本發(fā)明涉及鋁冶金、鋁及鋁合金熔鑄領(lǐng)域，尤其涉及一種利用鋁灰渣制備高純鋁的裝置與方法。

背景技術(shù)：

鋁灰渣是鋁及鋁合金熔鑄過程中的副產(chǎn)物，熔鑄一噸鋁鑄錠約產(chǎn)生5kg/tal鋁灰渣。2016年,我國(guó)鋁及鋁合金材產(chǎn)量約為5796萬噸，按照65%的綜合成材率測(cè)算，需要鋁合金鑄錠8917萬噸，同時(shí)附產(chǎn)鋁灰渣446萬噸。鋁灰渣的化學(xué)組分為：金屬鋁、氟鹽、氯鹽、氧化鋁、氮化鋁、碳化鋁以及硅、鐵、鎂、錳、鋅、銅等金屬氧化物。主要組分為金屬鋁、氟鹽、氯鹽和氧化鋁，約占鋁灰渣質(zhì)量的90%。目前，主要采用以下幾種方法回收利用鋁灰渣。

灰渣炒制法：炒制法回收利用鋁灰渣的原理是利用外熱裝置將鋁灰渣加熱到一定溫度，向鋁灰渣中加入一定量的氧化劑，利用鋁熱氧化反應(yīng)使灰渣升溫至鋁的熔點(diǎn)以上溫度，灰渣中的顆粒鋁因氧化、放熱、熔化，熔化的液體鋁珠在外力和機(jī)械作用下匯聚成較大的鋁珠，最后匯聚成鋁塊，方便回收利用。炒制法回收鋁灰渣存在的主要問題是：生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣。炒制過程中存在較多的鋁的氧化損失。炒制后的殘灰中仍然含有一定量的鋁，殘灰一般作為廢渣棄用，造成環(huán)境污染。

利用鋁灰渣制作凈水劑：該方法是利用酸液溶解鋁灰渣，使灰渣中的金屬鋁、氧化鋁與酸反應(yīng)制備氯化鋁、硫酸鋁等凈水劑。該方法利用鋁灰渣存在以下幾個(gè)方面的問題：在酸溶過程中，灰渣中的碳化鋁、氮化鋁易于與水反應(yīng)，水解產(chǎn)物為甲烷、氨氣，造成環(huán)境污染?；以械穆塞}、氟鹽降低凈水劑的品質(zhì)和純度。處理過程中產(chǎn)生的廢水、棄渣造成環(huán)境污染。

以鋁灰渣為原料制備工業(yè)氧化鋁：該方法利用工業(yè)燒堿水溶液溶解鋁灰渣中的金屬鋁和氧化鋁，采用拜耳法、燒結(jié)法或者拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法制備成工業(yè)氧化鋁。工業(yè)純鋁是一種載能材料，生產(chǎn)一公斤工業(yè)純鋁的綜合能耗（含水、電、氣、汽、電、碳素等）約為20kwh/kgal，將灰渣中的工業(yè)純鋁轉(zhuǎn)化為工業(yè)氧化鋁造成了能源、資源的極大浪費(fèi)。在堿液溶解鋁灰渣時(shí)，灰渣中的碳化鋁、氮化鋁易于水解，水解產(chǎn)物污染環(huán)境。特別是，鋁灰渣中的氟鹽、氯鹽沒有回收利用，作為棄渣處理時(shí)，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。

近年來，人們開始利用鋁灰渣中的金屬鋁作為煉鋼脫氧劑，受合金種類和后續(xù)處理手段的限制，鋁灰渣中的殘留鋁含量往往波動(dòng)很大，很難精確配制和充分利用灰渣中的金屬鋁資源，灰渣中的氧化鋁、氟鹽、氯鹽等等，最終作為廢渣棄用，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

綜上所述，我國(guó)鋁合金熔鑄每年產(chǎn)生超過440萬噸的鋁灰渣，現(xiàn)有的鋁灰渣處理方法存在生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)環(huán)境惡劣，鋁灰渣中的金屬鋁無法完全回收利用。處理尾礦中的氟鹽、氯鹽等作為棄渣處理，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種利用鋁灰渣制備高純鋁的裝置與方法。

上述目的是通過下述方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用鋁灰渣制備高純鋁的裝置與方法，其特征在于，該裝置包括以鋁灰渣為原料的雙層液鋁電解槽（2）、以(2)裝置出來的電解產(chǎn)物為原料的三層液鋁電解槽（3）、雙層液電解區(qū)-三層液電解區(qū)分隔墻（5）；所述以鋁灰渣為原料的雙層液鋁電解槽（2）包括聯(lián)體鋁電解槽下部槽體（4）、雙層液鋁電解槽進(jìn)電母線2a、雙層液鋁電解槽陽極2b、雙層液電解槽電解液區(qū)2c、雙層液電解槽陰極鋁液區(qū)2d；所述以(2)裝置出來的電解產(chǎn)物為原料的三層液鋁電解槽（3）包括聯(lián)體鋁電解槽下部槽體（4）、三層液鋁電解槽陰極出電母線（3e）、三層液鋁電解槽碳素陰極（3d）、三層液鋁電解槽陰極鋁液區(qū)（3c）、三層液鋁電解槽電解液區(qū)（3b）、陽極區(qū)鋁液（3a）。

根據(jù)上述裝置，其特征在于，聯(lián)體鋁電解槽下部槽體（4）包含槽體鋼結(jié)構(gòu)（4a），該電解槽內(nèi)襯以碳素-剛玉質(zhì)材料構(gòu)成；聯(lián)體鋁電解槽鋼結(jié)構(gòu)（4a）作為電解槽整體支撐的骨架，碳素內(nèi)襯（4b）、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯(4c)、分隔墻(5)均為整體砌筑結(jié)構(gòu),其中：碳素內(nèi)襯（4b）、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯(4c)、分隔墻(5)、雙層液鋁電解槽陽極(2d)等圍成的密閉區(qū)域(1a)為鋁灰渣雙層液鋁電解區(qū)；碳素內(nèi)襯(4b)、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯(4c)、分隔墻(5)、三層液電解槽碳素陰極(3d)等圍成的密閉區(qū)域(1b)為三層液高純鋁電解區(qū)；(1a)用于盛放雙層液電解槽電解液（2f1）和鋁液（2g1）,是進(jìn)行鋁灰渣電解的場(chǎng)所；(1b)用于盛放三層液電解槽陽極液（3a1）、電解液（3b1）和高純鋁液（3c1），是進(jìn)行高純鋁電解的場(chǎng)所,剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯(4c)作為雙層液電解槽、三層液電解槽鋁液區(qū)內(nèi)襯，起到耐火、耐蝕、絕緣的作用，電解液區(qū)內(nèi)襯采用耐氟鹽腐蝕的碳素內(nèi)襯(4b)。

根據(jù)上述裝置，其特征在于，雙層液電解區(qū)-三層液電解區(qū)分隔墻(5)上開設(shè)有雙層液-三層液電解槽電解液區(qū)聯(lián)結(jié)通道(5a)、電解液通道閘板(5b)、雙層液-三層液電解槽鋁液區(qū)聯(lián)結(jié)通道(5c)，在分隔墻(5)的基部靠近三層液電解槽陽極區(qū)一側(cè)，安設(shè)有碳素材質(zhì)的電流導(dǎo)板(5d)；所述雙層液-三層液電解槽電解液區(qū)聯(lián)結(jié)通道(5a)用于聯(lián)通鋁灰渣雙層液電解槽與高純鋁三層液電解槽的電解液區(qū)，使鋁灰渣雙層液電解槽的電解液可以通過通道（5a）流入高純鋁三層液電解槽的電解液區(qū)，雙層液電解槽的電解液與高純鋁三層液電解槽的電解液通過聯(lián)通器的原理聯(lián)成一個(gè)整體，由電解液通道閘板（5b）控制聯(lián)結(jié)通道(5a)打開-閉合；所述雙層液-三層液電解槽鋁液區(qū)聯(lián)結(jié)通道(5c)用于聯(lián)通鋁灰渣雙層液電解槽與高純鋁三層液電解槽的電解鋁液區(qū)，使鋁灰渣雙層液電解槽的電解鋁液可以通過通道(5c)流入高純鋁三層液電解槽的陽極鋁液區(qū)。雙層液電解槽的電解鋁液通過連通器的原理與高純鋁三層液電解槽的陽極鋁液區(qū)聯(lián)成一個(gè)整體。通道(5c)既是鋁液聯(lián)通通道，也是電流由雙層液電解槽流入三層液電解槽的導(dǎo)電通道。鋁灰渣雙層液電解槽的電解產(chǎn)物作為三層液高純鋁電解槽的原料；所述三層液電解槽陽極區(qū)電流導(dǎo)板(5d)，用于調(diào)整、均布三層液電解區(qū)陽極區(qū)電流。

一種利用鋁灰渣制備高純鋁的方法，其特征在于，所述的方法包括：采用一臺(tái)雙層液鋁電解槽與一臺(tái)三層液鋁電解槽的聯(lián)體結(jié)構(gòu)，進(jìn)電側(cè)為雙層液鋁電解槽，采用鋁灰渣為原料，電解產(chǎn)物作為三層液鋁電解槽的原料，出電側(cè)為三層液鋁電解槽；所述三層液鋁電解槽（3）以鋁灰渣的電解產(chǎn)物-鋁液為原料，通過三層液電解工藝將普鋁液電解為高純鋁，產(chǎn)品為高純鋁。

本發(fā)明提出的利用鋁灰渣制備高純鋁的聯(lián)體鋁電解裝置的工作過程如下：

鋁灰渣的電解過程：

直流電由直流電源經(jīng)由雙層液鋁電解槽進(jìn)電母線(2a)、雙層液鋁電解槽陽極(2b)，進(jìn)入雙層液電解槽電解液區(qū)(2c)，鋁灰渣下料裝置(2h)將待加工的鋁灰渣定量輸送到電解液(2f1)中，溶入電解液中的鋁灰渣參與電解過程，氯鹽、氟鹽熔化并匯入電解液(2f1)，氧化鋁溶解入電解液(2f1)中，在直流電的作用下電解成鋁和氧或者二氧化碳，鋁灰渣中的微細(xì)鋁粒熔化并匯入槽底的陰極鋁液(2g1)中。

雙層液電解槽的電解鋁液通過連通器的原理與高純鋁三層液電解槽的陽極鋁液區(qū)聯(lián)成一個(gè)整體。鋁液由雙層液電解槽流入三層液電解槽，直流電流經(jīng)由通道(5c)流入三層液電解槽，高純鋁電解槽陽極鋁液(3a1)在電流作用下溶解、鋁離子溶入三層液電解液3b1，并在三層液電解槽陰極鋁液區(qū)(3c1)析出，得到高純電解鋁液。直流電流由三層液鋁電解槽陰極出電母線(3h)流出聯(lián)體鋁電解槽。通過雙層液電解鋁灰渣，三層液電解鋁灰渣的電解產(chǎn)物，回收鋁灰渣中的鋁、氧化鋁。

鋁灰渣中鹽類的電解回收過程：

在聯(lián)體鋁電解槽工作過程中，待雙層液鋁電解槽(2)中電解液高度達(dá)到工藝設(shè)定值的上限，停止對(duì)雙層液鋁電解槽加料，并繼續(xù)通電直至雙層液鋁電解槽發(fā)生缺料效應(yīng)。待效應(yīng)熄滅，提升電解液通道閘板(5b)，使通道(5a)打開，雙層液電解槽的電解液通過連通器的原理與高純鋁三層液電解槽的電解液聯(lián)成一個(gè)整體。當(dāng)三層液電解槽電解液高度達(dá)到工藝設(shè)定高度，閉合通道(5a)。在直流電的作用下，三層液電解槽電解液(3b1)中殘留的氧離子參與電解過程，利用直流電解原理進(jìn)一步電解、凈化電解液中的氧化鋁，當(dāng)電解液(3b1)中氧離子消耗到一定限度，從三層液電解槽中抽出凈化的電解液，抽出的電解液經(jīng)過冷卻、磨碎、篩分處理，可以作為鋁合金精煉用覆蓋劑、精煉劑、打渣劑再次使用，達(dá)到回收-凈化-循環(huán)利用鋁灰渣中鹽類原料的目的。

在進(jìn)行三層液電解過程中，繼續(xù)給雙層液電解槽加料-電解，并按照停止加料-缺料效應(yīng)的方法初步消耗雙層液電解槽中的氧化鋁。在三層電解槽抽出電解液后，再次通過通道(5a)向三層液電解槽補(bǔ)充待凈化的電解液，利用直流電解原理進(jìn)一步電解、凈化電解液中的氧化鋁，當(dāng)電解液中氧離子消耗到一定限度，從三層液電解槽中抽出凈化的電解液，電解液經(jīng)過冷卻、磨碎、篩分、包裝處理，作為鋁熔鑄精煉劑、覆蓋劑、打渣劑外銷。如此反復(fù)循環(huán)，通過雙層液電解回收鋁灰渣中的鋁、氧化鋁，并初步凈化電解液；通過三層液電解將普鋁電解成高純鋁，并進(jìn)一步凈化三層液電解液中的氧化鋁，最終利用凈化的電解液制備鋁合金熔煉用精煉劑、覆蓋劑、打渣劑。

采用本發(fā)明提出的聯(lián)體電解槽裝置與方法回收利用鋁灰渣的好處是：可以100%回收、利用鋁灰渣中的鋁、氧化鋁，并將鋁、氧化鋁制備成高附加值的高純鋁。該裝置采用雙層液-三層液電解槽的聯(lián)體結(jié)構(gòu)，雙層液電解槽的陰極與三層液電解槽的陽極采用一體結(jié)構(gòu)，雙層液電解槽的電解產(chǎn)品直接作為三層液電解槽的原料，與傳統(tǒng)三層液電解方法相比，極大地降低了高純鋁的生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。具有設(shè)備投資少、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、鋁灰渣處理效率高、產(chǎn)品附加值高的等優(yōu)點(diǎn)。

通過電解凈化的方法實(shí)現(xiàn)鋁灰渣中鹽類資源的再生利用，經(jīng)過冷卻、磨碎、篩分處理，可以作為鋁合金精煉用覆蓋劑、精煉劑、打渣劑再次使用，達(dá)到回收-凈化-循環(huán)利用鋁灰渣中鹽類資源的目的，實(shí)現(xiàn)了鋁灰渣廢渣資源的完全再生、循環(huán)、利用，本發(fā)明真正實(shí)現(xiàn)鋁灰渣資源利用的零排放。

附圖說明

圖1為利用鋁灰渣制備高純鋁的聯(lián)體鋁電解槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為聯(lián)體鋁電解槽槽體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為聯(lián)體鋁電解槽電解工作過程示意圖；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的一種利用鋁灰渣制備高純鋁的裝置與方法，其特征在于，該裝置是由以鋁灰渣為原料的雙層液鋁電解槽2、三層液鋁電解槽3、聯(lián)體鋁電解槽下部槽體4、雙層液電解區(qū)-三層液電解區(qū)分隔墻5等部分組成。利用鋁灰渣制備高純鋁的聯(lián)體鋁電解槽結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

根據(jù)上述裝置，在聯(lián)體鋁電解槽下部槽體4的中部設(shè)置雙層液電解區(qū)-三層液電解區(qū)分隔墻5，該分隔墻將聯(lián)體鋁電解槽分隔成雙層液電解區(qū)、三層液電解區(qū)兩個(gè)區(qū)域。

根據(jù)上述裝置，以鋁灰渣為原料的雙層液鋁電解槽2的結(jié)構(gòu)包括：雙層液鋁電解槽進(jìn)電母線2a、雙層液鋁電解槽陽極2b、雙層液電解槽電解液區(qū)2c、雙層液電解槽陰極鋁液區(qū)2d等部分組成。

根據(jù)上述裝置，三層液鋁電解槽3由陽極區(qū)鋁液3a、三層液鋁電解槽電解液區(qū)3b、三層液鋁電解槽陰極鋁液區(qū)3c、三層液電解槽碳素陰極3d、三層液鋁電解槽陰極出電母線3e等部分組成。

根據(jù)上述裝置，聯(lián)體鋁電解槽下部槽體4包含槽體鋼結(jié)構(gòu)4a、碳素內(nèi)襯4b、聯(lián)體鋁電解槽剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯4c三部分。聯(lián)體鋁電解槽鋼結(jié)構(gòu)4a作為電解槽整體支撐的骨架，碳素內(nèi)襯4b、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯4c、分隔墻5均為整體砌筑結(jié)構(gòu)，作為鋁液、電解液盛放的容器和電解工作區(qū)域。

本發(fā)明提出的利用鋁灰渣制備高純鋁的裝置與方法，其特征在于，該裝置主體采用一臺(tái)雙層液鋁電解槽與一臺(tái)三層液鋁電解槽的聯(lián)體結(jié)構(gòu)。進(jìn)電側(cè)為雙層液鋁電解槽，采用鋁灰渣為原料，電解產(chǎn)物作為三層液鋁電解槽的原料。出電側(cè)為三層液鋁電解槽，三層液鋁電解槽以鋁灰渣的電解產(chǎn)物-鋁液為原料，通過三層液電解工藝將普鋁液電解為高純鋁，產(chǎn)品為高純鋁。

根據(jù)上述裝置，聯(lián)體鋁電解槽鋼結(jié)4a、碳素內(nèi)襯4b、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯4c、分隔墻5等將聯(lián)體鋁電解槽槽體分隔成兩個(gè)區(qū)域，其中：碳素內(nèi)襯4b、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯4c、分隔墻5、雙層液鋁電解槽陽極2d等圍成的密閉區(qū)域1a為鋁灰渣雙層液鋁電解區(qū)；碳素內(nèi)襯4b、剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯4c、分隔墻5、三層液電解槽碳素陰極3d等圍成的密閉區(qū)域1b為三層液高純鋁電解區(qū)。1a用于盛放雙層液電解槽電解液（2f1）和鋁液（2g1）,是進(jìn)行鋁灰渣電解的場(chǎng)所；1b用于盛放三層液電解槽陽極液（3a1）、電解液（3b1）和高純鋁液（3c1），是進(jìn)行高純鋁電解的場(chǎng)所。見圖1、圖2、圖3。剛玉質(zhì)耐火內(nèi)襯4c作為雙層液電解槽、三層液電解槽鋁液區(qū)內(nèi)襯，起到耐火、耐蝕、絕緣的作用，電解液區(qū)內(nèi)襯采用耐氟鹽腐蝕的碳素內(nèi)襯4b。

根據(jù)上述裝置，雙層液電解區(qū)-三層液電解區(qū)分隔墻5上開設(shè)有雙層液-三層液電解槽電解液區(qū)聯(lián)結(jié)通道5a、電解液通道閘板5b、雙層液-三層液電解槽鋁液區(qū)聯(lián)結(jié)通道5c，在分隔墻5的基部靠近三層液電解槽陽極區(qū)一側(cè)，安設(shè)有碳素材質(zhì)的電流導(dǎo)板5d。聯(lián)體鋁電解槽槽體結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

根據(jù)上述裝置，雙層液-三層液電解槽電解液區(qū)聯(lián)結(jié)通道5a用于聯(lián)通鋁灰渣雙層液電解槽與高純鋁三層液電解槽的電解液區(qū)，使鋁灰渣雙層液電解槽的電解液可以通過通道5a流入高純鋁三層液電解槽的電解液區(qū)。雙層液電解槽的電解液與高純鋁三層液電解槽的電解液通過聯(lián)通器的原理聯(lián)成一個(gè)整體，由電解液通道閘板5b控制聯(lián)結(jié)通道5a打開-閉合。

根據(jù)上述裝置，雙層液-三層液電解槽鋁液區(qū)聯(lián)結(jié)通道5c用于聯(lián)通鋁灰渣雙層液電解槽與高純鋁三層液電解槽的電解鋁液區(qū)，使鋁灰渣雙層液電解槽的電解鋁液可以通過通道5c流入高純鋁三層液電解槽的陽極鋁液區(qū)。雙層液電解槽的電解鋁液通過連通器的原理與高純鋁三層液電解槽的陽極鋁液區(qū)聯(lián)成一個(gè)整體。通道5c既是鋁液聯(lián)通通道，也是電流由雙層液電解槽流入三層液電解槽的導(dǎo)電通道。鋁灰渣雙層液電解槽的電解產(chǎn)物作為三層液高純鋁電解槽的原料。

根據(jù)上述裝置，在雙層液電解區(qū)與三層液電解區(qū)分隔墻5的基座區(qū)域，雙層液-三層液電解槽鋁液區(qū)聯(lián)結(jié)通道5c的上口，位于三層液高純鋁電解區(qū)，設(shè)置三層液電解槽陽極區(qū)電流導(dǎo)板5d，用于調(diào)整、均布三層液電解區(qū)陽極區(qū)電流。

本發(fā)明的利用鋁灰渣制備高純鋁的方法，其電解槽的啟動(dòng)過程步驟包括：

（1）烘爐：采用傳統(tǒng)燃料、傳統(tǒng)方法，包括粉煤、燃?xì)狻⑷加突蛘哧枠O氣體等烘烤聯(lián)體鋁電解槽下部槽體爐襯，烘爐采用還原氣氛。烘爐溫度為250-1100℃，保溫時(shí)間72h。

（2）灌鋁：待槽膛溫度達(dá)到250-1100℃，待剛玉質(zhì)爐襯4c溫度達(dá)到700-880℃，向聯(lián)體爐槽膛內(nèi)灌入鋁液，灌入的鋁液量超過鋁液聯(lián)通通道5c以上50mm。隨爐冷卻鋁液，待鋁液凝固，上表面溫度降低到550-650℃即進(jìn)行高溫裝爐作業(yè)。

（3）裝爐：按工藝位置要求在雙層液陰極鋁2g1上部安放陽極2b，在陽極四周均勻鋪設(shè)氯化鈉、冰晶石電解質(zhì)塊、槽達(dá)（碳酸鈉）、氟化鈣、氟化鎂、氟化鈉、鋁灰渣等物料。在三層液陽極鋁3a1上部安放碳素陰極3d，四周鋪設(shè)冰晶石，上部安設(shè)人造爐幫。在雙層液電解槽陽極2b與下一臺(tái)聯(lián)體鋁電解槽陽極之間安裝分流片和分流鋼帶。

（4）通電焙燒：根據(jù)雙層液陽極2b、三層液陰極3d溫度上升情況，分階段拆除分流片和分流鋼帶，待陽極2b、陰極3d溫度上升至400-960℃，陽極2b、陰極3d周圍冰晶石、電解質(zhì)塊熔化，電解液聯(lián)通，電解槽具備啟動(dòng)條件。

（5）雙層液電解槽啟動(dòng)：分別向雙層液電解槽、三層液電解槽中灌入液體電解質(zhì)，電解槽中液體電解質(zhì)高度超過電解液聯(lián)通通道上口50mm，向雙層液電解槽2四周、陽極中縫添加鋁灰渣物料，向三層液電解槽3添加潔凈的冰晶石。隨后，開始提升陽極2b，進(jìn)行效應(yīng)啟動(dòng)，效應(yīng)電壓8-45v，每次效應(yīng)時(shí)間控制在2-30minutes之間；效應(yīng)期間，視雙層液電解槽2四周物料熔化情況，及時(shí)補(bǔ)充電解質(zhì)塊、鋁灰渣物料。利用高溫效應(yīng)、提升雙層液電解槽2電解液水平、構(gòu)建槽四周爐幫。隨后，雙層液電解槽2轉(zhuǎn)入啟動(dòng)后期管理，逐步轉(zhuǎn)入正常電解維護(hù)工藝條件。

（6）雙層液電解槽2電解、加料：電解采用氯鹽-氟鹽復(fù)合電解質(zhì)體系，電解質(zhì)組分包括：氯化鈉、氯化鉀、氟化鈉、氟化鋁、冰晶石，氯鹽占電解質(zhì)質(zhì)量百分比10%-85%之間，電解質(zhì)中氟鹽分子比控制在1.3-2.2之間。以鋁灰渣為原料，采用點(diǎn)式下料方法，下料量嚴(yán)格控制不得產(chǎn)生爐底沉淀，根據(jù)電解槽電流效率、依據(jù)法拉第定理計(jì)算電解槽產(chǎn)鋁量，反推計(jì)算鋁灰渣的下料量。待雙層液電解槽2電解工藝正常，開始啟動(dòng)三層液電解槽作業(yè)。

（7）三層液電解槽啟動(dòng)、管理：提升三層液電解槽陰極3d，同時(shí)向三層液電解槽中補(bǔ)充液體電解質(zhì)，維持雙層液電解槽、三層液電解槽兩邊液位穩(wěn)定，待三層液電解槽碳素陰極3d達(dá)到工藝設(shè)定位置，停止灌入液體電解質(zhì)，保持三層液電解槽電壓穩(wěn)定在2.5-20v之間，開始建立三層液電解槽熱平衡和人造爐幫工作。待三層液電解槽達(dá)到熱平衡和電壓穩(wěn)定，三層液電解槽轉(zhuǎn)入正常管理。

本發(fā)明提出的利用鋁灰渣制備高純鋁的聯(lián)體鋁電解裝置的工作過程如下：

鋁灰渣的電解過程：

直流電由直流電源經(jīng)由雙層液鋁電解槽進(jìn)電母線2a、雙層液鋁電解槽陽極2b，進(jìn)入雙層液電解槽電解液區(qū)2c，鋁灰渣下料裝置2h將待加工的鋁灰渣定量輸送到電解液2f1中，溶入電解液中的鋁灰渣參與電解過程，氯鹽、氟鹽熔化并匯入電解液2f1，氧化鋁溶解入電解液2f1中，在直流電的作用下電解成鋁和氧或者二氧化碳，鋁灰渣中的微細(xì)鋁粒熔化并匯入槽底的陰極鋁液2g1中。

雙層液電解槽的電解鋁液通過連通器的原理與高純鋁三層液電解槽的陽極鋁液區(qū)聯(lián)成一個(gè)整體。鋁液由雙層液電解槽流入三層液電解槽，直流電流經(jīng)由通道5c流入三層液電解槽，高純鋁電解槽陽極鋁液3a1在電流作用下溶解、鋁離子溶入三層液電解液3b1，并在三層液電解槽陰極鋁液區(qū)3c1析出，得到高純電解鋁液。直流電流由三層液鋁電解槽陰極出電母線3h流出聯(lián)體鋁電解槽。通過雙層液電解鋁灰渣，三層液電解鋁灰渣的電解產(chǎn)物，回收鋁灰渣中的鋁、氧化鋁。

鋁灰渣中鹽類的電解回收過程：

在聯(lián)體鋁電解槽工作過程中，待雙層液鋁電解槽2中電解液高度達(dá)到工藝設(shè)定值的上限，停止對(duì)雙層液鋁電解槽加料，并繼續(xù)通電直至雙層液鋁電解槽發(fā)生缺料效應(yīng)。待效應(yīng)熄滅，提升電解液通道閘板5b，使通道5a打開，雙層液電解槽的電解液通過連通器的原理與高純鋁三層液電解槽的電解液聯(lián)成一個(gè)整體。當(dāng)三層液電解槽電解液高度達(dá)到工藝設(shè)定高度，閉合通道5a。在直流電的作用下，三層液電解槽電解液3b1中殘留的氧離子參與電解過程，利用直流電解原理進(jìn)一步電解、凈化電解液中的氧化鋁，當(dāng)電解液3b1中氧離子消耗到一定限度，從三層液電解槽中抽出凈化的電解液，抽出的電解液經(jīng)過冷卻、磨碎、篩分處理，可以作為鋁合金精煉用覆蓋劑、精煉劑、打渣劑再次使用，達(dá)到回收-凈化-循環(huán)利用鋁灰渣中鹽類原料的目的。

在進(jìn)行三層液電解過程中，繼續(xù)給雙層液電解槽加料-電解，并按照停止加料-缺料效應(yīng)的方法初步消耗雙層液電解槽中的氧化鋁。在三層電解槽抽出電解液后，再次通過通道5a向三層液電解槽補(bǔ)充待凈化的電解液，利用直流電解原理進(jìn)一步電解、凈化電解液中的氧化鋁，當(dāng)電解液中氧離子消耗到一定限度，從三層液電解槽中抽出凈化的電解液，電解液經(jīng)過冷卻、磨碎、篩分、包裝處理，作為鋁熔鑄精煉劑、覆蓋劑、打渣劑外銷。如此反復(fù)循環(huán)，通過雙層液電解回收鋁灰渣中的鋁、氧化鋁，并初步凈化電解液；通過三層液電解將普鋁電解成高純鋁，并進(jìn)一步凈化三層液電解液中的氧化鋁，最終利用凈化的電解液制備鋁合金熔煉用精煉劑、覆蓋劑、打渣劑。

采用本發(fā)明提出的聯(lián)體電解槽裝置與方法回收利用鋁灰渣的好處是：可以100%回收、利用鋁灰渣中的鋁、氧化鋁，并將鋁、氧化鋁制備成高附加值的高純鋁。該裝置采用雙層液-三層液電解槽的聯(lián)體結(jié)構(gòu)，雙層液電解槽的陰極與三層液電解槽的陽極采用一體結(jié)構(gòu)，雙層液電解槽的電解產(chǎn)品直接作為三層液電解槽的原料，與傳統(tǒng)三層液電解方法相比，極大地降低了高純鋁的生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。具有設(shè)備投資少、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、鋁灰渣處理效率高、產(chǎn)品附加值高的等優(yōu)點(diǎn)。

通過電解凈化的方法實(shí)現(xiàn)鋁灰渣中鹽類資源的再生利用，經(jīng)過冷卻、磨碎、篩分處理，可以作為鋁合金精煉用覆蓋劑、精煉劑、打渣劑再次使用，達(dá)到回收-凈化-循環(huán)利用鋁灰渣中鹽類資源的目的，實(shí)現(xiàn)了鋁灰渣廢渣資源的完全再生、循環(huán)、利用，本發(fā)明真正實(shí)現(xiàn)鋁灰渣資源利用的零排放。