KATHODE FÜR EINE SCHMELZFLUSSELEKTROLYSEZELLE ZUR HERSTELLUNG VON ALUMINIUM

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine benetzbare, in einer Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium einsetzbare Festkörperkathode mit einem Aluminid von wenigstens einem Übergangsmetall der Gruppen IV A, V A und VI A des periodischen Systems der Elemente.

[0002] Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum größten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. Am Anodenbalken befestigte, bei konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehende Anoden tauchen von oben in die Schmelze ein. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C0₂ und CO verbindet.

[0003] Die Elektrolyse findet im allgemeinen in einem Temperaturbereich von etwa 940 bis 970° C statt. Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von etwa 1 bis 2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Spannungserhöhung von beispielsweise 4 bis 4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muß die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.

[0004] Es ist bekannt, bei der Schmelzflußelektrolyse zur Herstellung von Aluminium benetzbare Festkörperkathoden einzusetzen. Dabei werden Kathoden aus Titandiborid, Titankarbid, pyrolytischem Graphit, Borkarbid und weiteren Subtanzen vorgeschlagen, wobei auch Gemische, die beispielsweise zusammengesintert sein können, eingesetzt werden.

[0005] Bei benetzbaren Kathoden kann die übliche Interpolardistanz von ca. 5 cm so weit herabgesetzt werden, als es die übrigen Parameter, beispielsweise Zirkulation des Elektrolyten im Interpolarspalt und Aufrechterhalten der Elektrolysetemperatur, erlauben. Die. reduzierte Interpolardistanz bewirkt einen in bedeutendem Maße herabgesetzten Energieverbrauch und vermeidet die Ausbildung von Ungleichmäßigkeiten in bezug auf die Dicke der Aluminiumschicht.

[0006] Im Gegensatz zu im Kohleboden der Zelle fest verankerten benetzbaren Kathoden zeigt die DE-OS 28 38 965 Festkörperkathoden aus einzeln auswechselbaren Elementen mit je mindestens einer Stromzuführung. In einer Weiterentwicklung nach der DE-OS 3024 172 werden die auswechselbaren Elemente aus zwei mechanisch starr miteinander verbundenen, gegen Wärmeschocks widerstandsfähigen Teilen - einem vom schmelzflüssigen Elektrolyten in das abgeschiedene Aluminium hineinragenden oberen und einem ausschließlich im flüssigen Aluminium angeordneten unteren Teil - aus verschiedenen Materialien hergestellt. Der obere Teil besteht, mindestens im Bereich der Oberfläche, unverändert aus mit Aluminium benetzbarem Material, während der untere Teil bzw. dessen Beschichtung aus einem gegen das flüssige Aluminium beständigen Isolatormaterial besteht.

[0007] Die DE-OS 3045349 hat eine auswechselbare benetzbare Festkörperkathode zum Gegenstand, welche aus einem Aluminid von mindestens einem Metall der Gruppe, gebildet aus Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram, ohne Bindephase aus metallischem Aluminium, besteht. Die Nicht-Aluminiumkomponenten des Aluminids gehören also zur Gruppe IV A, V A und/oder VI A des periodischen Systems der Elemente.

[0008] Die chemische und thermische Widerstandsfähigkeit der Aluminide erlaubt, daß sie sowohl im schmelzflüssigen Elektrolyten als auch in geschmolzenem Aluminium eingesetzt werden können, obwohl sie in letzterem begrenzt löslich sind. Diese Löslichkeit fällt jedoch bei sinkender Temperatur steil ab.

[0009] Bei Arbeitstemperatur der Aluminiumelektrolysezelle, welche im Bereich von 900 bis 1000°C liegt, beträgt die Löslichkeit einer metallischen Nicht-Aluminiumkomponente des Aluminids im flüssigen Aluminium ungefähr 1%. Die Kathodenelemente werden also ablegiert, bis das abgeschiedene flüssige Aluminium mit einer oder mehreren der im Aluminid befindlichen Übergangsmetalle gesättigt ist.

[0010] Die Elemente der während des Elektrolyseprozesses ablegierten Aluminide werden aus dem abgeschiedenen Metall zurückgewonnen, indem dieses auf ungefähr 700°C abgekühlt wird. Das auskristallisierende Aluminid kann mit bekannten Mitteln aus dem flüssigen Metall entfernt und wieder zur Herstellung von Kathodenelementen eingesetzt werden. Damit entsteht ein Materialkreislauf mit verhältnismäßig geringen Verlusten.

[0011] Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, auf der Basis von Aluminiden arbeitende Festkörperkathoden mit einer Lebensdauer, die einer oder mehreren Anodenstandzeiten entspricht, zu schaffen, wobei der Anschaffungspreis der Kathode und die Handhabungskosten wesentlich reduziert werden sollen.

[0012] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Festkörperkathode im wesentlichen aus einem Tragkörper und einer mindestens im Bereich der Arbeitsoberfläche befindlichen offenporigen mit an Übergangsmetall/en gesättigtem Aluminium imprägnierten Struktur, welche aus Aluminidvorräten kontinuierlich speisbar ist, besteht.

[0013] Als Arbeitsfläche wird diejenige Fläche bezeichnet, welche bei in die ELektrolysezelle eingesetzter Kathode in Richtung zur Anode weist und vom elektrischen Gleichstrom durchflossen wird. Auf dieser Arbeitsfläche werden die Aluminiumionen zu elementarem Aluminium reduziert. Die Arbeitsflächen der Kathoden sind deshalb zweckmäßig leicht geneigt, damit das abgeschiedene Aluminium, welches auf der benetzbaren Kathode einen Film bildet, abfließen kann.

[0014] Die Arbeitsflächen der korrespondierenden Anoden, welche z. B. aus brennbarem Kohlenstoff oder unbrennbarer Oxidkeramik bestehen können, sind entsprechend geneigt. Auch hier wirkt sich diese Neigung vorteilhaft aus: der entstehende Sauerstoff bzw. das C0₂ kann besser aus dem schmelzflüssigen Elektrolyten entweichen.

[0015] Die offenporige Struktur ist auf dem Tragkörper verankert oder Bestandteil davon. Falls dieser Tragkörper aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, muß die offenporige, mit an Übergangsmetall/en gesättigtem Aluminium imprägnierte Struktur bei eingesetzter Festkörperkathode bis mindestens zum flüssigen Metall reichen, damit der elektrische Strom durch diese Imprägnierlegierung und gegebenenfalls durch die Struktur fließen kann. Der Tragkörper besteht deshalb vorzugsweise mindestens teilweise aus einem bei 900 bis 1000°C elektrisch gut leitenden und gegen den Schmelzfluß beständigen Material. In diesem Fall kann der Strom hauptsächlich durch den Tragkörper fließen. Abgesehen von der elektrischen Leitfähigkeit ist wesentlich, daß das Material des Tragkörpers billig und gut formbar ist. Aus diesen Gründen ist Kohlenstoff für den Tragkörper besonders gut geeignet.

[0016] Bei Manipulationen an der Traverse bzw. dem Anodenbalken und insbesondere beim Auswechseln der Anode ist die Kathode stets der Gefahr mechanischer Beschädigung ausgesetzt. Vorzugsweise sind deshalb die Festkörperkathoden als einzeln auswechselbare Elemente ausgebildet, welche auf dem Zellenboden stehen. Beschädigte Elemente können so rasch ausgewechselt werden.

[0017] Die Beschädigungsgefahr kann wesentlich herabgesetzt werden, wenn die Festkörperkathoden als im Schmelzfluß schwimmende Elemente mit seitlichen Zwischenräumen ausgebildet sind. Bei einer Temperatur von 900 bis 1000° C hat der schmelzflüssige Elektrolyt eine Dichte von 2,1 g/cm³, das flüssige Aluminium eine solche von 2,3 g/cm³. Die Dichte einer schwimmenden Kathode muß zwischen diesen beiden Werten liegen.

[0018] Wenn die Dichte des eingesetzten Kathodenmaterials zu gering ist, können entsprechende Eisenstücke eingesetzt werden, die jedoch gleichmäßig verteilt und vom Kathodenmaterial vollständig umhüllt sein müssen. Das Gewicht der einzusetzenden Eisenstücke wird so berechnet, daß die scheinbare Dichte der gesamten Festkörperkathode zwischen 2,1 und 2,3 g/cm³ liegt.

[0019] Wenn die Dichte des eingesetzten Kathodenmaterials dagegen zu groß ist, werden im Kathodenmaterial entsprechend geschlossene Hohlräume ausgebildet.

[0020] Festkörperkathoden mit der richtigen Dichte schwimmen wie Floße im flüssigen Aluminium, sie werden vorzugsweise von entsprechend ausgebildeten Distanzhaltern im gewünschten Abstand voneinander und vom Zellenbord gehalten.

[0021] Wird bei schwimmenden Kathoden durch eine Fehlmanipulation die Anode gegen die Festkörperkathode gedrückt, so kann diese ausweichen und erleidet keinerlei Beschädigung.

[0022] Die offenporige Struktur muß für das an Übergangsmetall/en gesättigte Aluminium einerseits genügend durchlässig sein, darf es aber andererseits nicht widerstandslos ausfließen lassen.

[0023] Je nach dem Material der offenporigen Struk- _tur bzw. deren Beschichtung muß hier unter Berücksichtigung von Kapillar- und Oberflächenkräften die optimale Lösung gesucht werden.

[0024] Diese Anforderungen können durch zusammengesinterte feinkörnige Granalien oder vorzugsweise durch eine Faserstruktur in Form eines Filzes oder eines Gewebes ausgebildet. Die Fasern sind einige Mikrometer dick und bestehen vorzugsweise aus Kohlenstoff.

[0025] Die kontinuierliche Speisung der offenporigen, mit an Übergangsmetall/en gesättigtem Aluminium imprägnierten Struktur erfolgt, je nach geometrischer Form der Festkörperkathode und der chemischen Zusammensetzung des verwendeten Aluminids, aus im Tragkörper angeordneten Hohlräumen, in welche die offenporige Struktur hineinragt, oder von einer anderen Stelle auf der offenporigen Struktur an welcher festes Aluminid gehaltert werden kann.

[0026] Aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der wissenschaftlich guten Erforschung werden vorzugsweise Titanaluminide eingesetzt. Je nach dem prozentualen Titangehalt haben diese Aluminide bei der Elektrolysetemperatur im Bereich von 900 bis 1000°C verschiedene Aggregatzustände:

- Aluminide mit weniger als 37,2 Gew.-% Titan sind bei Elektrolysetemperatur zähflüssig bis teigig. Diese können also nicht als feste Formkörper, sondern nur als Schüttkathode in Hohlräumen des Tragkörpers eingesetzt werden.

- Aluminide mit einem Titangehalt oberhalb 37,2 (bis 63) Gew.-% Titan dagegen können auch als feste Formkörper mit der offenporigen Struktur in Verbindung gebracht werden.

[0027] Das während des Elektrolyseprozesses erzeugte Aluminium fließt entlang der schräg angeordneten offenporigen Struktur, mischt sich dabei mit dem imprägnierenden, an Übergangsmetall/en gesättigten Aluminium und würde in diesem allmählich den Übergangsmetallgehalt derart weit herabsetzen, daß die offenporige Struktur angegriffen und allmählich aufgelöst würde. Dies wird jedoch verhindert, indem die offenporige Struktur kontinuierlich aus Aluminidvorräten speisbar ist. Das dem gesättigten Aluminium entzogene Übergangsmetall wird laufend durch neues ersetzt, so daß die offenporige Struktur dauernd mit an Übergangsmetall/ en gesättigtem Aluminium imprägniert bleibt.

[0028] Beim bevorzugt eingesetzten Titanaluminid wird die offenporige Struktur, insbesondere ein 1-5 mm dicker Filz aus Kohlenstoffasern, mit einer dünnen, gut haftenden Schicht aus Titankarbid oder Titandiborid beschichtet. Die bevorzugt weniger als 0,4 um dicken Schichten werden beispielsweise durch CVD (Chemical Vapor Deposition) hergestellt. Wenn das den Filz imprägnierende Aluminium dauernd mit Titan gesättigt ist, wird die benetzbare Beschichtung nicht aufgelöst, wodurch die Lebensdauer des Filzes vervielfacht werden kann.

[0029] Ein aus beschichteten Kohlefasern bestehender Filz weist weiter den Vorteil auf, daß bei fehlerhafter Beschichtung nicht die ganze Arbeitsoberfläche unbrauchbar wird, sondern nur einzelne Fasern vorzeitig aufgelöst werden.

[0030] Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht also darin, daß mit einfachen Mitteln teure keramische Formkörper durch Tragkörper aus einem billigen, gut formbaren Material mit einer offenporigen, mit an Übergangsmetall/en gesättigtem Aluminium imprägnierten Oberflächenstruktur ersetzt werden können.

[0031] Die erfindungsgemäßen Festkörperkathoden sind insbesondere auch für das Umrüsten von bestehenden Aluminiumschmelzflußelektrolysezellen geeignet.

[0032] Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die schematischen teilweisen Vertikalschnitte aus Elektrolysezellen zeigen in

- Fig. 1 eine Festkörperkathode mit leitendem Tragkörper und entsprechend ausgebildeter Anode,

- Fig. 2 eine Festkörperkathode mit einem Tragkörper aus elektrisch isolierendem Material und entsprechend ausgebildeter Anode,

- Fig. 3 im schmelzflüssigen Aluminium schwimmende Festkörperkathoden aus elektrisch leitfähigem Material und entsprechend ausgebildeter Anode, und

- Fig. 4 alternativ angeordnete Festkörperkathoden aus elektrisch leitfähigem Material und entsprechend ausgebildete Anoden.

[0033] Nach der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bilden paarweise angeordnete Festkörperkathoden 10 und Anodenblöcke 12 die Elektrodeneinheiten der Elektrolysezelle. Die Festkörperkathode 10 besteht aus einem geformten Tragkörper 14 aus Kohlenstoff und einem auf der dem Anodenkörper 12 zugewandten Arbeitsfläche befestigten Filz 16 aus mit Titankarbid beschichteten Kohlenstoffasern. Lappen dieses etwa 4 mm dicken Filzes 16 reichen in einen Hohlraum 18 im Tragkörper 14, welcher mit einem bei Elektrolysetemperatur teigigen Titanaluminid 19, das aus beispielsweise 80 Gew.-% Aluminium und 20 Gew.-% Titan besteht, gefüllt ist.

[0034] Die Füße 20 des Tragkörpers 14 stehen in entsprechend geformten Ausnehmungen des Kohlenstoffbodens 22 der Elektrolysezelle. Die Dichte der Festkörperkathode 10 muß also größer als diejenige des flüssigen Aluminiums 24 sein.

[0035] Während des Elektrolyseprozesses wird auf dem mit an Titan gesättigten Aluminium imprägnierten Filz 16, welches System die Kathode bildet, Aluminium abgeschieden. Das abgeschiedene Aluminium mischt sich mit dem an Titan gesättigten Aluminium im Filz und fließt, entsprechend der Neigung der Arbeitsfläche der Festkörperkathode, zur Mitte des Elektrodenelementes. Der Filz 16 wirkt wie ein Docht im Öl, aus dem Hohlraum 18 mit dem teigigen Titanaluminid wird flüssige Legierung nachgezogen und so die laufenden Verluste ersetzt. Ohne diesen Ersatz des verbrauchten Titans würde das abgeschiedene Aluminium die Titankarbidbeschichtung auf den Kohlenstoffasern auflösen und die Kathodenoberfläche unbenetzbar machen.

[0036] Durch die verhältnismäßig kleine Öffnung des Hohlraumes 18 kann nur wenig des zirkulierenden schmelzflüssigen Elektrolyten 26 eintreten, die Speisung mittels Konvektion ist also klein.

[0037] In Fig. 2 bilden eine Festkörperkathode 10 und ein Anodenblock 12 ein Elektrodenpaar. Der Tragkörper 14 besteht aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus hochgesintertem Aluminiumoxid, aluminiumoxidhaltigen Keramiken, Siliziumkarbid oder siliziumnitridgebundenem Siliziumkarbid. Damit der Abfluß des elektrischen Gleichstromes gewährleistet ist, reicht der Filz 16 entlang möglichst aller Seitenflächen des Tragkörpers 14 stets bis in das flüssige Aluminium 24 hinein. Der Hohlraum 18 ist trogförmig, mit verhältnismäßig großer Öffnung, ausgebildet und mit festen Titanaluminidgranalien gefüllt, welche beispielsweise aus 55 Gew.-% Aluminium und 45 Gew.-% Titan bestehen.

[0038] Der Filz 16 reicht dagegen nicht in den Hohlraum 18 hinunter; die Sättigung des den Filz 16 imprägnierenden Aluminiums mit Titan erfolgt durch die Konvektion des schmelzflüssigen Elektrolyten 26.

[0039] Das abgeschiedene Aluminium fließt durch eine Öffnung 28 im Tragkörper 14 ab.

[0040] Die in Fig.3 dargestellten schwimmenden Festkörperkathoden 10 füllen, an die Anodenkörper 12 angepaßt, die gesamte Elektrolysewanne, indem ihre umlaufend ausgebildeten Distanzhalter 32 satt aneinander liegen. Die scheinbare Dichte der gesamten Festkörperkathode muß, bei Arbeitstemperatur, zwischen der Dichte des schmelzflüssigen Elektrolyten und des geschmolzenen Aluminiums liegen. Dies wird bei Tragkörpern 14 aus Kohlenstoff durch die Einlage von Eisenstücken 30 in geschlossene Hohlräume, beispielsweise in Form eines Ringes, erreicht.

[0041] In Fig. 4 sind an einem kathodischen Aufhängesystem 36 befestigte Festkörperkathoden 10 und an einem anodischen Aufhängesystem 38 befestigte Anodenkörper 12 alternativ angeordnet. Die Speisung des Filzes 16 erfolgt durch über die Tragstangen der Tragkörper 14 gestülpte Manschette 34, welche aus einem festen Aluminid bestehen.

[0042] Falls die Anodenkörper 12 aus Kohlenstoff bestehen, also abbrennen, können Kathoden und Anoden in Pfeilrichtung nach rechts verschoben werden. Ein an sich bekannter Mechanismus sorgt dafür, daß nach jedem Verschieben überall die gleichen Interpolardistanzen zwischen Anode und Kathode bestehen.

[0043] Deshalb müssen die links angeordneten Anoden 12 bzw. Kathoden 14 mehr verschoben werden als die rechts angeordneten.

[0044] Abgebrannte Anoden werden, zusammen mit der Kathode, rechts entnommen. Auf der linken Seite ist nun ein genügend großer Zwischenraum entstanden, so daß die Kathode, zusammen mit einer neuen Anode, wieder eingesetzt werden kann.

Ansprüche

1. Benetzbare, in einer Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium einsetzbare Festkörperkathode mit einem Aluminid von wenigstens einem Übergangsmetall der Gruppen IV A, V A und VI A des periodischen Systems der Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperkathode (10) im wesentlichen aus einem Tragkörper (14) und einer mindestens im Bereich der Arbeitsfläche befindlichen offenporigen, mit an Übergangsmetall/en gesättigtem Aluminium imprägnierten Struktur (16), welche aus Aluminidvorräten (19, 34) kontinuierlich speisbar ist, besteht.

2. Festkörperkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperkathode (10) als auswechselbares Element ausgebildet ist.

3. Festkörperkathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß deren Tragkörper (14) mindestens teilweise aus bei 900 bis 1000°C elektrisch gut leitendem und gegen den Schmelzfluß beständigem Material, vorzugsweise Kohlenstoff, besteht.

4. Festkörperkathode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (14) wenigstens einen Hohlraum (18) zur Aufnahme des Aluminids hat, in welchen die offenporige Struktur (16) vorzugsweise hineinragt.

5. Festkörperkathode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur (16) aus zusammengesinterten feinkörnigen Granalien besteht.

6. Festkörperkathode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur (16) aus Fasern, vorzugsweise einem Filz oder Gewebe, besteht.

7. Festkörperkathode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur (16) aus einem vorzugsweise 1-5 mm dicken Filz aus Kohlenstoffasern besteht.

8. Festkörperkathode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von Titanaluminid die offenporige Struktur (16) mit Titankarbid oder Titandiborid, vorzugsweise 0,4 J.Lm dick, beschichtet ist.

9. Festkörperkathode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperkathode (10) bei 900-1000°C eine scheinbare Dichte hat, die zwischen denjenigen des Elektrolyten und des flüssigen Aluminiums, vorzugsweise zwischen 2,1 bis 2,3 g/cm³, liegt, und mit Distanzhaltern (32) versehen ist.

10. Festkörperkathode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen der richtigen scheinbaren Dichte vom Kathodenmaterial ummantelte regelmäßig verteilte Eisenstücke (30) eingesetzt sind.

Claims

1. A wettable solid cathode which may be used in a fusion electrolysis cell for the production of aluminium and has an aluminide of at least one transition metal from groups IV A, V A and VI A of the periodec table of elements, characterized in that the solid cathode (10) consists essentially of a carrier body (14) and an open-pored structure (16) which lies at least in the region of the working face and is impregnated with aluminium saturated with transition metal or metals and which may be fed continuously from supplies (19,34) of aluminide.

2. A solid cathode as in claim 1, characterized in that the solid cathode (10) is made as an interchangeable member.

3. A solid cathode as in claim 1 or 2, characterized in that its carrier body (14) consists at least partially of material which at 900 to 1000°C is electrically highly conductive and resistant to the melt, preferably carbon.

4. A solid cathode as in at least one of the claims 1 to 3, characterized in that the carrier body (14) has at least one cavity (18) for receiving the aluminide, into which the openpored structure (16) preferably projects.

5. A solid cathode as in at least one of the claims 1 to 4, characterized in that the open- pored structure (16) consists of fine-grain granules sintered together.

6. A solid cathode as in at least one of the claims 1 to 4, characterized in that the open- pored structure (16) consists of fibres, preferably of a felt or weave.

7. A solid cathode as in claim 6, characterized in that the open-pored structure (16) consists of a felt of carbon fibres, preferably 1-5 mm thick.

8. A solid cathode as in at least one of the claims 1 to 7, characterized in that in the case of the use of titanium aluminide the open-pored structure (16) is coated with titanium carbide or titanium diboride, preferably 0.4 ¡.tm thick.

9. A solid cathode as in at least one of the claims 1 to 8, characterized in that the solid cathode (10) at 900-1000° C has an apparent density which lies between those of the electrolyte and of the liquid aluminium, preferably between 2.1 and 2.3 g/cm³, and is provided with spacers (32).

10. A solid cathode as in claim 9, characterized in that for achieving the correct apparent density uniformly distributed pieces (30) of iron sheated by cathode material are inserted.

Revendications

1. Cathode à corps solide, mouillable, utilisable dans une cellule d'électrolyse de la masse en fusion pour la fabrication de l'aluminium et contenant un aluminure d'au moins un métal de transition des groupes IV A, VA et VI A de la classification périodique des éléments, caractérisée en ce que la cathode à corps solide (10) est essentiellement constituée d'un corps support (14) et d'une structure (16) à pores ouverts, située dans la zone de la surface de travail, imprégnée d'aluminium saturé en métal/métaux de transition et que l'on peut alimenter de façon continue à partir de réserves d'aluminure (19,34).

2. Cathode à corps solide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cathode à corps solide (10) est conçue sous forme d'un élément échangeable.

3. Cathode à corps solide selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que son corps support (14) est au moins partiellement constitué d'un matériau électriquement bon conducteur entre 900 et 1000°C et stable à l'égard du bain de fusion, de préférence de carbone.

4. Cathode à corps solide selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps support (14) comporte au moins, pour recevoir l'aluminure, un volume creux (8) dans lequel la structure (16) à pores ouverts pénètre de préférence.

5. Cathode à corps solide selon au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la structure (16) à pores ouverts est constituée de grenailles à grain fin agglomérés par frittage.

6. Cathode à corps solide selon au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la structure (16) à pores ouverts est constituée de fibres, de préférence d'un feutre ou d'un tissu.

7. Cathode à corps solide selon la revendication 6, caractérisée en ce que la structure (16) à pores ouverts est constituée d'un feutre de fibres de carbone, de préférence d'une épaisseur de 1-5 mm.

8. Cathode à corps solide selon au moins l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que, dans le cas de l'utilisation de l'aluminure de titane, la structure (16) à pores ouverts est revêtue de carbure de titane ou de diborure de titane, de préférence une épaisseur de 0,4 um.

9. Cathode à corps solide selon au moins l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la cathode à corps solide (10) présente, entre 900 et 1000°C, une densité apparente qui se situe entre celles de l'électrolyte et de l'aluminium liquide, de préférence entre 2,1 et 2,3 g/cm³ et en ce qu'elle comporte des écarteurs (32).

10. Cathode à corps solide selon la revendication 9, caractérisée en ce que pour atteindre la densité apparente correcte, on utilise des morceaux de fer (30) régulièrement répartis et enveloppés dans le matériau de la cathode.

Zeichnung