[發明專利]滲流式鋁電解槽及穩定鋁電解槽中鋁液的方法

有效

• 申請號: 201210011603.2
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102560544A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 呂曉軍;賴延清;李劼;田忠良;張紅亮
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08;C25C3/20
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明涉及一種滲流式鋁電解槽及穩定鋁電解槽中鋁液的方法，屬于鋁電解技術領域。

背景技術

傳統Hall-Héroult鋁電解工藝一直是工業煉鋁的唯一方法，其高能耗是Hall-Héroult工藝存在的主要缺點之一。因現行炭素陰極與鋁液間潤濕性差，鋁液難以穩定平鋪在炭素陰極表面上，為了避免電解質與陰極的接觸及陰極電流分布不均，電解過程中陰極表面上必須保留一定高度的鋁液，使得鋁液在自身重力作用下覆蓋在炭素陰極表面上。然而，在電磁力的干擾下，陰極表面上的鋁液出現波動，為了減少鋁液二次反應的發生，必須保持較高的極距和槽電壓，很大一部分能量被消耗在極距間的歐姆電壓降上，從而導致鋁電解能耗上升。

針對現行鋁電解存在的高能耗問題，國內外申報了大量的有關導流型鋁電解槽和新型陰極結構鋁電解槽的專利，以實現鋁電解的節能降耗。對于導流型鋁電解槽，如U.S.005028301和U.S.005043047專利中，提到采用一定傾斜度的斜坡陰極，即陰極朝槽中間或槽兩邊傾斜，槽中間或槽周邊帶有聚鋁溝結構，從而構成所謂“導流型”鋁電解槽，旨在通過減小極距，以實現鋁電解節能的目的。該類導流型鋁電解槽基于可潤濕性陰極，在電解過程中產生的鋁液直接流入中間或邊部聚鋁溝中，陰極表面上只保留薄薄的一層鋁液，且整個電解槽中儲存的鋁液量較少，極距可望減小到1～2cm，從而實現鋁電解的節能降耗。但是，這種導流型鋁電解槽在結構設計上存在一定的局限性，其一，這種導流結構鋁電解槽必須建立在一種與鋁液完全潤濕的陰極材料基礎上，以保證鋁液順利地從陰極表面流入聚鋁溝中。當陰極表面或局部表面與鋁液間潤濕性變差，鋁液在陰極表面短暫停滯或成團，從而導致陰極電流分布不均甚至短路，且陰極潤濕性差的部位容易與電解質直接接觸，加劇陰極的腐蝕滲透，降低電解槽壽命；其二，這種導流結構鋁電解槽，其可潤濕性陰極與碳素陰極基體的結合難度大，容易使得可潤濕性陰極與碳素陰極基體界面脫落分離。對于異型陰極結構鋁電解槽，從各鋁廠應用統計結果來看，設計不好或異型陰極破損與變形較嚴重的異型陰極槽，槽內形成大量的小紊流，導致電流效率下降嚴重；當陰極“異型”程度較大時，對鋁液水平流速的降低和流動形態的破壞較大，不利于物料在全槽的快速與均勻分布，容易導致陽極效應系數增大，特別是對于現代300kA以上容量的大型槽，上述負面作用更加嚴重。一些鋁廠發現異型陰極的“凸臺”容易脫落，對槽壽命的影響還缺乏長期實踐證明，且異型陰極對電解槽的焙燒啟動與運行管理要求較高，操作與控制不好時容易出現病槽。

發明內容

本發明要解決技術問題是提供一種滲流式鋁電解槽及穩定鋁電解槽滲流陰極塊上層鋁液的方法，該滲流式鋁電解槽及穩定鋁電解槽中鋁液的方法能有效減緩鋁液波動，減少鋁的二次反應，有利于提高電流效率與降低極距。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種滲流式鋁電解槽，包括多個陰極炭塊，陰極炭塊底部設有陰極鋼棒；在陰極碳塊上部沿平行于陰極鋼棒方向開設一條或多條橫向導流溝，滲流陰極覆蓋在部分或全部導流溝上，滲流陰極由一個或多個滲流陰極塊組合而成；橫向導流溝與外部的鋁液之間具有滲流通道。

滲流通道為滲流陰極塊間縫隙或或滲流孔或滲流塊與導流溝間的縫隙。

滲流陰極塊上設有滲流孔，所述的滲流通道為滲流陰極塊間縫隙、滲流塊與導流溝間的縫隙或滲流孔。

在鋁電解槽中縫對應的陰極碳塊區域開設一條或多條縱向導流溝。

縱向導流溝和橫向導流溝直接導通，或者，縱向導流溝和橫向導流溝之間設有隔墻。

所有或部分滲流陰極的上表面處于同一平面。

滲流陰極塊由TiB₂、ZrB₂、SiC、TiC、TiN、ZrC、SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄、C中的至少一種材料制成。

滲流陰極塊采用平面左右凹合、Z字形上下凹合、粘接和直接拼接中的一種或多種方式進行組合。

滲流陰極塊的外形結構為正方形、長方形、三角形、梯形中的任一種，或由其中至少兩種形狀組合而成。

一種穩定鋁電解槽中鋁液的方法，采用前述的滲流式鋁電解槽，使得鋁液通過導流溝與外部的鋁液之間的滲流通道滲流到橫向導流溝中，從而穩定鋁電解槽滲流陰極塊上層的鋁液。

有益效果