[發明專利]用于還原鋁的電解槽中的壁的側壁磚

有效

• 申請號: 201380065564.7
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104854264B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 弗蘭克·希爾特曼;詹努茲·圖馬拉;加贊法爾·阿巴斯;托馬斯·弗羅梅爾特;賴納·施米特;馬庫斯·普費弗
• 申請（專利權）人: 西格里CFLCE有限責任公司
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08;C25C7/00;C25C3/16
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王潛;郭國清

本發明涉及用于電解槽，特別是用于生產鋁的電解槽中的壁的側壁磚，用于制造這種側壁磚的方法，這種側壁磚的用途，和具有這種側壁磚的電解槽。側壁磚(28)是層狀體，其包含具有較高熱導率的層和具有較低熱導率的層，其中所述熱導率的差至少為5W/(m·K)。

本發明涉及用于電解槽，特別是用于生產鋁的電解槽中的壁的側壁磚(Seitenstein)，用于制造這種側壁磚的方法，和這種側壁磚的用途以及具有這種側壁磚的電解槽。

電解槽被用于通過電解來生產鋁，這在工業中常規上通過Hall-Héroult方法來進行。在Hall-Héroult方法中，將由氧化鋁和冰晶石構成、優選由約15％～20％氧化鋁和約85％～80％冰晶石構成的熔體電解。冰晶石Na₃[AlF₆]由此用于將純氧化鋁的2045℃的熔點降低到含有冰晶石、氧化鋁和外加物質例如氟化鋁和氟化鈣的混合物的約960℃，使得可以在約960℃的降低的溫度下進行熔體電解。

在這種方法中使用的電解槽具有由形成陰極的多個毗連的陰極塊、例如24個毗連的陰極塊構成的底部。在所述毗連的陰極塊之間形成間隙。所述陰極塊和可被填充的所述間隙的布置一般被稱為陰極底部。所述陰極底部被由多個側壁磚形成的壁封閉，并且所述壁與所述陰極底部一起形成內槽，所述內槽容納鋁層和熔體層并且其被外鋼槽封閉。毗連的陰極塊之間以及陰極塊與側壁磚之間存在的間隙或間隔在常規上用碳和/或含碳材料如無煙煤或石墨的搗打料以及粘合劑如煤焦油瀝青進行填充。其充當針對熔融成分的密封并且補償例如由于陰極塊在電解槽啟動期間受熱時的膨脹而出現的機械應力。為了承受在電解槽操作期間普遍存在的熱和化學條件，所述陰極塊在常規上由均一的含碳材料構成，并且所述側壁磚在常規上由均一的含碳材料或碳化硅構成。所述陰極塊的底面設置有凹槽，在每個凹槽中布置有至少一個電流導軌，經陽極供應的電流通過所述電流導軌從電解槽傳送出來。在陰極底部下面，也就是說在陰極塊與容納陰極的鋼槽的底部之間，在常規上設置有耐火材料襯里，其使鋼槽底部與陰極底部熱絕緣。

由單獨的陽極塊形成的陽極布置在位于陰極上面的熔融鋁層上方約3cm～5cm處，含有氧化鋁和冰晶石的熔體位于所述陽極與鋁表面之間。在約960℃下進行電解期間，形成的鋁由于其密度與熔體相比較大而沉降在熔融層下方，也就是說作為陰極塊的頂面與熔融層之間的中間層。在電解期間，溶解在熔融冰晶石中的氧化鋁被流過的電流分解成鋁和氧。根據電化學觀點，熔融鋁層是真正的陰極，因為鋁離子在其表面處被還原成元素鋁。然而，在下文中術語陰極將被理解為不是指根據電化學觀點的陰極即熔融鋁層，而是指形成陰極底部并由一個或多個陰極塊構成的部件。

為了確保電解槽的高生產率，現代電解槽在例如高達600kA的高電解電流強度下操作。這些高電流強度導致在電解過程期間的熱量產生增加。由于高的熱量產生，已發現，難以以如下方式適配來自電解槽的熱耗散：使得在整個電解槽中實現在電解的穩定性和效率方面以及在電解槽的使用壽命方面的最佳熱狀況，電解的能源效率例如因熱量產生較高的電解槽區域中的過多熱能損失而降低。電解操作的可靠性和經濟性以及電解槽的使用壽命因此由于電解槽中的不利熱狀況而受損。

雖然可以經由鋼槽底部通過布置在陰極底部與鋼槽之間的耐火襯里來調節在電解槽中產生的過量熱量、即維持熔融過程所不需要的熱量的耗散，所述耐火襯里在常規上由耐火磚或板構成，所述耐火磚或板放置在鋼槽中并且在鋼槽底部區域中堆疊在彼此頂部上，但經由利用陰極底部和側壁磚形成的內槽的相對薄側壁進行熱耗散對于液態鋁層和發生電解的熔融層的區域中的溫度條件也發揮了重要的作用。所述側壁中的熱流與電解槽中的熱狀況特別相關，因為側壁在常規上與電解槽中的各種成分和介質接觸，即特別是與液態鋁層、布置在其上的液態熔融層、在所述液態熔融層上方存在的固化熔體或硬殼層和在電解槽期間由其中所含的多種元素產生的氣體氣氛接觸。

所產生的熱能的量必須以限定方式部分地耗散，但同時也必須避免過多的熱損失，所述熱損失意味著能量損失并因此損害電解過程的經濟性。