專利名稱：一種在3.5v槽電壓下電解鋁的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解鋁的工藝方法，具體為一種在3.5V槽電壓下電解鋁的工藝 方法。
背景技術(shù)：
電解鋁的生產(chǎn)通常是在如圖1所示的電解槽內(nèi)進(jìn)行，傳統(tǒng)的工藝方法是將固體 氧化鋁溶解在950°C左右的熔融電解質(zhì)內(nèi)，從陽(yáng)極通入直流電流，電流穿過(guò)液體電解質(zhì) 和陰極鋁液到陰極炭塊，再?gòu)年帢O鋼棒導(dǎo)出到下一個(gè)電解槽的陽(yáng)極，當(dāng)電流穿過(guò)液體電 解質(zhì)層時(shí)，與溶解在電解質(zhì)中的氧化鋁離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。一方面在陽(yáng)極表面產(chǎn)生二 氧化碳?xì)怏w，另一方面在陰極鋁液表面產(chǎn)生液體鋁，從而完成鋁的生產(chǎn)，其化學(xué)反應(yīng)式 為
2 AL2O3 (溶)+3C (固)=4AL (液)+3C02 (氣)
但是，由于普通電解槽的陰極上表面是一個(gè)完整的平面，鋁電解槽周圍環(huán)繞著均通 上直流電流的鋁母線，直流電流產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，使得電解槽內(nèi)的液體鋁在強(qiáng)大磁場(chǎng)中 受磁場(chǎng)力的推動(dòng)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，從而在鋁液表面形成起伏不定的鋁液波動(dòng)層11，其 波浪的高度范圍在1.5 2.0cm ；同時(shí)，由于目前國(guó)內(nèi)大型預(yù)焙鋁電解槽所用的陽(yáng)極尺寸一 般為1500X660X560cm (長(zhǎng)X寬X高)，陽(yáng)極產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w須從其底部中心朝 兩邊移動(dòng)，直到到達(dá)陽(yáng)極邊沿才能排出，由于受液體電解質(zhì)的流體力學(xué)性質(zhì)的影響，二 氧化碳?xì)怏w必須由小氣泡長(zhǎng)大成一定尺寸的大氣泡，抵消液體電解質(zhì)的流體力影響后才 能排出，所以，在陽(yáng)極底部的小氣泡會(huì)形成約2cm厚的氣泡層9。在陰極上表面形成的鋁液波動(dòng)層11和在陽(yáng)極底面形成的氣泡層9在電解過(guò)程中 很容易發(fā)生接觸，這會(huì)使高溫液態(tài)鋁發(fā)生嚴(yán)重的二次氧化反應(yīng)，并降低電解電流效率， 所以在生產(chǎn)中陽(yáng)極底部氣泡層下沿至鋁液波峰之間通常需要留出約Icm厚度的電解質(zhì)隔 層10 (如圖1所示)，這樣導(dǎo)致普通電解槽內(nèi)的陽(yáng)極極距增大，達(dá)到4.0 4.5cm，使槽電 壓達(dá)到3.95 4.05V，有些電解槽電壓甚至超過(guò)4.10V，這使得生產(chǎn)電解鋁的能耗太大(其 直流電耗為13000KWh/TAl左右)。ZL200710010523.4中國(guó)專利公開(kāi)了 “一種異形陰極碳?jí)K結(jié)構(gòu)鋁電解槽”，它是 使每一塊普通陰極變成有一定高度的凸梁陰極，將普通平底電解槽變成了有若干個(gè)凸梁 的異型陰極槽，通過(guò)該槽中的陰極凸梁可阻擋鋁液在磁場(chǎng)作用下的旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)。但是， 這種單一的陰極凸梁只能消弱鋁液形成的波浪，無(wú)法消減陽(yáng)極底部的氣泡層和中間的電 解質(zhì)隔層，雖然可以降低電解槽電壓，但最多只能降低到3.70V。又如本申請(qǐng)人之前申請(qǐng) 的ZL201020055459.9中國(guó)專利公開(kāi)的“鋁電解用穿孔陽(yáng)極”，采用了在陽(yáng)極炭塊上穿孔 的結(jié)構(gòu)來(lái)快速的排出陽(yáng)極底部的二氧化碳?xì)馀?，但這種結(jié)構(gòu)主要目的在于及時(shí)排氣，在 普通槽上單獨(dú)使用該技術(shù)，最多也只能將槽電壓降到3.75V，特別是中間的電解質(zhì)隔層始 終要控制在Icm的厚度才能避免二次氧化加劇。因此，如何克服電解槽中陽(yáng)極極距過(guò)大的缺陷以及進(jìn)一步降低能耗成為了目前電解鋁的難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于解決電解鋁過(guò)程中由于陽(yáng)極 極距大導(dǎo)致電解槽電壓高，使得電解過(guò)程的能耗太大的問(wèn)題，而提供一種能在3.5V槽電 壓下電解鋁的工藝方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種在3.5V槽電壓下電解鋁的工藝方法，包括 如下步驟
1)在電解槽內(nèi)的底部安裝陰極，所述陰極的上表面設(shè)有至少一個(gè)凸起的陰極凸梁， 陰極凸梁的寬度為15 25cm，高為10 15cm ；
2)在電解槽的上部安裝陽(yáng)極，所述陽(yáng)極為設(shè)有8 13個(gè)導(dǎo)氣孔的陽(yáng)極炭塊，所述導(dǎo) 氣孔設(shè)置在豎直方向上且為上大下小的錐形孔；
3)在電解槽內(nèi)注入950°C的熔融電解質(zhì)，并使陰極和陽(yáng)極均與電解質(zhì)溶液接觸；
4)將固體氧化鋁溶解在熔融的電解質(zhì)內(nèi)，并從陽(yáng)極通入直流電流；
5)通過(guò)真空抬包從電解槽內(nèi)抽出鋁液，經(jīng)凈化、澆鑄后得到金屬鋁。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明電解鋁的工藝方法解決了電解時(shí)陽(yáng)極和陰極之間極距太大的問(wèn)題，通過(guò)在 電解時(shí)同時(shí)采用穿孔結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極和凸梁結(jié)構(gòu)的陰極，使得陽(yáng)極底部的二氧化碳?xì)馀輰雍?陰極上表面的鋁液波動(dòng)層厚度均減小，進(jìn)而使得位于氣泡層和鋁液波動(dòng)層之間的電解質(zhì) 隔層只需原來(lái)的一半(即0.5cm)就可以達(dá)到避免二次氧化反應(yīng)加劇的目的；并且由于電 解質(zhì)隔層以及氣泡層和鋁液波動(dòng)層的厚度均減小后，使得陽(yáng)極與陰極之間的極距也大為 減小，從普通電解槽的極距4.0 4.5cm減小為2.0 2.5cm，進(jìn)而使得電解槽電壓由原來(lái)的 4V左右降低到3.3 3.60V，完全能夠?qū)崿F(xiàn)在3.50V槽電壓下電解鋁，可使電解鋁每噸電耗 指標(biāo)在單獨(dú)采用穿孔陽(yáng)極結(jié)構(gòu)或單獨(dú)采用凸梁陰極的基礎(chǔ)上再降低lOOOkwh。


圖1為現(xiàn)有工藝方法中使用的鋁電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的工藝方法所采用的電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1 一槽殼，2—耐火保溫層，3 —陰極，4一陽(yáng)極，5—導(dǎo)氣孔，6 —陰極鋼 棒，7—電解質(zhì)接殼，8—液態(tài)電解質(zhì)，9一氣泡層，10 —電解質(zhì)隔層，11一鋁液波動(dòng)層， 12—陰極凸梁。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖2所示，一種在3.5V槽電壓下電解鋁的工藝方法，其步驟如下
1)在電解槽內(nèi)的底部安裝陰極3，所述陰極3的上表面設(shè)有至少一個(gè)凸起的陰極凸梁12，陰極凸梁12的寬度為15cm、18cm、20cm或25cm，高為10cm、12cm、13cm或 15cm ；
2)在電解槽的上部安裝陽(yáng)極4，所述陽(yáng)極4為設(shè)有8 13個(gè)導(dǎo)氣孔的陽(yáng)極炭塊，最優(yōu) 為12個(gè)，所述導(dǎo)氣孔5設(shè)置在豎直方向上且為上大下小的錐形孔；
3)在電解槽內(nèi)注入950°C的熔融電解質(zhì)，并使陰極3和陽(yáng)極4均與電解質(zhì)溶液接
觸；
4)將固體氧化鋁溶解在熔融的電解質(zhì)內(nèi)，并從陽(yáng)極通入直流電流；
5)通過(guò)真空抬包從電解槽內(nèi)抽出鋁液，經(jīng)凈化、澆鑄后得到金屬鋁。所述電解槽包括鋼質(zhì)的槽殼1、設(shè)置于槽殼1底部的耐火保溫層2、陰極3和 陽(yáng)極4;陰極3安裝在槽殼1底部的保溫層上，在陰極的底部還設(shè)有用于安裝陰極鋼棒 6的凹槽，陰極鋼棒6安裝在陰極炭塊上并兩端伸出槽殼1外；所述陰極凸梁12可以 抑制電解時(shí)在陰極上表面鋁液由于電流磁力所產(chǎn)生的波浪過(guò)大，使鋁液波動(dòng)層的厚度從 15 20mm減小到5 7mm，這樣就可以減少陰、陽(yáng)極極距。參見(jiàn)圖2，所述陽(yáng)極4上導(dǎo)氣 孔5的主要目的在于將陽(yáng)極底部二氧化碳?xì)馀菖懦?，而為加快排氣速度，可以將所述?dǎo) 氣孔設(shè)置為上大下小的錐形孔。在設(shè)置導(dǎo)氣孔時(shí)，通常將其均勻分布在陽(yáng)極上鋼爪的兩 側(cè)，如在鋼爪兩側(cè)各設(shè)置4個(gè)導(dǎo)氣孔。通過(guò)設(shè)置導(dǎo)氣孔，可以快速將陽(yáng)極底部的氣泡排 出，防止小氣泡聚集形成氣泡層，這樣就可以使陽(yáng)極底部氣泡層的厚度從20mm左右減 小到10 12mm的范圍；當(dāng)氣泡層厚度減小后，在電解槽內(nèi)鋁液與二氧化碳?xì)馀莅l(fā)生二次 氧化反應(yīng)的程度將進(jìn)一步減小。本發(fā)明中，由于同時(shí)采用了穿孔的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和異形的陰極結(jié)構(gòu)，使得陽(yáng)極底部 的氣泡層和陰極上表面的鋁液波動(dòng)層厚度均明顯減小，這樣不僅減小了電解槽內(nèi)陰、陽(yáng) 極的極距和槽電壓，而且也正是由于氣泡層和鋁液波動(dòng)層厚度均被減小后，電解槽內(nèi) 發(fā)生二次氧化的程度大為降低，因此位于氣泡層和鋁液層之間起隔離作用的電解質(zhì)隔 層的作用也相應(yīng)的降低，進(jìn)而可以將電解質(zhì)隔層的厚度從原來(lái)的IOmm減小到5mm， 這樣使得陰、陽(yáng)極之間的極距進(jìn)一步被縮小，改進(jìn)后極距可以從原來(lái)的40 45mm降低 到20 25mm的水平，并使得槽電壓也被降低到了 3.30 3.60V的范圍，完全能夠?qū)崿F(xiàn)在 3.50V槽電壓下電解鋁，從而使得電解時(shí)比單獨(dú)使用異型或單獨(dú)使用穿孔陽(yáng)極的能耗可再 降低lOOOkwh/t-Al，節(jié)約了大量電能，降低了生產(chǎn)成本。為了保證電解槽的熱平衡，還必須對(duì)電解槽全面保溫，即在電解槽的底部采用 優(yōu)質(zhì)的保溫材料，并且在電解槽的槽殼側(cè)面還設(shè)置保溫層，并將陽(yáng)極上部氧化鋁保溫料 的厚度增加2 3cm，同時(shí)還可在槽殼外部貼附保溫棉等。需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案， 盡管申請(qǐng)人參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 那些對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種在3.5V槽電壓下電解鋁的工藝方法，其特征在于，步驟如下1)在電解槽內(nèi)的底部安裝陰極(3)，所述陰極(3)的上表面設(shè)有至少一個(gè)凸起 的陰極凸梁(12)，陰極凸梁(12)的寬度為15 25cm，高為10 15cm ；2)在電解槽的上部安裝陽(yáng)極(4)，所述陽(yáng)極(4)為設(shè)有8 13個(gè)導(dǎo)氣孔的陽(yáng)極炭 塊，所述導(dǎo)氣孔(5)設(shè)置在豎直方向上且為上大下小的錐形孔；3)在電解槽內(nèi)注入950°C的熔融電解質(zhì)，并使陰極(3)和陽(yáng)極(4)均與電解質(zhì)溶 液接觸；4)將固體氧化鋁溶解在熔融的電解質(zhì)內(nèi)，并從陽(yáng)極通入直流電流；5)通過(guò)真空抬包從電解槽內(nèi)抽出鋁液，經(jīng)凈化、澆鑄后得到金屬鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，在電解槽槽殼的內(nèi)側(cè)面上還設(shè)有保溫層ο
全文摘要
本發(fā)明提供一種在3.5V槽電壓下電解鋁的工藝方法，包括如下步驟1)在電解槽底部安裝設(shè)有至少一個(gè)凸起的陰極凸梁的陰極，陰極凸梁的寬度為15~25cm，高為10~15cm；2)在電解槽的上部安裝設(shè)有8~13個(gè)導(dǎo)氣孔的陽(yáng)極，所述導(dǎo)氣孔設(shè)置在豎直方向上且為上大下小的錐形孔；3)在電解槽內(nèi)注入950℃的熔融電解質(zhì)，使陰極和陽(yáng)極均與電解質(zhì)溶液接觸；4)將固體氧化鋁溶解在熔融的電解質(zhì)內(nèi)，并從陽(yáng)極通入直流電流；5)通過(guò)真空抬包從電解槽內(nèi)抽出鋁液，經(jīng)凈化、澆鑄后得到金屬鋁。本發(fā)明的工藝方法解決了電解槽內(nèi)電解質(zhì)隔層厚度太大的問(wèn)題，使得槽電壓降低到3.3~3.60V，可使電解鋁每噸電耗指標(biāo)降低1000kwh。
文檔編號(hào)C25C3/06GK102011146SQ201010617868
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者汪航, 田應(yīng)甫 申請(qǐng)人:重慶天泰鋁業(yè)有限公司