Графітизований катодний блок зі зносостійкою поверхнею

Номер патенту: 110511

Опубліковано: 12.01.2016

Автори: Екшторфф Фелікс, Хільтманн Франк

Є ще 4 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Катодний блок (20, 20', 20") для комірки алюмінієвого електролізера з базовим шаром (30, 30', 30") і з покривним шаром (32, 32', 32"), причому базовий шар (30, 30', 30") містить графіт, і покривний шар (32, 32', 32") містить графітовий композитний матеріал, що містить від 1 до менше 50 % за вагою твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C, причому покривний шар (32, 32', 32") має товщину від 50 до 400 мм.

2. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 1, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), має виміряну згідно зі стандартом DIN EN 843-4 твердість за Кнупом щонайменше 1000 Н/мм2, переважно щонайменше 1500 Н/мм2, особливо переважно щонайменше 2000 Н/мм2 і найбільш переважно щонайменше 2500 Н/мм2.

3. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), являє собою матеріал, що містить більше 60 % за вагою, переважно більше 70 % за вагою, особливо переважно більше 80 % за вагою і найбільш переважно більше 90 % за вагою вуглецю.

4. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 3, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, вибраний з групи, яка складається з коксу, антрациту, сажі, склоподібного вуглецю і будь-яких хімічних комбінацій і/або будь-яких сумішей двох або більше з вищезгаданих матеріалів.

5. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 3 або 4, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), являє собою матеріал, який містить вуглець зі ступенем графітизації максимально 0,50, розрахованим по Майру і Мерінгу з середньої міжшарової відстані с/2 після термічної обробки при температурі 2800 °C, переважно зі ступенем графітизації максимально 0,4 і найбільш переважно зі ступенем графітизації максимально 0,3.

6. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-5, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") як твердий матеріал містить від 1 до 25 % за вагою, переважно від 10 до 25 % за вагою і особливо переважно від 10 до 20 % за вагою матеріалу, що містить вуглець.

7. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-6, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, має розмір зерен до 3 мм і переважно до 2 мм.

8. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-7, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, переважно кокс, має визначену за допомогою дифракційної картини інтерференції рентгенівських променів середню міжшарову відстань с/2 щонайменше 0,339 нм.

9. Катодний блок (20, 20', 20'') щонайменше за одним з пп. 3-8, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, переважно кокс, має визначену за допомогою дифракційної картини інтерференції рентгенівських променів середню міжшарову відстань с/2 від 0,340 до 0,344 нм.

10. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-9, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, переважно кокс, складається з частинок з питомою поверхнею, що визначається по методу BET, від 10 до 40 м2/г і переважно від 20 до 30 м2/г.

11. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), являє собою неоксидну кераміку, яка переважно складається щонайменше з одного металу 4-6-ої побічної підгрупи і щонайменше одного елемента з 3-ої або 4-ої головної підгрупи періодичної системи елементів.

12. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 11, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), вибраний з групи, яка складається з дибориду титану, дибориду цирконію, дибориду танталу, карбіду титану, карбіду бору, карбонітриду титану, карбіду кремнію, карбіду вольфраму, карбіду ванадію, нітриду титану, нітриду бору, нітриду кремнію, діоксиду цирконію, оксиду алюмінію і будь-яких хімічних комбінацій і/або сумішей двох або більше з вищезгаданих сполук.

13. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), має мономодальний гранулометричний склад, причому середньозважений по об'єму розмір частинок (d3,50), що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 10 до 20 мкм, переважно від 12 до 18 мкм і особливо переважно від 14 до 16 мкм.

14. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-13, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), має мономодальний гранулометричний склад, причому середньозважений по об'єму розмір частинок (d3,50), що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 3 до 10 мкм і переважно від 4 до 6 мкм.

15. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-14, який відрізняється тим, що розмір d3,90 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 20 до 40 мкм і переважно від 25 до 30 мкм.

16. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-14, який відрізняється тим, що розмір d3,90 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 10 до 20 мкм і переважно від 12 до 18 мкм.

17. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-16, який відрізняється тим, що розмір d3,10 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 2 до 7 мкм і переважно від 3 до 5 мкм.

18. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-16, який відрізняється тим, що розмір d3,10 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 1 до 3 мкм і переважно від 1 до 2 мкм.

19. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-18, який відрізняється тим, що твердий матеріал являє собою неоксидну титанову кераміку, переважно диборид титану, і має гранулометричний склад, який має величину діапазону значень, розраховану згідно з нижченаведеним рівнянням:

діапазон значень = (d3,90-d3,10)/d3,50,

від 0,65 до 3,80 і особливо переважно від 1,00 до 2,25.

20. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-19, який відрізняється тим, що твердий матеріал містить щонайменше 80 % за вагою, переважно щонайменше 90 % за вагою, особливо переважно щонайменше 95 % за вагою, дуже переважно щонайменше 99 % за вагою і найбільш переважно 100 % за вагою неоксидної кераміки, переважно неоксидної титанової кераміки і особливо переважно дибориду титану.

21. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-20, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") містить від 5 до 40 % за вагою, переважно від 10 до 30 % за вагою і найбільш переважно від 10 до 20 % за вагою твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C.

22. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-21, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") містить від 99 до більше 50 % за вагою, переважно від 95 до 60 % за вагою, особливо переважно від 90 до 70 % за вагою і найбільш переважно від 90 до 80 % за вагою графіту.

23. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-22, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") має вертикальний питомий електричний опір при температурі 950 °C від 5 до 20 Ом·мкм і переважно від 9 до 13 Ом·мкм.

24. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-23, який відрізняється тим, що товщина покривного шару (32, 32', 32") становить від 1 до 50 %, переважно від 5 до 40 %, особливо переважно від 10 до 30 % і найбільш переважно від 15 до 25 % загальної висоти катодного блока (20, 20', 20").

25. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-24, який відрізняється тим, що базовий шар (30, 30', 30") щонайменше на 80 % за вагою, переважно щонайменше на 90 % за вагою, особливо переважно щонайменше на 95 % за вагою, дуже переважно щонайменше на 99 % за вагою і найбільш переважно повністю складається з графіту і зв'язувального матеріалу.

26. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-25, який відрізняється тим, що базовий шар (30, 30', 30") має вертикальний питомий електричний опір при температурі 950 °C від 13 до 18 Ом·мкм і переважно від 14 до 16 Ом·мкм.

27. Катод (12), який містить щонайменше один катодний блок (20, 20', 20") за одним з пп. 1-26, причому катодний блок (20, 20', 20") на протилежній відносно покривного шару (32, 32', 32") стороні базового шару (30, 30', 30") має щонайменше один паз (38, 38'), причому щонайменше в одному пазу (38, 38') передбачена щонайменше одна струмопідвідна шина (40, 40'), щоб підводити електричний струм до катода (12) під час електролізу.

28. Застосування катодного блока (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-26, або катода (12) за п. 27, для проведення електролізу розплавлених середовищ для одержання металу, зокрема, такого як алюміній.

Текст

Реферат: Катодний блок для комірки алюмінієвого електролізера має базовий шар і розміщений на ньому покривний шар, причому базовий шар містить графіт, і покривний шар складається з графітового композитного матеріалу, що містить від 1 до 50 % по вазі твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C. UA 110511 C2 (12) UA 110511 C2 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується катодного блока для комірки алюмінієвого електролізера. Подібні електролізери застосовуються для електролітичного одержання алюмінію, яке в промисловості звичайно проводиться за способом Холла-Еру. У способі Холла-Еру піддається електролізу розплав, що складається з оксиду алюмінію і кріоліту. При цьому кріоліт, Na 3[AlF6], служить для зниження температури плавлення від 2045 °C для чистого оксиду алюмінію до близько 950 °C для суміші, що містить кріоліт, оксид алюмінію і додаткові речовини, такі як фторид алюмінію і фторид кальцію. Застосовувана в цьому способі комірка електролізера має днище, яке зібране з численних прилеглих один до одного утворюючих катод катодних блоків. Щоб витримувати термічні і хімічні умови при експлуатації комірки електролізера, катодні блоки звичайно складаються з вуглецевмісного матеріалу. На нижніх сторонах катодних блоків в кожному випадку передбачені пази, в яких в кожному випадку розміщена щонайменше одна струмопідвідна шина, через яку відводиться електричний струм, що підводиться через аноди. При цьому проміжки між окремими обмежуючими пази стінками катодних блоків і струмопідвідними шинами часто заливають чавуном, щоб через одержану таким чином оболонку струмопідвідних шин з чавуна струмопідвідні шини електрично і механічно з'єднувалися з катодними блоками. На відстані приблизно від 3 до 5 см вище катодного шару, що знаходиться на верхній стороні з розплавленого рідкого алюмінію розміщений виконаний з окремих анодних блоків анод, між яким і поверхнею алюмінію знаходиться електроліт, тобто, розплав, що містить оксид алюмінію і кріоліт. Під час електролізу, що проводиться при температурі близько 1000 °C, алюміній, який утворюється внаслідок своєї вищої в порівнянні з електролітом густини опускається вниз під шар електроліту, отже, діє як проміжний шар між верхньою стороною катодних блоків і шаром електроліту. При електролізі оксид алюмінію, розчинений в розплаві кріоліту оксид алюмінію під дією протікаючого електричного струму розкладається на алюміній і кисень. З електрохімічної точки зору, відносно шару розплавленого рідкого алюмінію мова йде про власне катод, оскільки на його поверхні іони алюмінію відновлюються до елементарного алюмінію. Проте, надалі під поняттям "катод" розуміється не катод з електрохімічної точки зору, тобто, шар розплавленого алюмінію, а конструкційна деталь, яка утворює днище електролізера, складена з одного або багатьох катодних блоків. Значним недоліком способу Холла-Еру є те, що він є дуже енергоємним. Для одержання 1 кг алюмінію потрібні приблизно від 12 до 15 кВт•година електричної енергії, що становить до 40 % вартості виробництва. Тому, для скорочення виробничих витрат, бажано знизити питоме споживання енергії в цьому способі настільки, наскільки це можливо. З цієї причини останнім часом все частіше застосовуються графітові катоди, тобто, такі катодні блоки, які як основний компонент містять графіт. При цьому проводиться відмінність між графітовими катодними блоками, до яких при виготовленні додається графіт як вихідний матеріал, і графітизованими катодними блоками, в яких при виготовленні як вихідний матеріал використовується прекурсор графіту, який містить вуглець, який в результаті подальшої термічної обробки при температурі від 2100 до 3000 °C перетворюється в графіт. У порівнянні з аморфним вуглецем, графіт відрізняється значно меншим питомим електричним опором, а також істотно вищою теплопровідністю, завдяки чому при застосуванні графітових катодів в електролізі, по-перше, може бути скорочена питома витрата енергії для електролізу, і, по-друге, електроліз може бути проведений при вищій силі струму, що дозволяє підвищити продуктивність окремої ділянки електролізера. Правда, катоди і, відповідно, катодні блоки з графіту, і, зокрема, графітизовані катодні блоки, в процесі електролізу піддаються сильному зносу внаслідок знімання матеріалу з поверхні, який є значно інтенсивнішим, ніж знос катодних блоків з аморфного вуглецю. Це знімання матеріалу з поверхонь катодних блоків відбувається нерівномірно вздовж подовжнього напрямку катодного блока, але в більшій мірі на крайових ділянках катодного блока, на яких при експлуатації катодного блока виникає вища локальна густина електричного струму. Це зумовлюється тим, що на крайових ділянках відбувається контактування струмопідвідних шин з струмопровідними елементами, внаслідок чого результуючий електричний опір від струмопровідних елементів до поверхні катодного блока при протіканні через подовжні крайові ділянки є меншим, ніж при протіканні через середину катодного блока. Внаслідок цього нерівномірного розподілу густини електричного струму поверхня катодних блоків при тривалій експлуатації змінюється, якщо розглядати в подовжньому напрямку катодних блоків, з утворенням приблизно W-подібного профілю, причому в результаті нерівномірного знімання матеріалу термін служби катодних блоків обмежується через утворення ділянок з найбільшим зносом. Крім цього, під час електролізу посилюється вплив зносу на механічні характеристики катодного блока. Оскільки внаслідок сильних магнітних полів, зумовлених процесом електролізу, і результуючих електромагнітних 1 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 взаємодій розплавлений рідкий алюміній постійно знаходиться в русі, на поверхні катодного блока виявляється значне абразивне зношування частинок, яке у випадку графітових катодних блоків приводить до значно сильнішого зносу, ніж у випадку катодних блоків з аморфного вуглецю. Крім того, з патентного документа DE 197 14 433 С2 відомий катодний блок з покриттям, що містить щонайменше 80 % за вагою дибориду титану, яке виготовляється плазмовим напилюванням дибориду титану на поверхні катодного блока. Завдяки цьому покриттю повинна бути поліпшена зносостійкість катодного блока. Однак такі покриття з чистого дибориду титану або з дуже високим вмістом дибориду титану є дуже крихкими і тим самим схильними до розтріскування. До того ж питоме теплове розширення цих покриттів є майже вдвічі вищим, ніж для вуглецю, внаслідок чого покриття такого катодного блока при застосуванні в електролізі розплавлених середовищ має короткий термін служби. Тому задача даного винаходу полягає в створенні катодного блока, який має низький питомий електричний опір, який переважно добре змочується розплавом алюмінію, і який, зокрема, має високу стійкість до абразивного впливу і зносостійкість при абразивних, хімічних і термічних умовах експлуатаційного режиму електролізу розплавлених середовищ. Згідно з винаходом, ця задача вирішена за допомогою катодного блока для комірки алюмінієвого електролізера з базовим шаром і покривним шаром, причому базовий шар містить графіт, і покривний шар складається з графітового композитного матеріалу, що містить від 1 до менше ніж 50 % за вагою твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C. Це технічне рішення основується на концепції, що передбачає, що завдяки створенню покривного шару з графітового композитного матеріалу, який містить не менше 1 % за вагою, але максимально менше 50 % за вагою твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C, на базовому шарі, який містить графіт, виходить катодний блок, який має питомий електричний опір, достатньо низький для енергозберігаючого експлуатаційного режиму електролізу розплавлених середовищ, і до того ж є дуже стійким до абразивного впливу і тим самим зносостійким до абразивних, хімічних і термічних експлуатаційного режиму електролізу розплавлених середовищ. При цьому, зокрема, виявилося несподіваним, що завдяки цьому під час електролізу відвертається або, відповідно, щонайменше сильно скорочується утворення Wподібного профілю на традиційних катодних блоках з графіту, зумовлене нерівномірним абразивним зносом в подовжньому напрямку катодного блока. Таким чином, катодний блок згідно з даним винаходом відрізняється такими перевагами, пов'язаними з введенням графіту в базовий шар і в покривний шар катодного блока, як, зокрема, незначний електричний опір катодного блока, дійсно, при цьому відсутні недоліки, зумовлені застосуванням графіту, такі як недостатня змочуваність розплавом алюмінію, і, зокрема, незначна стійкість до абразивного впливу і зносостійкість. Більш того завдяки передбаченому у відповідному винаході катодному блоці покривному шару, що містить твердий матеріал, досягається виняткова стійкість до абразивного впливу і тим самим зносостійкість катодного блока. Оскільки цей твердий матеріал міститься тільки в покривному шарі, але не в базовому шарі, проте відвертаються можливі недоліки, зумовлені додаванням твердого матеріалу, такі як зниження електричної провідності катодного блока. До того ж поверхня відповідного винаходу катодного блока, незважаючи на застосування покривного шару, що містить твердий матеріал, несподівано не схильна до розтріскування, а також не є, зокрема, надмірно крихкою. Загалом і в цілому, відповідний винаходу катодний блок при здійсненні електролізу розплавлених середовищ в розплаві, що містить оксид алюмінію і кріоліт, для одержання алюмінію є довготривало стабільним і забезпечує здійснення електролізу розплавлених середовищ при незначній питомій витраті енергії. Під твердим матеріалом в рамках даного винаходу відповідно до загальноприйнятого в технології визначення цього терміну розуміється матеріал, який, зокрема, відрізняється особливо високою твердістю навіть при високих температурах, що становлять 1000 °C і вище. Температура плавлення використовуваного твердого матеріалу переважно становить значно вище 1000 °C, причому, зокрема, особливо придатними виявилися тверді матеріали з температурою плавлення щонайменше 1500 °C, переважно тверді матеріали з температурою плавлення щонайменше 2000 °C, і особливо переважно тверді матеріали з температурою плавлення щонайменше 2500 °C. У принципі, в покривному шарі відповідного винаходу катодного блока можуть бути використані всі тверді матеріали. Однак хороші результати, зокрема, виходять з твердими матеріалами, які мають виміряну згідно зі стандартом DIN EN 843-4 твердість по Кнупу, що 2 2 становить щонайменше 1000 Н/мм , переважно щонайменше 1500 Н/мм , особливо переважно 2 2 щонайменше 2000 Н/мм , і найбільш переважно щонайменше 2500 Н/мм . 2 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з першим найбільш переважним варіантом здійснення даного винаходу, покривний шар відповідного винаходу катодного блока містить як твердий матеріал твердий вуглецевий матеріал з виміряною згідно зі стандартом DIN EN 843-4 твердістю по Кнупу, що становить 2 2 щонайменше 1000 Н/мм , переважно щонайменше 1500 Н/мм , особливо переважно 2 2 щонайменше 2000 Н/мм , і найбільш переважно щонайменше 2500 Н/мм . Під вуглецевим матеріалом в цьому випадку, зокрема, розуміється матеріал, що містить більше 60 % за вагою, переважно більше 70 % за вагою, особливо переважно більше 80 % за вагою, і найбільш переважно більше 90 % за вагою вуглецю. Відносно вуглецевого матеріалу мова переважно йде про матеріал, вибраний з групи, що складається з коксу, антрациту, сажі, склоподібного вуглецю, і сумішей з двох або більше вищезгаданих матеріалів, і особливо переважно про кокс. Ця група сполук з часом буде називатися також "неграфітизовані вуглеці", а саме, у відношенні неграфітизованого або щонайменше погано графітизованого вуглецю згідно з німецькою патентною заявкою DE 10 2010 029 538.8, на яку в даному місці робиться посилання. Погано графітизовані сорти коксу являють собою, зокрема, твердий кокс, наприклад, такий як ацетиленовий кокс. Зокрема, для катодних блоків з графітизованого вуглецю, що містять базові і покривні шари, як вдосконалений варіант здійснення винаходу запропоновано, що покривний шар відповідного винаходу катодного блока містить як твердий матеріал вуглецевий матеріал з незначною здатністю до графітизації, переважно вибраний з: коксу, антрациту, сажі та склоподібного вуглецю, і особливо переважно це кокс. Графітизовані катодні блоки виготовляються таким чином прекурсор графіту, який містить вуглець, змішується зі зв'язувальним матеріалом, і ця суміш піддається формуванню з утворенням катодного блока, потім карбонізації, і нарешті графітизації. У той час як до цієї суміші, що містить прекурсор графіту і зв'язувальний матеріал, як твердий матеріал додають вуглецевий матеріал, що має незначну здатність до графітизації, під час подальшої графітизації запобігається або щонайменше сильно скорочується розкладання добавки твердого матеріалу і, відповідно, перетворення твердого матеріалу в порівняно м'який графіт, і тим самим твердий матеріал після графітизації може виконувати свої функції, а саме, забезпечувати підвищення стійкості катодного блока до абразивного впливу. Під вуглецевим матеріалом з незначною здатністю до графітизації в рамках даного винаходу розуміється вуглецевий матеріал, який має ступінь графітизації максимально 0,50, розрахований по Майру і Мерінгу (J.Maire, J.Mehring, Proceedings of the 4th Conference on Carbon ("Матеріали 4-ої Конференції по вуглецю"), видавництво Pergamon Press, 1960, сторінки 345-350) після термічної обробки при температурі 2800 °C з середньої міжшарової відстані с/2. Хороші результати, зокрема, виходять, коли вуглецевий матеріал, переважно вибраний з коксу, антрациту, сажі та склоподібного вуглецю, має ступінь графітизації максимально 0,4, і особливо переважно максимально 0,3. Для досягнення достатньо високої електричної провідності катодного блока і, зокрема, покривного шару катодного блока, переважно, щоб покривний шар відповідного винаходу катодного блока містив від 1 до 25 % за вагою, особливо переважно від 10 до 25 % за вагою, і найбільш переважно від 10 до 20 % за вагою вуглецевого матеріалу як твердий матеріал. Тим самим досягається особливо оптимальний баланс між високою стійкістю до абразивного впливу і достатньо високою електричною провідністю покривного шару. Крім того, переважно, щоб вуглецевий матеріал, що використовується як твердий матеріал в покривному шарі відповідного винаходу катодного блока, переважно вибираний з коксу, антрациту, сажі і склоподібного вуглецю, і особливо переважно кокс, мав розмір зерен до 3 мм, і переважно до 2 мм. Згідно з іншим варіантом здійснення винаходу, окремі частинки мають структуру цибулевої шкірки, під якою в рамках даного винаходу розуміється багатошарова конфігурація, в якій внутрішній шар з частинок з формою від сферичної до еліпсоїдної повністю або щонайменше частково покритий щонайменше одним проміжним шаром і одним зовнішнім шаром. Крім того, виявилося переважним, коли як твердий матеріал використовується вуглецевий матеріал, переважно вибраний з коксу, антрациту, сажі і склоподібного вуглецю, і особливо переважно кокс, в якому уявна товщина шару вуглецевого матеріалу після термічної обробки при температурі 2800 °C переважно становить менше 20 нм, тоді як виміряна методом ВЕТ (Брунауера-Емета-Телера) питома поверхня частинок вуглецевого матеріалу переважно 2 2 становить від 10 до 40 м /г, і особливо переважно від 20 до 30 м /г. Одним переважним прикладом коксу з вищезгаданим низьким ступенем графітизації є кокс, який утворюється як побічний продукт при одержанні ненасичених вуглеводнів, зокрема, ацетилену, і далі, незалежно від типу ненасиченого вуглеводню, при одержанні якого він утворюється, позначається ацетиленовим коксом. Особливо переважним для цієї мети є 3 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ацетиленовий кокс, який виходить з фракцій сирої нафти або залишків парового крекінга, які застосовуються для різкого охолоджування реакційного газу в синтезі ненасичених вуглеводнів, зокрема, ацетилену. Для одержання цього коксу в коксувальну установку, нагріту приблизно до 500 °C, вводиться охолоджувальне масло або, відповідно, сажова суміш. У коксувальній установці випаровуються рідкі компоненти охолоджувального масла, тоді як кокс збирається на дні коксувальної установки. Відповідний спосіб описаний, наприклад, в патентному документі DЕ 29 47 005 А1. Таким чином виходить тонкозернистий кокс зі структурою цибулевої шкірки, який переважно має вміст вуглецю щонайменше 96 % за вагою, і має вміст золи максимально 0,05 % за вагою, і переважно максимально 0,01 % за вагою. Ацетиленовий кокс переважно має розмір кристалітів L c в с-напрямку менше 20 нм, причому розмір кристалітів Lа в а-напрямку переважно становить менше 50 нм, і особливо переважно менше 40 нм. Додатковим переважним прикладом коксу, який може бути використаний в доповнення або як альтернатива ацетиленовому коксу як твердий матеріал, є кокс, який виходить способом псевдозрідження, як наприклад, в способі флексикокінг (Flexicoking), розробленому фірмою Exxon Mobile), в способі термічного крекінга з використанням реактора з псевдозрідженим шаром. Цим способом виходить кокс від сферичної до еліпсоїдної форми, який має структуру цибулевої шкірки. Ще одним додатковим переважним прикладом коксу, який може бути використаний в доповнення або як альтернатива вищеописаному ацетиленовому коксу і/або коксу, що одержується способом флексикокінг як твердий матеріал, є кокс, що одержується із залишків, або, відповідно "гранульований" кокс (shot coke), який виходить в процесі уповільненого коксування ("delayed coking"). Частинки цього коксу мають сферичну морфологію. Крім вуглецевого матеріалу, переважно вибраного з коксу, антрациту, сажі і склоподібного вуглецю, і особливо переважно коксу, покривний шар відповідного винаходу катодного блока містить як твердий матеріал графіт, переважно графітизований вуглець, і, при необхідності, карбонізований і/або графітизований зв'язувальний матеріал, такий як пек, зокрема, кам'яновугільний пек і/або нафтовий пек, дьоготь, бітум, фенольну смолу або фуранову смолу. Далі під пеком розуміються всі відомі фахівцеві сорти пеку. При цьому графіт або, переважно графітизований вуглець, разом з карбонізованим і/або графітизованим зв'язувальним матеріалом, утворює матрицю, в якій вміщений твердий матеріал. Хороші результати, зокрема, виходять, коли покривний шар містить від 99 до 50 % за вагою, переважно від 99 до 75 % за вагою, особливо переважно від 90 до 75 % за вагою, і найбільш переважно від 90 до 80 % за вагою вуглецю. Згідно з другим найбільш переважним варіантом здійснення даного винаходу, покривний шар відповідного винаходу катодного блока містить як твердий матеріал неоксидну кераміку, яка переважно складається щонайменше з одного металу 4-6-ої побічної підгрупи і щонайменше одного елемента з 3-ої або 4-ої головної підгрупи періодичної системи елементів. Сюди входять, зокрема, карбіди металів, бориди металів, нітриди металів і карбонітриди металів, з металом 4-6-ої побічної підгрупи, наприклад, таким як титан, цирконій, ванадій, ніобій, тантал, хром або вольфрам. Конкретні приклади переважних представників цих груп являють собою сполуки, вибрані з групи, яка складається з дибориду титану, дибориду цирконію, дибориду танталу, карбіду титану, карбіду бору, карбонітриду титану, карбіду кремнію, карбіду вольфраму, карбіду ванадію, нітриду титану, нітриду бору, нітриду кремнію, діоксиду цирконію, оксиду алюмінію, і будь-яких хімічних комбінацій і/або сумішей двох або більше з вищезгаданих сполук. Хороші результати, зокрема, одержані з диборидом титану, карбідом титану, карбонітридом титану і/або нітридом титану. Вкрай переважний покривний шар відповідного винаходу катодного блока містить як твердий матеріал диборид титану. Всі з вищезгаданих твердих матеріалів можуть бути використані окремо, або ж може бути застосована будь-яка хімічна комбінація і/або суміш двох або більше з вищезгаданих сполук. У вдосконаленому варіанті здійснення винаходу запропоновано, щоб твердий матеріал, що міститься в покривному шарі катодного блока згідно з цим другим найбільш переважним варіантом здійснення, мав мономодальний гранулометричний склад, причому середньозважений по об'єму розмір частинок (d3,50), що визначається методом статичного розсіювання світла згідно з Міжнародним Стандартом ISO 13320-1, становить від 10 до 20 мкм. У рамках даного винаходу було встановлено, що неоксидна кераміка як твердий матеріал, зокрема, неоксидна титанова кераміка, і конкретно диборид титану, з вище визначеним мономодальним гранулометричним складом не тільки зумовлює дуже хорошу змочуваність поверхні катодного блока, завдяки чому надійно запобігається утворення шламу і відкладення 4 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шламу на поверхні катодного блока, але, зокрема, також веде до виключно високої стійкості до абразивного впливу і тим самим зносостійкості катодного блока. Крім того, в рамках даного винаходу було несподівано виявлено, що цей ефект досягається, зокрема, навіть при порівняно невеликих кількостях керамічного твердого матеріалу, переважно дибориду титану, менше 50 % за вагою, і особливо переважно навіть при кількостях всього лише від 10 до 20 % за вагою в покривному шарі. Завдяки цьому можна відмовитися від високої концентрації керамічного твердого матеріалу в покривному шарі, яка приводить до окрихчуванню поверхні катодного блока. Крім того, керамічний твердий матеріал з вище визначеним мономодальним гранулометричним складом також є добре оброблюваним. Зокрема, схильність до пилеутворення такого твердого матеріалу, наприклад, при заповненні змішувального резервуара або при транспортуванні порошкоподібного твердого матеріалу, є достатньо низькою, і, наприклад, при змішуванні відбувається хіба що незначне утворення агломератів. Крім того, такий порошкоподібний твердий матеріал має достатньо високу текучість і сипкість, так що він, наприклад, може подаватися в змішувальний пристрій за допомогою загальновживаного пристрою подачі. На основі вищесказаного забезпечується не тільки просте і економічне виробництво відповідних винаходу катодних блоків, але, зокрема, також забезпечується дуже однорідний розподіл твердого матеріалу в покривному шарі катодних блоків. Твердий матеріал, що міститься в покривному шарі катодного блока згідно з другим найбільш переважним варіантом здійснення даного винаходу, переважно диборид титану, має переважно мономодальний гранулометричний склад, причому визначений, як визначено вище, середньозважений по об'єму розмір частинок (d3,50) становить від 12 до 18 мкм, і особливо переважно від 14 до 16 мкм. Альтернативно вищезгаданому варіанту здійснення винаходу, керамічний твердий матеріал, що міститься в покривному шарі катодного блока, може мати мономодальний гранулометричний склад, причому середньозважений по об'єму розмір частинок (d 3,50), що визначається методом статичного розсіювання світла згідно з Міжнародним Стандартом ISO 13320-1, становить від 3 до 10 мкм, і переважно від 4 до 6 мкм. У цьому варіанті здійснення винаходу також особливо переважно застосовують неоксидну титанову кераміку, і найбільш переважно диборид титану, з вище визначеним мономодальним гранулометричним складом. У вдосконаленому варіанті здійснення винаходу запропоновано, щоб керамічний твердий матеріал мав визначений, як указано вище, середньозважений по об'єму розмір d 3,90 частинок від 20 до 40 мкм, і переважно від 25 до 30 мкм. Керамічний твердий матеріал переважно має таке значення d3,90 в поєднанні з визначеним вище значенням d3,50. У цьому варіанті здійснення керамічний твердий матеріал також переважно являє собою неоксидну титанову кераміку, і особливо переважно диборид титану. Завдяки цьому переваги і ефекти, вказані в попередньому варіанті здійснення винаходу, досягаються навіть в більшій мірі. Альтернативно вищезгаданому варіанту здійснення, керамічний твердий матеріал, що міститься в покривному шарі катодного блока, може мати визначений, як указано вище, середньозважений по об'єму розмір d3,90 частинок від 10 до 20 мкм, і переважно від 12 до 18 мкм. Керамічний твердий матеріал переважно має таке значення d3,90 в поєднанні з визначеним вище значенням d3,50. У цьому варіанті здійснення також особливо переважно використовується неоксидна титанова кераміка, і найбільш переважно диборид титану, з вище визначеним мономодальним гранулометричним складом. Згідно з іншим переважним варіантом здійснення даного винаходу, керамічний твердий матеріал має визначений, як указано вище, середньозважений по об'єму розмір d 3,10 частинок від 2 до 7 мкм, і переважно від 3 до 5 мкм. Керамічний твердий матеріал переважно має таке значення d3,10 в поєднанні з визначеним вище значенням d3,90 і/або значенням d3,50. У цьому варіанті здійснення твердий матеріал також переважно являє собою неоксидну титанову кераміку, і особливості переважно диборид титану. Завдяки цьому переваги і ефекти, вказані в попередніх варіантах здійснення, досягаються навіть в більшій мірі. Альтернативно вищезгаданому варіанту здійснення, керамічний твердий матеріал, що міститься в покривному шарі катодного блока, може мати визначений, як указано вище, середньозважений по об'єму розмір d3,10 частинок від 1 до 3 мкм, і переважно від 1 до 2 мкм. Твердий матеріал переважно має таке значення d3,10 в поєднанні з визначеним вище значенням d3,90 і/або значенням d3,50. У цьому варіанті здійснення також особливо переважно використовується, і найбільш переважно диборид титану, з визначеним вище мономодальним гранулометричним складом. Крім того, є переважним, коли неоксидна кераміки як твердий матеріал, зокрема, неоксидна титанова кераміка і особливо переважно диборид титану, має гранулометричний склад, який 5 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 характеризується величиною діапазону значень, розрахованою згідно з нижченаведеним рівнянням: діапазон значень = (d3,90-d3,10)/d3,50 від 0,65 до 3,80, і особливо переважно від 1,00 до 2,25. Твердий матеріал переважно має таку величину діапазону значень в комбінації з визначеним вище значенням d3,90, і/або значенням d3,50, і/або значенням d3,10. Завдяки цьому переваги і ефекти, вказані в попередніх варіантах здійснення винаходу, досягаються навіть в більшій мірі. Як представлено вище, як неоксидні керамічні тверді матеріали в покривному шарі відповідного винаходу катодного блока придатні, зокрема, неоксидні титанові керамічні матеріали, переважно такі, як карбід титану, карбонітрид титану, нітрид титану, і найбільш переважно диборид титану. З цієї причини у вдосконаленому варіанті здійснення винаходу запропоновано, щоб твердий матеріал щонайменше на 80 % за вагою, переважно щонайменше на 90 % за вагою, особливо переважно щонайменше на 95 % за вагою, вкрай переважно щонайменше на 99 % за вагою, і найбільш переважно повністю складався з неоксидної кераміки, переважно неоксидної титанової кераміки, і особливо переважно з дибориду титану. Загальна кількість керамічного твердого матеріалу в покривному шарі згідно з винаходом становить щонайменше 1 % за вагою, але максимально менше 50 % за вагою. У випадку, якщо кількість твердого матеріалу знаходиться в цьому діапазоні значень, то покривний шар містить достатньо твердого матеріалу, щоб, з одного боку, надати покривному шару чудову твердість і міцність на стирання для підвищення зносостійкості, і, з іншого боку, щоб уникнути утворення шламу і відкладення шламу повідомити достатньо високу змочуваність поверхні покривного шару рідким алюмінієм, завдяки чому додатково підвищується зносостійкість катодного блока, і додатково знижується питома витрата енергії під час електролізу розплавлених середовищ; однак в той же час покривний шар містить достатньо малу кількість твердого матеріалу, так що поверхня покривного шару внаслідок додавання твердого матеріалу не окрихчується дуже сильно для достатньо високої довготривалої стабільності. При цьому хороші результати, зокрема, одержані, коли покривний шар у другому найбільш переважному варіанті здійснення даного винаходу містить від 5 до 40 % за вагою, особливо переважно від 10 до 30 % за вагою, і найбільш переважно від 10 до 20 % за вагою неоксидної кераміки, переважно неоксидної титанової кераміки, і особливо переважно дибориду титану, як твердий матеріал з температурою плавлення щонайменше 1000 °C. Крім неоксидної кераміки як твердий матеріал, покривний шар відповідного винаходу катодного блока згідно з другим найбільш переважним варіантом здійснення даного винаходу містить графітовий або, переважно, графітизований вуглець, і при необхідності карбонізований і/або графітизований зв'язувальний матеріал, такий як пек, зокрема, кам'яновугільний пек і/або нафтовий пек, дьоготь, бітум, фенольна смола або фуранова смола. При цьому графітовий або, переважно, графітизований вуглець разом з необов'язковим зв'язувальним матеріалом утворює матрицю, в якій вміщений керамічний твердий матеріал. Хороші результати, зокрема, одержані, коли покривний шар містить від 99 до більше 50 % за вагою, переважно від 95 до 60 % за вагою, особливо переважно від 90 до 70 % за вагою, і найбільш переважно від 90 до 80 % за вагою графіту. У вдосконаленому варіанті здійснення винаходу відношенні покривного шару катодного блока, що містить графіт запропоновано, щоб покривний шар мав вертикальний питомий електричний опір при температурі 950 °C від 5 до 20 Ом•мкм, і переважно від 9 до 13 Ом•мкм. Це відповідає вертикальному питомому електричному опору при кімнатній температурі від 5 до 25 Ом•мкм, і, відповідно, від 10 до 15 Ом•мкм. Під вертикальним питомим електричним опором в зв'язку з цим розуміється питомий електричний опір при монтажі катодного блока у вертикальному напрямку. У принципі, товщина покривного шару повинна бути настільки малою, наскільки це можливо, щоб знижувати витрати на твердий матеріал, що дорого коштує, у випадку використання керамічних матеріалів, однак товщина покривного шару повинна бути достатньо великою для того, щоб покривний шар мав достатньо високу зносостійкість і довговічність. Як би там не було, всі тверді матеріали завдяки тонкому покривному шару повинні погіршувати переважні властивості основної частини катода лише в незначній мірі. Хороші результати в даних умовах, зокрема, одержані, коли товщина покривного шару становить від 1 до 50 %, переважно від 5 до 40 %, особливо переважно від 10 до 30 %, і найбільш переважно від 15 до 25 %, наприклад, близько 20 %, від загальної висоти катодного блока. Наприклад, покривний шар може мати товщину, або, відповідно, висоту, від 50 до 400 мм, переважно від 50 до 200 мм, особливо переважно від 70 до 180 мм, вкрай переважно від 100 до 170 мм, і найбільш переважно близько 150 мм. Під товщиною, або, відповідно, висотою, при 6 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цьому розуміється відстань від нижньої сторони покривного шару до місця найбільшого підвищення покривного шару. Згідно з іншим переважним варіантом здійснення даного винаходу, базовий шар щонайменше на 80 % за вагою, переважно щонайменше на 90 % за вагою, особливо переважно щонайменше на 95 % за вагою, вкрай переважно щонайменше на 99 % за вагою, і найбільш переважно повністю складається з суміші графіту і зв'язувального матеріалу, такого як карбонізований або, відповідно, графітизований пек. Такий базовий шар має відповідно низький питомий електричний опір. При цьому така суміш переважно складається з від 70 до 95 % за вагою графіту і від 5 до 30 % за вагою зв'язувального матеріалу, і особливо переважно з від 80 до 90 % за вагою графіту і від 10 до 20 % за вагою зв'язувального матеріалу, як, наприклад, з 85 % за вагою графіту і 15 % за вагою карбонізованого або, відповідно, графітизованого пеку. Як верхня сторона базового шару, так і нижня сторона покривного шару, і тим самим також поверхня розділення між базовим шаром і покривним шаром, переважно виконані по суті плоскими. Обидва шари катодного блока можуть бути з'єднані один з одним на стадії заготовки за допомогою вібраційного процесу або способом пресування. Вираз "по суті плоскі" в зв'язку з цим має на увазі, що базовий шар є непрофільованим, і профіль забезпечений покривним шаром. Навіть коли це не є переважним, між базовим шаром і покривним шаром може бути передбачений проміжний шар, який, наприклад, виконаний як покривний шар, за винятком того, коли проміжний шар має нижчу концентрацію твердого матеріалу, ніж покривний шар. У вдосконаленому варіанті здійснення винаходу запропоновано, що базовий шар має вертикальний питомий електричний опір при температурі 950 °C від 13 до 18 Ом•мкм, і переважно від 14 до 16 Ом•мкм. Це відповідає вертикальному питомому електричному опору при кімнатній температурі від 14 до 20 Ом•мкм, і, відповідно, від 16 до 18 Ом•мкм. Іншим об'єктом даного винаходу є катод, який містить щонайменше один вищеописаний катодний блок, причому катодний блок на протилежній відносно покривного шару стороні базового шару має щонайменше один паз, причому щонайменше в одному пазу передбачена щонайменше одна струмопідвідна шина, щоб підводити до катода електричний струм під час електролізу. Щоб щонайменше одну струмопідвідну шину міцно закріпити на катодному блоці, і, щоб усунути порожнину між струмопідвідною шиною і катодним блоком, що підвищує електричний опір, переважно, щоб щонайменше одна струмопідвідна шина, щонайменше на окремих ділянках, і особливо переважно по всьому периметру, мала оболонку з чавуна. Ця оболонка може бути виготовлена тим, що щонайменше одна струмопідвідна шина вставляється в паз катодного блока, і потім в проміжок між струмопідвідною шиною і стінками, що обмежують паз, заливається чавун. Іншим об'єктом даного винаходу є застосування описаного вище катодного блока і, відповідно, вищеописаного катода, для здійснення електролізу розплавлених середовищ для одержання металу, зокрема, такого як алюміній. Катодний блок і, відповідно, катод застосовується для проведення електролізу розплавлених середовищ з розплавом кріоліту і оксиду алюмінію для одержання алюмінію, причому електроліз розплавлених середовищ особливо переважно проводиться як спосіб Холла-Еру. Далі даний винахід як приклад описаний за допомогою переважних варіантів здійснення і на основі креслень, на яких показано: Фіг. 1 - схематично фрагмент комірки алюмінієвого електролізера в поперечному перерізі, яка включає в себе катодний блок згідно з одним прикладом здійснення даного винаходу, На Фіг. 1 показано вигляд фрагмента комірки алюмінієвого електролізера 10 в поперечному перерізі з катодом 12, яка одночасно утворює днище ванни для одержаного під час роботи електролізера 10 розплаву 14 алюмінію і для розплаву 16 кріоліту і оксиду алюмінію, що знаходиться над розплавом 14 алюмінію. З розплавом 16 кріоліту і оксиду алюмінію контактує анод 18 комірки електролізера 10. Збоку ванна, утворена нижньою частиною комірки алюмінієвого електролізера 10, обмежена не показаним на Фіг. 1 облицюванням з вуглецю і/або графіту. Катод 12 включає декілька катодних блоків 20, 20', 20", які в кожному випадку з'єднані один з іншим набивною масою 24, 24', введеною в розташовані між катодними блоками 20, 20', 20" зазори 22, 22' для набивної маси. Анод 18 також включає декілька анодних блоків 26, 26', причому анодні блоки 26, 26' в кожному випадку є приблизно вдвічі ширшими, і по довжині приблизно вдвічі коротшими, ніж катодні блоки 20, 20', 20". При цьому анодні блоки 26, 26' розміщені над катодними блоками 20, 20', 20" таким чином, що в кожному випадку один анодний 7 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 блок 26, 26' по ширині перекриває два катодні блоки 20, 20', 20", які розташовані поруч один з одним, і в кожному випадку один катодний блок 20, 20', 20" по довжині перекриває два анодних блоки 26, 26', які розташовані поруч один з одним. Кожний катодний блок 20, 20', 20" складається з нижнього базового шару 30, 30', 30" і розміщеного над ним і міцно з'єднаного з ним покривного шару 32, 32', 32". Граничні поверхні між базовими шарами 30, 30', 30" і покривними шарами 32, 32', 32" є плоскими. У той час як базові шари 30, 30', 30" катодних блоків 20, 20', 20" в кожному випадку мають структуру графітного матеріалу, який, наприклад, виготовляється формуванням суміші з нафтового коксу і кам'яновугільного пеку з подальшою термічною обробкою при температурі до 3000 °C, покривні шари 32, 32', 32" в кожному випадку складаються з графітового композитного матеріалу, який містить ацетиленовий кокс, який містить 20 % за вагою ацетиленового коксу, графіт і карбонізований або, відповідно, графітизований пек як зв'язувальний матеріал. Ацетиленовий кокс, що міститься в покривних шарах 32, 32', 32" має зерна розміром від 0,2 до 1 мм. Кожний катодний блок 20, 20', 20" має ширину 650 мм і висоту в цілому 550 мм, причому базові шари 30, 30', 30" в кожному випадку мають висоту 450 мм, і покривні шари 32, 32', 32" в кожному випадку мають висоту 100 мм. Відстань між анодними блоками 26, 26' і катодними блоками 20, 20', 20" становить від близько 200 до близько 350 мм, причому розташований між ними шар з розплаву 16 кріоліту і оксиду алюмінію має товщину близько 50 мм, і розташований під ним шар 14 з розплаву алюмінію також має товщину від близько 150 до близько 300 мм. Нарешті, кожний катодний блок 20, 20', 20" на своїй нижній стороні в кожному випадку містить два пази 38, 38', в кожному випадку з прямокутним, а саме, по суті прямокутним поперечним перерізом, причому в кожному пазу 38, 38' в кожному випадку розміщена струмопідвідна шина 40, 40' зі сталі також з прямокутним, або, відповідно, по суті прямокутним поперечним перерізом. Проміжок між струмопідвідною шиною 40, 40' і стінками, що обмежують пази 38, 38', при цьому в кожному випадку залитий чавуном (не показаний), завдяки чому струмопідвідні шини 40, 40' міцно з'єднані зі стінками, що обмежують пази 38, 38'. Як пази 38, 38', так і заглиблення 34, 34' на верхній стороні покривних шарів 32, 32', 32" переважно утворюються під час процесу формування, а саме, наприклад, за допомогою вібраційного формування і/або штампування. Список умовних позначень 10 комірка алюмінієвого електролізера 12 Катод 14 Розплав алюмінію 16 Розплав кріоліту і оксиду алюмінію 18 Анод 20, 20', 20" Катодний блок 22, 22' Зазор для набивної маси 24, 24' Набивна маса 26, 26' Анодний блок 30, 30', 30" Базовий шар 32, 32', 32" Покривний шар 38, 38' Паз 40, 40' Струмопідвідна шина 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Катодний блок (20, 20', 20") для комірки алюмінієвого електролізера з базовим шаром (30, 30', 30") і з покривним шаром (32, 32', 32"), причому базовий шар (30, 30', 30") містить графіт, і покривний шар (32, 32', 32") містить графітовий композитний матеріал, що містить від 1 до менше 50 % за вагою твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C, причому покривний шар (32, 32', 32") має товщину від 50 до 400 мм. 2. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 1, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), має виміряну згідно зі стандартом DIN EN 843-4 2 2 твердість за Кнупом щонайменше 1000 Н/мм , переважно щонайменше 1500 Н/мм , особливо 2 2 переважно щонайменше 2000 Н/мм і найбільш переважно щонайменше 2500 Н/мм . 3. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), являє собою матеріал, що містить більше 60 % за вагою, переважно більше 70 % за вагою, особливо переважно більше 80 % за вагою і найбільш переважно більше 90 % за вагою вуглецю. 8 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 3, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, вибраний з групи, яка складається з коксу, антрациту, сажі, склоподібного вуглецю і будь-яких хімічних комбінацій і/або будь-яких сумішей двох або більше з вищезгаданих матеріалів. 5. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 3 або 4, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), являє собою матеріал, який містить вуглець зі ступенем графітизації максимально 0,50, розрахованим по Майру і Мерінгу з середньої міжшарової відстані с/2 після термічної обробки при температурі 2800 °C, переважно зі ступенем графітизації максимально 0,4 і найбільш переважно зі ступенем графітизації максимально 0,3. 6. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-5, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") як твердий матеріал містить від 1 до 25 % за вагою, переважно від 10 до 25 % за вагою і особливо переважно від 10 до 20 % за вагою матеріалу, що містить вуглець. 7. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-6, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, має розмір зерен до 3 мм і переважно до 2 мм. 8. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-7, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, переважно кокс, має визначену за допомогою дифракційної картини інтерференції рентгенівських променів середню міжшарову відстань с/2 щонайменше 0,339 нм. 9. Катодний блок (20, 20', 20'') щонайменше за одним з пп. 3-8, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, переважно кокс, має визначену за допомогою дифракційної картини інтерференції рентгенівських променів середню міжшарову відстань с/2 від 0,340 до 0,344 нм. 10. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 3-9, який відрізняється тим, що матеріал, який містить вуглець, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32") як твердий матеріал, переважно кокс, складається з частинок з питомою поверхнею, що визначається по 2 2 методу BET, від 10 до 40 м /г і переважно від 20 до 30 м /г. 11. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), являє собою неоксидну кераміку, яка переважно складається щонайменше з одного металу 4-6-ої побічної підгрупи і щонайменше одного елемента з 3-ої або 4-ої головної підгрупи періодичної системи елементів. 12. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 11, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), вибраний з групи, яка складається з дибориду титану, дибориду цирконію, дибориду танталу, карбіду титану, карбіду бору, карбонітриду титану, карбіду кремнію, карбіду вольфраму, карбіду ванадію, нітриду титану, нітриду бору, нітриду кремнію, діоксиду цирконію, оксиду алюмінію і будь-яких хімічних комбінацій і/або сумішей двох або більше з вищезгаданих сполук. 13. Катодний блок (20, 20', 20") за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), має мономодальний гранулометричний склад, причому середньозважений по об'єму розмір частинок (d3,50), що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 10 до 20 мкм, переважно від 12 до 18 мкм і особливо переважно від 14 до 16 мкм. 14. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-13, який відрізняється тим, що твердий матеріал, що міститься в покривному шарі (32, 32', 32"), має мономодальний гранулометричний склад, причому середньозважений по об'єму розмір частинок (d3,50), що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 3 до 10 мкм і переважно від 4 до 6 мкм. 15. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-14, який відрізняється тим, що розмір d3,90 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 20 до 40 мкм і переважно від 25 до 30 мкм. 16. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-14, який відрізняється тим, що розмір d3,90 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 10 до 20 мкм і переважно від 12 до 18 мкм. 17. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-16, який відрізняється тим, що розмір d3,10 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 2 до 7 мкм і переважно від 3 до 5 мкм. 9 UA 110511 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 18. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-16, який відрізняється тим, що розмір d3,10 частинок твердого матеріалу, що визначається методом статичного розсіювання світла згідно зі стандартом ISO 13320-1, становить від 1 до 3 мкм і переважно від 1 до 2 мкм. 19. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-18, який відрізняється тим, що твердий матеріал являє собою неоксидну титанову кераміку, переважно диборид титану, і має гранулометричний склад, який має величину діапазону значень, розраховану згідно з нижченаведеним рівнянням: діапазон значень = (d3,90-d3,10)/d3,50, від 0,65 до 3,80 і особливо переважно від 1,00 до 2,25. 20. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-19, який відрізняється тим, що твердий матеріал містить щонайменше 80 % за вагою, переважно щонайменше 90 % за вагою, особливо переважно щонайменше 95 % за вагою, дуже переважно щонайменше 99 % за вагою і найбільш переважно 100 % за вагою неоксидної кераміки, переважно неоксидної титанової кераміки і особливо переважно дибориду титану. 21. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 11-20, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") містить від 5 до 40 % за вагою, переважно від 10 до 30 % за вагою і найбільш переважно від 10 до 20 % за вагою твердого матеріалу з температурою плавлення щонайменше 1000 °C. 22. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-21, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") містить від 99 до більше 50 % за вагою, переважно від 95 до 60 % за вагою, особливо переважно від 90 до 70 % за вагою і найбільш переважно від 90 до 80 % за вагою графіту. 23. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-22, який відрізняється тим, що покривний шар (32, 32', 32") має вертикальний питомий електричний опір при температурі 950 °C від 5 до 20 Ом·мкм і переважно від 9 до 13 Ом·мкм. 24. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-23, який відрізняється тим, що товщина покривного шару (32, 32', 32") становить від 1 до 50 %, переважно від 5 до 40 %, особливо переважно від 10 до 30 % і найбільш переважно від 15 до 25 % загальної висоти катодного блока (20, 20', 20"). 25. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-24, який відрізняється тим, що базовий шар (30, 30', 30") щонайменше на 80 % за вагою, переважно щонайменше на 90 % за вагою, особливо переважно щонайменше на 95 % за вагою, дуже переважно щонайменше на 99 % за вагою і найбільш переважно повністю складається з графіту і зв'язувального матеріалу. 26. Катодний блок (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-25, який відрізняється тим, що базовий шар (30, 30', 30") має вертикальний питомий електричний опір при температурі 950 °C від 13 до 18 Ом·мкм і переважно від 14 до 16 Ом·мкм. 27. Катод (12), який містить щонайменше один катодний блок (20, 20', 20") за одним з пп. 1-26, причому катодний блок (20, 20', 20") на протилежній відносно покривного шару (32, 32', 32") стороні базового шару (30, 30', 30") має щонайменше один паз (38, 38'), причому щонайменше в одному пазу (38, 38') передбачена щонайменше одна струмопідвідна шина (40, 40'), щоб підводити електричний струм до катода (12) під час електролізу. 28. Застосування катодного блока (20, 20', 20") щонайменше за одним з пп. 1-26, або катода (12) за п. 27, для проведення електролізу розплавлених середовищ для одержання металу, зокрема, такого як алюміній. 45 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Graphitized cathode block having an abrasion-proof surface

Автори англійською

Eckstorff, Felix, Hiltmann, Frank

Автори російською

Экшторфф Феликс, Хильтманн Франк

МПК / Мітки

МПК: C25C 3/08

Мітки: графітизований, поверхнею, катодний, блок, зносостійкою

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/12-110511-grafitizovanijj-katodnijj-blok-zi-znosostijjkoyu-poverkhneyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Графітизований катодний блок зі зносостійкою поверхнею</a>

Подібні патенти