BRPI0509509B1 - elemento catódico para o equipamento de uma célula de eletrólise destinada à produção de alumínio e célula de eletrólise. - Google Patents

Abstract

elemento catódico para equipamento de uma célula de eletrólise destinada à produção de alumínio. a presente invenção tem por objeto um elemento catódico, para o equipamento de uma cuba de célula de eletrólise, destinada á produção de alumínio, comportando um bloco catódico (5) em material carbonado que tem pelo menos uma ranhura longitudinal sobre uma de suas faces laterais e uma barra de ligação (6) em aço, que é alojada nessa ranhura, por interposição de um material de chumbamento condutor, entre a barra e o bloco e que contém pelo menos um enxerto metálico, cuja condutividade elétrica é superior àquela desse aço. de acordo com a invenção, o enxerto é disposto longitudinalmente no interior da barra e se situa, pelo menos em parte, nesse trecho (19) da barra de ligação que é destinada a se situar no exterior da cuba e a barra de ligação (6) não é chumbada no bloco catódico em uma zona dita de "não chumbamento" (17) de superfície determinada s situada na extremidade da ranhura na cabeça de bloco. a presença de um enxerto, de acordo com a invenção, permite obter simultaneamente uma redução muito forte da queda de tensão catódica global e da densidade de corrente na cabeça de bloco.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO CATÓDICO PARA O EQUIPAMENTO DE UMA CÉLULA DE ELETRÓLISE DESTINADA À PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO E CÉLULA DE ELETRÓLISE". A presente invenção refere-se à produção de alumínio por eletrólise ígnea. Ela se refere mais particularmente aos elementos catódicos utilizados nas células de eletrólise destinadas à produção de alumínio. [001] O custo da energia é um posto importante nos custos de funcionamento das usinas de eletrólise. Por conseguinte, a redução do consumo específico das células de eletrólise se torna um risco maior para essas usinas. O consumo específico de uma célula corresponde à energia consumida pela célula para a produção de uma tonelada de alumínio. Ela se expressa em kWh/t e, em rendimento Faraday constante, ela é diretamente proporcional à tensão elétrica nos bornes da célula de eletrólise. [002] A tensão elétrica de uma célula de eletrólise pode se subdividir em várias quedas de tensão: a queda de tensão anódica, a queda de tensão no banho, a tensão eletroquímica, a queda de tensão cató-dica e as perdas em linhas. A presente invenção refere-se à redução da queda de tensão catódica, com vistas a reduzir o consumo específico das células de eletrólise. [003] A queda de tensão catódica depende da resistência elétrica do elemento catódico, que comporta um bloco catódico em material carbonado e uma ou várias barras de ligação em metal. [004] Os materiais que constituem os blocos catódicos evoluíram no tempo para se tornarem cada vez menos resistentes à passagem da corrente. Isto permitiu aumentar as intensidades que atravessam as células, conservando uma queda de tensão catódica constante. [005] Nos anos setenta, os blocos catódicos eram em antracita (carbono amorfo). Esse material oferecia uma resistência elétrica mui- to forte. Tornando-se as necessidades das usinas aumentar sua intensidade» a fim de aumentar a produção» esses blocos foram progressivamente substituídos» a partir dos anos 80» pelos blocos ditos “semi-grafíticos” (contendo quantidades de grafite que vão de 30 a 50%), depois por blocos ditos “grafíticos", contendo 100% de grãos de grafite» mas cujo ligante que une esses grãos permanece amorfo. Os grãos de grafite desses blocos sendo pouco resistentes, os blocos oferecem menor resistência à passagem da corrente e» em consequência, de intensidade constante, a queda de tensão catódica baixa. [006] Enfim, as últimas gerações de blocos são blocos ditos “gra-fitizados", Esses blocos sofrem um tratamento térmico de grafitização à alta temperatura, permitindo aumentar a condutividade elétrica do bloco por grafitização do carbono. [007] Paralelamente a esses avanços, visando a reduzir a resistência elétrica dos materiais, as usinas de eletrólise para a produção de alumínio aumentaram sua intensidade, a fim de aumentar a produção (com rendimento Faraday constante, o número de toneladas de metal produzido por uma célula é proporcional à intensidade da corrente que a atravessa). Em consequência, como a queda de tensão catódica Uc é igual ao produto da resistência catódica Rc e da intensidade I da corrente que circula no catodo (Uc = Rc x I), as quedas de tensão catódica permanecem até hoje elevadas, seja tipicamente em torno de 300 mV, [008] Além disso, a evolução das propriedades dos blocos cató-dicos levou ao aparecimento de novos problemas como, por exemplo, a erosão dos catodos. Constata-se, por exemplo, que, quanto mais os blocos catódicos contiverem grafite, mais eles serão sensíveis a problemas de erosão na cabeça de bloco. Com efeito, a densidade de corrente não se reparte de forma homogênea e em toda a largura da cuba e existe, na superfície do catodo, um pico de densidade de cor- rente situada em cada extremidade do bloco. Esse pico de densidade de corrente gera uma erosão localizada do catodo, erosão tanto mais marcada quanto mais rico for o bloco em grafite. Essas zonas de erosão muito forte podem limitar a duração de vida da cuba, o que é economicamente muito penalizante para uma usina de eletrólise. [009] É conhecida a redução da queda de tensão catódica Uc pala utilização de barras de ligação compósitas, compreendendo uma parte em aço e uma parte em um metal de condutividade elétrica superior àquela do aço, geralmente o cobre. Podem-se citar, por exemplo, o pedido de patente francesa FR 1 161 632 (Pechiney), as patentes americanas US 2 846 388 (Pechiney) e US 3 551 319 (Kaiser) e o pedido internacional WO 02/42525 (Serviço). [0010] Por outro lado, são conhecidos pedidos internacionais WO 01/63014 (Comalco) e WO 01/27353 (Alcoa) que a utilização de enxertos em cobre permite repartir melhor a corrente ao longo do bloco ca-tódico. Esses documentos ensinam a conter um enxerto em cobre na barra de ligação em aço e confinar o enxerto no interior da célula, a fim de reduzir a condução térmica para o exterior da célula. [0011] Todavia, de um ponto de vista econômico, essas soluções são a priori onerosas, pois o cobre é mais caro do que o aço e as quantidades de cobre utilizadas podem ser consideráveis. Com efeito, nas tecnologias, as mais comuns, o número de barras por cuba de eletrólise está geralmente compreendido entre 50 e 100. O sobrecusto global, devido à presença de componentes em cobre pode, portanto, aumentar muito rapidamente. [0012] Além disso, as configurações conhecidas da técnica anterior não satisfazem inteiramente. Com efeito, essas configurações levam a diminuições da queda de tensão catódica global (isto é, incluindo a queda de tensão na barra) da ordem de 50 mV, que é um valor muito baixo, para que os sobrecustos de investimento sejam rentáveis, 8 com picos de densidade de corrente na cabeça de bloco que permanecem rei ativa mente importante, a saber mais de 12 kA/m2 aproximadamente. [0013] A requerente buscou, portanto, soluções satisfatórias para os inconvenientes da técnica anterior, e notada mente para o problema do consumo específico.

Descricão da invenção [0014] A invenção tem por objeto um elemento catódico, para o equipamento de uma cuba de célula de eletrólise destinada à produção de alumínio, comportando: - um bloco catódico em material carbonado que tem pelo menos uma ranhura longitudinal sobre uma de suas faces laterais; - pelo menos uma barra de ligação em aço, da qual pelo menos uma parte dita "trecho externo” é destinada a se situar no exterior da cuba, que é alojada nessa ranhura, de forma que uma parte da barra dita “parte fora bloco” emerge de pelo menos uma extremidade do bloco dita “cabeça de bloco”, e que é chumbada nessa ranhura por interposição de um material de chumbamento condutor, tal como ferro fundido ou pasta condutora entre a barra e o bloco. [0015] O elemento catódico, de acordo com a invenção, é caracterizado pelo fato de, para cada trecho externo: - a barra de ligação compreende pelo menos um enxerto metálico, de comprimento Lc, cuja condutividade elétrica é superior àquela do aço, que é disposto longitudinalmente no interior da barra e que se situa, pelo menos em parte, nesse trecho; - a barra de ligação não é chumbada no bloco catódico em pelo menos uma zona dita de “não chumbamento” de superfície determinada S situada na extremidade da ranhura na cabeça de bloco. [0016] De preferência, o enxerto nivela - com uma tolerância determinada - a superfície da extremidade desse trecho externo. [0017] Vantajosamente, o ou cada enxerto é feito em cobre ou em liga à base de cobre. [0018] A presença de um enxerto, de acordo com a invenção, permite obter simultaneamente uma redução muito grande da queda de tensão catódica global (por exemplo 0,2 V para uma barra com o enxerto em cobre contra 0,3 V para uma barra totalmente em aço) e uma redução muito acentuada da densidade de corrente na cabeça de bloco (pelo menos da ordem de 20%). [0019] Nas pesquisas, a requerente anotou que uma parte importante da queda de tensão catódica (aproximadamente um terço) se situa na parte dita “fora bloco” da barra que sai do bloco. Com efeito, quanto mais se aproxima da parte fora bloco da barra, mas a densidade de corrente nesta aumentará, para atingir seu valor máximo na parte fora bloco. Por conseguinte, em toda a parte fora bloco da barra, uma seção menor assegura a transmissão de uma considerável quantidade de corrente, o que gera uma forte queda de tensão. [0020] A requerente teve a ideia de combinar uma zona de não chumbamento nas proximidades da cabeça do bloco catódico e pelo menos um enxerto em cada trecho externo da barra de ligação que se estende, de preferência, sobre sensivelmente todo o comprimento do trecho. Ela constatou que, de maneira inesperada, o efeito combinado dessas características permite reduzir, de modo muito significativo, o pico de densidade da corrente existente na cabeça de bloco, isto é, próximo das extremidades do bloco, reduzindo, de maneira muito significativa, a queda de tensão catódica. Em particular, ela anotou que a zona de não chumbamento permite diminuir sensivelmente o impacto do pé da base de declive sobre o pico de densidade de corrente. [0021] A invenção é particularmente interessante, quando esse material carbonado contém grafite. [0022] Um processo de fabricação de uma barra de ligação, que é capaz de ser utilizada em um elemento catódico, de acordo com a invenção, compreende vantajosamente a formação de uma cavidade longitudinal - tipicamente um orifício limite - em uma barra em aço, a partir de uma extremidade desta, a fabricação de um enxerto em um material mais condutor do que o aço que constitui a barra, de comprimento e de seção correspondente àquelas da cavidade, depois a introdução enxerto na cavidade. [0023] Um contato íntimo entre o enxerto e a barra é geralmente obtido, quando da elevação em temperatura da cuba, graças à dilata-ção térmica diferencial entre o enxerto e a barra (pois o aço se dilata relativamente pouco em relação a outros metais). [0024] A invenção se refere também a uma célula de eletrólise, compreendendo pelo menos um elemento catódico, de acordo com a invenção. [0025] A invenção é descrita em detalhes abaixo com o auxílio das figuras anexadas. [0026] A figura 1 é uma vista em corte transversal de uma semicu-ba tradicional. [0027] A figura 2 representa uma vista similar à figura 1 no caso de uma célula que compreende um elemento catódico, de acordo com a invenção. [0028] A figura 3 é uma vista inferior de um elemento catódico, de acordo com um modo de realização da invenção. [0029] A figura 4 é uma vista inferior de um elemento catódico, segundo um outro modo de realização da invenção. [0030] A figura 5 é uma vista em perspectiva de uma extremidade do bloco catódico das figuras 3 e 4. [0031] A figura 6 representa um trecho de barra de ligação equipada com um enxerto de seção circular. [0032] A figura 7 representa um trecho de barra de ligação equi- pada com um enxerto de seção circular em uma ranhura lateral. [0033] A figura 8 apresenta curvas de repartição da corrente cató-dica ao longo de um bloco catódico. [0034] Tal como ilustrado na figura 1, uma célula de eletrólise 1 comporta uma cuba 10 e pelo menos um anodo 4. A cuba 10 comporta uma caixa dois, cujo fundo e cujas paredes laterais são recobertos de elementos em material refratário 3 e 3’. Blocos catódicos 5 se apoiam sobre os elementos refratários de fundo 3. Barras de ligação 6, geralmente em aço, são chumbadas na parte inferior dos blocos catódicos 5. [0035] O chumbamento entre a ou as barras de ligação 6 e o bloco catódico 5 é tipicamente realizado por intermédio de ferro fundido ou de pasta condutora 7. [0036] Tal como ilustrado nas figuras 3 a 5, os blocos catódicos 5 têm uma forma sensivelmente paralelepipédica, de comprimento Lo, dos quais uma das faces laterais 21 possui uma ou várias ranhuras longitudinais 15, destinadas a alojarem as barras de ligação 6. As ranhuras 15 desembocam na cabeça de bloco e se estendem geralmente de uma extremidade à outra do bloco. A parte dita “fora bloco” 22 da barra 6 que emerge do bloco catódico 5 tem um comprimento E. [0037] Os blocos catódicos 5 e as barras de ligação 6 formam elementos catódicos 20 que são geralmente ligados fora da cuba e acrescentados a esta quando da formação de seu revestimento interno. Uma cuba de eletrólise 10 comporta tipicamente mais de uma dezena de elementos catódicos 20 dispostos lado a lado. Um elemento catódico 20 pode comportar uma ou várias barras de ligação, que atravessam o bloco de ambos os lados, ou um ou vários pares de se-mibarras, tipicamente alinhadas, que só se estendem sobre uma parte do bloco. [0038] As barras de ligação 6 tem por função coletar a corrente que atravessou cada bloco catódico 5 e enviá-la à rede de condutores que se acham no exterior da cuba. Conforme ilustrado na figura 1, as barras de ligação 6 atravessam a cuba 10 e são tipicamente ligadas a um condutor de ligação 13, geralmente em alumínio, por uma ligação flexível em alumínio 14 ligado ao(s) trecho(s) 19 das barras que sai (saem) da cuba 10. [0039] Em funcionamento, a cuba 10 contém uma camada de alumínio líquido 8 e um banho de eletrólito 9, acima dos blocos catódi-cos 5, e os anodos 4 mergulham no banho 9. Um declive 12 de banho solidificado se forma geralmente sobre os revestimentos de lado 3’. Uma parte 12 desse declive 12’, denominada “base de declive”, pode ocupar sobre a superfície lateral superior 28 do bloco catódico 5. A base de declive isola eletricamente o catodo e aumenta o pico de densidade de corrente na cabeça de bloco. [0040] A figura 2 representa uma célula de eletrólise 1 para a produção de alumínio, na qual os mesmos elementos são designados pelas mesmas referências que anteriormente. [0041] Tal como ilustrado na figura 2, cada extremidade de barra de ligação 6 é equipada com enxerto metálico 16, de preferência em cobre ou em liga de cobre, que se estende por um comprimento Lc, tipicamente a partir sensivelmente da ou cada extremidade externa da barra 6. O enxerto 16 se situa, pelo menos em parte, no ou em cada trecho externo 19 da barra de ligação 6 que é destinado a se situar no exterior da cuba 10. [0042] O ou cada enxerto 16 é, de preferência, alojado em uma cavidade que forma um orifício limite no interior da barra 6. Essa variante permite evitar exposição do enxerto às infiltrações eventuais de banho ou de metal líquidas. A cavidade pode eventualmente ser uma ranhura sobre uma face lateral da barra, tal como ilustrado na figura 7. [0043] O enxerto abrange, de preferência, de pelo menos 90% do comprimento Le do ou de cada trecho externo 19 da barra de ligação 6, no qual é alojado, a fim de otimizar a diminuição de queda de tensão obtida com o auxílio da invenção. [0044] A superfície de extremidade 24, que é destinada a estar no exterior da cuba 10, fica geralmente sensivelmente vertical, quando o elemento catódico 20 é instalado em uma cuba. [0045] De acordo com uma variante vantajosa da invenção, o ou cada enxerto 16 nivela sensivelmente, isto é, com uma tolerância determinada, a superfície 24 da extremidade do trecho externo 19 da barra 6. Essa tolerância determinada é, de preferência, inferior ou igual a + 1 cm. [0046] De acordo com uma outra variante vantajosa da invenção, a extremidade externa de cada enxerto 16 fica em recuo, de uma distância determinada, em relação à superfície 24 da extremidade do trecho externo 19 da barra 6. Essa distância determinada é, de preferência, inferior ou igual a 4 cm. A cavidade formada pela retirada do enxerto pode vantajosamente conter um material refratário, a fim de evitar a perda de calor por irradiação e/ou convecção. [0047] O comprimento Lc do enxerto 16 está tipicamente compreendido entre 10 e 300%, de preferência entre 20 e 300%, e, de preferência, ainda entre 110 e 270%, do comprimento E da parte dita “fora bloco” 22 da barra 6 que emerge do bloco catódico 5 e na qual o enxerto é alojado. [0048] Quanto mais longo for o enxerto, mais a queda de tensão catódica diminuirá. Todavia, a requerente constatou que, acima de um comprimento de enxerto de 270% da parte fora bloco 22 de barra, o aumento só intervém ligeiramente sobre o valor da queda de tensão catódica. [0049] Tal como ilustrado na figura 2, pelo menos uma zona 17 situada entre a barra 6 e o bloco catódico 5 não contém material de chumbamento. Essa zona, dita de “não chumbamento”, é vantajosamente cheia, no todo ou em parte, de um material eletricamente iso-lante, tal como um material refratário, tipicamente sob a forma de fibras ou de tecidos; esse material é interposto entre a barra 6 e o bloco catódico 5, na zona de não chumbamento 17, tal como ilustrado na figura 5. A ou cada zona de não chumbamento 17 fica situada nas proximidades da extremidade 25 do bloco catódico 5, denominada “cabeça de bloco”, da qual emerge a barra e cobre uma superfície determinada S. De preferência, a ou cada zona de não chumbamento 17 nivela a superfície 27 da cabeça de bloco 25 da qual emerge a barra 6. [0050] As figuras 3 e 4 ilustram dois modos de realização particulares do elemento catódico 20, de acordo com a invenção. No exemplo da figura 3, o elemento catódico comporta duas barras de ligação paralelas que atravessam o bloco catódico de ambos os lados. Cada barra comporta então duas partes “fora bloco” 22 e dois trechos externos 19. No exemplo da figura 4, o elemento catódico comporta quatro barras de ligação (também denominadas “semibarras”) que desembocam, cada uma em uma extremidade do bloco. Cada barra comporta então uma única parte “fora bloco” 22 e um único trecho externo 19. Nos dois exemplos, um material de chumbamento condutor 7 é interposto entre o bloco 5 e cada barra 6, salvo nas zonas situadas nas extremidades do bloco 5 onde existem zonas de não chumbamento 17, que podem ser cheias com materiais refratários. [0051] A área total A da(s) superfície(s) determinada(s) S da(s) zona(s) de não chumbamento 17 de cada barra de ligação 6 está tipicamente compreendida entre 0,5 e 25%, de preferência entre 2 e 20%, de preferência ainda entre 3 e 15%, da área Ao a superfície So da barra 6 que é capaz de ser chumbada dita “superfície chumbável”. A superfície chumbável So corresponde às superfícies da parte 23 da barra 6 que estão diante das superfícies internas da ranhura 15 no bloco 5. [0052] Quando a ou cada barra de ligação 6 atravessa o bloco ca-tódico 5 de ambos os lados, conforme ilustrado na figura 3, a área Ao da superfície chumbável So é tipicamente igual a Lo x (2 H + W), na qual H é a altura da barra e W sua largura. Nesse caso, como cada barra de ligação 6 possui uma zona de não chumbamento 17 em cada extremidade 25, a área total A é igual à soma das áreas de cada superfície determinada S. [0053] Quando as barras de ligação 6 são interrompidas em direção ao centro do bloco, para formarem duas semibarras alinhadas, conforme ilustrado na figura 4, a área Ao da superfície chumbável So de cada semibarra é tipicamente igual a Li x (2 H + W), na qual H é altura da barra e W, sua largura. Nesse caso, como cada semibarra de ligação 6 possui uma zona de não chumbamento 17 em uma única extremidade 25, a área total A é igual à área da superfície determinada S dessa zona de não chumbamento. A requerente não constatou, todavia que, quando a descontinuidade da barra próximo do centro do bloco é relativamente curta, o que é geralmente o caso, ela modificava pouco a repartição da corrente e a queda de tensão, de modo que a área A podia ser determinada como se as barras fossem contínuas de uma extremidade à outra. [0054] A superfície determinada S é tipicamente de forma simples, a fim de facilitar a formação da zona de não chumbamento 17. No caso, ilustrado nas figuras 2 a 4, em que a zona de não chumbamento 17 é formada pela ausência de chumbamento em um comprimento Ls, a partir da superfície 27 da cabeça de bloco 25, a área da superfície determinada S é tipicamente igual a Ls x (2 H + W). Nesse caso, o comprimento Ls de cada zona de não chumbamento 17 está, de preferência, compreendido entre 0,5 e 25%, de preferência entre 2 e 20%, de preferência ainda entre 3 e 15%, do semicomprimento Lo/2 do bloco. [0055] A seção do enxerto 16 influencia também a redução da queda de tensão catódica. Vantajosamente, a seção transversal de cada enxerto está compreendida entre 1 e 50%, e, de preferência, entre 5 e 30% da seção transversal da barra 6. Com efeito, além de 30% da seção total em enxerto, a quantidade suplementar de condutor fornece um sobrecusto considerável para uma pequena elevação dos desempenhos. [0056] O enxerto 16 assume tipicamente a forma de uma barra. A forma de seção transversal do enxerto 16 fica livre, essa forma podendo ser retangular (tal como ilustrado na figura 5), circular (tal como ilustrado na figura 6 ou 7), ovoide ou poligonal... ela é todavia vantajosamente circular, a fim de facilitar a fabricação da barra de ligação, notadamente a realização da cavidade destinada a alojar o enxerto. [0057] A requerente fez cálculos numéricos destinados a avaliar a repartição da corrente catódica na superfície 28 do bloco catódico obtida com configurações segundo a técnica anterior e de acordo com a invenção. [0058] A figura 8 apresenta os resultados de um cálculo correspondente às dimensões de barra de ligação e uma intensidade de corrente típicas das células de eletrólise existentes. As curvas correspondem à densidade de correntes J na superfície superior 28 do bloco, expressa em kA/m2, em função da distância D da extremidade do bloco. [0059] A célula comporta 20 elementos catódicos dispostos lado a lado e comportando, cada um, duas barras de ligação, tal como ilustrado na figura 3. A intensidade total é de 314 kA. As barras de ligação têm um comprimento L igual a 4,3 m, uma altura H igual a 160 mm e uma largura W igual a 110 mm. O comprimento E das barras de ligação que saem dos blocos catódicos é de 0,50 m. [0060] A curva A, relativa à técnica anterior, corresponde a uma barra de ligação inteiramente em aço. A queda de tensão catódica é de 283 mV (entre o centro da camada de metal líquido e a armação anódica na cuba a jusante). [0061] A curva B, relativa à técnica anterior, corresponde a uma barra em aço que tem as mesmas dimensões que no caso A, mas comportando um enxerto cilíndrico em cobre de um comprimento igual a 1,53 m, cujo diâmetro é igual a 4,13 cm. O enxerto é colocado ao longo do eixo de simetria longitudinal da barra e se estende aproximadamente do centro da barra (isto é, aproximadamente do plano central P da cuba) até aproximadamente a metade da espessura do revestimento de lado 3’ da célula. A queda de tensão catódica é de 229 mV. Em relação ao caso A, a redução da queda catódica é de aproximadamente 19% e a redução do pico de densidade de corrente é de aproximadamente 18%. [0062] A curva C, relativa à invenção, corresponde a uma barra em aço que tem as mesmas dimensões que no caso A, mas comportando um enxerto cilíndrico de um comprimento Lc igual a 1,30 m, cujo diâmetro é igual a 4,5 cm (correspondente a um volume de cobre idêntico àquele do caso B). O enxerto é colocado ao longo do eixo de simetria longitudinal da barra e se estende, como na figura 2, da extremidade externa da barra até o interior da célula. A zona de não chum-bamento tem um comprimento de 0,18 m e se refere às três faces normalmente chumbadas da barra. A queda de tensão catódica é de 190 mV. Em relação ao caso A, a redução da queda catódica é de aproximadamente 32% e a redução do pico de densidade de corrente é de aproximadamente 37%. A repartição da corrente catódica é nitidamente mais homogênea do que nos casos A e B.

Claims (20)

1. Elemento catódico (20), para o equipamento de uma cuba (10) de célula de eletrólise (1), destinada à produção de alumínio, comportando: - um bloco catódico (5) em material carbonado que tem pelo menos uma ranhura longitudinal (15) sobre uma de suas faces laterais (21); - pelo menos uma barra de ligação (6) em aço, da qual pelo menos uma parte dita “trecho externo” (19) é destinada a se situar no exterior da cuba (10), que é alojada nessa ranhura (15), de forma que uma parte (22) da barra dita “parte fora bloco” emerge de pelo menos uma extremidade (25) do bloco dita “cabeça de bloco”, e que é chumbada na ranhura (15) por interposição de um material de chumbamen-to condutor (7), tal como ferro fundido ou pasta condutora entre a barra e o bloco, caracterizada pelo fato de, para cada trecho externo (19): - a barra de ligação (6) compreender pelo menos um enxerto metálico (16), de comprimento Lc, cuja condutividade elétrica é superior àquela do aço, que é disposto longitudinalmente no interior da barra e que se situa, pelo menos em parte, nesse trecho (19); - a barra de ligação (6) não é chumbada no bloco catódico (5) em pelo menos uma zona dita de “não chumbamento” (17) de superfície determinada S situada na extremidade da ranhura (15) na cabeça de bloco.

2. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada enxerto (16) ser em cobre ou em liga à base de cobre.

3. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o comprimento Lc de cada enxerto (16) estar compreendido entre 10 e 300% do comprimento E da parte fora bloco (22) da barra (6) na qual o enxerto é alojado.

4. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o comprimento Lc de cada enxerto (16) estar compreendido entre 20 e 300% do comprimento E da parte fora bloco (22) da barra (6), na qual o enxerto é alojado.

5. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o comprimento Lc de cada enxerto (16) estar compreendido entre 110 e 270% do comprimento E da parte fora bloco (22) da barra (6), na qual o enxerto é alojado.

6. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a seção transversal de cada enxerto (16) estar compreendida entre 1 e 50% da seção transversal da barra (6).

7. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a seção transversal de cada enxerto (16) estar compreendida entre 5 e 30% da seção transversal da barra (6).

8. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de a área total A da(s) surperfície(s) determinada(s) da(s) zona(s) de não chumbamento (17) de cada barra de ligação (6) estar compreendida entre 0,5 e 25% da área Ao da superfície So da barra (6) que é capaz de ser chumbada.

9. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de a área total A da(s) superfície(s) determinada(s) S da(s) zona(s) de não chumbamento (17) de cada barra de ligação (6) estar compreendida entre 2 e 20% da área Ao da superfície So da barra (6) que é capaz de ser chumbada.

10. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de a área total A da(s) superfície(s) S da(s) zona(s) de não chumbamento (17) de cada barra de ligação (6) estar compreendida entre 3 e 15% de área Ao da superfície So da barra (6) que é capaz de ser chumbada.

11. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de um material eletricamente isolante ser interposto entre a barra de ligação (6) e o bloco catódico (5) na ou em cada zona de não chumbamento (17).

12. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de cada enxerto (16) nivelar, com uma tolerância determinada, a superfície (24) da extremidade do trecho externo (19) da barra (6).

13. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de essa tolerância determinada ser inferior ou igual a + 1 cm.

14. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de a extremidade externa de cada enxerto (16) estar em recuo, de uma distância determinada, em relação à superfície (24) da extremidade do trecho externo (19) da barra (6).

15. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de essa distância determinada ser inferior ou igual a 4 cm.

16. Elemento catódico (20), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a cavidade formada pela retirada do enxerto conter um material refratário.

17. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de a seção transversal de cada enxerto (16) ser circular.

18. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de cada enxerto (16) ficar alojado em uma cavidade que forma um orifício limite no interior da barra (6).

19. Elemento catódico (20), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de esse material carbonado conter grafite.

20. Célula de eletrólise (1) destinada à produção de alumínio, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um elemento catódico (20), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19.