelle nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das geschmolzene Aluminium in den ausgesparten Nuten bzw. Kanälen einen konstanten Pegel hat.

5. Elektrolytische Zelle nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die ausgesparten Nuten bzw. Kanäle (28') einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt haben.

6. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 5, bei der die ausgesparten Nuten bzw. Kanäle (28') einen rechteckigen Querschnitt haben.

7. Elektrolytische Zelle nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die abgeschrägten Kathoden-Flächen (26, 27) außerdem zumindest einen Quer-Kanal bzw. Quer-Nut (29, 43) aufweisen, die sich mit den parallel verlaufenden, ausgesparten Nuten bzw. Kanälen (28') kreuzt, wobei der Quer-Kanal bzw. die Quer-Nut (29, 43) in Längsrichtung der Zelle verläuft.

8. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 7, bei der der Zellen- Boden eine Vielzahl von Paaren von zwei in Längsrichtung abgeschrägten Teilen (26, 27) aufweist und die Quer-Kanäle bzw. Quer-Nuten (29, 43) entlang dieser abgeschrägten Teile verlaufen, wobei sich an dem Schnittpunkt der beiden abgeschrägten Teile eine ausgesparte Sammel-Nut bzw. Sammel- Kanal (28') befindet, wobei die Quer-Kanäle bzw. Quer-Nuten (29, 43) zu einem Aluminium-Reservoir führen.

9. Elektrolytische Zelle nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der sich die ausgesparten Nuten bzw. Kanäle (28') quer zu der Zelle erstrecken und in zumindest einen Kanal (29, 42) führen, der in Längsrichtung der Zelle angeordnet ist, um geschmolzenes Aluminium zu sammeln.

10. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 9, sofern abhängig von Anspruch 2, bei der die abgeschrägten Flächen (26, 27) der Kohlenstoff- Blöcke (10), aus denen der Kathoden-Zellen-Boden hergestellt ist, behandelt sind, um das Eindringen von Natrium zu vermindern.

11. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 9, sofern abhängig von Anspruch 2, bei der die abgeschrägten Flächen (26, 27) der Kohlenstoff- Blöcke, aus denen der Kathoden-Zellen-Boden hergestellt ist, mit einer Schicht (35) beschichtet sind, die das Eindringen von Natrium reduziert.

12. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 9, sofern abhängig von Anspruch 2, bei der die abgeschrägten Flächen (26, 27) der Kohlenstoff- Blöcke, aus denen der Kathoden-Zellen-Boden hergestellt ist, mit einer Schicht (35) beschichtet sind, die vor oder bei Benutzung härter wird als der Kohlenstoff-Kathoden-Block.

13. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 9, sofern abhängig von Anspruch 2, bei der die Kohlenstoff-Kathoden-Blöcke (10) während der Elektrolyse konstante Abmessungen behalten.

14. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2 oder 3 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 9, sofern abhängig von Anspruch 2, bei der die Kohlenstoff-Kathoden-Blöcke (10) gegen chemische und mechanische Angriffe widerstandsfähig gemacht sind.

15. Kohlenstoff-Kathoden-Block (10) von einer elektrolytischen Zelle mit drainierfähiger Kathode für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem auf Fluorid basierenden, geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einer abgeschrägten Kathoden-Oberfläche, Seitenflächen, einer Bodenfläche und einer Aussparung, die sich entlang und unter der unteren Kante von der abgeschrägten Kathoden-Oberfläche (26, 27) erstreckt, wobei die abgeschrägte Kathoden- Oberfläche, wenn sie mit einem mit Aluminium benetzbaren, hitzebeständigen Material beschichtet ist, eine drainierfähige Kathoden-Fläche bildet, die dazu ausgestaltet ist, um einen Teil von einer Reihe von nebeneinanderliegenden, abgeschrägten, V-förmigen Flächen (26, 27) zu bilden, die seitlich nebeneinanderliegende, parallel verlaufende, alternierende, V-förmige und invertiert V-förmige, drainierfähige Kathoden-Flächen bilden, an denen herab, während der Benutzung in einer Zelle, kontinuierlich eine Schicht aus produziertem, geschmolzenen Aluminium drainiert wird, wobei die Aussparung dazu ausgestaltet ist, um einen Teil von einer ausgesparten Nut bzw. Kanal für das Sammeln und Ableiten von dem geschmolzenen Aluminium zu bilden, das von dem Boden der abgeschrägten Kathoden-Oberfläche drainiert wird, wenn der Block in eine Zelle eingebaut ist.

16. Kohlenstoff-Kathoden-Block nach Anspruch 15, bei dem die Bodenfläche von dem Kathoden-Block (10) eine Nut (12) oder eine ähnliche Aussparung hat, die sich daran entlang im wesentlichen parallel zu der Oberfläche und zu einer Seitenfläche des Kathoden-Blocks erstreckt, um eine Stahl-Stange oder eine andere konduktive Stange (11) aufzunehmen, um Strom zuzuführen.

17. Kohlenstoff-Kathoden-Block nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Aussparung so geformt ist, daß die Aussparung nach der Montage von dem Block in einer Zelle einen Teil von einer ausgesparten Nut bzw. einem Kanal (28') bildet, der einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat.

18. Kohlenstoff-Kathoden-Block nach Anspruch 17, bei dem die Aussparung so geformt ist, daß die Aussparung nach der Montage von dem Block in einer Zelle einen Teil von einer ausgesparten Nut bzw. einem Kanal (28') bildet, der einen rechteckigen Querschnitt hat.

19. Kohlenstoff-Kathoden-Block nach einem der Ansprüche 16 bis 18, der außerdem in seiner Oberfläche zumindest einen Quer- Kanal bzw. eine Quer-Nut (29, 43) aufweist, die sich mit der Aussparung schneidet.

20. Kohlenstoff-Kathoden-Block nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem dessen Oberfläche mit einer Schicht (35) aus mit Aluminium benetzbarem, hitzebeständigen Material beschichtet ist.

21. Kohlenstoff-Kathoden-Block nach einem der Ansprüche 16 bis 20, mit einer Stahl-Stange oder anderen konduktiven Stange (11), die in der Nut (12) oder einer ähnlichen Aussparung in der Bodenfläche von dem Block durch Gußeisen oder durch ein anderes elektrisch konduktives Befestigungsmaterial befestigt ist.

22. Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium in einer Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das gelöste Aluminiumoxid einer Elektrolyse ausgesetzt wird, um Aluminium an der abgeschrägten, V-förmigen Kathoden-Flächen (26, 27) zu erzeugen, und dann vom Boden der abgeschrägten Kathoden-Fläche (26, 27) in die ausgesparten Nuten bzw. Kanäle (28') drainiert wird, wo es gesammelt oder abgeleitet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das erzeugte Aluminium in den ausgesparten Nuten bzw. Kanälen (28') auf einem konstanten Pegel gehalten wird.