專利名稱：一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽。
背景技術(shù)：
自1886年Hall和Herout的2個(gè)專利奠定了現(xiàn)代鋁工業(yè)的基礎(chǔ)以后，冰晶石_氧 化鋁熔鹽電解法一直是鋁工業(yè)唯一的煉鋁方法。現(xiàn)行Hall-Herout鋁電解槽的電解溫度通 常為940-960。C，綜合電能消耗為13. 5kw-15. OkW h/kg(Al)，電能效率低于50% ;并產(chǎn)生 大量溫室氣體(A、CFn，以及致癌物等，給環(huán)境造成極大的污染。巨大的能源消耗、資源消耗 和環(huán)境負(fù)荷等正嚴(yán)重制約著鋁電解工業(yè)的發(fā)展。節(jié)能、降耗及降低污染是鋁工業(yè)未來(lái)發(fā)展 的方向。 以惰性陽(yáng)極取代碳陽(yáng)極，不僅節(jié)約陽(yáng)極碳耗400kg-500kg/t *A1 (碳陽(yáng)極占鋁生產(chǎn) 成本的12% -15% )，同時(shí)還可以減少由當(dāng)量(A排放帶來(lái)的碳稅。采用惰性陽(yáng)極后，不但 不再有C02、 CO和CFn的排放而實(shí)現(xiàn)溫室氣體零排放，而且陽(yáng)極排放的是02， 02還可以作為 副產(chǎn)品，對(duì)于高排放的電解鋁行業(yè)來(lái)說(shuō)，采用惰性陽(yáng)極的鋁電解工藝具有非常重要的意義。 如果惰性陽(yáng)極與可潤(rùn)濕陰極聯(lián)合使用，可以減少能耗20%-30%以提高能量效率，同時(shí)通 過(guò)高效綠色鋁電解槽的設(shè)計(jì)可以大幅度增加單位占地面積的產(chǎn)能和減少電解槽的體積以 提高產(chǎn)能效率，從而顯著降低投資成本，進(jìn)而降低原鋁成本。 專利CN200810049240. 5、專利CN 89210028. 1和美國(guó)專利US6866768均公布了一 種水平電流鋁電解槽。但只是概念性的描述了槽結(jié)構(gòu)，沒(méi)有具體化，缺乏細(xì)節(jié)，在腐蝕性強(qiáng) 的氟化物熔體中難以實(shí)現(xiàn)。 專利CN200510011143. 3雖然提出了針對(duì)鉀冰晶石熔鹽體系的電解生產(chǎn)鋁的方法 和電解槽，也只是概念性的描述了槽結(jié)構(gòu)，沒(méi)有具體化，沒(méi)有提供具體的電極與導(dǎo)桿連接方 式；沒(méi)有在高溫氧氣環(huán)境中，保護(hù)導(dǎo)桿，防止氧化的具體方法，沒(méi)有涉及到具體的保溫措施； 專利CN200420060680. 8和專利CN200510011142. 9公布了一種帶陰極溝槽的鋁電解槽，但 只是針對(duì)傳統(tǒng)鋁電解工藝電解槽。 專利CN200610051288. 0公布了一種惰性電極鋁電解槽。它是將板狀金屬陶瓷惰 性陽(yáng)極以并聯(lián)方式與可潤(rùn)濕陰極連接，并以垂直平行方式配置的惰性電極電解槽，但并未 針對(duì)合金陽(yáng)極提出一種可行、有效的鋁電解槽。 以上專利所涉及到的電解槽，都是開(kāi)放式電解槽，沒(méi)有密封措施，不利于氧氣的收 集；沒(méi)有提供具體的電極與導(dǎo)桿連接方式；沒(méi)有在高溫氧氣環(huán)境中，保護(hù)導(dǎo)桿，防止氧化的 方法，沒(méi)有涉及到具體的保溫措施；帶溝槽陰極無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)鋁水平操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種利于氧氣的收集、能有效 防止導(dǎo)桿氧化、保溫效果好、實(shí)現(xiàn)無(wú)鋁水平操作的采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
—種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于鋁電解槽使用電解質(zhì)為
KF-NaF-AlF3體系，電解溫度為700-850°C，其結(jié)構(gòu)包括 槽殼一該槽殼為由鋼板制成的封閉殼體，上部居中開(kāi)有開(kāi)口 ； 槽體內(nèi)襯——該內(nèi)襯砌筑槽殼內(nèi)底面和側(cè)面上的耐火及保溫材料層；其上端內(nèi)側(cè)
腔為擴(kuò)徑的臺(tái)階狀； 坩堝——該坩堝位于槽體中部，外壁與槽體內(nèi)襯配合聯(lián)接； 坩堝保溫蓋——該保溫蓋為方形蓋或環(huán)形蓋，底端蓋于坩堝上沿和槽體內(nèi)襯的臺(tái) 階面上、上端與槽體內(nèi)襯等高齊平； 電解電極——該電極由惰性陽(yáng)極和陰極組成；陽(yáng)極材料為金屬合金，陰極為TiB2 復(fù)合陶瓷材料、表面有TiB2涂層的炭塊或其他硼化物復(fù)合陰極；陽(yáng)極和陰極上端均有螺紋 孔，用來(lái)連接導(dǎo)桿，電極組采用將惰性陽(yáng)極與陰極以并聯(lián)的方式垂直平行配置在鋁電解槽 內(nèi)；電極以陽(yáng)_陰_陽(yáng)-"或"_陰_陽(yáng)_陰-"的方式排列，極距為10mm 80mm， 一個(gè) 電解槽包含一列或數(shù)列電極組，每列電極組包含二個(gè)到數(shù)十個(gè)電極； 電極母線——該母線包括陽(yáng)極母線、陰極母線、陽(yáng)極支母線和陰極支母線；每個(gè)電 極組陽(yáng)極支母線和陰極支母線以"-陽(yáng)_陰_陽(yáng)-"或"-陰_陽(yáng)_陰的平行方式排列， 兩端固定在陽(yáng)極母線和陰極母線上，陽(yáng)極支母線與陰極母線固定端用聚四氟乙烯或其他絕 緣材料墊片絕緣，陽(yáng)極支母線與陰極母線固定端用聚四氟乙烯或其他絕緣材料墊片絕緣； 每個(gè)電極組采用兩端進(jìn)電方式由兩根陽(yáng)極母線和陰極母線構(gòu)成，分為兩層，一層為陽(yáng)極母 線，一層為陰極母線，陽(yáng)極支母線兩端分別固定在陽(yáng)極母線上，陰極支母線兩端分別固定在 陰極母線上； 電極導(dǎo)桿——該電極導(dǎo)桿是由不銹鋼、耐熱合金或耐蝕銅合金制成的圓桿，下端 有螺紋，下端螺紋旋進(jìn)連接于電極上方的螺紋孔中，上端有螺紋，上端插入陽(yáng)極支母線或陰 極支母線對(duì)應(yīng)的孔中，用螺帽和彈簧墊片固定，上端或采用卡具壓接、焊接等方法與支母線 連接；一個(gè)電極用一根或多根導(dǎo)桿與支母線連接，導(dǎo)桿外側(cè)可用剛玉管、碳化硅管或其他耐 蝕抗熱材料保護(hù)，防止高溫氧氣的氧化，保護(hù)管與導(dǎo)桿中的空隙用氧化鋁填充；或用中間有 通孔的方形保溫材料保護(hù)，防止氧化和隔熱。 保溫板——該保溫板由隔熱耐蝕陶瓷制成；保溫板的寬度和厚度與電極相同，在 垂直方向上有一排通孔，將電極導(dǎo)桿穿過(guò)通孔，保溫板放置于電極上方； 極距隔板——該極距隔板由隔熱耐蝕陶瓷制成；極距隔板寬度與電極相同，厚度 與極距相同，懸掛于密封板下方，置于電極中間，與保溫板緊密排列以確定極距，并起到固 定電極和保溫隔熱作用； 密封板——該密封板為鋼板，搭接在陽(yáng)極支母線與陰極支母線之間，以極距隔板 的重力或卡具使之壓接在陽(yáng)極支母線與陰極支母線上，密封板與支母線之間用密封墊壓 接，密封墊是高溫橡膠、無(wú)機(jī)膠或無(wú)機(jī)氈，起到密封和絕緣作用。 本發(fā)明的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于在坩堝底部、陰極 投影下方有匯鋁槽；坩堝底部的一端有儲(chǔ)鋁池，匯鋁槽和儲(chǔ)鋁池由導(dǎo)流溝連接，電解生產(chǎn)的 鋁液經(jīng)匯鋁槽，通過(guò)導(dǎo)流溝，最后流入儲(chǔ)鋁池。 本發(fā)明的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于槽殼蓋板開(kāi)有下料 孔上設(shè)有打殼下料管、下端設(shè)有打殼隔熱防輻射板。
本發(fā)明的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，與傳統(tǒng)鋁電解工藝相比綠色環(huán) 保，排放物為02，沒(méi)有C02和PFCs (全氟化碳)排放；電極幾乎不消耗，年腐蝕率低，極距穩(wěn) 定，避免了更換陽(yáng)極對(duì)電流分布和熱平衡的干擾，易于控制；保溫效果好，提高電解槽的熱 效率，降低熱損失；無(wú)需附加的炭素加工廠，降低陽(yáng)極成本；降低了陽(yáng)極更換頻率，減少操 作人力；提高產(chǎn)品金屬質(zhì)量，采用惰性電極后，原鋁產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到99. 7%以上；增加電解槽 空間利用率，增加電解槽單位體積產(chǎn)能和單位占地面積產(chǎn)能；不擔(dān)心漏槽，電解槽壽命長(zhǎng)； 電解槽可以完全密閉，杜絕粉塵和氟化物揮發(fā)逸出，有利于氧氣收集；槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更加靈 活。


圖1為本發(fā)明的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽結(jié)構(gòu)正面剖視圖；
圖2為本發(fā)明的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽結(jié)構(gòu)側(cè)面剖視圖；
圖3為惰性陽(yáng)極裝配圖；
圖4為惰性陽(yáng)極側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
—種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，使用電解質(zhì)為KF-NaF_AlF3體系，電解 溫度為700-85(TC，其結(jié)構(gòu)包括槽殼l，耐火及保溫材料層2，坩堝3，保溫蓋4，陽(yáng)極母線5， 陰極母線6，陽(yáng)極導(dǎo)桿7，陰極導(dǎo)桿8，陽(yáng)極支母線9，陰極支母線IO，惰性陽(yáng)極ll，硼化物復(fù) 合陰極12，保溫隔熱板13，極距隔板14，下料區(qū)保溫隔熱板15，密封板16，陰極導(dǎo)桿保護(hù)管 17，打殼氣缸18，打殼隔熱防輻射板19，打殼錘頭20，下料槽21。 本發(fā)明的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，熔池部分由槽殼1和耐火及保 溫材料2，耐蝕內(nèi)襯坩堝3和保溫蓋4組成。鋼殼1是由鋼板制成的封閉殼體，上部開(kāi)有 電極口和下料口。耐蝕內(nèi)襯坩堝3是由異型耐蝕內(nèi)襯材料塊或磚拼接構(gòu)成，在陰極投影下 方有匯鋁槽，耐蝕內(nèi)襯坩堝3的一端有儲(chǔ)鋁池，匯鋁槽和儲(chǔ)鋁池由導(dǎo)流溝連接，電解生產(chǎn)的 鋁液經(jīng)匯鋁槽，通過(guò)導(dǎo)流溝，最后流入儲(chǔ)鋁池，該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無(wú)鋁水平操作或低鋁水平操 作。耐火及保溫材料2砌筑在槽殼1與耐蝕內(nèi)襯坩堝3之間。保溫蓋4由隔熱耐蝕氧化鋁 陶瓷、高氧化鋁水泥或耐蝕氮化物、碳化物材料等制成，蓋在耐蝕內(nèi)襯坩堝3上，起保溫隔 熱作用。 陽(yáng)極11是由合金制成，其組成包括銅、鈷、鎳、鐵、鋁、稀土金屬、活性金屬、貴金屬 等。陰極12為TiB2復(fù)合陶瓷材料、表面有TiB2涂層的炭塊或其他硼化物復(fù)合陰極。電極組 采用將惰性陽(yáng)極11與陰極12以并聯(lián)的方式垂直平行配置在鋁電解槽內(nèi)，電極極距為30mm。 電極排列以"-陽(yáng)_陰_陽(yáng)-"的方式排列， 一個(gè)電極組包括7個(gè)電極(4塊陽(yáng)極，3塊陰極)， 該電解槽包括2列電極組。 陽(yáng)極支母線9和陰極支母線10以"-陽(yáng)_陰_陽(yáng)-"的平行方式排列，兩端固定在 陽(yáng)極母線5和陰極母線6上，電極組采用一端進(jìn)電方式。陽(yáng)極支母線9與陰極母線6之間、 陰極支母線10與陽(yáng)極母線5之間均用聚四氟乙烯墊片絕緣。 陽(yáng)極導(dǎo)桿7和陰極導(dǎo)桿8，是由不銹鋼、耐熱合金或耐蝕銅合金制成的圓桿，下端 有螺紋，下端螺紋旋進(jìn)連接于電極上方的螺紋孔中，上端也可有螺紋，上端插入陽(yáng)極支母9線或陰極支母線10對(duì)應(yīng)的孔中，用螺帽和彈簧墊片固定，上端也可采用卡具壓接、焊接等 方法與支母線連接。陽(yáng)極11用4根導(dǎo)桿與支母線連接，陰極12用8根導(dǎo)桿與支母線連接。 陰極導(dǎo)桿外側(cè)用剛玉管保護(hù)。 保溫板13和極距隔板14由隔熱耐蝕陶瓷材料制成。保溫板的寬度、厚度與電極 相同，在垂直方向上有一排通孔，將電極導(dǎo)桿穿過(guò)通孔，保溫板13可放置于電極上方。極距 隔板14寬度等于電極的寬度，厚度為30mm，懸掛于密封板16下方，置于電極中間，與保溫板 13緊密排列以確定極距，并起到固定電極和密封保溫作用。密封板16用鋼板制成，搭接在 陽(yáng)極支母線與陰極支母線之間，以極距隔板14的重力使之壓接在陽(yáng)極支母線與陰極支母 線上，密封板與支母線之間用耐高溫橡膠或無(wú)機(jī)膠、無(wú)機(jī)氈等墊片壓接，起到密封和絕緣作 用。 打殼下料部分由打殼氣缸18，打殼隔熱防輻射板19，打殼錘頭20，下料槽21等組 成，下料方式采用線式下料，下料口的位置在電解槽的中部。打殼隔熱防輻射板起到隔熱和 防輻射作用，防止熱量的損失和防止熱輻射使打殼氣缸過(guò)熱。
權(quán)利要求
一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于鋁電解槽使用電解質(zhì)為KF-NaF-AlF3體系，電解溫度為700-850℃，其結(jié)構(gòu)包括槽殼——該槽殼為由鋼板制成的封閉殼體，上部居中開(kāi)有開(kāi)口；槽體內(nèi)襯——該內(nèi)襯砌筑槽殼內(nèi)底面和側(cè)面上的耐火及保溫材料層；其上端內(nèi)側(cè)腔為擴(kuò)徑的臺(tái)階狀；坩堝——該坩堝位于槽體中部，外壁與槽體內(nèi)襯配合聯(lián)接；坩堝保溫蓋——該保溫蓋為方形蓋或環(huán)形蓋，底端蓋于坩堝上沿和槽體內(nèi)襯的臺(tái)階面上、上端與槽體內(nèi)襯等高齊平，由隔熱耐蝕氧化鋁陶瓷、高氧化鋁水泥或耐蝕氮化物、碳化物材料制成；電解電極——該電極電極由惰性陽(yáng)極和陰極組成，陽(yáng)極和陰極上端均有螺紋孔，用來(lái)連接導(dǎo)桿，電極組采用將惰性陽(yáng)極與陰極以并聯(lián)的方式垂直平行配置在鋁電解槽內(nèi)；電極以“-陽(yáng)-陰-陽(yáng)-”或“-陰-陽(yáng)-陰-”的方式排列，極距為10mm～80mm，一個(gè)電解槽包含一列或數(shù)列電極組，每列電極組包含二個(gè)到數(shù)十個(gè)電極；電極母線——該母線包括陽(yáng)極母線、陰極母線、陽(yáng)極支母線和陰極支母線；每個(gè)電極組陽(yáng)極支母線和陰極支母線以“-陽(yáng)-陰-陽(yáng)-”或“-陰-陽(yáng)-陰-”的平行方式排列，兩端固定在陽(yáng)極母線和陰極母線上，陽(yáng)極支母線與陰極母線固定端用聚四氟乙烯或其他絕緣材料墊片絕緣，陽(yáng)極支母線與陰極母線固定端用聚四氟乙烯或其他絕緣材料墊片絕緣；每個(gè)電極組采用兩端進(jìn)電方式由兩根陽(yáng)極母線和陰極母線構(gòu)成，分為兩層，一層為陽(yáng)極母線，一層為陰極母線，陽(yáng)極支母線兩端分別固定在陽(yáng)極母線上，陰極支母線兩端分別固定在陰極母線上；電極導(dǎo)桿——該電極導(dǎo)桿是由不銹鋼、耐熱合金或耐蝕銅合金制成的圓桿，下端有螺紋，下端螺紋旋進(jìn)連接于電極上方的螺紋孔中，上端有螺紋，上端插入陽(yáng)極支母線或陰極支母線對(duì)應(yīng)的孔中，用螺帽和彈簧墊片固定，上端或采用卡具壓接、焊接等方法與支母線連接；一個(gè)電極用一根或多根導(dǎo)桿與支母線連接，導(dǎo)桿外側(cè)可用剛玉管、碳化硅管或其他耐蝕抗熱材料保護(hù)，防止高溫氧氣的氧化，保護(hù)管與導(dǎo)桿中的空隙用氧化鋁填充；或用中間有通孔的方形保溫材料保護(hù)，防止氧化和隔熱。保溫板——該保溫板由隔熱耐蝕陶瓷制成；保溫板的寬度和厚度與電極相同，在垂直方向上有一排通孔，將電極導(dǎo)桿穿過(guò)通孔，保溫板放置于電極上方；極距隔板——該極距隔板由隔熱耐蝕陶瓷制成；極距隔板寬度與電極相同，厚度與極距相同，懸掛于密封板下方，置于電極中間，與保溫板緊密排列以確定極距，并起到固定電極和保溫隔熱作用；密封板——該密封板為鋼板，搭接在陽(yáng)極支母線與陰極支母線之間，以極距隔板的重力或卡具使之壓接在陽(yáng)極支母線與陰極支母線上，密封板與支母線之間用密封墊壓接，密封墊是高溫橡膠、無(wú)機(jī)膠或無(wú)機(jī)氈，起到密封和絕緣作用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于在坩堝底部、陰極投影下方有匯鋁槽；坩堝底部的一端有儲(chǔ)鋁池，匯鋁槽和儲(chǔ)鋁池由導(dǎo)流溝連接，電解生產(chǎn)的鋁液經(jīng)匯鋁槽，通過(guò)導(dǎo)流溝，最后流入儲(chǔ)鋁池。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于槽殼蓋板開(kāi)有下料孔上設(shè)有打殼下料管、下端設(shè)有打殼隔熱防輻射板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用惰性陽(yáng)極生產(chǎn)原鋁的鋁電解槽，其特征在于鋁電解槽使用電解質(zhì)為KF-NaF-AlF3體系，電解溫度為700--850℃，其結(jié)構(gòu)包括槽殼，耐火保溫內(nèi)襯層、坩堝、保溫蓋、惰性電極、電極導(dǎo)桿、陽(yáng)極母線、陰極母線、陽(yáng)極支母線、保溫板、極距隔板、下料裝置。本發(fā)明電解槽鋁產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到99.7％以上；沒(méi)有CO2和PFCs排放；電極幾乎不消耗，極距穩(wěn)定；槽體封閉，杜絕粉塵和氟化物揮發(fā)逸出，利于氧氣回收；保溫效果好，提高電解槽的熱效率，降低熱損失；增加電解槽空間利用率，增加電解槽單位體積或單位占地面積產(chǎn)能；不擔(dān)心漏槽，電解槽壽命長(zhǎng)；槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更加靈活。
文檔編號(hào)C25C3/08GK101709485SQ20091024338
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者曹鵬, 李旺興, 楊建紅 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司