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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-31
(54)【発明の名称】アルミニウムスクラップリサイクル用の高度な精製セル
(51)【国際特許分類】
C25C 3/24 20060101AFI20241024BHJP
C25C 3/08 20060101ALI20241024BHJP
C25C 3/12 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
C25C3/24
C25C3/08
C25C3/12 A
C25C3/12 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024526618
(86)(22)【出願日】2022-11-07
(85)【翻訳文提出日】2024-06-18
(86)【国際出願番号】 US2022049157
(87)【国際公開番号】W WO2023081477
(87)【国際公開日】2023-05-11
(31)【優先権主張番号】63/276,892
(32)【優先日】2021-11-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/311,366
(32)【優先日】2022-02-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】317012374
【氏名又は名称】アルコア ユーエスエイ コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110001438
【氏名又は名称】弁理士法人 丸山国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リウ，シンフア
(72)【発明者】
【氏名】モッサー，ベンジャミン ディー．
【テーマコード（参考）】
4K058
【Ｆターム（参考）】
4K058AA11
4K058AA14
4K058BA08
4K058BB06
4K058CB03
4K058CB06
4K058DD01
4K058EA02
4K058EA10
4K058EB02
4K058EB12
4K058EB15
4K058EC01
4K058EC03
4K058EC04
4K058FA08
(57)【要約】
本出願は、誘導機構を備える非炭素質基材を有するアルミニウム精製セルに関連する製品および方法を対象とする。誘導機構は、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成されることができる。非炭素質基材は、少なくとも部分的に固体アルミニウム金属で覆われることができる。濡れ性材料は、アルミニウム金属とすることができる。
【選択図】図１５Ａ
【選択図】図１５Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルミニウム精製セルであって、非炭素質基材であって、前記非炭素質基材が誘導機構を備える、非炭素質基材を備え、
前記誘導機構が、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される、アルミニウム精製セル。
【請求項2】
前記セルが、セルチャンバーと、
前記セルチャンバー内の少なくとも一つのアノードと、
前記セルチャンバー内の少なくとも一つのカソードであって、前記少なくとも一つのカソードが、前記少なくとも一つのアノードのトップ部の少なくとも部分的に上にある、少なくとも一つのカソードと、を備える、請求項１に記載のセル。
【請求項3】
前記濡れ性材料の少なくとも一部が、前記誘導機構内および／またはその上に配置される、請求項１または２に記載のセル。
【請求項4】
前記濡れ性材料が溶融金属である、請求項１～３のいずれか一項に記載のセル。
【請求項5】
前記濡れ性材料が金属を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項6】
前記金属が、少なくともアルミニウムおよびマグネシウムを含む、請求項５に記載のセル。
【請求項7】
前記金属がアルミニウムを含む、請求項５に記載のセル。
【請求項8】
前記金属が、少なくとも５０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも５５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも６０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも６５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも７０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも７５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも８０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも８５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも９０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも９５重量パーセントのアルミニウムを含む、請求項５に記載のセル。
【請求項9】
前記金属が、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５に記載のセル。
【請求項10】
前記非炭素質基材の表面が、固体アルミニウム金属で少なくとも部分的に覆われている、請求項１～９のいずれか一項に記載のセル。
【請求項11】
前記誘導機構が、スロット、溝、細孔、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のセル。
【請求項12】
前記非炭素質基材が、サーメットまたはセラミックを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のセル。
【請求項13】
前記非炭素質基材が、ＴｉＢ２を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載のセル。
【請求項14】
前記非炭素質基材が、ＴｉＢ２から本質的になる、請求項１～１２のいずれか一項に記載のセル。
【請求項15】
前記所定の方向が、垂直および／または水平である、請求項１～１４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項16】
前記所定の方向が、前記アルミニウム精製セルの電解質に向かう上方向である、請求項１～１４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項17】
前記非炭素質基材が電極ではない、請求項１～１６のいずれか一項に記載のセル。
【請求項18】
前記非炭素質基材が電極である、請求項１～１７のいずれか一項に記載のセル。
【請求項19】
前記非炭素質基材がアノードまたはカソードである、請求項１８に記載のセル。
【請求項20】
前記非炭素質基材が第一の基材であり、前記セルが第二の基材を備える、請求項１～１９のいずれか一項に記載のセル。
【請求項21】
前記第二の基材が炭素質基材である、請求項２０に記載のセル。
【請求項22】
前記第二の基材が非炭素質基材である、請求項２０に記載のセル。
【請求項23】
前記第二の基材が、サーメットまたはセラミックを含む、請求項２０に記載のセル。
【請求項24】
前記第二の基材がＴｉＢ２を含む、請求項２０に記載のセル。
【請求項25】
前記第二の基材がＴｉＢ２から本質的になる、請求項２０に記載のセル。
【請求項26】
前記第二の基材が、誘導機構を備える、請求項２０に記載のセル。
【請求項27】
前記第二の基材には、誘導機構がない、請求項２０に記載のセル。
【請求項28】
前記第二の基材がアノードである、請求項２０に記載のセル。
【請求項29】
前記第二の基材がカソードである、請求項２０に記載のセル。
【請求項30】
（ａ）少なくとも一つの誘導機構を備える非炭素質基材と、（ｂ）前記非炭素質基材の表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属と、を備える、アルミニウム精製セル。
【請求項31】
前記セルが、セルチャンバーと、
前記セルチャンバー内の少なくとも一つのアノードと、
前記セルチャンバー内の少なくとも一つのカソードであって、前記少なくとも一つのカソードが、前記少なくとも一つのアノードのトップ部の少なくとも部分的に上にある、少なくとも一つのカソードと、を備える、請求項３０に記載のセル。
【請求項32】
前記固体アルミニウム金属の少なくとも一部が、前記誘導機構内および／またはその上に配置される、請求項３０または３１に記載のセル。
【請求項33】
前記固体アルミニウム金属が、前記少なくとも一つの誘導機構内に少なくとも部分的に入っている、請求項１～３２のいずれか一項に記載のセル。
【請求項34】
前記非炭素質基材が、表面領域を備え、前記表面領域の第一の部分が、前記少なくとも一つの誘導機構を備え、前記表面領域の第二の部分には、誘導機構が全くない、請求項１～３３のいずれか一項に記載のセル。
【請求項35】
前記表面領域の前記第一の部分が、前記固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる、請求項３４に記載のセル。
【請求項36】
前記表面領域の前記第一の部分が、前記固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われる、請求項３４に記載のセル。
【請求項37】
前記表面領域の前記第二の部分が、前記固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる、請求項３４～３６のいずれか一項に記載のセル。
【請求項38】
前記表面領域の前記第二の部分が、前記固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われる、請求項３４～３６のいずれか一項に記載のセル。
【請求項39】
請求項１～３８に記載の前記アルミニウム精製セルのいずれかを使用する方法であって、前記非炭素質基材の表面が、固体アルミニウム金属で少なくとも部分的に覆われ、前記方法が、前記非炭素質基材を、前記固体アルミニウム金属の融点温度を超えて加熱することを含む、方法。
【請求項40】
請求項１～３８に記載の前記アルミニウム精製セルのいずれかを使用する方法であって、前記アルミニウム精製セルの電解質による前記非炭素質基材の腐食を制限することまたは防止することを含む、方法。
【請求項41】
前記制限することまたは防止することが、前記濡れ性材料によって前記非炭素質基材を少なくとも部分的に覆うことを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項42】
前記制限することまたは防止することが、前記非炭素質基材の前記表面領域の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％を前記濡れ性材料によって覆うことを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項43】
前記濡れ性材料が、前記電解質による前記基材の外面の接触を制限または防止する、請求項４０～４２に記載の方法。
【請求項44】
請求項１～３８に記載の前記アルミニウム精製セルのいずれかを使用する方法であって、前記非炭素質基材の温度が前記固体アルミニウム金属の融点温度より低い場合に、前記非炭素質基材の腐食を制限することまたは防止することを含む、方法。
【請求項45】
前記制限することまたは防止することが、前記固体アルミニウムによって前記非炭素質基材を少なくとも部分的に覆うことを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
前記制限することまたは防止することが、前記非炭素質基材の前記表面領域の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％を前記固体アルミニウムによって覆うことを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項47】
前記固体アルミニウムが、電解質による前記基材の外面の接触を制限または防止する、請求項４４～４６に記載の方法。
【請求項48】
請求項３９～４７のいずれか一項に記載の方法であって、（ａ）アルミニウム原料を前記アルミニウム精製セルに供給することであって、前記アルミニウム原料がアルミニウム金属を含み、前記アルミニウム精製セルが溶融金属パッドおよび電解質を含み、前記溶融金属パッドが前記電解質の密度よりも高い密度を有する、供給することと、
（ｂ）少なくとも一つのアノードを通り、電解質を通って、少なくとも一つのカソードに通電することであって、
（ｉ）前記少なくとも一つのアノードおよび前記少なくとも一つのカソードが、前記電解質に部分的に配置され、
（ｉｉ）前記少なくとも一つのアノードが前記溶融金属パッドに部分的に配置され、
（ｉｉｉ）前記少なくとも一つのアノードおよび／または前記少なくとも一つのカソードが、誘導機構を備える非炭素質基材であり、
（ｉｖ）前記誘導機構が、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される、通電することと、
（ｃ）前記誘導機構によって、前記溶融金属パッドの前記アルミニウム金属を前記電解質に誘導することと、
（ｄ）前記電解質中に少なくともいくらかのアルミニウムイオンを生成することと、
（ｅ）精製アルミニウム生成物を製造することと、を含む、方法。
【請求項49】
前記非炭素質基材が、ＴｉＢ２でメッキされた炭素系材料を含む、請求項１～３８のいずれか一項に記載のセル。
【請求項50】
前記非炭素質基材が、濡れ性を促進するメッキ材料を含む、請求項１～３８のいずれか一項に記載のセル。
【請求項51】
前記メッキ材料が、セラミックおよび／またはサーメットを含む、請求項５０に記載のセル。
【請求項52】
前記メッキ材料が、ＴｉＢ２を含む、請求項５１に記載のセル。
【請求項53】
前記非炭素質基材が、ＴｉＢ２でメッキされた炭素系材料を含む、請求項３９～４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項54】
前記非炭素質基材が、濡れ性を促進するメッキ材料を含む、請求項３９～４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項55】
前記メッキ材料が、セラミックおよび／またはサーメットを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項56】
前記メッキ材料が、ＴｉＢ２を含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項57】
前記誘導機構が、少なくとも一つのチャネルを備える、請求項１～３８または４９～５２のいずれか一項に記載のセル。
【請求項58】
前記少なくとも一つのチャネルが断面を備え、前記断面が前記少なくとも一つのチャネルの長さ全体にわたって実質的に一定である、請求項５７に記載のセル。
【請求項59】
前記少なくとも一つのチャネルが断面を備え、前記断面が前記少なくとも一つのチャネルの長さ全体にわたって可変である、請求項５７に記載のセル。
【請求項60】
前記誘導機構が少なくとも一つのチャネルを備える、請求項３９～４８または５３～５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項61】
前記少なくとも一つのチャネルが断面を備え、前記断面が前記少なくとも一つのチャネルの長さ全体にわたって実質的に一定である、請求項６０に記載の方法。
【請求項62】
前記少なくとも一つのチャネルが断面を備え、前記断面が前記少なくとも一つのチャネルの長さ全体にわたって可変である、請求項６０に記載の方法。
【請求項63】
前記誘導機構が、配向した多孔質構造を備える、請求項１～３８、４９～５２、または５７～５９のいずれか一項に記載のセル。
【請求項64】
前記配向した多孔質構造が空隙率勾配を有する、請求項６３に記載のセル。
【請求項65】
前記誘導機構が配向した多孔質構造を備える、請求項３９～４８、５３～５６、または６０～６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項66】
前記配向した多孔質構造が空隙率勾配を有する、請求項６５に記載の方法。
【請求項67】
前記誘導機構が、前記非炭素質基材内またはその上にある、請求項１～３８、４９～５２、５７～５９、６３、または６４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項68】
前記誘導機構が、前記非炭素質基材内またはその上にある、請求項３９～４８、５３～５６、６０～６２、６５、または６６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ＴｉＢ２ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ」と題する、２０２１年１１月８日出願の米国仮特許出願第６３／２７６，８９２号の優先権を主張する。本出願は、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｌｌ ｆｏｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｓｃｒａｐ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ」と題する、２０２２年２月１７日出願の米国仮特許出願第６３／３１１，３６６号の優先権を主張する。これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ＴｉＢ２ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ」と題する、２０２１年１１月８日出願の米国仮特許出願第６３／２７６，８９２号の優先権を主張する。本出願は、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｌｌ ｆｏｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｓｃｒａｐ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ」と題する、２０２２年２月１７日出願の米国仮特許出願第６３／３１１，３６６号の優先権を主張する。これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
アルミニウムは従来、ボーキサイト鉱石に由来するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から作られてきた。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のアルミニウムへの変換は、通常は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を融剤である氷晶石に溶解し、その後、混合物に電流を流し、炭素アノードからの炭素を溶解アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の酸素成分に付着させ、副生成物としてアルミニウムおよび二酸化炭素を得る、精錬方法によって実施される。「Ｈｏｏｐｅｓ ｐｒｏｃｅｓｓ」（米国特許第１，５３４，３１５号を参照）、ならびに共同所有の国際公開第２０１６／１３０８２３号に記載の方法を含む、アルミニウムを精製するための様々な努力がなされてきた。
【発明の概要】
【0003】
概ね、本開示は、アルミニウム精製セル中のアルミニウムを精製するための方法およびシステムに関する。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セルは、誘導機構を有する少なくとも一つの電極を備える。様々な誘導機構が、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ＴｉＢ２ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ」と題する、２０２１年１１月８日出願の共同所有の米国仮特許出願第６３／２７６，８９２号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0004】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、非炭素質基材を備えるアルミニウム精製セルに関し、非炭素質基材は、誘導機構を備え、誘導機構は、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される。
【0005】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、セルは、セルチャンバーと、セルチャンバー内の少なくとも一つのアノードと、セルチャンバー内の少なくとも一つのカソードとを備え、少なくとも一つのカソードは、少なくとも一つのアノードのトップ部の少なくとも部分的に上にある。
【0006】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、濡れ性材料の少なくとも一部は、誘導機構内および／またはその上に配置される。
【0007】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、濡れ性材料は溶融金属である。
【0008】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、濡れ性材料は金属を含む。
【0009】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、金属は、少なくともアルミニウムおよびマグネシウムを含む。
【0010】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、金属はアルミニウムを含む。
【0011】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、金属は、少なくとも５０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも５５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも６０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも６５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも７０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも７５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも８０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも８５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも９０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも９５重量パーセントのアルミニウムを含む。
【0012】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、金属は、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0013】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材の表面が固体アルミニウム金属で少なくとも部分的に覆われている。
【0014】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、誘導機構は、スロット、溝、細孔、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0015】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材が、サーメットまたはセラミックを含む。
【0016】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材がＴｉＢ２を含む。
【0017】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材がＴｉＢ２から本質的になる。
【0018】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、所定の方向は、垂直および／または水平である。
【0019】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、所定の方向は、アルミニウム精製セルの電解質に向かう上方向である。
【0020】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材が電極ではない。
【0021】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材が電極である。
【0022】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材がアノードまたはカソードである。
【0023】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材が第一の基材であり、セルが第二の基材を含む。
【0024】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材が炭素質基材である。
【0025】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材が非炭素質基材である。
【0026】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材がサーメットまたはセラミックを含む。
【0027】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材がＴｉＢ２を含む。
【0028】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材がＴｉＢ２から本質的になる。
【0029】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材が誘導機構を備える。
【0030】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材には誘導機構がない。
【0031】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材はアノードである。
【0032】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、第二の基材はカソードである。
【0033】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、（ａ）少なくとも一つの誘導機構を備える非炭素質基材と、（ｂ）非炭素質基材の表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属と、を備えるアルミニウム精製セルに関する。
【0034】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、セルは、セルチャンバーと、セルチャンバー内の少なくとも一つのアノードと、セルチャンバー内の少なくとも一つのカソードとを備え、少なくとも一つのカソードは、少なくとも一つのアノードのトップ部の少なくとも部分的に上にある。
【0035】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、固体アルミニウム金属の少なくとも一部は、誘導機構内および／またはその上に配置される。
【0036】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、固体アルミニウム金属は、少なくとも一つの誘導機構内に少なくとも部分的に入っている。
【0037】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、非炭素質基材は表面領域を備え、表面領域の第一の部分は、少なくとも一つの誘導機構を備え、表面領域の第二の部分には、誘導機構が全くない。
【0038】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、表面領域の第一の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる。
【0039】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、表面領域の第一の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われている。
【0040】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、表面領域の第二の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われている。
【0041】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、セルに関し、表面領域の第二の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われている。
【0042】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は任意のセルを使用する方法に関し、非炭素質基材の表面は、固体アルミニウム金属で少なくとも部分的に覆われ、方法は非炭素質基材を固体アルミニウム金属の融点温度を超えて加熱することを含む。
【0043】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は任意のセルを使用する方法に関し、アルミニウム精製セルの電解質を介した非炭素質基材の腐食を制限または防止することを含む。
【0044】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は方法に関し、制限することまたは防止することは、濡れ性材料によって非炭素質基材を少なくとも部分的に覆うことを含む。
【0045】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、方法に関し、制限することまたは防止することは、非炭素質基材の表面領域の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％を濡れ性材料で覆うことを含む。
【0046】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は方法に関し、濡れ性材料は電解質が基材の外面と接触するのを制限または防止する。
【0047】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は任意のセルを使用する方法に関し、非炭素質基材の温度が固体アルミニウム金属の融点温度よりも低い場合、非炭素質基材の腐食を制限または防止することを含む。
【0048】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、方法に関し、制限または防止は、固体アルミニウムによって非炭素質基材を少なくとも部分的に覆うことを含む。
【0049】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、方法に関し、制限または防止は、非炭素質基材の表面領域の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％を固体アルミニウムで覆うことを含む。
【0050】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は方法に関し、固体アルミニウムは電解質が基材の外面と接触するのを制限または防止する。
【0051】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は方法に関し、方法は、（ａ）アルミニウム原料をアルミニウム精製セルに供給することであって、アルミニウム原料がアルミニウム金属を含み、アルミニウム精製セルが溶融金属パッドおよび電解質を含み、溶融金属パッドが電解質の密度よりも高い密度を有する、供給することと、（ｂ）少なくとも一つのアノードを通り、電解質を通って、少なくとも一つのカソードに通電することであって、（ｉ）少なくとも一つのアノードおよび少なくとも一つのカソードが、電解質内に部分的に配置され、（ｉｉ）少なくとも一つのアノードが溶融金属パッド内に部分的に配置され、（ｉｉｉ）少なくとも一つのアノードおよび／または少なくとも一つのカソードが、誘導機構を備える非炭素質基材であり、（ｉｖ）誘導機構が、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される、通電することと、（ｃ）溶融金属パッドのアルミニウム金属を、誘導機構によって電解質に誘導することと、（ｄ）電解質中に少なくともいくらかのアルミニウムイオンを生成することと、（ｅ）精製アルミニウム生成物を製造することと、を含む。
【0052】
いくつかの態様では、本明細書に記載の技術はセルに関し、誘導機構は、基材（例えば、非炭素質基材）内またはその上にある。
【0053】
本開示は概ねアルミニウムを精製することを対象とするが、本明細書に記載の装置、システム、および方法は、他の金属（例えば、マグネシウム）を精製するのに適用可能である。
【0054】
いくつかの実施形態では、誘導機構は、開放または閉鎖されている少なくとも一つのスロットを備え、少なくとも一つのスロットはＴｉＢ２基材の厚さを貫通して延在する。いくつかの実施形態では、少なくとも一つのスロットの寸法は予め決定されている。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材は、第一の突起および第二の突起を備え、誘導機構は、第一の突起の内面と第二の突起の内面との間に画成されるスロットを備える。いくつかの実施形態では、スロットは、第一の突起の全長（ｌ）および第二の突起の全長（ｌ）に延在する。いくつかの実施形態では、第一の突起の全長（ｌ）および第二の突起の全長（ｌ）は、約０．０１メートル～約１メートルの範囲である。いくつかの実施形態では、第一の突起の厚さ（ｔ）および第二の突起の厚さ（ｔ）は、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、スロットは、第一の突起の内面と第二の突起の内面との間の距離（ｄ）で延在する。いくつかの実施形態では、距離（ｄ）は、約２０μｍ～約２０ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、第一の突起の幅（ｗ）および第二の突起の幅（ｗ）は、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲である。
【0055】
上記のように、いくつかの実施形態では、スロットは完全に閉じている。いくつかの実施形態では、スロットが完全に閉じている場合、誘導機構は完全に閉じられたチャネルとなる。いくつかの実施形態では、少なくとも一つのスロットは、部分的に閉じられている。すなわち、部分的に閉じられたスロットである。いくつかの実施形態では、部分的に閉じたスロットは、閉じた横幅開口部を備える。少なくとも一つのスロットが部分的に閉じている場合、少なくとも一つのスロットの横幅開口部は完全に閉じられ、スロットの長さの一部にわたって連続的に延在することができる。少なくとも一つのスロットが部分的に閉じている場合、少なくとも一つのスロットの横幅開口部は、スロットの全長にわたって部分的に閉じられることができる。少なくとも一つのスロットが部分的に閉じている場合、少なくとも一つのスロットの横幅開口部の閉鎖量は、スロットの長さに沿って変化することができる。
【0056】
上記のように、基材は少なくとも一つのチャネルを備えてもよい。チャネルは、任意の長さ、幅、サイズ、または形状にすることができる。いくつかの実施形態では、チャネルは、基材の長手方向軸に実質的に平行に延在する。いくつかの実施形態では、チャネルは、基材の長手方向軸に対してある角度で延在する。いくつかの実施形態では、複数のチャネルを単一のチャネルにまとめることができる。いくつかの実施形態では、単一のチャネルを複数のチャネルに分割することができる。チャネルの断面は、任意の形状またはサイズにすることができる。いくつかの実施形態では、断面は、チャネルの長さ全体にわたって実質的に一定である。いくつかの実施形態では、断面は、チャネルの長さ全体にわたって実質的に可変である。いくつかの実施形態では、断面は、チャネルの長さに沿って増加および／または減少することができる。
【0057】
本開示は、概ねＴｉＢ２基材を指すが、誘導機構を有する他のセラミックおよび／またはサーメット基材が使用されてもよい。誘導機構を有する任意のセラミックおよび／またはサーメット基材は、任意の濡れ性金属とともに使用することができる。いくつかの実施形態では、任意の濡れ性金属は、セラミックおよび／またはサーメット基材を介した移動のための任意の好適な金属であってもよい。いくつかの実施形態では、好適な金属は、アルミニウム、例えば、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせであってもよい。いくつかの実施形態では、好適な金属は、銅、例えば、銅合金、金属銅、およびそれらの組み合わせであってもよい。いくつかの実施形態では、濡れ性材料は、アルミニウム、マグネシウム、銅、およびそれらの組み合わせから本質的になる。いくつかの実施形態では、濡れ性材料は主にアルミニウムである。一つの態様では、本開示は、誘導機構を備えるセラミック基材またはサーメット基材を有する製品に関し、誘導機構は、セラミック濡れ性材料またはサーメット濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される。いくつかの実施形態では、基材はセラミック基材である。いくつかの実施形態では、セラミック基材は、ＴｉＢ２基材、ＺｒＢ２基材、またはＨｆＢ２基材のうちの一つである。いくつかの実施形態では、セラミック濡れ性材料は、アルミニウム、例えばアルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせである。
【0058】
上記の開示はＴｉＢ２およびアルミニウムに関してなされているが、本明細書に記載の装置、システム、および方法は、ＴｉＢ２以外の他のセラミックおよび／またはサーメット材料に適用可能である。例えば、本明細書の開示は、金属濡れ性能力を有する他の金属ホウ化物（例えば、金属二ホウ化物）、二つだけ例を挙げると、例えばＺｒＢ２およびＨｆＢ２に同様に適用可能であり、その両方がアルミニウム濡れ性材料である。
【0059】
いくつかの実施形態では、基材は炭素系（炭素質）材料とすることができる。いくつかの実施形態では、炭素系材料は無機炭素系材料とすることができる。好適な炭素系材料は、例えば、炭素の非晶質および結晶質形態を含むことができる。いくつかの実施形態では、炭素系材料は黒鉛を含む。いくつかの実施形態では、基材は、予め焼成された炭素電極材料を含む。炭素系基材は、好適な金属、例えばアルミニウムの濡れ性を促進するためのメッキ材料を含んでもよい。
【0060】
いくつかの実施形態では、基材は非炭素質材料とすることができる。非炭素質材料は、炭素系ではない任意の材料である。非炭素質材料としては、例えば、セラミック材料およびサーメット材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、基材はセラミックまたはサーメットとすることができる。
【0061】
セラミック材料は、無機、非金属材料を含む。無機、非金属材料は、ホウ化物、酸化物、窒化物、または炭化物材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、セラミック材料はチタンを含む。いくつかの実施形態では、セラミック材料は、金属ホウ化物（例えば、金属二ホウ化物）を含む。いくつかの実施形態では、金属二ホウ化物材料は、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、またはＳｒＢ２を含む。
【0062】
サーメット材料は、セラミックおよび金属材料の材料である。サーメット材料は、金属結合材によって結合されたセラミックマトリックスを含む場合がある。いくつかの実施形態では、サーメット材料は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、またはそれらの合金もしくは組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、サーメット材料は、炭化ニッケル－チタンまたは二ホウ化ニッケル－チタンを含む。
【0063】
いくつかの実施形態では、基材は、記載された材料を含む、それから本質的になる、またはそれからなる。一実施形態では、基材はセラミックから本質的になる、またはそれからなる。一実施形態では、基材はサーメットから本質的になる、またはそれからなる。一実施形態では、基材は炭素系材料から本質的になる、またはそれからなる。
【0064】
いくつかの実施形態では、基材は、濡れ性を促進するメッキ材料である。いくつかの実施形態では、メッキ材料は、セラミックおよび／またはサーメット、例えば、本明細書に記載のセラミックまたはサーメット材料のいずれかである。いくつかの実施形態では、基材は、セラミック、例えばＴｉＢ２でメッキされた炭素系材料である。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【0083】
【0084】
【0085】
【0086】
【0087】
【0088】
【0089】
【0090】
【0091】
【0092】
【0093】
【0094】
【0095】
【0096】
【0097】
【0098】
【0099】
【0100】
【0101】
【0102】
【0103】
【0104】
【0105】
【0106】
【0107】
【0108】
【0109】
【0110】
【0111】
【0112】
【0113】
【発明を実施するための形態】
【0114】
この文書には、いくつかのセクションが含まれる。セクションｉは、アルミニウム精製セルを説明する。セクションｉｉは、誘導機構を有する基材を説明する。セクションｉｉｉは、アルミニウム精製セルの立ち上げを説明する。セクションｉｖは、セクションｉのアルミニウム精製セルにおけるセクションｉｉの誘導機構を有する基材の使用を説明する。定義も以下に含まれる。
【0115】
本開示は、添付の図面を参照してさらに説明され、同様の構造は、いくつかの図全体を通して同様の参照符号で参照される。図面は、本明細書の一部を構成し、本開示の例示的な実施形態を含み、様々な目的およびその特徴を例示する。さらに、図は必ずしも縮尺どおりではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張される場合がある。さらに、図に示される任意の寸法、仕様等は、例示であることを目的とするものであり、限定するものではない。したがって、本明細書に開示される特定の構造および機能の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本開示を様々に使用することを当業者に教示するための代表的な基礎としてのみ解釈されるべきである。
【0116】
開示されたこれらの利点および改良点のうち、本開示の他の目的および利点は、添付の図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。本開示の詳細な実施形態が本明細書に開示される。しかし、開示された実施形態は、様々な形態で具体化されることができる本開示を単に例示するものであることを理解されたい。さらに、本発明の様々な実施形態に関連して挙げた例のそれぞれは、例示を目的とするものであり、限定するものではない。
【0117】
本明細書および特許請求の範囲全体を通して、以下の用語は、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除いて、本明細書に明示的に関連付けられた意味を有する。本明細書で使用される語句「一実施形態では」および「いくつかの実施形態では」は、同じ実施形態を指す場合があるが、必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。さらに、本明細書で使用される語句「別の実施形態では」および「いくつかの他の実施形態では」は、別の実施形態を指す場合があるが、必ずしも別の実施形態を指すわけではない。したがって、以下に説明するように、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明のさまざまな実施形態を容易に組み合わせることができる。
【0118】
さらに、本明細書で使用される用語「または」は、包括的な「または」作用素であり、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除いて、用語「および／または」と同等である。用語「に基づいて」は排他的なものではなく、文脈から判断して明らかに他の意味に解釈すべき場合を除いて、記載されていない別の要素に基づくことも認められる。さらに、本明細書全体を通して、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味には複数の指示対象が含まれる。「ｉｎ」には、「ｉｎ」および「ｏｎ」が含まれる。
【0119】
本明細書で使用される場合、“アルミニウム原料”は、少なくとも５０重量％のアルミニウムを有する材料を意味する。
【0120】
本明細書で使用する場合、「精製アルミニウム」は、少なくとも９９．５重量％のアルミニウムを有する材料を意味する。
【0121】
本明細書で使用する場合、「精製溶融アルミニウム」は、少なくとも９９．５重量％の溶融アルミニウムを有する材料を意味する。
【0122】
本明細書で使用する場合、「ラフィネート」は、非常に高い不純物含有量を含むアルミニウムを意味する。
【0123】
本明細書で使用する場合、「溶融金属パッド」は、電解質の下に配置される溶融材料の収容部を意味し、溶融材料はアルミニウムを含む。
【0124】
本明細書で使用する場合、「スラッジ」は、アルミニウム精製中に沈殿する汚泥を意味する。いくつかの実施形態では、スラッジは固体材料を含む。
【0125】
本明細書で使用する場合、「アルミニウム濡れ性」は、溶融アルミニウムとの接触角が９０度以下であることを意味する。
【0126】
本明細書で使用する場合、「濡れ性材料」は、非炭素質材料との接触角が９０度以下であることを意味する。
【0127】
本明細書で使用する場合、「電解質」は、イオン／イオンの種の移動によって電流が流れる媒体を意味する。一実施形態では、電解質は溶融塩を含むことができる。
【0128】
本明細書で使用する場合、「エネルギー効率」とは、アルミニウム精製セルによって生成される精製アルミニウム１キログラム当たり、アルミニウム精製セルによって消費されるエネルギー量（キロワット時）を意味する。したがって、エネルギー効率は、生成されるアルミニウムのキロワット時間／キログラム（ｋＷｈ／ｋｇ）で表されることができる。
【0129】
本明細書で使用する場合、「アノード－カソードの重なり」（ＡＣＯ）は、アノード（例えば、細長い垂直アノード）の遠位端からそれぞれのカソード（例えば、細長い垂直カソード）の遠位端までの垂直距離を意味する。
【0130】
本明細書で使用する場合、「アノード－カソード間距離」（ＡＣＤ）は、アノード（例えば、細長い垂直アノード）をそれぞれのカソード（例えば、細長い垂直カソード）から分離する水平距離を意味する。
【0131】
ｉ．誘導機構を使用する基材を有するアルミニウム精製セル
本開示は、一つまたは複数の誘導機構を備える基材を有するアルミニウム精製セルに関する。このような基材は、以下の詳細なセクションｉｉで説明され、共同所有の米国仮特許出願第６３／２７６，８９２号にさらに記載されており、その内容はその全体が参照によりここに組み込まれる。本明細書に開示のアルミニウム精製セルは、セクションｉｉに記載される基材のいずれかを、および任意の組み合わせで含むことができる。いくつかの実施形態では、基材は電極ではない。いくつかの実施形態では、基材は電極である。例えば、第一の電極は、少なくとも一つの溝を有する基材を備えてもよく、一方、第二の電極は、一つのスロットまたは空隙を有する基材を備えてもよい。別の例として、第一の電極は誘導機構のない基材、第二の電極は溝を有する基材を備えてもよい。別の例として、第一の電極は、溝または空隙を有する基材を備えてもよく、第二の電極は、誘導機構のない基材を備えてもよい。別の例として、第一の電極は空隙を有する基材を備えてもよく、第二の電極は空隙を有する基材を備えてもよい。基材のいずれも、任意の炭素質電極または非炭素質電極と任意の組み合わせで使用されることができる。
本開示は、一つまたは複数の誘導機構を備える基材を有するアルミニウム精製セルに関する。このような基材は、以下の詳細なセクションｉｉで説明され、共同所有の米国仮特許出願第６３／２７６，８９２号にさらに記載されており、その内容はその全体が参照によりここに組み込まれる。本明細書に開示のアルミニウム精製セルは、セクションｉｉに記載される基材のいずれかを、および任意の組み合わせで含むことができる。いくつかの実施形態では、基材は電極ではない。いくつかの実施形態では、基材は電極である。例えば、第一の電極は、少なくとも一つの溝を有する基材を備えてもよく、一方、第二の電極は、一つのスロットまたは空隙を有する基材を備えてもよい。別の例として、第一の電極は誘導機構のない基材、第二の電極は溝を有する基材を備えてもよい。別の例として、第一の電極は、溝または空隙を有する基材を備えてもよく、第二の電極は、誘導機構のない基材を備えてもよい。別の例として、第一の電極は空隙を有する基材を備えてもよく、第二の電極は空隙を有する基材を備えてもよい。基材のいずれも、任意の炭素質電極または非炭素質電極と任意の組み合わせで使用されることができる。
【0132】
図１４は、アルミニウム精製セル内でアルミニウム金属、例えばアルミニウムスクラップを精製するための方法の一実施形態を例示する。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル内でアルミニウムを精製する方法は、少なくとも一つの電極、例えばアノードまたはカソードを使用することを含む。図１４は、いくつかの工程が破線のボックスで表示されており、これらの工程が任意であることを示している。いくつかの実施形態では、方法は、アルミニウム原料をアルミニウム精製セルに供給すること（供給工程１０１００）と、アルミニウム金属を電解質に誘導すること（誘導工程１０２００）と、精製アルミニウム生成物を製造すること（製造工程１０３００）と、を含む。いくつかの実施形態では、方法は、電極（例えば、アノードおよび／またはカソード）に通電すること（通電工程１０４２０）、および／または電解質中にイオンを生成させること（イオン生成工程１０４４０）を含む。
【0133】
図１５Ａは、いくつかの実施形態によるアルミニウムを精製するためのアルミニウム精製セル１０００の一実施形態の概略断面側面図である。アルミニウム精製セル１０００は、本明細書に記載の装置、システム、および方法のための精製セルの例示的な実施形態である。
【0134】
【0135】
アルミニウム精製セル１０００は、セル底部１０６０、耐熱性側壁１０３０、および耐熱性トップカバー１０４０を有するセルチャンバー１２１０と、セル底部１０６０から上方向に延在する少なくとも一つのアノード１０９０と、耐熱性トップカバー１０４０の近位に配置されるカソードコネクター１１４０と、カソードコネクター１１４０から下方向に延在する少なくとも一つのカソード１１５０と、精製されたアルミニウム１１２０をセルチャンバー１２１０から回収する抽出ポート１２００と、アルミニウム原料１１８０がセルチャンバー１２１０内にアクセスすることができるアクセスポート１１７０を備えるセルアクセスチャネル１１６０と、を備える。セルチャンバー１２１０は、耐熱性側壁１０３０、耐熱性トップカバー１０４０、およびセル底部１０６０によって少なくとも部分的に画成される。基部１０１０は、セル底部１０６０の近傍に配置される。いくつかの実施形態では、セルチャンバー１２１０は、耐熱性側壁１０３０に抽出ポート１２００およびアクセスポート１１７０を備える。
【0136】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００は、セルチャンバー１２１０に貫入するセルアクセスチャネル１１６０を備え、それにより、セルチャンバー１２１０の下部部分へのアクセスができる。セルアクセスチャネル１１６０は、アクセスポート１１７０を備えることができる。アルミニウム原料１１８０を、アクセスポート１１７０を通してアルミニウム精製セル１０００に入れることができる。
【0137】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００は、耐熱性側壁１０３０を貫通する抽出ポート１２００を備え、それにより、セルチャンバー１２１０の上部へのアクセスができる。精製アルミニウム１１２０は、抽出ポート１２００を通ってアルミニウム精製セル１０００から抽出されることができる。
【0138】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００は、耐熱性トップカバー１０４０内に形成される不活性ガス入口１２２０を備える。不活性ガス入口１２２０は、不活性雰囲気をセルチャンバー１２１０に供給するように構成される。不活性ガスの例としては、ヘリウム、アルゴン、および窒素が挙げられる。
【0139】
セル底部１０６０は、上面１０８０および下面１０７０を備える。いくつかの実施形態では、セル底部１０６０は平坦である。いくつかの実施形態では、セル底部１０６０は、アクセスポート１１７０に向かって下向きに傾斜している。いくつかの実施形態では、セル底部１０６０の傾斜は、１０度未満の角度を有する。いくつかの実施形態では、セル底部１０６０の傾斜は、３～５度の角度を有する。
【0140】
アルミニウム精製セル１０００は、耐熱性トップカバー１０４０の近傍にカソードコネクター１１４０を備える。カソードコネクター１１４０は、外部電源に接続するように構成される上部接続ロッド１１３０を備える。カソードコネクター１１４０は、下面１１４２および上面１１４４を備える。カソードコネクター１１４０の反対側に、アルミニウム精製セル１０００は、セル底部１０６０と電気的に接続するアノードコネクター１０５０を備える。アノードコネクター１０５０は、外部電源に接続するように構成されている。
【0141】
アノード１０９０およびカソード１１５０は電極である。いくつかの実施形態では、いくつかの電極は同じ材料から作製され、いくつかは互いに異なる材料から作製される。いくつかの実施形態では、すべての電極は、互いに異なる材料から作製される。いくつかの実施形態では、すべての電極は、同じ材料から作製される。いくつかの実施形態では、いくつかの電極は炭素質材料で作製され、いくつかの電極は非炭素質材料で作製される。
【0142】
電極（すなわち、アノード１０９０およびカソード１１５０）は、アルミニウム濡れ性材料から構成されることができる。いくつかの実施形態では、電極は、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＳｒＢ２、炭素質材料（例えば、黒鉛）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、鋼、またはそれらの組み合わせのうちの一つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、電極は、非炭素質材料から作製される。いくつかの実施形態では、電極は、サーメットまたはセラミックから作製される。いくつかの実施形態では、電極はセラミックである。いくつかの実施形態では、電極はチタンから作製される。いくつかの実施形態では、電極はＴｉＢ２を含む。いくつかの実施形態では、電極は、ＴｉＢ２から本質的になる。いくつかの実施形態では、電極は複数の層で作製される。
【0143】
アノード１０９０は、アルミニウム精製セル１０００のセル底部１０６０上に配置される。アノード１０９０は、セル底部１０６０の上面１０８０に接続する近位端１０９４を備える。アノード１０９０は、アルミニウム精製セル１０００の耐熱性トップカバー１０４０に向かって上方向に延在する遠位端１０９２を備える。アノード１０９０は、遠位端１０９２と近位端１０９４との間に中間部を備える。いくつかの実施形態では、アノード１０９０は垂直アノードである。
【0144】
カソード１１５０は、カソードコネクター１１４０に接続する近位端１１５４と、基部１０１０に向かって下方向に延在する遠位端１１５２とを備える。カソード１１５０は、近位端１１５４と遠位端１１５２との間の中間部を備える。いくつかの実施形態では、カソード１１５０は、垂直カソードである。アノード１０９０は、カソード１１５０と交互に配置されてもよい。
【0145】
いくつかの実施形態では、アノード１０９０はカソード１１５０と重なり、それによりアノード－カソードの重なり（ＡＣＯ）１２９０を画成する。図１５Ｂでは、アノード１０９０の遠位端１０９２とカソード１１５０の遠位端１１５２が部分的に重なっている。いくつかの実施形態では、カソード１１５０の遠位端１１５２は、アノード１０９０の中間部の近傍にあり、アノード１０９０の遠位端１０９２は、カソード１１５０の中間部の近傍にある。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり（ＡＣＯ）１２９０は、０～５０インチである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、１～５０インチである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、５～５０インチである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、１０～５０インチである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、２０～５０インチである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、２５～５０インチである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、少なくともいくらかの重なり、最大１２インチの重なりである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、少なくとも２インチの重なり～１０インチの重なりである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、少なくとも３インチの重なり～８インチの重なりである。いくつかの実施形態では、アノード－カソードの重なり１２９０は、少なくとも３インチの重なり～６インチの重なりである。
【0146】
アノード１０９０とカソード１１５０との間の横方向の離間距離は、アノード－カソード間距離（ＡＣＤ）１２８０として指定されることができる。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～３インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～２インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～１インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～１／４インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／４インチ～１／２インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～３／４インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～１インチであってもよい。いくつかの実施形態では、アノード－カソード間距離１２８０は、１／８インチ～１／２インチであってもよい。
【0147】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００は、外側シェル１０２０を備える。外側シェル１０２０は、鋼またはその他の好適な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、外側シェル１０２０は、基部１０１０の下に配置されるシェル床を備えてもよい（シェル床は図示されていない）。いくつかの実施形態では、外側シェル１０２０は、耐熱性側壁１０３０から離間し、かつそれを取り囲むシェル側壁を備えることができる。
【0148】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００は、セルチャンバー１２１０を断熱するためのセルライニングを備える。セルライニングは、耐熱性側壁１０３０と外側シェル１０２０との間、および基部１０１０とセル底部１０６０との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、セルライニングは、セルチャンバー１２１０の実質的にすべて、またはセルチャンバー１２１０の一部のみを封止してもよい。セルライニングは、アルミニウム精製セル１０００の高い電気効率を促進することができる。
【0149】
いくつかの実施形態では、セルチャンバー１２１０は、溶融金属パッド１１００、精製アルミニウム１１２０、および電解質１１１０を含む。溶融金属パッド１１００は、セル底部１０６０と接触している。電解質１１１０は、精製アルミニウム１１２０を溶融金属パッド１１００から分離する。アノード１０９０は、セル底部１０６０から溶融金属パッド１１００を通って上方向に延在し、電解質１１１０で終端する。カソード１１５０は、カソードコネクター１１４０から下方向に延在し、カソード１１５０が電解質１１１０内でアノード１０９０と重なるように、電解質１１１０内で終端する。したがって、カソード１１５０は、電解質１１１０によってアノード１０９０から分離される。
【0150】
例示の実施形態では、精製アルミニウム１１２０は、アルミニウム精製セル１０００の電解質１１１０よりも低い密度を有する。電解質１１１０は、アルミニウム精製セル１０００の溶融金属パッド１１００よりも小さい密度を有する。電解質１１１０は、溶融金属パッド１１００から精製アルミニウム１１２０のトップ層を分離させる。これに関して、電解質１１１０の組成は、電解質１１１０が溶融金属パッド１１００よりも低い密度かつ精製アルミニウム１１２０よりも高い密度を有するように選択されることができる。いくつかの実施形態では、電解質１１１０は溶融塩を含む。いくつかの実施形態では、電解質１１１０は、フッ化物および／または塩化物のうちの少なくとも一つを含む。いくつかの実施形態では、電解質１１１０は、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｃｓ、Ｒｂ、またはそれらの組み合わせ等のフッ化物および／または塩化物のうちの少なくとも一つを含む。
【0151】
いくつかの実施形態では、溶融金属パッド１１００は、少なくとも５０重量％のアルミニウム金属、または少なくとも５５重量％のアルミニウム金属、または少なくとも６０重量％のアルミニウム金属、または少なくとも６５重量％のアルミニウム金属、または少なくとも７０重量％のアルミニウム金属、または少なくとも７５重量％のアルミニウム金属、または少なくとも８０重量％のアルミニウム金属、または少なくとも８５重量％のアルミニウム金属、または少なくとも９０重量％のアルミニウム金属、または少なくとも９５重量％のアルミニウム金属を含む。
【0152】
いくつかの実施形態では、溶融金属パッド１１００は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｇｄ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、および不純物のうちの一つまたは複数を含む少なくとも一つの合金を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００内のアノード１０９０上の濡れ性材料の組成は、溶融金属パッド１１００と同一であるか、または実質的に類似している（濡れ性材料の考察については、セクションｉｉを参照のこと）。いくつかの実施形態では、濡れ性材料の組成物は金属である。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム、または少なくともアルミニウムおよびマグネシウムを含む。いくつかの実施形態では、金属は、少なくとも５０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも５５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも６０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも６５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも７０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも７５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも８０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも８５重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも９０重量パーセントのアルミニウム、または少なくとも９５重量パーセントのアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、金属は、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0153】
アルミニウム精製セル１０００は、溶融金属パッド１１００および電解質１１１０を備える。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０の供給工程１０１００は、アルミニウム原料１１８０を、セルアクセスチャネル１１６０を通して溶融金属パッド１１００内に流すことを含む。
【0154】
いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０の不純物は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｎを含む可能性がある。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、他の不純物に加えて、最大２重量のＭｇを含むアルミニウムを含む可能性がある。
【0155】
いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０に添加物（例えば、銅）を添加して、密度を高め、アルミニウム原料１１８０の金属をアルミニウム精製セル１０００の底部上の溶融金属パッド１１００に保持する。いくつかの実施例では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも５重量％の銅、少なくとも１０重量％の銅、少なくとも１５重量％の銅、少なくとも２０重量％の銅、少なくとも２５重量％の銅、少なくとも３０重量％の銅、少なくとも３５重量％の銅、少なくとも４０重量％の銅、少なくとも４５重量％の銅、または少なくとも５０重量％の銅を含む。したがって、溶融金属パッド１１００は比較的多量の銅を含む場合がある。いくつかの実施形態では、溶融金属パッド１１００は、少なくとも５重量％の銅、少なくとも１０重量％の銅、少なくとも１５重量％の銅、少なくとも２０重量％の銅、少なくとも２５重量％の銅、少なくとも３０重量％の銅、少なくとも３５重量％の銅、少なくとも４０重量％の銅、またはそれ以上を含む。
【0156】
いくつかの実施形態では、供給工程１０１００は、アルミニウム精製セル１０００の動作中にアルミニウム原料１１８０を連続的に供給することを含む。いくつかの実施形態では、供給工程１０１００は、アルミニウム原料１１８０をアルミニウム精製セル１０００内に定期的に加えることを含む。いくつかの実施形態では、供給工程１０１００は、アルミニウム原料１１８０を第一の供給速度でアルミニウム精製セル１０００内に供給することを含む。第一の供給速度は一定に保たれてもよく、またはアルミニウム精製セル１０００へのアルミニウム原料１１８０の供給の停止および開始を含めて変化してもよい。いくつかの実施形態では、供給工程１０１００は、アルミニウム精製セル１０００にアルミニウム原料１１８０を定期的に加えることを含む。
【0157】
上記のように、アルミニウム原料１１８０の供給工程１０１００は、アルミニウム精製セル１０００によって行われることができる。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０はアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム金属以外の少なくとも一つの金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は遷移金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも５０重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも５５重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも６０重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも６５重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも７０重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも７５重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも８０重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも８５重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも９０重量％のアルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、少なくとも９５重量％のアルミニウム金属を含む。
【0158】
いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の５．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の１０．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の１５．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の２０．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の２５．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の３０．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の３５．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１８０は、アルミニウム原料１１８０の４０．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の４５．０重量％～５０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～４５．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～４０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～３５．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～３０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～２５．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～２０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～１５．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～１０．０重量％の不純物を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム原料１１８０の０．５重量％～５．０重量％の不純物を含む。
【0159】
いくつかの実施形態では、アルミニウム原料１１８０は、アルミニウム合金スクラップである。いくつかの実施形態では、アルミニウム合金スクラップは、１ｘｘｘ系アルミニウム合金、２ｘｘｘ系アルミニウム合金、３ｘｘｘ系アルミニウム合金、４ｘｘｘ系アルミニウム合金、５ｘｘｘ系アルミニウム合金、６ｘｘｘ系アルミニウム合金、７ｘｘｘ系アルミニウム合金、８ｘｘｘ系アルミニウム合金、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも一つを含む。
【0160】
いくつかの実施形態では、イオン生成工程１０４４０は、電解質１１１０内でアルミニウムイオンを生成することと、アルミニウム精製セル１０００の少なくとも一つのカソード１１５０で、またはその近くでアルミニウムイオンの少なくとも一部を低減することとを含む。いくつかの実施形態では、イオン生成工程１０４４０は、アルミニウムイオンを、電解質１１１０を通してカソード１１５０に向かって移動させることを含む。
【0161】
本開示の方法は、電流を、アノード１９０に、そして電解質１１１０を通してカソード１１５０に通電することによって、アルミニウム原料１１８０から精製アルミニウム１１２０を製造することを含む。いくつかの実施形態では、通電工程１０４２０は、直流を、アノード１０９０から電解質１１１０を通してカソード１１５０に流すことを含む。製造工程１０３００では、アノード１０９０およびカソード１１５０は電解質１１１０中に部分的に配置されることができ、アノード１０９０は溶融金属パッド１１００中に部分的に配置されることができる。溶融金属パッド１１００のアルミニウム金属を電解質１１１０に向けて誘導すること（例えば、誘導工程１０２００）は、アルミニウム金属を電解質１１１０に向かって流すことと、電流をアノード１０９０に供給すること（例えば、通電工程１０４２０）と、を含むことができる。
【0162】
いくつかの実施形態では、方法は、抽出ポート１２００を通してアルミニウム精製セル１０００から精製アルミニウム１１２０のトップ層の少なくとも一部を移動させること含むことができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０は、アルミニウム精製セル１の動作中にほぼ連続的に移動されることができる。いくつかの実施形態では、第一の移動速度は、例えば、第二の移動速度に少なくとも部分的に基づいて制御されてもよい。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０は、アルミニウム精製セル１０００の動作中に定期的に移動されることができる。いくつかの実施形態では、移動工程は、生成物を汚染することなく精製アルミニウム１１２０生成物を移動させるように構成される機器（例えば、アルミナ、黒鉛、および／またはＴｉＢ２タッピング機器）で完了する。
【0163】
電解質１１１０の上方の精製アルミニウム１１２０生成物は、トップ層を画成する。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、少なくとも９９．５重量％のアルミニウム純度を含む。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、少なくとも９９．５重量％～最大９９．９９９重量％のアルミニウム純度を含む。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、少なくとも９９．８重量％～最大９９．９９９重量％のアルミニウム純度を含む。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、少なくとも９９．９重量％～最大９９．９９９重量％のアルミニウム純度を含む。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、少なくとも９９．９８重量％～最大９９．９９９重量％のアルミニウム純度を含む。例えば、精製アルミニウム１１２０生成物は、少なくとも９９．５重量％のアルミニウム、または少なくとも９９．７５重量％のアルミニウム、または少なくとも９９．８重量％のアルミニウム、または少なくとも９９．８５重量％のアルミニウム、または少なくとも９９．９重量％のアルミニウム、または少なくとも９９．９５重量％のアルミニウムを有することができる。
【0164】
いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１～１５ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１～１０ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１～８ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１～６ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１～４ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、５～１５ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１０～１５ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。いくつかの実施形態では、精製アルミニウム１１２０生成物は、アルミニウム精製セル１０００によって、１２～１５ｋＷｈ／ｋｇの精製アルミニウムのエネルギー効率で製造されることができる。
【0165】
いくつかの実施形態では、スラッジ１１９０は、少なくとも部分的に、通電工程１０４２０によって製造される場合がある。スラッジ１１９０は、溶融金属パッド１１００よりも高い密度を有する場合がある。上記のように、セル底部１０６０の上面１０８０は、傾斜していてもよい。いくつかの実施形態では、傾斜は、耐熱性側壁１０３０からセルアクセスチャネル１１６０に向かって下方に延びてもよい。したがって、スラッジ１１９０は、上面１０８０に沿ってセルアクセスチャネル１１６０に向かって排出されることができる。いくつかの実施形態では、スラッジ１１９０は、セルアクセスチャネル１１６０を通ってセルチャンバー１２１０から除去されてもよい。いくつかの実施形態では、不純物は、溶融金属パッド１１００内に集まる傾向がある場合がある。したがって、セルアクセスチャネル１１６０は、溶融金属パッド１１００の少なくとも一部の除去を容易にすることができる。
【0166】
ｉｉ．誘導機構を有する基材
上で説明したように、本開示は、一つまたは複数の誘導機構を備える基材を有するアルミニウム精製セルに関する。このような基材は、以下に本セクションで説明される。
上で説明したように、本開示は、一つまたは複数の誘導機構を備える基材を有するアルミニウム精製セルに関する。このような基材は、以下に本セクションで説明される。
【0167】
本開示は、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）基材、または誘導機構を使用してＴｉＢ２濡れ性材料を所定の方向に誘導する構造を含む、方法および製品を含む。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材構造は、ＴｉＢ２濡れ性材料に接触する前に、固体アルミニウム金属で覆われることができる。ＴｉＢ２濡れ性材料がＴｉＢ２基材に接触する場合、誘導機構はＴｉＢ２濡れ性材料を所定の方向に誘導する。誘導機構は、多くの形状およびサイズを取ることができる。いくつかの実施形態では、誘導機構は、スロット、溝、細孔、またはそれらの組み合わせであることができる。少なくとも一つの誘導機構を有するＴｉＢ２基材は、製品内の流体の移動を含む様々な用途で使用されることができる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２濡れ性材料は、ＴｉＢ２基材を介した移動に好適な任意の金属であってもよい。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２濡れ性材料は、アルミニウム、例えば、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせである。
【0168】
一つの態様では、本開示は、誘導機構を備えるＴｉＢ２基材を有する製品を含み、誘導機構は、ＴｉＢ２濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２濡れ性材料はアルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、アルミニウムは、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材の表面は、固体アルミニウム金属で少なくとも部分的に覆われる。いくつかの実施形態では、誘導機構は、構造、例えば、ＴｉＢ２基材上のスロット、溝、細孔、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材は立体的な幾何学的形状を有する。いくつかの実施形態では、立体的な幾何学的形状は、長方形形状、正方形形状、三角形形状、楕円形形状、または長楕円形形状等のうちの少なくとも一つの三次元形態を有する。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材は、非対称形状を有する。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材は、板状である。
【0169】
いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材は、アルミニウム精製セルで使用するように構成される。いくつかの実施形態では、誘導機構は、毛管作用によってＴｉＢ２濡れ性材料を誘導する。いくつかの実施形態では、誘導機構は細孔を備える。いくつかの実施形態では、誘導機構にはＴｉＢ２基材の空隙が含まれる。いくつかの実施形態では、空隙率は、約１～約２００細孔／インチ（ＰＰＩ）の範囲である。いくつかの実施形態では、空隙率は、少なくとも約５細孔／インチ（ＰＰＩ）、または少なくとも約１０細孔／インチ（ＰＰＩ）、または少なくとも約１５細孔／インチ（ＰＰＩ）、または少なくとも約２０細孔／インチ（ＰＰＩ）である。いくつかの実施形態では、空隙率は、約１７５細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約１５０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約１２５細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約１００細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約８０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約６０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約５０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下である。
【0170】
いくつかの実施形態では、誘導機構は、少なくとも一つの溝を有する構造を備える。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝は、ＴｉＢ２基材内に部分的に延在する。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝の寸法は予め決定されている。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝のサイズおよび／または形状は、予め決定されている。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝の幅（ｗ）は、約１０μｍ～約２０ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝の溝の深さ（ｇｄ）は、約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝の長さ（ｌ）は、約１ｃｍ～約１ｍの範囲である。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材の厚さ（ｔ）は、約５ｍｍ～約３０ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、誘導機構はＴｉＢ２基材に少なくとも二つの溝を備える。いくつかの実施形態では、少なくとも二つの溝の間の縁部間距離（ｄ）は、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲である。
【0171】
別の態様では、本開示は、（ａ）少なくとも一つの誘導機構を備えるＴｉＢ２基材と、（ｂ）ＴｉＢ２基材の表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属とを有する製品を含む。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属は、少なくとも一つの誘導機構内に少なくとも部分的に入っている。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材は、表面領域を有する構造を備え、表面領域の第一の部分は少なくとも一つの誘導機構を備え、表面領域の第二の部分には誘導機構が全くない。いくつかの実施形態では、表面領域の第一の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域の第一の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域の第二の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域の第二の部分は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域の第二の部分を覆う固体アルミニウム金属は、膜の形態である。いくつかの実施形態では、膜は、１μｍ～５００μｍの厚さを備える。いくつかの実施形態では、表面領域の第二の部分には、固体アルミニウム金属がない。
【0172】
いくつかの実施形態では、少なくとも一つの誘導機構は空隙容積を含み、空隙容積の少なくとも１％に固体アルミニウム金属が含まれる。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの誘導機構はスロットを有する構造であり、固体アルミニウム金属がスロット内に少なくとも部分的に入っている。いくつかの実施形態では、少なくとも一つのスロットはスロット容積を含み、固体アルミニウム金属がスロット容積の少なくとも１％を占める。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの誘導機構は溝であり、固体アルミニウム金属が溝内に少なくとも部分的に入っている。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの溝は溝容積を含み、固体アルミニウム金属が溝容積の少なくとも１％を占める。
【0173】
別の態様では、本開示は、（ａ）ＴｉＢ２のウェブと、（ｂ）ＴｉＢ２のウェブの表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属と、を有する製品を含む。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２のウェブは、ＴｉＢ２のウェブの空隙を画成する。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属は空隙を備える。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２のウェブの空隙は、ＴｉＢ２の細孔容積を画成し、固体アルミニウム金属が細孔容積の少なくとも１％を占める。
【0174】
別の態様では、本開示は、少なくとも一つの誘導機構を有するＴｉＢ２製品を製造することと、少なくとも一つの誘導機構によって所定の方向にＴｉＢ２濡れ性材料を誘導することと、を含む方法を含む。いくつかの実施形態では、製造工程は、複数の細孔を有するＴｉＢ２製品を形成することを含む。いくつかの実施形態では、製造工程は、幾何学的形体を形成することを含む。いくつかの実施形態では、製造工程は、ＴｉＢ２製品またはＴｉＢ２製品前駆体を機械加工して、少なくとも一つの誘導機構を形成することを含む。いくつかの実施形態では、製造工程は、ＴｉＢ２原料をＴｉＢ２製品前駆体に押出し成形することを含み、ＴｉＢ２製品前駆体は、少なくとも一つの誘導機構を備える。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２製品前駆体は未焼成ＴｉＢ２材料である。いくつかの実施形態では、方法は、未焼成ＴｉＢ２材料を高温に曝し、それによりＴｉＢ２基材を形成することを含む。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材内の少なくとも一つの誘導機構は、溝、スロット、チャネル、またはそれらの組み合わせを備えてもよい。
【0175】
別の態様では、本開示は、本明細書に記載のＴｉＢ２基材のうちのいずれかを有するアルミニウム精製セルを含む。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材のうちの少なくとも一つは電極である。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材のうちの少なくとも一つは、誘導装置であり、誘導装置は、電流が印加されていない場合、液体アルミニウム金属（例えば、溶融アルミニウム金属）を所定の方向に誘導するように構成される。
【0176】
本明細書で使用する場合、「スロット」とは、ＴｉＢ２基材の厚さを貫通する幾何学的形体を意味する。
【0177】
本明細書で使用する場合、「溝」とは、ＴｉＢ２基材の厚さに部分的に延在するが、完全には貫通しない幾何学的形体を意味する。
【0178】
本明細書で使用する場合、「幾何学的形体」とは、ＴｉＢ２基材内に形成される所定の形状を意味する。例としては、任意の形状またはサイズのスロットおよび溝が挙げられる。
【0179】
本明細書で使用する場合、「ＴｉＢ２濡れ性材料」は、ＴｉＢ２との接触角が９０度以下であることを意味する。
【0180】
本明細書で使用する場合、「ＴｉＢ２基材」とは、少なくとも一つの誘導機構を備えることができるＴｉＢ２で作製される基材を意味する。ＴｉＢ２基材の例としては、ＴｉＢ２で作製されるブロック、板、ロッド、ワイヤ、ウール等が挙げられる。一実施形態では、ＴｉＢ２基材は、ＴｉＢ２から本質的になる。
【0181】
本明細書で使用する場合、「アルミニウム被覆ＴｉＢ２基材」は、アルミニウム金属によって少なくとも部分的に被覆されたＴｉＢ２基材を意味し、アルミニウム金属は金属アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金である。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の少なくとも一つの誘導機構内に少なくとも部分的に含まれる。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の外表面を少なくとも部分的に覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも１０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも１５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも２０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも２５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも３０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも３５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも４０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも４５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも５０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも５５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも６０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも６５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも７０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも７５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも８０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも８５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９０％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９１％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９２％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９３％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９４％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９５％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９６％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９７％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９８％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも９９％を覆う。一実施形態では、アルミニウム金属は、ＴｉＢ２基材の表面領域の少なくとも１００％を覆う。
【0182】
本明細書で使用する場合、「メッキ材料」等は、基材の外面の少なくとも一部と接触する、膜、コーティング、またはその他の薄い被膜を意味し、メッキ材料がどのように基材上に製造されたかには関係がなく、すなわち、メッキには、基材に膜、コーティング、または薄い被膜をつけるすべての方法が含まれる。
【0183】
図１Ａは、ＴｉＢ２濡れ性材料を、誘導機構を使用して所定の方向に誘導するための方法１００の一実施形態を例示する。工程１０２は、図１Ａに破線のボックスで示される任意の工程である。工程１０２は、ＴｉＢ２基材を固体アルミニウム金属で覆うことを含む。様々な量のＴｉＢ２基材を、固体アルミニウム金属で覆うことができる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材の全てを覆うことができる。ＴｉＢ２基材の一部は固体アルミニウム金属で覆われることができるが、ＴｉＢ２基材の他の部分には固体アルミニウムがない。固体アルミニウム金属の被覆率は、ＴｉＢ２基材の用途に応じて異なる。工程１０４は、ＴｉＢ２基材をＴｉＢ２濡れ性材料と接触させることを含む。工程１０６は、ＴｉＢ２濡れ性材料を所望の方向に誘導することを含む。
【0184】
図１Ｂは、ＴｉＢ２濡れ性材料を、誘導機構を使用して所定の方向に誘導するための方法１１０の別の実施形態を例示する。製造工程１１２は、少なくとも一つの誘導機構を有するＴｉＢ２製品を製造することを含む。製造工程１１２は、複数の細孔を有するＴｉＢ２製品構造を形成することを含むことができる。製造工程１１２は、幾何学的形体を形成することを含むことができる。製造工程１１２は、ＴｉＢ２製品またはＴｉＢ２製品前駆体構造を機械加工して、少なくとも一つの誘導機構を形成することを含むことができる。製品または製品前駆体構造内またはその上にある誘導機構は、スロット、溝、細孔、およびそれらの組み合わせであることができる。誘導機構は、空隙容積を含むことができる。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも１％は、固体アルミニウム金属が含まれる。誘導機構は、毛管作用によってＴｉＢ２濡れ性材料を誘導することができる。
【0185】
製造工程１１２は、ＴｉＢ２原料をＴｉＢ２製品前駆体に押出し成形することを含み、ＴｉＢ２製品前駆体は、少なくとも一つの誘導機構を備える。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２製品前駆体は未焼成ＴｉＢ２材料である。製造工程１１２は、未焼成ＴｉＢ２材料を高温に曝し、それによりＴｉＢ２基材を形成することを含むことができる。誘導工程１１４は、ＴｉＢ２濡れ性材料を少なくとも一つの誘導機構によって所定の方向に誘導することを含む。
【0186】
図２Ａは、製品２００の一実施形態の斜視図であり、ＴｉＢ２基材２０２が誘導機構として複数のスロット２０６を有する。スロット２０６は、突起２０４の間に画成されている。ＴｉＢ２基材２０２はまた、基部２０８および先端部２１０を備える。スロット２０６は、ＴｉＢ２濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される。ＴｉＢ２濡れ性材料は、アルミニウム、例えば、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【0187】
図２Ｂは、図２Ａに示される実施形態の第一の側面図である。図２Ｂは、突起２０４を示す製品２００の側面図を示す。突起２０４は、基部２０８のトップ部から先端部２１０の端部に延在する長さ（ｌ）を備える。先端部２１０は、尖った形状、丸みのある湾曲部、またはギザギザの縁部等を含む、様々な形状のいずれかを有することができる。
【0188】
図２Ｃは、図２Ａにおいて破線の円で示される、図２Ａに示される実施形態の拡大部分断面図である。部分上面図は、突起２０４のうちの二つだけを示している。すなわち、図２Ｃは、第一のスロット２０６Ａを画成する第一の突起２０４Ａ、および第二の突起２０４Ｂを示す。第一のスロット２０６Ａは、第一の突起２０４Ａの内面および第二の突起２０４Ｂの内面によって画成される。
【0189】
図３Ａは、製品３００の一実施形態の正面図であり、ＴｉＢ２基材３０２が誘導機構としてスロット３０６を有する。スロット３０６は、第一の突起３０４Ａおよび第二の突起３０４Ｂ（まとめて、突起３０４）によって画成される。ＴｉＢ２基材３０２はまた、基部３０８および先端部３１０を備える。スロット３０６は、ＴｉＢ２濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される。突起のうちの一つの幅（ｗ）も示されている。
【0190】
図３Ｂは、図３Ａに示す破線３Ｂに沿って切り取られた断面の断面図である。図３Ｂは、突起３０４の厚さ（ｔ）、およびスロット３０６が第一の突起３０４Ａの内面と第二の突起３０４Ｂの内面との間に延在する距離（ｄ）を示す。図３Ｃは、図３Ａに示される実施形態（例えば、製品３００）の第一の側面図である。図３Ｃは、突起３０４の長さ（ｌ）を示す。
【0191】
図２Ａ～２Ｃおよび図３Ａ～３Ｃは類似しているため、一緒に説明される。図２Ａ～２Ｃの実施形態は、図３Ａ～３Ｃの実施形態と、突起２０４／３０４の数、スロット２０６／３０６の数、および突起２０４／３０４の厚さ（ｔ）が異なる。
【0192】
スロット２０６／３０６の寸法は予め決められている。いくつかの実施形態では、スロット２０６Ａ／３０６は、第一の突起２０６Ａ／３０６Ａの全長（ｌ）および第二の突起２０６Ｂ／３０６Ｂの全長（ｌ）に延在する。第一の突起２０６Ａ／３０６Ａの全長（ｌ）および第二の２０４Ｂ／３０４Ｂの全長（ｌ）は、約０．０１メートル～約１メートルの範囲とすることができる。第一の突起２０４Ａ／３０４Ａの厚さ（ｔ）および第二の突起２０４Ｂ／３０４Ｂの厚さ（ｔ）は、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲とすることができる。スロット２０６Ａ／３０６は、第一の突起２０４Ａ／３０４Ａの内面と第二の突起２０４Ｂ／３０４Ｂの内面との間の距離（ｄ）で延在する。いくつかの実施形態では、距離（ｄ）は、約２０μｍ～約２０ｍｍの範囲である。突起２０４／３０４（例えば、第一の突起２０４Ａ／３０４Ａおよび第二の突起２０４Ｂ／３０４Ｂ）の幅（ｗ）は、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲とすることができる。
【0193】
突起２０４／３０４は、互いに寸法が異なることができる。突起２０４／３０４は、互いに長さ（ｌ）、厚さ（ｔ）、および幅（ｗ）が異なることができる。同様に、スロット２０６／３０６の距離（ｄ）は、互いに異なることができる。いくつかの実施形態では、第二の突起２０４Ｂ／３０４Ｂと比較して、第一の突起２０４Ａ／３０４Ａは、より長い長さ（ｌ）およびより広い幅（ｗ）およびより薄い厚さ（ｔ）を有することができる。
【0194】
スロット２０６／３０６は、ＴｉＢ２基材２０２／３０２の厚さを貫通して延在する。スロットの数は異なってもよい。いくつかの実施形態では、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃの例に示すように、スロットは一つであってもよい。また、スロットは二つ以上であってもよい。スロットの数は、ＴｉＢ２基材２０２／３０２の意図する用途により異なる可能性がある。図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃに示す例では、六つのスロットがある。
【0195】
ＴｉＢ２基材２０２／３０２は、固体アルミニウム金属で少なくとも部分的に覆われてもよい。スロット２０６／３０６は、ＴｉＢ２基材２０２／３０２の誘導機構である。他の誘導機構、例えば、溝、細孔、およびそれらの組み合わせを、ＴｉＢ２基材２０２に備えることができる。
【0196】
ＴｉＢ２基材２０２／３０２は、用途に応じて任意の好適な構造、サイズ、または形状を有することができる。ＴｉＢ２基材２０２／３０２は、立体的な幾何学的形状を有することができる。幾何学的形状表面は、長方形形状、正方形形状、三角形形状、楕円形形状、または長楕円形形状表面等のうちの少なくとも一つの表面を含むことができる。ＴｉＢ２基材２０２／３０２はまた、非対称形状であってもよい。ＴｉＢ２基材２０２／３０２はまた、板状であってもよい。ＴｉＢ２基材２０２／３０２は、誘導機構であるスロット２０６／３０６を使用して、毛管作用によってＴｉＢ２濡れ性材料を誘導することができる。
【0197】
ＴｉＢ２基材２０２／３０２は、様々な用途で使用されることができる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材２０２／３０２は、アルミニウム精製セルで使用するように構成されることができる。アルミニウム精製セルでは、カソードはセルのトップ部にあり、アノードはセルの底部にあり、精製されたアルミニウムはセルのトップ部に移動する。アルミニウム精製セルの一例は、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ Ａｌｕｍｉｎｕｍ」と題する、２０１６年２月１１日に出願された共同所有の米国特許第１０，４０７，７８６号に記載されている。
【0198】
図４Ａは、製品４００の一実施形態の正面図であり、ＴｉＢ２基材４０２が誘導機構として複数の溝４０６を有する。図４Ｂは、図４Ａに示される実施形態の第一の側面図である。図４Ｃは、図４Ａにおいて破線の円で示される、図４Ａに示される実施形態の拡大部分断面図である。図４Ｄは、図４Ｃに示される実施形態の複数の溝の別の構成である。
【0199】
製品４００は製品２００／３００と類似している。ここで、相違点について説明する。いくつかの実施形態では、製品２００／３００の誘導機構はスロット２０６／３０６であり、対照的に、製品４００の誘導機構は少なくとも一つの溝４０６である。
【0200】
溝４０６は、ＴｉＢ２基材４０２内に部分的に延在する。溝４０６の寸法は予め決められている。いくつかの実施形態では、溝４０６のサイズおよび／または形状は予め決められている。溝４０６の幅（ｗ）は、約１０μｍ～約２０ｍｍの範囲である。溝４０６の溝の深さ（ｇｄ）は、約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲である。溝４０６の長さ（ｌ）は、約１ｃｍ～約１ｍの範囲である。ＴｉＢ２基材４０２の厚さ（ｔ）は、約５ｍｍ～約３０ｍｍの範囲である。溝４０６の間の縁部間距離（ｄ）は、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲である。
【0201】
図４Ｃに示すように、誘導機構はＴｉＢ２基材４０２に少なくとも二つの溝４０６を備える。具体的には、誘導機構は、三つの溝４０６を備える。図４Ｃは、第一の溝４０６Ａ、第二の溝４０６Ｂ、第三の溝４０６Ｃ（まとめて、溝４０６）を示す。
【0202】
溝４０６は、任意のパターンで配置されることができる。溝４０６はまた、互いに同じ寸法を有するか、または互いに異なる寸法を有することができる。溝４０６はまた、図４Ｃに示すように前面および背面にだけでなく、ＴｉＢ２基材４０２の側面にも配置されることができる。図４Ｄは、第一の溝４０６Ａ’、第二の溝４０６Ｂ’、第三の溝４０６Ｃ’（まとめて、溝４０６’）を示す。図４Ｄは、図４Ｃの溝４０６と比較した、別の寸法および配置の溝４０６’を示す。図４Ｃは、互いに同じ寸法を有し、溝４０６がＴｉＢ２基材４０２の前面と背面との間に交互のパターンで配置されるパターンで配置された溝を示す。図４Ｄは、溝４０６’が異なる寸法を有することができることを示す。いくつかの実施形態では、第二の溝４０６Ｂ’は、溝の深さがＴｉＢ２基材４０２の半分を超えて延在する最大の溝である。第三の溝４０６Ｃ’は最小の溝であり、ＴｉＢ２基材４０２’の半分未満まで延在する。
【0203】
図５Ａは、製品５００の別の実施形態の側面図であり、ＴｉＢ２基材５０２が誘導機構として複数の細孔を有する。図５Ｂは、図５Ａにおいて破線で示される、図５Ａに示される実施形態の一部の拡大図である。図５Ａに示すように、ＴｉＢ２基材は、ＴｉＢ２のウェブ、例えばスポンジ状構造である。細孔５０４は、ＴｉＢ２基材５０２、ＴｉＢ２のウェブによって画成される。製品５００の誘導機構は、ＴｉＢ２基材５０２の空隙とすることができる。ＴｉＢ２基材５０２の空隙率は、約１細孔～約２００細孔／平方インチ（ＰＰＩ）の範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、空隙率は、少なくとも約５細孔／インチ（ＰＰＩ）、または少なくとも約１０細孔／インチ（ＰＰＩ）、または少なくとも約１５細孔／インチ（ＰＰＩ）、または少なくとも約２０細孔／インチ（ＰＰＩ）である。いくつかの実施形態では、空隙率は、約１７５細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約１５０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約１２５細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約１００細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約８０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約６０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下、または約５０細孔／インチ（ＰＰＩ）以下である。
【0204】
ＴｉＢ２基材５０２の空隙により、任意の好適な多孔質構造を得ることができる。ＴｉＢ２基材５０２の空隙は、相互連結された多孔質構造であってもよく、細孔の少なくとも一部は互いに流体連通し、第一の位置から第二の位置（例えば、第一の所定の位置から第二の所定の位置）への濡れ性材料の移動を容易にする。したがって、相互連結された多孔質構造は、開放細孔構造とみなされることができる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材５０２の空隙により、ランダムな多孔質構造が得られる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材５０２の空隙により、配向した多孔質構造である場合がある。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材５０２の配向した多孔質構造の空隙により、空隙率勾配を有する場合がある。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材５０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、三次元勾配に沿って変化することができる（すなわち、空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材５０２のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って変化することができる）。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材５０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材５０２の中心に向かって増加または減少する。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材５０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材５０２全体にわたって増加および／または減少することができる。例えば、ＴｉＢ２基材５０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材５０２の一方の端部からＴｉＢ２基材５０２の他方の端部まで増加、減少し、その後増加することができる。
【0205】
図６Ａは、製品６００の一実施形態の斜視図であり、ＴｉＢ２基材６０２が誘導機構として複数のスロット６０６を有し、固体アルミニウム金属６１２がＴｉＢ２基材６０２を覆っている。図６Ａでは、固体アルミニウム金属６１２の一部が、周囲にまたは透明に示され、基材６０２の表面構造を明らかにしている。製品６００は、突起６０４、基部６０８、および先端部６１０を備える。図６Ｂは、図６Ａに示す矢印６Ｂに沿って切り取られた断面の第一の側面図である。図６Ｃは、図６Ａにおいて破線の円で示される、図６Ａに示される実施形態の拡大部分断面図である。図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示される実施形態は、本明細書で説明する相違点を除き、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃの実施形態と同じかまたは類似している。いくつかの実施形態では、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに示す構造は、図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示すＴｉＢ２基材構造（例えば、ＴｉＢ２基材２０２）を覆う固体アルミニウム金属６１２を備える。図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃと同様な特徴の図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃについては、繰り返さない。図６Ａおよび図６Ｂは、ＴｉＢ２基材６０２を完全に覆う固体アルミニウム金属６１２を示す。図６Ｃは、第一の突起６０４Ａと第二の突起６０４Ｂとの間のスロット６０６Ａを完全に占める固体アルミニウム金属６１２を示す。
【0206】
いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面を少なくとも部分的に覆い、および／または固体アルミニウム金属６１２は、スロット６０６内に少なくとも部分的に入っている。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも１％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも１０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも１５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも２０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも２５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも３０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも３５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも４０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも４５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも５０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも５５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも６０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも６５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも７０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも７５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも８０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも８５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも９０％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも９５％を覆う。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、ＴｉＢ２基材６０２の表面の少なくとも１００％を覆う。
【0207】
いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット６０６内に少なくとも部分的に入っている。いくつかの実施形態では、スロット６０６がスロット容積を有する場合、固体アルミニウム金属６１２はスロット容積の少なくとも１％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも１０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも１５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも２０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも２５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも３０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも３５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも４０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも４５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも５０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも５５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも６０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも６５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも７０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも７５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも８０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも８５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも９０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも９５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属６１２は、スロット容積の少なくとも１００％を占める。
【0208】
図６Ａ～６Ｎに示す実施形態において、様々な量の固体アルミニウム金属６１２が、スロット６０６およびＴｉＢ２基材６０２を占めている。
【0209】
図６Ｄは、製品６００’の一実施形態の断面側面図であり、ＴｉＢ２基材６０２’が誘導機構として複数のスロット６０６Ａ’を有し、固体アルミニウム金属６１２’がＴｉＢ２基材６０２’の上部を覆っている。図６Ｅは、図６Ｄに示す破線６Ｅに沿って切り取られた部分断面図であり、図６Ｄでは、複数のスロット６０６Ａ’のうちの一つのスロット６０６Ａ’のみが示されている。断面は、固体アルミニウム金属６１２’が存在する、ＴｉＢ２基材６０２’の上部に沿ったものである。図６Ｆは、図６Ｄに示す破線６Ｆに沿って切り取られた部分断面図であり、図６Ｆでは、複数のスロット６０６Ａ’のうちの一つのスロット６０６Ａ’のみが示されている。断面は、固体アルミニウム金属６１２’が存在しない、ＴｉＢ２基材６０２’の下部に沿ったものである。
【0210】
図６Ｇは、誘導機構として複数のスロット６０６Ａ’を有するＴｉＢ２基材６０２’’と、ＴｉＢ２基材６０２’’の半分、つまり前部を覆う固体アルミニウム金属６１２’’との実施形態の断面側面図である。固体アルミニウム金属６１２’’は、基部６０８’’および先端部６１０’’の前半分を覆う。図６Ｈは、図６Ｇに示す破線６Ｈに沿って切り取られた部分断面図であり、図６Ｇでは、複数のスロット６０６Ａ’’のうちの一つのスロット６０６Ａ’’のみが示されている。固体アルミニウム金属６１２’’は、スロット６０６Ａ’’の前半分を覆う。
【0211】
図６Ｉは、誘導機構として複数のスロット６０６Ａ’’’を有する基部６０８’’’および先端部６１０’’’と、複数のスロット６０６Ａ’’’に固体アルミニウム金属６１２’’’と、を備えるＴｉＢ２基材６０２’’’の実施形態の側面図である。図６Ｊは、図６Ｉに示す破線６Ｊに沿って切り取られた部分断面図であり、図６Ｉでは、複数のスロット６０６Ａ’’’のうちの一つのスロット６０６Ａ’’’のみが示されている。図６Ｉおよび６Ｊの実施形態では、ＴｉＢ２基材６０２’’’の外面上に固体アルミニウム金属６１２’’’はない。固体アルミニウム金属６１２’’’は、スロット６０６Ａ’’’のスロット容積を完全に充填する。
【0212】
図６Ｋは、一実施形態の正面図であり、ＴｉＢ２基材６０２’’’’が誘導機構として複数のスロット６０６Ａ、６０６Ｂ、６０６Ｂ（まとめて、スロット６０６’’’’）を有し、固体アルミニウム金属６１２’’’’が、スロット６０６の一部を覆っているか、または全く覆わない。図６Ｌは、図６Ｋに示される実施形態の第一の側面図である。図６Ｋは、基部６０８’’’’および先端部６１０’’’’を有するＴｉＢ２基材６０２’’’’を示す。スロット６０６’’’’は、様々な長さ、厚さ、および量の固体アルミニウム金属６１２’’’’を有する。
【0213】
スロット６０６Ａについては、スロット長さは、ＴｉＢ２基材６０２’’’’の先端部６１０’’’’までは延在しない。スロット６０６Ａのトップ部は、固体アルミニウム金属６１２’’’’を含まない。スロット６０６Ａの底部は、固体アルミニウム金属６１２’’’’を含む。スロット６０６Ｂについては、スロット長さは、基部６０８’’’’のトップ部から先端部６１０’’’’まで延在する。スロット６０６Ｂは、固体アルミニウム金属６１２’’’’を含まない。スロット６０６Ｃは、スロット６０６Ａおよび６０６Ｂと同じ場所から始まらない。スロット６０６Ｃの始まりは、ＴｉＢ２基材６０２’’’’のさらに上で始まる。スロット６０６Ｃは、底部および上部に固体アルミニウム金属６１２’’’’を有するが、スロット６０６Ｃの中央には存在しない。
【0214】
図６Ｍは、ＴｉＢ２基材６０２’’’’’の実施形態の正面図であり、表面領域６２０’’’’’は、誘導機構として複数のスロット６０６’’’’’を有する表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’と、誘導機構が全くない表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’と、を有する。突起６０４’’’’’は、複数のスロット６０６’’’’’を画成する。図６Ｎは、図６Ｍに示される実施形態の第一の側面図であり、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’には誘導機構が全くない。
【0215】
ＴｉＢ２基材６０２’’’’’は、表面領域６２０’’’’’を備え、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、少なくとも一つの誘導機構を備え、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’には誘導機構が全くない。
【0216】
いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも２０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも２５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも３０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも３５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも４０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも４５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも５０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも５５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも６０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも６５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも７０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも７５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも８０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも８５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも９０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも９５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１００％覆われる。
【0217】
いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも部分的に覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも２０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも２５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも３０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも３５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも４０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも４５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも５０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも５５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも６０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも６５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも７０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも７５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも８０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも８５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも９０％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも９５％覆われる。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第二の部分６２４’’’’’は、固体アルミニウム金属によって少なくとも１００％覆われる。
【0218】
いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’および／または第二の部分６２４’’’’’を覆う固体アルミニウム金属は、膜の形態である。いくつかの実施形態では、膜は、１μｍ～５００μｍの厚さを備える。いくつかの実施形態では、表面領域６２０’’’’’の第一の部分６２２’’’’’および／または第二の部分６２４’’’’’には、固体アルミニウム金属がない。
【0219】
図７Ａは、製品７００の一実施形態の正面図であり、ＴｉＢ２基材７０２が誘導機構としてスロット７０６を有し、固体アルミニウム金属７１２がＴｉＢ２基材７０２を覆っている。図７Ａでは、固体アルミニウム金属７１２の一部が、周囲にまたは透明に示され、基材７０２の表面構造を明らかにしている。第一の突起７０４Ａおよび第二の突起７０４Ｂは、基部７０８から上方向に延在するスロット７０６を画成する。図７Ｂは、図７Ａに示す破線７Ｂに沿って切り取られた断面である。図７Ｃは、図７Ａに示す７Ｃに沿って切り取られた断面の第一の側面図である。
【0220】
図７Ｄは、製品７００’の一実施形態の正面図であり、ＴｉＢ２基材７０２’が誘導機構としてスロット７０６’を有し、固体アルミニウム金属７１２’がスロット７０６’の一部を覆っている。第一の突起７０４Ａ’および第二の突起７０４Ｂ’は、基部７０８’から上方向に延在し、それによりスロット７０６’を画成する。図７Ｅは、図７Ｄに示す破線７Ｅに沿って切り取られた断面である。図７Ｅに示すように、スロット７０６’の中間部７１４’には、固体アルミニウム金属７１２’がない。スロット７０６’の前部および背部は、固体アルミニウム金属７１２’を有するものとして示されている。図７Ｆは、図７Ｄに示される実施形態の第一の側面図である。
【0221】
図７Ｄ、７Ｅ、および７Ｆに示す実施形態と、図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃに示す実施形態は、本明細書で説明する相違点を除いて、同じかまたは類似している。例えば、ＴｉＢ２基材７０２／７０２’を覆う固体アルミニウム金属７１２／７１２’の量は、実施形態によって異なる。図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃの実施形態では、固体アルミニウム金属７１２は、ＴｉＢ２基材７０２のほぼ全体を覆う。基部７０８の一部のみが、固体アルミニウム金属７１２で覆われる。スロット７０６には、固体アルミニウム金属７１２が完全に入っている。これに対して、図７Ｄ、７Ｅ、および７Ｆは、ＴｉＢ２基材７０２’の外側に固体アルミニウム金属７１２’がない。スロット７０６’の一部のみが、固体アルミニウム金属７１２’で充填されている。
【0222】
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、および７Ｆは、図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃの実施形態と同じかまたは類似している。一つの相違点は、図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃには、ＴｉＢ２基材表面上の固体アルミニウム金属も、それらの少なくとも一部を覆う固体アルミニウム金属も示されていないことである。図６Ａ～６Ｎの実施形態の固体アルミニウム金属の説明はまた、図７Ａ～７Ｆの固体アルミニウム金属にあてはまる。
【0223】
図８Ａは、製品８００の一実施形態の正面図であり、ＴｉＢ２基材８０２が誘導機構として複数の溝８０６を有し、固体アルミニウム金属８１２がＴｉＢ２基材８０２を覆っている。図８Ａでは、固体アルミニウム金属８１２の一部が、周囲にまたは透明に示され、基材８０２の表面構造を明らかにしている。図８Ｂは、図８Ａに示す線８Ｂに沿って切り取られた断面の第一の側面図である。図８Ｃは、図８Ａにおいて破線によって示される、図８Ａに示される実施形態の拡大部分断面図である。図８Ｃは、第一の溝８０６Ａ、第二の溝８０６Ｂ、および第三の溝８０６Ｃの図を含む。
【0224】
図８Ｄは、製品８００’の一実施形態の背面図であり、ＴｉＢ２基材８０２’が誘導機構として複数の溝８０６’を有し、固体アルミニウム金属８１２’がＴｉＢ２基材８０２’の前半分を覆っている。図８Ｅは、図８Ｄに示す線８Ｅに沿って切り取られた断面の第一の側面図である。図８Ｆは、図８Ｆにおいて破線の円で示される、図８Ｄに示される実施形態の拡大部分断面図である。
【0225】
図８Ｄ、８Ｅ、および８Ｆに示す実施形態と、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示す実施形態は、本明細書で説明する相違点を除いて、同じかまたは類似している。例えば、ＴｉＢ２基材８０２／８０２’を覆う固体アルミニウム金属８１２／８１２’の量は、実施形態によって異なる。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２は、ＴｉＢ２基材８０２を完全に覆っている。これに対して、図８Ｄ、８Ｅ、および８Ｆの固体アルミニウム金属８１２’は、ＴｉＢ２基材８０２’の前半分のみを覆う。
【0226】
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、および８Ｆの実施形態は、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄの実施形態と同じかまたは類似している。一つの相違点は、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄには、ＴｉＢ２基材表面上の固体アルミニウム金属が示されていないことである。図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、および８Ｆには、ＴｉＢ２基材上に固体アルミニウム金属８１２／８１２’が示されている。図６Ａ～６Ｎおよび図７Ａ～７Ｆの実施形態の固体アルミニウム金属６１２／７１２の説明はまた、図８Ａ～８Ｆの固体アルミニウム金属８１２／８１２’にあてはまる。
【0227】
図８Ａ～８Ｆでは、少なくとも一つの誘導機構は溝８０６／８０６’であり、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は溝８０６／８０６’内に少なくとも部分的に入っている。少なくとも一つの溝８０６／８０６’は、溝容積を備える。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも１％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも１０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも１５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも２０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも２５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも３０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも３５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも４０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも４５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも５０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも５５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも６０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも６５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも７０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも７５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも８０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも８５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも９０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも９５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属８１２／８１２’は、溝容積の少なくとも１００％を占める。
【0228】
図９は、いくつかの実施形態による、細孔９０４および固体アルミニウム金属９０６を有するＴｉＢ２基材９０２の製品９００の実施形態の一部の拡大図である。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２は、ＴｉＢ２のウェブ、例えばスポンジ状構造である。
【0229】
いくつかの実施形態では、製品９００は、ＴｉＢ２のウェブのＴｉＢ２基材９０２と、ＴｉＢ２基材９０２のウェブの表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属９０６と、を備える。ＴｉＢ２基材９０２のウェブは、ＴｉＢ２のウェブ内に細孔９０４を画成する。
【0230】
いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は空隙を有する。固体アルミニウム金属９０６は、固体アルミニウム金属９０６が細孔９０４に充填される場合、高温であってもよい。固体アルミニウム金属９０６が冷えると、固体アルミニウム金属９０６とＴｉＢ２基材９０２の細孔との間に空間（例えば、細孔または空隙）が存在する場合がある。細孔９０４は、ＴｉＢ２基材９０２の細孔容積を画成する、ＴｉＢ２基材９０２ウェブの空隙を有する。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも１％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも１０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも１５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも２０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも２５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも３０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも３５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも４０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも４５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも５０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも５５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも６０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも６５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも７０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも７５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも８０％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも８５％を占める。いくつかの実施形態では、固体アルミニウム金属９０６は、細孔容積の少なくとも９０％を占める。
【0231】
ＴｉＢ２基材９０２の空隙により、任意の好適な多孔質構造を有することができる。ＴｉＢ２基材９０２の空隙は、相互連結された多孔質構造であってもよく、細孔の少なくとも一部は互いに流体連通し、第一の位置から第二の位置（例えば、第一の所定の位置から第二の所定の位置）への濡れ性材料の移動を容易にする。したがって、相互連結された多孔質構造は、開放細孔構造とみなされることができる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２の空隙により、ランダムな多孔質構造が得られる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２の空隙により、配向した多孔質構造である場合がある。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２の配向した多孔質構造の空隙は、空隙率勾配である場合がある。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、三次元勾配に沿って変化することができる（すなわち、空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材９０２のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って変化する可能性がある）。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材９０２の中心に向かって増加または減少する。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材９０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材９０２全体にわたって増加および／または減少することができる。例えば、ＴｉＢ２基材９０２の配向した多孔質構造の空隙率勾配は、ＴｉＢ２基材９０２の一方の端部からＴｉＢ２基材９０２の他方の端部まで増加、減少し、その後増加することができる。
【0232】
アルミニウム精製セルは、本明細書に記載のＴｉＢ２基材のいずれかを備えることができる。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材のうちの少なくとも一つはアルミニウム精製セルの電極である。いくつかの実施形態では、ＴｉＢ２基材のうちの少なくとも一つは、誘導装置であり、誘導装置は、電流が印加されていない場合、液体アルミニウム金属を所定の方向に誘導するように構成される。
【0233】
製品は、少なくとも一つの誘導機構およびＴｉＢ２基材の表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属を有する、本明細書に記載のＴｉＢ２基材を備えることができる。固体アルミニウム金属は、少なくとも一つの誘導機構内に少なくとも部分的に入ることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも一つの誘導機構は空隙容積を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも１％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも１０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも１５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも２０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも２５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも３０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも３５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも４０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも４５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも５０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも５５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも６０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも６５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも７０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも７５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも８０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも８５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも９０％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも９５％は、固体アルミニウム金属を含む。いくつかの実施形態では、空隙容積の少なくとも１００％は、固体アルミニウム金属を含む。
【0234】
本開示は、概ねＴｉＢ２基材を指すが、誘導機構を有する他のセラミックおよび／またはサーメット基材が使用されてもよい。誘導機構を有する任意のセラミックおよび／またはサーメット基材は、任意の濡れ性金属とともに使用することができる。いくつかの実施形態では、任意の濡れ性金属は、セラミックおよび／またはサーメット基材を介した移動のための任意の好適な金属であってもよい。いくつかの実施形態では、好適な金属は、アルミニウム、例えば、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせであってもよい。一つの態様では、本開示は、誘導機構を備えるセラミック基材またはサーメット基材を有する製品に関し、誘導機構は、セラミック濡れ性材料またはサーメット濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される。いくつかの実施形態では、基材はセラミック基材である。いくつかの実施形態では、セラミック基材は、ＴｉＢ２基材、ＺｒＢ２基材、またはＨｆＢ２基材のうちの一つである。いくつかの実施形態では、セラミック濡れ性材料は、アルミニウム、例えばアルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせである。
【0235】
上記の開示の一部はＴｉＢ２およびアルミニウムに関してなされているが、本明細書に記載の装置、システム、および方法は、ＴｉＢ２以外の他のセラミック材料および／またはサーメット材料に適用可能である。例えば、本明細書の開示は、金属濡れ性能力を有する他の金属ホウ化物（例えば、金属二ホウ化物）、二つだけ例を挙げると、例えばＺｒＢ２およびＨｆＢ２に同様に適用可能であり、その両方がアルミニウム濡れ性材料である。
【0236】
ｉｉｉ．アルミニウム精製セル１０００の立ち上げ
アルミニウム精製セル１０００の立ち上げ中に、アルミニウム精製セル１０００（例えば、アノード１０９０および／またはカソード１１５０）の電極が損傷する場合がある。電極が保護されていない場合、外部汚染物質、例えば電解質１１１０は、電極を損傷させる可能性がある。アルミニウム精製セル１０００が定常状態で稼働している場合、溶融金属パッド１１００の溶融金属を介した電極の濡れ性により、保護されることができる。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００が立ち上げ段階を通過し、定常状態で、またはほぼ定常状態で稼働している場合、溶融金属パッド１１００の溶融金属は、電極を湿らせて覆い、汚染物質から保護することができる。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００の溶融金属パッド１１００は、（アノード１０９０を保護する）底部の液体または（カソード１１５０を保護する）トップ部の液体のいずれかとすることができる。
アルミニウム精製セル１０００の立ち上げ中に、アルミニウム精製セル１０００（例えば、アノード１０９０および／またはカソード１１５０）の電極が損傷する場合がある。電極が保護されていない場合、外部汚染物質、例えば電解質１１１０は、電極を損傷させる可能性がある。アルミニウム精製セル１０００が定常状態で稼働している場合、溶融金属パッド１１００の溶融金属を介した電極の濡れ性により、保護されることができる。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００が立ち上げ段階を通過し、定常状態で、またはほぼ定常状態で稼働している場合、溶融金属パッド１１００の溶融金属は、電極を湿らせて覆い、汚染物質から保護することができる。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００の溶融金属パッド１１００は、（アノード１０９０を保護する）底部の液体または（カソード１１５０を保護する）トップ部の液体のいずれかとすることができる。
【0237】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００が定常状態に達することができる前に、アルミニウム精製セル１０００の電極を他の方法によって保護することができる。例えば、電極は、セクションｉｉに記載されるように、固体アルミニウム金属で覆われることができる。電極上の固体アルミニウム金属は、外部の汚染物質に対するバリアとなることができる。立ち上げ中、アルミニウム精製セル１０００の電極の温度が上昇し始める。温度が電極上の固体アルミニウム金属の融点温度を超えて上昇するにつれて、固体アルミニウム金属は固体から液体へ相転移をする。固体から液体への相転移の間、液体は、電極を優先的に濡らし始め、電極の誘導機構を介して所定の方向に移動する（例えば、所定の方向は垂直および／または水平である）。これまでは固体であった、電極を覆っていた液体アルミニウム金属は、溶融金属パッド１１００から溶融金属の流れを容易にすることになる。アルミニウム精製セル１０００の定常状態での稼働中、固体アルミニウム金属および溶融金属パッド１１００からの液体金属は電極を覆い、外部汚染物質から保護する。
【0238】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００は、最初に空の状態で加熱され、その後、液浴および液体アルミニウムがアルミニウム精製セル１０００に入れられる。いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００の立ち上げは、立ち上げの初期に固体アルミニウム金属被覆によって電極が保護されるため、ドライバス（すなわち、未溶融浴）を備えてもよい。アルミニウム精製セル１０００の立ち上げ中、アルミニウム精製セル１０００内のドライバスは、セル予熱サイクル中に溶融されることができる。
【0239】
いくつかの実施形態では、アルミニウム精製セル１０００を使用する方法は、アルミニウム精製セル１０００の電解質１１１０によるアノード１０９０および／またはカソード１１５０（例えば、非炭素質基材）の腐食を制限または防止することを含む。いくつかの実施形態では、制限することまたは防止することは、アノード１０９０および／またはカソード１１５０を濡れ性材料（例えば、溶融金属パッド１１００からの溶融材料）によって少なくとも部分的に覆うことを含む。制限することまたは防止することは、濡れ性材料によってアノード１０９０および／またはカソード１１５０の表面領域の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％を覆うことを含む。濡れ性材料は、電解質１１１０によるアノード１０９０および／またはカソード１１５０の外面の接触を制限または防止することができる。
【0240】
いくつかの実施形態では、アノード１０９０および／またはカソード１１５０（例えば、非炭素質基材）の腐食を制限することまたは防止することは、非炭素質基材の温度が固体アルミニウム金属の融点温度より低い場合を含む。いくつかの実施形態では、制限することまたは防止することは、固体アルミニウムによってアノード１０９０および／またはカソード１１５０（例えば、非炭素質基材）を少なくとも部分的に覆うことによって達成されることができる。例えば、制限することまたは防止することは、固体アルミニウムによってアノード１０９０および／またはカソード１１５０（例えば、非炭素質基材）の表面領域の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％を覆うことを含むことができる。固体アルミニウムは、電解質１１１０によるアノード１０９０および／またはカソード１１５０（例えば、非炭素質基材）の外面の接触を制限または防止することができる。
【0241】
ｉｖ．アルミニウム精製セルに誘導機構を有する基材を使用すること
アルミニウムを精製するための方法の一実施形態は、アノード１０９０に電流を供給することを含む。溶融金属パッド１１００からの溶融アルミニウムを含む溶融材料は、アノード１０９０の垂直表面を這い上がる可能性がある。いくつかの実施形態では、溶融金属パッド１１００からの溶融材料の這い上がりは、アルミニウム精製セル１０００の稼働中に連続的に発生する可能性がある。いくつかの実施形態では、溶融材料は、アノード１０９０の露出面の本質的にすべてを覆うことができる。アノード１０９０の表面上の溶融アルミニウムは、アノード１０９０によって陽極酸化され、それによってアルミニウムイオンを生成することができる。アルミニウムイオンの少なくとも一部は、電解質１１１０を通ってカソード１１５０の表面上に運ばれてもよい。アルミニウムイオンの少なくとも一部は、カソード１１５０によって還元され、それによりカソード１１５０の表面上に精製アルミニウムを生成することができる。
アルミニウムを精製するための方法の一実施形態は、アノード１０９０に電流を供給することを含む。溶融金属パッド１１００からの溶融アルミニウムを含む溶融材料は、アノード１０９０の垂直表面を這い上がる可能性がある。いくつかの実施形態では、溶融金属パッド１１００からの溶融材料の這い上がりは、アルミニウム精製セル１０００の稼働中に連続的に発生する可能性がある。いくつかの実施形態では、溶融材料は、アノード１０９０の露出面の本質的にすべてを覆うことができる。アノード１０９０の表面上の溶融アルミニウムは、アノード１０９０によって陽極酸化され、それによってアルミニウムイオンを生成することができる。アルミニウムイオンの少なくとも一部は、電解質１１１０を通ってカソード１１５０の表面上に運ばれてもよい。アルミニウムイオンの少なくとも一部は、カソード１１５０によって還元され、それによりカソード１１５０の表面上に精製アルミニウムを生成することができる。
【0242】
特定の機構または理論に束縛されるものではないが、考えられる一つの説明は、精製アルミニウム１１２０が、電解質１１１０内の精製アルミニウム１１２０の浮力により、カソード１１５０の表面を這い上がることである。したがって、精製アルミニウム１１２０は、電解質１１１０より上にある層として集まる傾向がある可能性がある。例えば、精製アルミニウム１１２０生成物と、電解質１１１０（例えば、電解質１１１０内の浴成分）と、（アルミニウム金属、不純物、および／または高密度化補助剤（例えば、密度を増加させるための添加剤）を有するアルミニウム原料１１８０を含む）溶融金属パッド１１００との間の密度差に基づいて、溶融金属パッド１１００は、溶融金属パッドゾーンが電解質ゾーンより下に構成されるように、電解質１１１０よりも大きな密度で構成される。
【0243】
いくつかの実施形態では、アノード１０９０および／またはカソード１１５０は、セクションｉｉに記載されるような誘導機構を備えることができる。誘導機構は、セクションｉｉに記載されるように、濡れ性材料（例えば、溶融金属パッド１１００の溶融材料）がアノード１０９０およびカソード１１５０を這い上がることを支援することができる。
【実施例】
【0244】
実施例１－実験室規模の試験
＜多孔質ＴｉＢ２基材（ＴｉＢ２発泡体）の製造＞
＜多孔質ＴｉＢ２基材（ＴｉＢ２発泡体）の製造＞
【0245】
それぞれ約３インチ（Ｈ）×２インチ（Ｗ）×０．５インチ（Ｄ）の寸法の、四つの様々なＴｉＢ２発泡体試料を、それぞれ約１０、２０、３０および４５ＰＰＩの空隙率を持つように製造した。ＴｉＢ２発泡体試料は、様々な細孔径のポリウレタン発泡体を、中にＴｉＢ２粒子を有する水性スラリーに浸漬することによって製造された。その後、ＴｉＢ２被覆された発泡体を、画成されたギャップ厚さを有する一組の平行なローラーの間で圧延し、これにより浸透した発泡体は圧縮され、不要なスラリーは排出された。そして、圧延したＴｉＢ２発泡体を乾燥オーブンに吊した。場合によっては、プロセスを繰り返し、被覆された発泡体を水性スラリー中に再浸漬し、その後、空気乾燥させた。そして、最終乾燥ＴｉＢ２発泡体を、約１８５０℃の温度で加熱することによって焼結した。図１０は、焼結された最終製品の実施例を示す。焼結された最終製品は、それぞれのポリウレタン発泡体の細孔径に対応する約１０、２０、３０、および４５ＰＰＩの細孔径を有する連続的に相互連結する細孔を有した。図１０に示すように、細孔構造は、流体が一つの所定の位置から別の所定の位置へ移動することを可能にする開放細孔構造である。
【0246】
＜水の濡れ試験＞
図１１に示すように、（約１０、２０、３０、および４５ＰＰＩの）四つのＴｉＢ２発泡体試料のそれぞれを、二枚のティッシュペーパーで、一枚のティッシュペーパーで試料のトップ部に、一枚のティッシュペーパーで試料の中央に巻いた。そして、ＴｉＢ２試料の底部を、試料の中央部よりかなり下の０．２５インチの水中に配置し、毛管作用によって水の物質移動を促進する試料の能力を試験した。約１２時間後、試料を評価した。約１０ＰＰＩ試料中のティッシュはいずれも湿っても濡れてもおらず、毛管作用が発生していなかったことを示していた。約２０ＰＰＩ試料では、中央部のティッシュが湿って、トップ部のティッシュは乾燥していた。これは、何らかの毛管作用が発生したことを示していた。約３０および４５ＰＰＩの試料の両方で、中央部およびトップ部のティッシュが濡れており、かなり大きな毛管作用が発生したことを示していた。
図１１に示すように、（約１０、２０、３０、および４５ＰＰＩの）四つのＴｉＢ２発泡体試料のそれぞれを、二枚のティッシュペーパーで、一枚のティッシュペーパーで試料のトップ部に、一枚のティッシュペーパーで試料の中央に巻いた。そして、ＴｉＢ２試料の底部を、試料の中央部よりかなり下の０．２５インチの水中に配置し、毛管作用によって水の物質移動を促進する試料の能力を試験した。約１２時間後、試料を評価した。約１０ＰＰＩ試料中のティッシュはいずれも湿っても濡れてもおらず、毛管作用が発生していなかったことを示していた。約２０ＰＰＩ試料では、中央部のティッシュが湿って、トップ部のティッシュは乾燥していた。これは、何らかの毛管作用が発生したことを示していた。約３０および４５ＰＰＩの試料の両方で、中央部およびトップ部のティッシュが濡れており、かなり大きな毛管作用が発生したことを示していた。
【0247】
＜ＴｉＢ２発泡体へのアルミニウム金属の浸透＞
焼結ＴｉＢ２発泡体を溶融アルミニウムに１分間浸漬し、その後、空冷した。完全に冷却した後、四つのＴｉＢ２発泡体試料のそれぞれを、三つの別々の別のるつぼ（以下でさらに説明するるつぼ＃１、るつぼ＃２、るつぼ＃３）のグラファイト台の深さ約０．５インチのスロット中に配置した。三つのるつぼのそれぞれを炉内に設置し、アルゴン中で９００℃に加熱した。精製された溶融アルミニウム組成物（純アルミニウムペレット）および溶融浴組成物を、各るつぼに入れた。溶融浴の組成は氷晶石系であり、ＮａＦ、ＡｌＦ３、およびＣａＦ２成分を含んでいた。
焼結ＴｉＢ２発泡体を溶融アルミニウムに１分間浸漬し、その後、空冷した。完全に冷却した後、四つのＴｉＢ２発泡体試料のそれぞれを、三つの別々の別のるつぼ（以下でさらに説明するるつぼ＃１、るつぼ＃２、るつぼ＃３）のグラファイト台の深さ約０．５インチのスロット中に配置した。三つのるつぼのそれぞれを炉内に設置し、アルゴン中で９００℃に加熱した。精製された溶融アルミニウム組成物（純アルミニウムペレット）および溶融浴組成物を、各るつぼに入れた。溶融浴の組成は氷晶石系であり、ＮａＦ、ＡｌＦ３、およびＣａＦ２成分を含んでいた。
【0248】
四つのＴｉＢ２発泡体試料、溶融アルミニウム、および氷晶石を有するるつぼを、９００℃で約４８時間保持した。図１２に示すように、るつぼ＃１では、四つのＴｉＢ２発泡体試料を溶融アルミニウムに４８時間完全に浸漬した。るつぼ＃２および＃３では、四つのＴｉＢ２発泡体試料を、それぞれ約１および２インチの溶融アルミニウムに部分的に浸漬し、残りの発泡体を溶融浴に４８時間さらした。
【0249】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、９００℃で４８時間の試験後、どのるつぼでも四つのＴｉＢ２発泡体試料では腐食は観察されず、発泡体の細孔によって促進される毛管作用によって試料が溶融アルミニウムによって濡らされたことを示していた。溶融アルミニウムは、ＴｉＢ２を氷晶石による腐食から保護する。
【0250】
実施例２－より大きな実験室規模の試験
＜ＴｉＢ２発泡体試料の製造＞
＜ＴｉＢ２発泡体試料の製造＞
【0251】
寸法のそれぞれが約１６インチ（Ｈ）×２インチ（Ｗ）×０．５インチ（Ｄ）の二つの別々のＴｉＢ２発泡体試料を、実施例１の発泡体試料のプロセスによって製造した。二つのＴｉＢ２発泡体試料の焼結最終製品は、それぞれのポリウレタン発泡体の細孔径に対応する約２０および３０ＰＰＩの細孔径を有する連続的に相互連結する細孔を有していた。
【0252】
＜ＴｉＢ２発泡体へのアルミニウム金属の浸透＞
二つの未処理のＴｉＢ２発泡体試料を、るつぼのグラファイト台の深さ約２インチのスロット中に配置した。グラファイト台に配置される前に、精製された溶融アルミニウム組成物（純アルミニウムペレット）および（氷晶石系であり、ＮａＦ、ＡｌＦ３、およびＣａＦ２成分を含む）溶融浴組成物を各るつぼに入れ、そして各るつぼを炉内に設置して、アルゴン中で９００℃に加熱した。そして加熱後、二つのＴｉＢ２発泡体試料のそれぞれをるつぼに入れた。その後、ＴｉＢ２発泡体試料、溶融アルミニウム、および氷晶石を有する各るつぼを９００℃に保持した。そして、約１０分間の試験後、二つのＴｉＢ２発泡体試料を、るつぼから取り出し、溶融アルミニウムを試料のトップ部で検出した。実施例１と同様に、二つのＴｉＢ２発泡体試料のいずれにも腐食は観察されず、発泡体の細孔によって促進される毛管作用によって試料が溶融アルミニウムで約１４インチ濡れていたことを示していた。溶融アルミニウムは、ＴｉＢ２を氷晶石による腐食から保護する。
二つの未処理のＴｉＢ２発泡体試料を、るつぼのグラファイト台の深さ約２インチのスロット中に配置した。グラファイト台に配置される前に、精製された溶融アルミニウム組成物（純アルミニウムペレット）および（氷晶石系であり、ＮａＦ、ＡｌＦ３、およびＣａＦ２成分を含む）溶融浴組成物を各るつぼに入れ、そして各るつぼを炉内に設置して、アルゴン中で９００℃に加熱した。そして加熱後、二つのＴｉＢ２発泡体試料のそれぞれをるつぼに入れた。その後、ＴｉＢ２発泡体試料、溶融アルミニウム、および氷晶石を有する各るつぼを９００℃に保持した。そして、約１０分間の試験後、二つのＴｉＢ２発泡体試料を、るつぼから取り出し、溶融アルミニウムを試料のトップ部で検出した。実施例１と同様に、二つのＴｉＢ２発泡体試料のいずれにも腐食は観察されず、発泡体の細孔によって促進される毛管作用によって試料が溶融アルミニウムで約１４インチ濡れていたことを示していた。溶融アルミニウムは、ＴｉＢ２を氷晶石による腐食から保護する。
【0253】
本開示の多くの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示にすぎず、限定するものではなく、多くの変更が当業者に明らかになることが理解される。様々な工程は、任意の所望の順序で実施されてもよい（また、任意の所望の工程を追加してもよく、および／または任意の所望の工程を除去してもよい）。例えば、誘導機構（例えば、スロット、細孔、または溝）の形体および特性は、アルミニウム精製セルを備える製品および／またはＴｉＢ２基材のいずれかと一緒に、または単独で使用されることができる。実施形態のいずれかで説明した固体アルミニウム金属の形体および特性は、本明細書で説明する任意の他の実施形態で使用されることができる。誘導機構および固体アルミニウム金属被覆の例示的な実施形態は、網羅的であることを意図するものではない。本開示の形体および特性は、任意の方法で組み合わせることができる。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図6I】
【図6J】
【図6K】
【図6L】
【図6M】
【図6N】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルミニウム精製セルであって、非炭素質基材であって、前記非炭素質基材が誘導機構を備える、非炭素質基材を備え、
前記誘導機構が、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される、アルミニウム精製セル。
【請求項2】
前記セルが、セルチャンバーと、
前記セルチャンバー内の少なくとも一つのアノードと、
前記セルチャンバー内の少なくとも一つのカソードであって、前記少なくとも一つのカソードが、前記少なくとも一つのアノードのトップ部の少なくとも部分的に上にある、少なくとも一つのカソードと、を備える、請求項１に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項3】
前記濡れ性材料の少なくとも一部が、前記誘導機構内および／またはその上に配置される、請求項１に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項4】
前記濡れ性材料が金属を含む、請求項１に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項5】
前記金属が、少なくとも５０重量パーセントのアルミニウムを含み、および前記金属が、アルミニウム合金、金属アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項6】
前記誘導機構が、スロット、溝、細孔、チャネルおよびそれらの組み合わせからなる少なくとも一つを含む、請求項１に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項7】
前記誘導機構が、毛管作用によって所定の方向に濡れ性材料を誘導するように構成される、請求項１に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項8】
前記非炭素質基材が、ＴｉＢ２、電極を含む、請求項１に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項9】
（ａ）少なくとも一つの誘導機構を備える非炭素質基材と、（ｂ）前記非炭素質基材の表面を少なくとも部分的に覆う固体アルミニウム金属と、を備える、アルミニウム精製セル。
【請求項10】
前記固体アルミニウム金属の少なくとも一部が、前記誘導機構内および／またはその上に配置される、請求項９に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項11】
前記固体アルミニウム金属が、前記少なくとも一つの誘導機構内に少なくとも部分的に入っている、請求項１０に記載のアルミニウム精製セル。
【請求項12】
（ａ）アルミニウム原料をアルミニウム精製セルに供給することであって、前記アルミニウム原料がアルミニウム金属を含み、前記アルミニウム精製セルが溶融金属パッドおよび電解質を含み、前記溶融金属パッドが前記電解質の密度よりも高い密度を有する、供給することと、（ｂ）少なくとも一つのアノードを通り、電解質を通って、少なくとも一つのカソードに通電することであって、
（ｉ）前記少なくとも一つのアノードおよび前記少なくとも一つのカソードが、前記電解質に部分的に配置され、
（ｉｉ）前記少なくとも一つのアノードが前記溶融金属パッドに部分的に配置され、
（ｉｉｉ）前記少なくとも一つのアノードおよび前記少なくとも一つのカソードの少なくとも一つが、誘導機構を備える非炭素質基材であり、
（ｉｖ）前記誘導機構が、濡れ性材料を所定の方向に誘導するように構成される、通電することと、
（ｃ）前記誘導機構によって、前記溶融金属パッドの前記アルミニウム金属を前記電解質に誘導することと、
（ｄ）前記電解質中に少なくともいくらかのアルミニウムイオンを生成することと、
（ｅ）前記アルミニウムイオンから精製アルミニウム生成物を製造することと、を含む、方法。
【請求項13】
前記誘導工程が、毛管作用によって所定の方向に濡れ性材料を移動させることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記少なくとも一つのアノードを第一の温度から動作温度へ加熱することを含み、前記アノードの誘導機構の内またはその上に固体アルミニウム金属を含む前記少なくとも一つのアノードの第一の温度であり、
前記固体アルミニウム金属が、前記加熱工程中に液体アルミニウム金属への相変化に供される、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】