專利名稱：鋁電解用新型組合石墨化異型陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用熔鹽電解法制取金屬鋁的鋁 電解異型陰極。
背景技術(shù)：
鋁是以氧化鋁熔鹽電解法制造的，其基本原理熔融的Al2O3在陽(yáng)極/陰極間直 流的作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)使A1/0分離，ΑΓ不斷地在陰極獲得電子形成Al液滴并聚 積成大量鋁液，而O2—不斷地在陽(yáng)極失去電子并與C反應(yīng)生成大量CO2,其化學(xué)反應(yīng)方程 式為2A1203+3C = 4A1+3C02，該反應(yīng)過程中需要消耗大量電能。鋁電解直流電耗遵循如 下公式直流電耗=2980X V/μ (V表示槽電壓，因“極距”變化而變化、μ表示電流 效應(yīng)，現(xiàn)代電解槽為0.93-0.95)。實(shí)踐表明，陽(yáng)極與鋁液面之間的距離(簡(jiǎn)稱“極距”) 對(duì)電解鋁電耗的影響極大，在使用現(xiàn)有平面型普通陰極的情況下，熔鹽電解法生產(chǎn)金屬 鋁的直流電耗在13500 13800kWh/tAl之間。因鋁電解槽受加料、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、陽(yáng)極 更換、陽(yáng)極氣體逸出等因素影響，槽內(nèi)鋁液面會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)而形成“湍流”，一方面“湍 流”可對(duì)電解液起“攪拌”作用而減少電解質(zhì)沉淀有利于生產(chǎn)；另一方面“湍流”引起 液面波動(dòng)造成“極距”增大而使電耗升高，同時(shí)“湍流”易磨損陰極降低陰極壽命。在 鋁電解用異型陰極的研究和發(fā)明方面，我們檢索到如下國(guó)內(nèi)外公開文獻(xiàn)1.中國(guó)專利，名稱一種異形陰極碳?jí)K結(jié)構(gòu)鋁電解槽，申請(qǐng)(專利)號(hào) 200710010523.4 申請(qǐng)日2007.3.2.，分類號(hào)C25C3/08 (2006.1)申請(qǐng)(專利權(quán))人馮乃 樣，摘要該異形陰極碳?jí)K結(jié)構(gòu)鋁電解槽，包括槽殼、設(shè)置在底部的耐火保溫材料、陽(yáng) 極和陰極，陰極碳?jí)K為異形結(jié)構(gòu)，即在陰極碳?jí)K的表面形成若干凸起，該發(fā)明的陰極結(jié) 構(gòu)鋁電解槽可以減緩電解槽內(nèi)陰極鋁液的流動(dòng)速度和降低鋁液的波動(dòng)高度，從而達(dá)到提 高鋁電解槽的金屬鋁液面的穩(wěn)定性，減少鋁的溶解損失，提高電流效率和減少極距，降 低鋁電解生產(chǎn)電能消耗，以及在陰極底部凸起的墻體之間能形成粘稠冰晶石熔體氧化鋁 的混合物或沉淀物，阻止陰極鋁液通過槽底裂紋和縫隙流入槽底，熔化鋼棒，達(dá)到延長(zhǎng) 電解槽壽命的目的。該發(fā)明的凸起的異形結(jié)構(gòu)陰極碳?jí)K是與主體塊連成一體，異形明極 碳?jí)K結(jié)構(gòu)的材料同傳統(tǒng)的電解槽的陰極碳?jí)K一樣，它可以是由無煙煤作成的異形陰極碳 塊，也可以是由人造石墨碎或無煙煤和人造石墨碎的混和料作成的異形陰極碳?jí)K，還可 以是石墨化或半石墨化的異形陰極碳?jí)K。該發(fā)明雖然對(duì)鋁電解的陰極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)， 便于生產(chǎn)與操作，取得了一定的積極效果，但還是存在如下不足a)凸起部分與本體屬同質(zhì)材料，而凸起部分受鋁液“湍流”沖刷大，故壽命遠(yuǎn) 低于本體部分，隨著凸起部分的損耗，節(jié)電效果下降明顯。b)表面凸起成型時(shí)得將生坯制成凸起結(jié)構(gòu)，其現(xiàn)有成型設(shè)備、模具、焙燒爐裝 爐等不適應(yīng)，必須對(duì)原有的生產(chǎn)設(shè)備投入巨資進(jìn)行技改方能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。即使技改后， 陰極表面凸起部分容易造成裂紋廢品。c)未實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極結(jié)合部位的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。[0007]d)在陰極底部凸起的墻體之間能形成粘稠冰晶石熔體氧化鋁的混合物或沉淀物有利于延長(zhǎng)槽壽命是一種誤導(dǎo)，這只會(huì)增大槽底電阻率，增加不必要的電耗。2.中國(guó)專利，名稱一種能減緩陰極凸起磨蝕的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽申請(qǐng) (專利)號(hào)CN2OO9IOM888Il分類號(hào)C25CVO8 (2OO6.01) I申請(qǐng)(專利權(quán))人馮乃 祥地址110004遼寧省沈陽(yáng)市和平區(qū)南湖望湖北路七巷2號(hào)11-3摘要一種能減緩陰極 凸起磨蝕的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽，在每個(gè)陰極碳?jí)K上沿長(zhǎng)度方向的邊部加工有凸起結(jié) 構(gòu)，稱為長(zhǎng)度方向凸起；或在陰極碳?jí)K上部加工與陰極碳?jí)K的長(zhǎng)度方向相垂直的凸起， 稱為寬度方向凸起；或在陰極碳?jí)K上邊部同時(shí)加工長(zhǎng)度方向凸起和寬度方向凸起。陰 極碳?jí)K凸起的中間鑲嵌有一層耐火材料墻板，陰極碳?jí)K凸起與耐火材料墻板構(gòu)成整體凸 起，整體凸起具有減緩鋁液流速、減少鋁液波動(dòng)、提高電解槽鋁液面穩(wěn)定性的作用，在 陰極碳?jí)K凸起被磨蝕后，由于耐火材料墻板比碳的電化學(xué)磨蝕性小，耐火材料墻板能繼 續(xù)起到減緩鋁液流速的作用。主權(quán)項(xiàng)一種能減緩陰極凸起磨蝕的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解 槽，其特征在于在每個(gè)陰極碳?jí)K上沿長(zhǎng)度方向的邊部加工有凸起結(jié)構(gòu)，稱為長(zhǎng)度方向凸 起；或在陰極碳?jí)K上部加工與陰極碳?jí)K的長(zhǎng)度方向相垂直的凸起，稱為寬度方向凸起； 或在陰極碳?jí)K上邊部同時(shí)加工長(zhǎng)度方向凸起和寬度方向凸起；三種結(jié)構(gòu)形式如下(1) 在每個(gè)陰極碳?jí)K上沿長(zhǎng)度方向的邊部加工有長(zhǎng)度方向凸起長(zhǎng)度方向凸起的高度為10 18cm,寬度為5 15cm，位于每個(gè)陰極碳?jí)K沿長(zhǎng)度方向的邊部，且該長(zhǎng)度方向凸起的外 側(cè)表面與陰極碳?jí)K邊緣的水平距離為1 3cm，兩個(gè)相鄰陰極碳?jí)K的中縫用碳素?fù)v固糊 搗固連接，搗固糊的高度與陰極碳?jí)K的高度相等，在兩個(gè)相鄰陰極碳?jí)K搗固糊的上表面 安放一條耐火材料墻板，在每?jī)蓚€(gè)相鄰陰極碳?jí)K之間，耐火材料墻板與相鄰兩個(gè)陰極碳 塊邊部的長(zhǎng)度方向凸起構(gòu)成一個(gè)整體長(zhǎng)度方向凸起；(2)在陰極碳?jí)K上部同時(shí)加工長(zhǎng)度 方向凸起和寬度方向凸起寬度方向凸起位于上述的兩個(gè)整體長(zhǎng)度方向凸起之間，寬度方 向凸起與陰極碳?jí)K為一個(gè)整體，在每個(gè)陰極碳?jí)K上，寬度方向凸起與其相鄰的整體長(zhǎng)度 方向凸起之間的距離為5 IOcm ； (3)在陰極碳?jí)K上部加工寬度方向凸起每個(gè)陰極碳?jí)K 上，每?jī)蓚€(gè)寬度方向凸起之間的距離為20 40cm，寬度方向凸起的高度為10 18cm， 寬度為18 30cm，長(zhǎng)度與陰極碳?jí)K的寬度相一致或小于陰極碳?jí)K的寬度2 6cm。該發(fā)明除了與文獻(xiàn)1存在的相同的技術(shù)問題外，還存在由于采用耐火材料——為 非導(dǎo)電材料，必將導(dǎo)至槽電阻率提高，增加電耗，與節(jié)能的目標(biāo)相背離。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述存在問題，提供一種能利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)， 生產(chǎn)成本低，阻流塊壽命長(zhǎng)(與電解槽同壽命)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)陰極主體塊結(jié)合部位的 薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，解決鋁電解液易從兩個(gè)陰極主體塊結(jié)合部位漏槽的技術(shù)問題的 鋁電解用組合式異型陰極。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，包括主體塊和石墨化陰極阻流塊，主 體塊縱向邊緣對(duì)稱設(shè)有兩組凹槽，不同于主體塊材質(zhì)的石墨化陰極阻流塊跨越兩個(gè)主體 塊之間的連接縫，鑲嵌在兩個(gè)凹槽組合成的凹槽內(nèi)，并用糊料將石墨化陰極阻流塊(3) 搗固在主體塊(1)上，即兩塊陰極主體塊接合縫上“跨極鑲嵌”阻流塊。主體塊、阻流塊的外形尺寸、鑲嵌組合方式及機(jī)加工要求可依據(jù)電解槽大小及變壓器裝機(jī)容量而定。以上所述的鋁電 解用新型組合石墨化異型陰極，其主體塊為普通鋁電解用炭塊 材質(zhì)，阻流塊為鋁電解用石墨化材質(zhì)。以上所述的石墨化陰極阻流塊與主體塊的橫向外側(cè)邊緣的距離為300 380mm,以使鋁電解槽陽(yáng)極作業(yè)或維修時(shí)不會(huì)碰壞或撞松阻流塊，兩塊石墨化陰極阻流 塊之間的間距為300 350mm，便于電解槽加料作業(yè)。以上所述的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，主體塊之間的連接縫是用糊料 搗固。以上所述的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，其凹槽的深度為100 150mm,寬度為 80 100mm。以上所述的鋁電解用組合石墨化異型陰極，石墨化陰極阻流塊的橫斷面為矩 形或凸形；橫斷面為凸形時(shí)，石墨化陰極阻流塊頂端設(shè)有倒角，倒角的角度為135° 175°，倒角高度為30 60mm。本實(shí)用新型鋁電解用組合石墨化異型陰極與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)采用在兩塊陰極主體塊接合縫上“跨極鑲嵌”阻流塊方式，構(gòu)成節(jié)能石墨化 異型陰極，該陰極通過凸起的阻流塊能穩(wěn)定鋁液液面而減小極距2 10mm、降低槽電壓約 0.35 0.5V，達(dá)到每噸電解鋁節(jié)約電耗2 IOOOkWh的目的。(2)采用“跨極鑲嵌”方式，既可避免在主體塊中間開槽而減少主體塊有效厚度 影響其壽命，又可達(dá)到對(duì)主體塊薄弱部位(主體塊接合縫)進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的目的，從 而延長(zhǎng)電解槽壽命。(3)對(duì)主體塊、阻流塊采用不同材質(zhì)材料進(jìn)行生產(chǎn)，質(zhì)量改進(jìn)針對(duì)性強(qiáng)、實(shí)施簡(jiǎn) 單、并可降低成本。(4)陰極生產(chǎn)過程中現(xiàn)有主體設(shè)備、模具、爐型等不用改變，操作性強(qiáng)。(5)使用時(shí)，筑槽簡(jiǎn)單、與現(xiàn)行鋁電解工藝一致。

圖1為本實(shí)用新型鋁電解用新型組合石墨化異型陰極立體圖。圖2為圖1的俯視圖。圖3為圖1的右視圖。圖中，1為主體塊，2為連接縫，3為石墨化阻流塊，4為凹槽，5為頂端倒角。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型其中之一的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，主體 塊的外形尺寸和阻流塊長(zhǎng)度依據(jù)電解槽大小及變壓器裝機(jī)容量而定；在主體塊(1)縱向 邊緣對(duì)稱開設(shè)有兩組深度為100mm，寬度為80mm的凹槽(4)，凹槽(4)與主體塊的橫向 外側(cè)邊緣的距離為300mm，同一側(cè)的兩個(gè)凹槽⑷之間的間距為300mm ；將不同于主體 塊材質(zhì)的，橫斷面為矩形的，高度為120mm，寬度為150mm的石墨化陰極阻流塊(3)跨 越兩個(gè)主體塊(1)的連接縫(2)，鑲嵌在兩個(gè)凹槽(4)組合成的凹槽內(nèi)內(nèi)；最后再用糊料將主體塊⑴之間的連接縫⑵搗固和用糊料將石墨化陰極阻流塊⑶搗固在主體塊(1) 上。即可。實(shí)施例2如圖1所示，本實(shí)用新型其中之一的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，主體塊的外形尺寸和阻流塊長(zhǎng)度依據(jù)電解槽大小及變壓器裝機(jī)容量而定；在主體塊(1)縱向 邊緣對(duì)稱開設(shè)有兩組深度為125mm，寬度為90mm的凹槽(4)，凹槽(4)與主體塊的橫向 外側(cè)邊緣的距離為340mm，同一側(cè)的兩個(gè)凹槽⑷之間的間距為325mm ；將不同于主體 塊材質(zhì)的，橫斷面為矩形的，高度為190mm，寬度為175mm的石墨化陰極阻流塊(3)跨 越兩個(gè)主體塊(1)的連接縫(2)，鑲嵌在兩個(gè)凹槽(4)組合成的凹槽內(nèi)內(nèi)；最后再用糊料 將主體塊⑴之間的連接縫⑵搗固和用糊料將石墨化陰極阻流塊⑶搗固在主體塊(1) 上。即可。實(shí)施例3如圖1所示，本實(shí)用新型其中之一的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，主體 塊的外形尺寸和阻流塊長(zhǎng)度依據(jù)電解槽大小及變壓器裝機(jī)容量而定；在主體塊(1)縱向 邊緣對(duì)稱開設(shè)有兩組深度為150mm，寬度為IOOmm的凹槽(4)，凹槽(4)與主體塊的橫 向外側(cè)邊緣的距離為380mm，同一側(cè)的兩個(gè)凹槽⑷之間的間距為350mm ；將不同于主 體塊材質(zhì)的，橫斷面為凸形的，整體高度為260mm，整體寬度為200mm，頂端倒角(5) 的角度為135°，倒角高度為30mm的石墨化陰極阻流塊(3)跨越兩個(gè)主體塊(1)的連接 縫(2)，鑲嵌在兩個(gè)凹槽(4)組合成的凹槽內(nèi)內(nèi)；最后再用糊料將主體塊(1)之間的連接 縫(2)搗固和用糊料將石墨化陰極阻流塊(3)搗固在主體塊(1)上。即可。實(shí)施例4如圖1所示，本實(shí)用新型其中之一的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，主體 塊的外形尺寸和阻流塊長(zhǎng)度依據(jù)電解槽大小及變壓器裝機(jī)容量而定；在主體塊(1)縱向 邊緣對(duì)稱開設(shè)有兩組深度為150mm，寬度為IOOmm的凹槽(4)，凹槽(4)與主體塊的橫 向外側(cè)邊緣的距離為380mm，同一側(cè)的兩個(gè)凹槽⑷之間的間距為350mm ；將不同于主 體塊材質(zhì)的，橫斷面為凸形的，整體高度為260mm，整體寬度為200mm，頂端倒角(5) 的角度為150°，倒角高度為45mm的石墨化陰極阻流塊(3)跨越兩個(gè)主體塊(1)的連接 縫(2)，鑲嵌在兩個(gè)凹槽(4)組合成的凹槽內(nèi)內(nèi)；最后再用糊料將主體塊(1)之間的連接 縫(2)搗固和用糊料將石墨化陰極阻流塊(3)搗固在主體塊(1)上。即可。實(shí)施例5如圖1所示，本實(shí)用新型其中之一的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，主體 塊的外形尺寸和阻流塊長(zhǎng)度依據(jù)電解槽大小及變壓器裝機(jī)容量而定；在主體塊(1)縱向 邊緣對(duì)稱開設(shè)有兩組深度為150mm，寬度為IOOmm的凹槽(4)，凹槽(4)與主體塊的橫 向外側(cè)邊緣的距離為380mm，同一側(cè)的兩個(gè)凹槽⑷之間的間距為350mm ；將不同于主 體塊材質(zhì)的，橫斷面為凸形的，整體高度為260mm，整體寬度為200mm，頂端倒角(5) 的角度為175°，倒角高度為60mm的石墨化陰極阻流塊(3)跨越兩個(gè)主體塊(1)的連接 縫(2)，鑲嵌在兩個(gè)凹槽(4)組合成的凹槽內(nèi)內(nèi)；最后再用糊料將主體塊(1)之間的連接 縫(2)搗固和用糊料將石墨化陰極阻流塊(3)搗固在主體塊(1)上。即可。
權(quán)利要求1.一種鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，包括主體塊(1)和石墨化陰極阻流塊 (3)，其特征在于主體塊(1)縱向邊緣對(duì)稱設(shè)有兩組凹槽(4)，石墨化陰極阻流塊(3) 跨越兩個(gè)主體塊(1)之間的連接縫(2)，鑲嵌在兩個(gè)凹槽(4)組合成的凹槽內(nèi)，并用糊料 將石墨化陰極阻流塊(3)搗固在主體塊(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，其特征在于主體塊 (1)為普通鋁電解用炭塊材質(zhì)，阻流塊(3)為鋁電解用石墨化材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，其特征在于所述的 石墨化陰極阻流塊(3)與主體塊的橫向外側(cè)邊緣的距離為300 380mm，同一縱向的兩 塊石墨化陰極阻流塊⑶之間的間距為300 350mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，其特征在于主體塊 (1)之間的連接縫⑵用糊料搗固。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用組合石墨化異型陰極，其特征在于凹槽的深度 為100 150mm，寬度為80 100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用組合石墨化異型陰極，其特征在于所述的石墨 化陰極阻流塊(3)的橫斷面為矩形或凸形。
專利摘要一種鋁電解用新型組合石墨化異型陰極，包括主體塊和石墨化陰極阻流塊，主體塊縱向邊緣對(duì)稱設(shè)有凹槽，并將不同于主體塊材質(zhì)的石墨化陰極阻流塊跨越兩個(gè)主體塊鑲嵌在兩個(gè)凹槽內(nèi)。本實(shí)用新型采用的是在兩塊陰極主體塊接合縫上“跨極鑲嵌”阻流塊方式，減小鋁電解的極距，降低槽電壓約0.35v～0.5v，噸鋁節(jié)能可≥1000KWh，節(jié)能降耗效果顯著。本實(shí)用新型既可避免在主體塊中間開槽而減少主體塊有效厚度影響其壽命，又可達(dá)到對(duì)主體塊接合縫進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的目的，從而延長(zhǎng)電解槽壽命。
文檔編號(hào)C25C3/08GK201793763SQ20102054836
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者彭革華, 羅高強(qiáng), 趙唯皓 申請(qǐng)人:廣西強(qiáng)強(qiáng)碳素股份有限公司