用于鋁生產(chǎn)的電解池的干電池啟動(dòng)的制作方法
【專利摘要】一種啟動(dòng)用于鋁生產(chǎn)的電解池（20）的方法，所述電解池（20）具有包含上表面（32）的陰極塊（26），該方法包含：將接觸電阻材料（46）置于陰極塊（26）的上表面（32）；降低多個(gè)陽(yáng)極（28）以鄰接接觸電阻材料（46）；用固體電解質(zhì)材料（72）填充電解池（20）并覆蓋陽(yáng)極（28），所述固體電解質(zhì)材料（72）包括碎的電解槽材料、冰晶石或其混合物；輸送電流至陽(yáng)極（28）以至少部分地熔化固體電解質(zhì)材料（72）；以及在達(dá)到熔融電解質(zhì)材料的預(yù)定深度時(shí)升起陽(yáng)極（28）。
【專利說(shuō)明】用于鋁生產(chǎn)的電解池的干電池啟動(dòng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本【技術(shù)領(lǐng)域】涉及當(dāng)啟動(dòng)尚未運(yùn)行的新電解池時(shí)或在關(guān)閉并重啟電解池或翻新電解池之后，啟動(dòng)用于生產(chǎn)鋁的電解池。
【背景技術(shù)】
[0002]在用于鋁生產(chǎn)的電解池的運(yùn)行期間，陰極塊被損耗且需要更換。這是通常在幾年運(yùn)行后進(jìn)行的常規(guī)程序。在可能通?；ㄙM(fèi)約一個(gè)月以及重要資源的電解池重建過(guò)程中，電解池停止生產(chǎn)。不考慮電解池啟動(dòng)的原因，無(wú)論是重建或啟動(dòng)一個(gè)新電池，使任何停機(jī)時(shí)間的影響最小化并盡可能快地使電池投入運(yùn)行受人關(guān)注。
[0003]在使電解池投入運(yùn)行之前，陰極塊需被預(yù)熱，通常預(yù)熱至約800至900°C的溫度。這可能以不同的方法實(shí)現(xiàn)，包括例如將如焦炭或石墨的顆粒狀導(dǎo)電材料輪流施加于陽(yáng)極下方的陰極表面上，并給陽(yáng)極通電，由此傳輸電流至陰極塊。施加在陰極和陽(yáng)極之間的顆粒狀導(dǎo)電材料常常稱為接觸電阻材料?？蛇x擇焦炭或石墨以得到所需的接觸材料的電阻，從而向電解池輸送或多或少的熱量。
[0004]在第7，485，215號(hào)美國(guó)專利中，描述了一種其中用碎的電解槽(electrolytebath)材料和碳酸鈉填充電解池的外圍的方法。此外，在陰極塊預(yù)熱過(guò)程中，在陽(yáng)極的上表面和外表面以及電解池中間通道施加巖棉以使來(lái)自電解池的熱損失最小化。隨后將電解池通電以在陽(yáng)極快和陰極塊之間產(chǎn)生電流。
[0005]一旦陰極被預(yù)熱(可能在36至48小時(shí)內(nèi)完成)，將獲自其他處于運(yùn)行中的所謂的供體電池的足夠熔融槽(molten bath)加入到電解池中用于浸潰陽(yáng)極并提高陽(yáng)極至運(yùn)行水平而不產(chǎn)生任何開(kāi)放電路。盡管因需要熔化來(lái)自供體電池的粉碎槽而產(chǎn)生干擾，但通常使用獲自供體電池的熔融槽。然而，這并不總是一種選擇，特別是在“新工廠(Greenfield)”運(yùn)行時(shí)，其中所述供體電池至少待到一些電解池投入運(yùn)行時(shí)才可用。熔融電解槽成為陽(yáng)極和陰極之間的導(dǎo)體材料，以使加熱過(guò)程持續(xù)最高達(dá)14至32個(gè)小時(shí)，最終，在加熱過(guò)程完成后，加入熔融鋁金屬以覆蓋熔融電解槽下方的陰極表面。在這個(gè)階段，在所述槽上方形成有固體殼，并且通常加入氧化鋁、固體顆粒槽、諸如A1F3和鈣的添加劑以覆蓋陽(yáng)極，從而使電池絕熱。開(kāi)始正常運(yùn)行時(shí)電池具有最佳的熱平衡，為降低能量輸入提供機(jī)會(huì)。
[0006]在這種常規(guī)電池啟動(dòng)中，根據(jù)電解池的大小，需要來(lái)自約十個(gè)供體電池的5至12噸的熔融電解槽。這是非常勞動(dòng)密集型的操作，不僅耗時(shí)而且獨(dú)占起重機(jī)的使用以從供體電池虹吸并輸送熔融電解槽至啟動(dòng)電池。這在相同的起重機(jī)還需要虹吸金屬且用于定期的陽(yáng)極變換操作的運(yùn)營(yíng)工廠中可能存在問(wèn)題。除了參與液體浴輸送的勞動(dòng)力外，更需要關(guān)注的是維持供體電池的運(yùn)行，在啟動(dòng)“新工廠”運(yùn)行時(shí)這是特別具有挑戰(zhàn)性的。 [0007]此前，在一些“新工廠”運(yùn)行中，試圖通過(guò)將薄層冰晶石施加至陰極塊的上表面的焦炭周圍至約5至10厘米(1.97至3.94英寸)高度來(lái)啟動(dòng)新電池，從而使陽(yáng)極周圍區(qū)域隔離并將焦炭產(chǎn)生的熱直接傳至陰極快。這些針對(duì)干電池啟動(dòng)的早期嘗試問(wèn)題重重，且隨后因鋁的熔煉共性而放棄。一旦形成冰晶石的任何熔池，熔融材料將沉積在陰極的低處區(qū)域，且隨后如果陰極下表面未充分預(yù)熱則會(huì)凍結(jié)。如果熔融冰晶石沉積在陽(yáng)極下方，將產(chǎn)生嚴(yán)重的啟動(dòng)問(wèn)題，從而使陰極電絕緣并使陽(yáng)極發(fā)生短路。所得的電池中電流分布變得電學(xué)上不穩(wěn)定，以至于鋁精煉僅僅在絕對(duì)必要以及操作者和管理人員的專業(yè)團(tuán)隊(duì)的支持下方可采取這種干啟動(dòng)方法 。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本發(fā)明總體上提供了一種啟動(dòng)用于鋁生產(chǎn)的電解池的方法，所述電解池具有帶有上表面的陰極塊，該方法包含:將接觸電阻材料置于所述陰極塊的上表面；降低多個(gè)陽(yáng)極以鄰接所述接觸電阻材料；用固體電解質(zhì)材料填充電解池至覆蓋所述陽(yáng)極的高度，所述固體電解質(zhì)材料包含碎的電解槽材料、冰晶石或其混合物；輸送電流至陽(yáng)極以至少部分地熔化所述固體電解質(zhì)材料；以及在已經(jīng)達(dá)到熔融電解質(zhì)材料預(yù)定深度時(shí)升起陽(yáng)極。
[0010]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0011]圖1為接觸電阻材料已置于陰極表面且陽(yáng)極已降低以使接觸電阻材料位于兩者之間之后的電解池的示意性剖視圖；
[0012]圖2為示出了啟動(dòng)干電解池的連續(xù)步驟的流程圖；
[0013]圖3為將第一層固體電解質(zhì)材料沉積在陰極塊上的陽(yáng)極周圍之后的電解池的示意性剖視圖；
[0014]圖4為圖3的電解池俯視圖；
[0015]圖5為用覆蓋陽(yáng)極全部高度的固體電解質(zhì)材料填充的電解池的示意性剖視圖；以及
[0016]圖6為示出了在電解質(zhì)材料開(kāi)始熔融后干電池啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的電壓降的圖示。
[0017]應(yīng)注意的是，在整個(gè)附圖中，相同的特征用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0018]詳細(xì)說(shuō)明
[0019]現(xiàn)參照附圖，且更具體地，參照?qǐng)D1，示出了用于鋁生產(chǎn)的電解池20。電池20具有含有內(nèi)襯24的外殼22以及位于電池20底部的陰極塊26。陽(yáng)極28具有上表面30以及相對(duì)的下表面44 (或接觸面)。
[0020]通常，外殼22由金屬例如鋼制成，內(nèi)襯24通常包括耐火材料塊、耐火襯貼和/或固化槽，陰極塊26為碳熱陰極塊，陽(yáng)極28由碳質(zhì)材料制成。
[0021]將陽(yáng)極28通過(guò)端接多個(gè)陽(yáng)極栓(anode stud) 34、陽(yáng)極桿36和一個(gè)陽(yáng)極框架(未示出)的多足件(multipodes)連接至陽(yáng)極束(未示出)。陽(yáng)極框架用于在電解池20內(nèi)降低和升高陽(yáng)極28。
[0022]預(yù)熱電解池20或在電解過(guò)程中，電流流經(jīng)鋁電解池20。電流經(jīng)陽(yáng)極束、陽(yáng)極框架、陽(yáng)極桿36通過(guò)陽(yáng)極28流入電池20，并且該連接意指包括陽(yáng)極栓34。電流隨后流入陰極塊26并通過(guò)集流體棒40流出電池20。集流體棒40 —般由鋼制成且導(dǎo)電體42與其連接以導(dǎo)出電解電流
[0023]為了啟動(dòng)電解池，必須預(yù)熱電解池20。為了預(yù)熱電解池20，將顆粒狀接觸電阻材料46的不連續(xù)層沉積在陰極塊26的上表面32上。將顆粒狀接觸電阻材料46沉積在所述陰極塊26的上表面32上預(yù)定位置的接觸面區(qū)域。將接觸電阻材料46以間斷方式置于陰極表面上。這些接觸電阻材料46的接觸面區(qū)域可以具有不同的大小和形狀。此外，接觸面區(qū)域的數(shù)量可變化。隨后降低陽(yáng)極28至接觸電阻材料46上以使其與顆粒狀接觸電阻材料緊密接觸。
[0024]例如，石墨和/或焦炭可用作內(nèi)置于陽(yáng)極28的下表面44和陰極塊26的上表面32之間的接觸電阻材料46。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸電阻材料含有最高達(dá)100%的焦炭，其余主要是石墨。在另一個(gè)實(shí)施方案中，接觸電阻材料含有最高達(dá)70%的焦炭并且其余主要是石墨。在另一個(gè)實(shí)施方案中，接觸電阻材料含有最聞達(dá)50%的焦炭并且其余主要是石墨。在又一實(shí)施方案中，接觸電阻材料含有最高達(dá)30%的焦炭，其余主要是石墨。下表示出了可用于本發(fā)明方法的接觸電阻材料的實(shí)例:
[0025]
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種啟動(dòng)用于鋁生產(chǎn)的電解池的方法，所述電解池具有包含上表面的陰極塊，該方法包含: 將接觸電阻材料置于所述陰極塊的上表面； 降低多個(gè)陽(yáng)極以鄰接所述接觸電阻材料； 用固體電解質(zhì)材料填充所述電解池至覆蓋所述陽(yáng)極的高度，所述固體電解質(zhì)材料包括碎的電解槽材料、冰晶石或其混合物； 輸送電流至所述陽(yáng)極以至少部分地熔化所述固體電解質(zhì)材料；以及 在達(dá)到熔融電解質(zhì)材料的預(yù)定深度時(shí)，升起所述陽(yáng)極遠(yuǎn)離所述陰極塊。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將接觸電阻材料間斷地置于所述陰極塊的上表面的預(yù)定位置上。
3.權(quán)利要求1的方法，其中漸漸地升起陽(yáng)極直至該陽(yáng)極達(dá)到高于陰極塊的上表面的預(yù)定高度。
4.權(quán)利要求1的方法，其中用固體電解質(zhì)材料填充電解池，并且在電流輸送至電池之前用固體電解質(zhì)材料覆蓋陽(yáng)極。
5.權(quán)利要求1的方法，其中用固體電解質(zhì)材料填充電解池，并且在電流輸送至陽(yáng)極之后用固體電解質(zhì)材料覆蓋陽(yáng)極。
6.權(quán)利要求1的方法，其中以至少兩個(gè)填充步驟填充電解池，并且在電解池第一次通電后電流持續(xù)地輸送至陽(yáng)極。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中所述接觸電阻材料包括碎的焦炭材料、碎的石墨材料或其混合物。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中固體電解質(zhì)材料包含約12%以下的總Al2O3含量以及約8%以下的a -Al2O3含量。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其中固體電解質(zhì)材料具有約15mm(5.6英寸)的最大粒度，小于約10%的固體電解質(zhì)材料具有約6mm (0.24英寸)以上的粒度，并且小于約30%的固體電解質(zhì)材料具有約45微米(0.002英寸)以下的粒度。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其中熔融電解質(zhì)材料在升起陽(yáng)極之前所達(dá)到的預(yù)定深度為至少30厘米(11.81英寸)。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其還包含: 將氧化鋁加入電解池； 升起陽(yáng)極后，鄰近陰極塊的上表面加入熔融金屬；以及 調(diào)節(jié)分隔陽(yáng)極下表面與熔融金屬層上表面的距離以穩(wěn)定電解池。
12.權(quán)利要求1的方法，其中在電解池至少部分地用固體電解質(zhì)材料填充之前將電流輸送至電解池。
13.權(quán)利要求1的方法，其中填充電解池包括:將陽(yáng)極完全浸入固體電解質(zhì)材料中，當(dāng)降低陽(yáng)極使其與置于陰極塊上表面的接觸電阻材料相鄰接時(shí)，固體電解質(zhì)材料完全覆蓋陽(yáng)極的上表面。
14.權(quán)利要求1的方法，其中陽(yáng)極栓從各陽(yáng)極的上表面伸出，并且其中填充電解池包括:加入固體電解質(zhì)材料以高于陽(yáng)極的上表面，從而當(dāng)降低陽(yáng)極與接觸電阻材料緊密接觸時(shí)，陽(yáng)極栓至少部分地浸入固體電解質(zhì)材料中。
15.權(quán)利要求1的方法，還包含:監(jiān)控電解池的電壓，并且其中填充電解池包括:在電壓降至低于預(yù)定值之前，用固 體電解質(zhì)材料覆蓋每個(gè)陽(yáng)極的上表面。
【文檔編號(hào)】C25C7/06GK103547710SQ201280025095
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月25日
【發(fā)明者】R·凱洛蒂, F·拉普蘭特 申請(qǐng)人:力拓艾爾坎國(guó)際有限公司