一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽的制作方法
【專利摘要】一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，涉及以冰晶石一氧化鋁熔體為電解質(zhì)、熔鹽法生產(chǎn)鋁電解槽的改進。其結(jié)構(gòu)包括：預(yù)焙陽極、下料裝置、粉塵凈化裝置；其特征在于其陰極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：電解槽體；設(shè)置在電鋁解槽體的兩端頭槽幫內(nèi)的陰極隔墻，陰極隔墻底部與電鋁解槽體的下底間設(shè)有底通道；陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道；陰極母線，該陰極母線由陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道進入電解槽體。本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，以無陰極炭塊?無鋼棒?無硼化鈦涂層的鋁液作為陰極，代替鋼棒?炭塊組陰極，消除了傳統(tǒng)鋁電解槽存在的陰極炭塊上的氧化鋁沉淀和蜂窩狀微電池缺陷，在電解生產(chǎn)過程中，不存在爐底沉淀生成的氧化鋁、碳化鋁對電解鋁液污染的問題。
【專利說明】
一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]—種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，涉及以冰晶石一氧化鋁熔體為電解質(zhì)、熔鹽法生產(chǎn)鋁電解槽的改進。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常規(guī)電解鋁生產(chǎn)是以冰晶石一氧化鋁熔體為電解質(zhì)，以碳為陽極，以液體鋁、陰極炭塊、陰極鋼棒組成的陰極體系為陰極，通直流電流，在陽極析出0)2氣體，在陰極析出液體鋁。按照目前的技術(shù)，生產(chǎn)11金屬鋁約須消耗15000kw.h電，在鋁電解940-960 V的工藝條件下，鋁電解的能量利用效率不足36%。在傳統(tǒng)鋁電解槽電流由陽極流經(jīng)電解液、鋁液，從陰極流出。陽極壓降、極間電阻壓降(包括電解液、鋁液)、陰極壓降高是造成鋁電解能量利用效率低的重要原因。
[0003]在鋁電解槽電阻壓降中，陰極壓降約占電阻壓降的20%，鋁電解槽的陰極由槽內(nèi)鋁液層和陰極炭塊組組成，陰極壓降由槽內(nèi)鋁液層壓降、鋁碳接觸壓降、炭塊壓降、碳鋼接觸壓降、鋼棒壓降等部分組成。在電解槽投入使用的初期(投產(chǎn)一年左右)，陰極壓降隨電解槽使用時間的延長，有逐漸降低的趨勢(隨陰極炭塊石墨化程度提高而降低)。投產(chǎn)2-3年的電解槽，陰極壓降保持相對穩(wěn)定。以后，隨著電解槽使用時間的延長，陰極壓降有逐漸升高的趨勢。
[0004]傳統(tǒng)鋁電解槽的陰極炭塊組的炭塊與導(dǎo)電鋼棒之間產(chǎn)生碳-鋼接觸壓降，炭塊電壓降、碳-鋼接觸壓降隨槽齡增加而先降后升。電解鋁液與炭塊之間的接觸界面電壓降受爐底結(jié)殼狀態(tài)影響有較大的波動。以某型鋁電解槽為例，在爐底無結(jié)殼的情況下，電解鋁液與炭塊之間的接觸界面電壓降在20-28mv之間，炭塊電壓降為102mv，新槽期間的碳-鋼接觸壓降為69mv，鋼棒壓降為186mv。新槽期間的鋼棒電壓降約占爐底電壓降的48.8%。特別是，陰極炭塊組中的碳-鋼接觸壓降隨著槽齡的增加而增大，究其原因是由于:電解槽在使用過程中，槽內(nèi)電解液通過陰極炭塊向底部滲透，滲透出的電解液在碳-鋼接觸部位冷卻，形成不導(dǎo)電的固體電解質(zhì)層，使碳-鋼接觸壓降急劇上升。在傳統(tǒng)電解槽陰極炭塊上，易于形成氧化鋁沉淀，傳統(tǒng)鋁電解槽炭塊陰極上形成的蜂窩狀沉淀，陰極炭塊上形成的氧化鋁沉淀，受電解槽冷熱狀態(tài)影響而發(fā)生變化，沉淀可以是糊狀、板殼狀或者蜂窩狀，糊狀、板殼狀沉淀可以使槽電壓升高400mv-900mv，蜂窩狀沉淀不僅使陰極爐底壓降增加，還能形成以鋁為陽極、以陰極炭塊為陰極的微電池，在微電池的陽極上生成氧化鋁、在陰極上生成碳化鋁，炭塊陰極上生成的氧化鋁沉淀，增大電解鋁電耗、降低鋁電解電流效率，所生成的氧化鋁、碳化鋁造成電解鋁液污染。傳統(tǒng)鋁電解槽示意圖見圖1，傳統(tǒng)鋁電解槽陰極炭塊組見圖2，傳統(tǒng)鋁電解槽陰極鋼棒與炭塊之間的固體絕緣電解質(zhì)層示意圖見圖3，傳統(tǒng)鋁電解槽炭陰極上形成的蜂窩狀沉淀示意圖見圖4。
[0005]綜上所述，由鋁液和陰極炭塊組組成陰極的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋁電解槽，陰極鋼棒電壓降約占爐底壓降的49%，極大地增加了鋁電解的電耗;在電解槽使用過程中，滲透出的電解液在碳-鋼接觸部位形成不導(dǎo)電的固體電解質(zhì)層，使碳-鋼接觸壓降急劇上升，增大鋁電解電耗;在陰極炭塊上形成的氧化鋁沉淀，不僅使陰極爐底壓降增加，還能形成以鋁為陽極、以陰極炭塊為陰極的微電池，生成的氧化鋁、碳化鋁，增大電解鋁電耗、降低鋁電解電流效率，同時造成電解鋁液污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效消除鋁-碳接觸壓降、炭塊電阻壓降、碳-鋼接觸壓降、鋼棒電阻壓降，降低鋁電解電耗，提高鋁電解電流效率的以鋁作為陰極的鋁電解槽。
[0007]本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]—種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其結(jié)構(gòu)包括:預(yù)焙陽極、下料裝置、粉塵凈化裝置；其特征在于其陰極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括:
[0009]電解槽體，該電解槽體為由耐火-保溫材料構(gòu)成的凹形槽體;在電解槽體上部邊緣設(shè)有槽幫；
[0010]陰極隔墻，該隔墻為各設(shè)置在電鋁解槽體的兩端頭槽幫內(nèi)、與電解槽體側(cè)槽幫內(nèi)壁固接的兩個隔墻，隔墻底部與電鋁解槽體的下底間設(shè)有底通道；陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道；
[0011]陰極母線，該陰極母線由陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道進入電解槽體。
[0012]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其特征在于其陰極隔墻由電解槽體由里向外方向，依次由炭塊和耐火-保溫材料構(gòu)成，其炭塊下部砌有氧化鋁陶瓷磚。
[0013]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其特征在于設(shè)有陰極隔墻的兩端頭的電鋁解槽體的槽幫為向外的、斷面為“L”的槽幫。
[0014]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，是“一種以鋁作為陰極的鋁電解方法”的專利申請的專用電解槽。鋁電解生產(chǎn)時，鋁電解槽可采用常規(guī)陽極系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、粉塵凈化系統(tǒng)，由于以無陰極炭塊-無鋼棒-無硼化鈦涂層的鋁液作為陰極，代替鋼棒-炭塊組陰極，消除了傳統(tǒng)鋁電解槽存在的陰極炭塊上的氧化鋁沉淀和蜂窩狀微電池缺陷，在電解生產(chǎn)過程中，不存在爐底沉淀生成的氧化鋁、碳化鋁對電解鋁液污染的問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為已有技術(shù)的傳統(tǒng)鋁電解槽示意圖，其圖中，I為傳統(tǒng)電解槽。
[0016]圖2為已有技術(shù)的傳統(tǒng)鋁電解槽陰極炭塊組示意圖，其圖中，2為陰極炭塊組。
[0017]圖3為已有技術(shù)的傳統(tǒng)鋁電解槽陰極鋼棒與炭塊之間的固體絕緣電解質(zhì)層示意圖；其圖中，2g為鋼棒與炭塊之間的固體絕緣電解質(zhì)層。
[0018]圖4為已有技術(shù)的傳統(tǒng)鋁電解槽炭陰極上形成的蜂窩狀沉淀示意圖；其圖中，2h為陰極炭塊上形成的蜂窩狀微電池。
[0019]圖5為本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖；其圖中，3為陽極，4為下料裝置，5為粉塵凈化裝置，6為純鋁陰極系統(tǒng)，6a為電解槽體，6c為陰極隔墻，7為陰極母線，11為聯(lián)通通道。
[0020]圖6為本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽的陰極結(jié)構(gòu)A-A刨面示意圖；其圖中，6b為人造爐幫，7為陰極母線，8為炭塊，9為側(cè)部耐火-保溫層，10為氧化鋁陶瓷磚，11為聯(lián)通通道。
[0021 ]
【具體實施方式】
[0022]—種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其結(jié)構(gòu)包括:預(yù)焙陽極3、下料裝置4、粉塵凈化裝置5(見圖5);其陰極系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)(見圖5、圖6)包括:
[0023]電解槽體6a(見圖5)，該電解槽體為由耐火-保溫材料構(gòu)成的凹形槽體;在電解槽體上部邊緣設(shè)有槽幫6b(見圖6);
[0024]陰極隔墻6c，該隔墻為各設(shè)置在電鋁解槽體的兩端頭槽幫內(nèi)、與電解槽體側(cè)槽幫內(nèi)壁固接的兩個隔墻，隔墻底部與電鋁解槽體的下底間設(shè)有底通道；陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道；
[0025]陰極母線7，該陰極母線由陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道進入電解槽體。
[0026]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其陰極隔墻6c由電解槽體由里向外方向，依次由炭塊8和耐火-保溫材料9構(gòu)成，其炭塊下部砌有氧化鋁陶瓷磚10，見圖6。
[0027]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其設(shè)有陰極隔墻的兩端頭的電鋁解槽體的槽幫為向外的、斷面為“L”的槽幫。
[0028]使用時，采用電解槽底部的鋁液作為陰極進行鋁電解;其電解槽底部的鋁液與陰極母線接觸形成鋁電解的陰極。
[0029]在電鋁解槽的兩端頭內(nèi)側(cè)設(shè)有與電解槽側(cè)壁固接有隔墻，隔墻底伸入鋁液、與電解槽底形成鋁液下部通道，隔墻與電鋁解槽的兩端頭內(nèi)壁形鋁液側(cè)通道，陰極母線在鋁液側(cè)通道中與鋁液接觸;其隔墻炭塊下部砌有氧化鋁陶瓷磚的作用是阻斷側(cè)部炭塊與純鋁陰極之間的水平電流，增加鋁液的安靜性能，提高電流效率。
[0030]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，針對傳統(tǒng)電解槽存在的陰極鋼棒壓降高、鋼棒和炭塊之間易于形成固體電解質(zhì)絕緣層、陰極炭塊上易于形成氧化鋁沉淀和蜂窩狀微電池，生成的氧化鋁、碳化鋁，增大電解鋁電耗、降低鋁電解電流效率等不足，以純鋁鋁液陰極代替鋼棒-炭塊組組成的陰極；以純鋁鋁液陰極代替鋼棒-炭塊陰極的好處是:降低新槽期間的爐底壓降95%以上。以某型電解槽為例，降低鋁-碳接觸壓降24mv(20-28mv)、爐底鋼棒壓降186mv、炭塊壓降102mv、碳-鋼接觸壓降69mv為例計算，噸招降低電耗1234kw.h;消除了碳-鋼界面形成固體電解質(zhì)絕緣層，使電解槽在整個壽命期內(nèi)，爐底壓降始終維持在極低的水平，極大地降低鋁電解電耗。
[0031]本實用新型的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，可發(fā)以純鋁陰極代替鋼棒-炭塊組陰極，消除了傳統(tǒng)鋁電解槽存在的陰極炭塊上的氧化鋁沉淀和蜂窩狀微電池缺陷，在電解生產(chǎn)過程中，不存在爐底沉淀生成的氧化鋁、碳化鋁對電解鋁液污染的問題。
[0032]陰極出電母線安放在隔墻與電鋁解槽的兩端頭內(nèi)壁形鋁液側(cè)通道內(nèi)，母線槽與下層鋁液之間通過聯(lián)通通道聯(lián)為一體。母線槽和聯(lián)通通道中的鋁液為固態(tài)，當電解槽的熱平衡發(fā)生變化時，聯(lián)通通道11中的鋁液在固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)之間轉(zhuǎn)化，此時，純鋁陰極通過溢流和補縮確保從純鋁陰極—聯(lián)通通道—陰極出電母線7之間的出電回路暢通，保證電解過程連續(xù)進行。
[0033]與傳統(tǒng)鋁電解槽相比，以鋁液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的炭塊-鋼棒復(fù)合陰極，消除了鋁-碳接觸壓降、炭塊電阻壓降、碳-鋼接觸壓降、鋼棒電阻壓降，以某型傳統(tǒng)鋁電解槽為例，降低爐底壓降381mv，相當于降低噸鋁電耗1234kw.h，相當于鋁電解產(chǎn)業(yè)全年降低電耗384億度；消除了因電解液滲透形成的固體電解質(zhì)絕緣層，使電解槽在整個壽命期內(nèi)，爐底壓降始終維持在極低的水平，極大地降低鋁電解電耗;消除了因爐底沉淀引起的氧化鋁、碳化鋁對電解鋁液的污染，降低電解鋁電耗、提高了鋁電解電流效率，具有很高的經(jīng)濟價值和社會效益。
【主權(quán)項】
1.一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其結(jié)構(gòu)包括:預(yù)焙陽極、下料裝置、粉塵凈化裝置;其特征在于其陰極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括: 電解槽體，該電解槽體為由耐火-保溫材料構(gòu)成的凹形槽體;在電解槽體上部邊緣設(shè)有槽幫； 陰極隔墻，該隔墻為各設(shè)置在電鋁解槽體的兩端頭槽幫內(nèi)、與電解槽體側(cè)槽幫內(nèi)壁固接的兩個隔墻，隔墻底部與電鋁解槽體的下底間設(shè)有底通道；陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道； 陰極母線，該陰極母線由陰極隔墻與電鋁解槽體端頭槽幫內(nèi)壁形側(cè)通道進入電解槽體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其特征在于其陰極隔墻由電解槽體由里向外方向，依次由炭塊和耐火-保溫材料構(gòu)成，其炭塊下部砌有氧化鋁陶瓷磚。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純鋁陰極低能耗鋁電解槽，其特征在于設(shè)有陰極隔墻的兩端頭的電鋁解槽體的槽幫為向外的、斷面為“L”的槽幫。
【文檔編號】C25C3/08GK205616961SQ201620363659
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】賀永東, 曾慧楠, 孫郅程, 刑詩雨, 張程武, 趙風(fēng)君
【申請人】新疆大學(xué)