[發明專利]半豎式陰陽極節能鋁電解槽

無效

• 申請號: 201310405995.5
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103510113A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 王飚;王宇棟;張自華
• 申請（專利權）人: 王飚
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 趙云

技術領域

本發明涉及一種半豎式陰陽極節能鋁電解槽，屬有色輕金屬冶金技術領域。

背景技術

目前的鋁電解一直均采用霍爾-埃魯特（Hall-Heroult）技術，這種方法的特點是陰陽極均是板狀水平安放，陰陽極的極間距為4～6cm，陰陽極均為炭素材料。這種方法的優點是陰陽極材料的導電性優良，抗腐蝕性好，同時陰陽極的形狀簡單，容易加工制作。但該裝置和方法也存在一些缺點：例如，在電解過程中，在陽極上放電而形成的新生態氧原子，把陽極炭氧化，放出CO₂和CO，造成環境的污染；其次，在水平式板狀陰陽極電解中，電解出的陰極鋁是布滿于陰極表面，隨著鋁電解過程的延續鋁液層厚度增加，實際的極間距相應減少，鋁液層逐步向陽極靠近，加之因電解槽內存在電磁場作用引起鋁液面的擾動，這勢必導致陰極鋁被二次氧化增加，其反應式為：Al(g)+CO₂(g)→Al₂O₃+CO。由于二次氧化的限制，致使水平陰陽極鋁電解的極間距只能在4～6㎝之間，而極間距是單位產鋁量電耗的主要決定性因素。已有資料表明^[1、2]，電解質所產生的電壓降（E_電解）約占槽電壓總數的38～39%，在槽電壓各組元中，（E_電解）所占的比例最大，其次是分解電壓（E_分），它占槽電壓的26%左右。但（E_分）是不可降低的一項指標，降低（E_分）將會導致Al₂O₃不能被電解，因此降低槽電壓的主要手段只能是減少電解質的電壓降（E_電解）。

（E_電解）可由下式計算^[1]：E_電解=ρDL……（1）

式中：ρ為電解質的比電阻，D為平均電流密度，L為極間距（cm）。從（1）式可見，若能使電解的極間距L下降50%，電解槽的槽電壓將能降低19～19.5%，相應的鋁電解的能耗也能產生同比例下降；再其次是電流效率（CE），它是鋁電解的重要技術經濟指標。減少鋁電解過程中的電流損失，就會導致電流效率的提高，而電流損失的主要原因是陰極上生成的鋁和鈉產生二次氧化而引起的。因此減少陰極上鋁和鈉的二次氧化，也是提高電流效率的重要手段之一，而電流效率的提高也會促成單位產鋁量電能耗的下降。隨著鋁電解技術的進步和裝備水平的提高，電流效率也從早期的85%提高到93～95%^[1]。在水平陰陽極電解技術條件下，該數值已接近于極限，要進一步的提高電流效率也需設法減少鋁和鈉的二次氧化。

綜上所述，高能耗、高污染和鋁的二次氧化是水平陰陽極電解的主要缺點。

為了解決上述陰陽極呈板狀水平安放電解槽存在的不足，本發明人曾提出用臥式三棱柱體傾斜陰極取代當今的水平陰陽極鋁電解槽（見ZL2010105064567），通過小試和中試證明，這種結構的電解槽具有節能10～40%的顯著效果。但中試中也暴露出這種上述兩種不同陰陽極結構的電解槽，在陰極與側部炭塊的中間空位區內，因導電條件欠佳，在生產中會產生局部電解質凝固，并把部分電解鋁包裹在凝塊中。另外，ZL2010105064567專利陰極結構的電解槽因有4個大面浸泡在高溫電解質熔體中，僅僅很小面積的一個面貼接散熱面，這容易引起陰極的過熱而導致陰極工作壽命短。

參考文獻

[1]劉業翔、李吉等“現代鋁電解”（M），冶金工業出版社（2008年8月）

[2]邱竹賢：“鋁電解的原理”（M），中國礦業大學出版社。

發明內容

本發明的目的在于克服現有鋁電解技術的不足，以及克服本發明人前一專利的不足，而提供一種能耗大幅度減少，電流效率也進一步提高的熔鹽電解鋁新型裝置，它可有效解決局部電解質凝固而將部分電解鋁包裹在凝塊中的現象，并可解決陰極過熱而導致陰極工作壽命短的問題。

實現本發明上述目的所采取的技術方案是：在導電面傾斜的兩塊半豎陽極的下端面之間或在傾斜陽極與側部炭塊之間上設置懸吊的輔助陽極，輔助陽極下端延伸至并與水平陰極的極間距為2～10cm。