[發明專利]一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法

有效

• 申請號: 201410652070.5
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104313642B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 呂曉軍;雙亞靜;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25C3/18
• 分類號: C25C3/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明屬于鋁電解技術領域，特別涉及一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法。

背景技術

電解過程中，在直流電作用下，陽極發生如下反應：

2Al₂O₃+3C＝4Al+3CO₂(1)

Al₂O₃+3C＝2Al+3CO(2)

電解過程中，氣泡在陽極底掌下產生，由于電解質對陽極的潤濕性較差，因此有部分氣泡吸附在陽極底掌下。Fortin^【1】等人研究發現氣泡在陽極底掌下的覆蓋率高達50％-60％。氣泡行為對電解過程影響巨大，由于氣泡不導電，因此，氣泡吸附在陽極底掌下會增大槽電阻，從而增大槽電壓。Haupin^【2】等人研究發現：由氣泡所引起的電壓約為0.15-0.35V。當氣泡在陽極底掌下覆蓋面積過大時，會形成氣膜，甚至引起陽極效應，導致槽電壓高達20-30V。因此，如何促進陽極底掌下氣泡排放是降低陽極氣膜壓降和節能的一個重要方面。

目前，針對促進氣泡排放和降低氣膜電壓降的研究主要集中在開槽和超聲波。電解初期，開槽雖然有利于陽極底掌下氣泡的排放，但隨著陽極的消耗，開槽深度降低，開槽對促進氣泡排放的作用減弱，且開槽深度受到限制，不可能伴隨整個陽極的使用過程。而利用超聲波促進陽極底掌氣泡排放仍處于實驗室研究，存在超聲波的輸送及超聲波發射器連接等技術難題，目前難于得到解決。

發明內容

本發明針對陽極氣泡覆蓋在陽極底掌增大壓降的問題，提出了一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，同時在陽極和電解質中添加不同的添加劑，往陽極中添加鋁粉、石墨插層化合物中的一種或多種；往電解質中添加NaCl、NaF、碳酸鹽中的一種或多種；或者僅僅往陽極中添加鋁粉、石墨插層化合物中的一種或多種，或者僅僅往電解質中添加NaCl、NaF、碳酸鹽中的一種或多種。

陽極中添加劑所占質量百分比為1-10％，電解質中添加劑所占質量百分比為1-15％。

所述的石墨插層化合物包括：Br-GIC、C-Na插層化合物、C-K插層化合物、C-Li插層化合物中的一種或多種。

所述的碳酸鹽包括：Na₂CO₃、CaCO₃、Li₂CO₃、K₂CO₃中的一種或多種。

本發明在陽極和電解質中分別添加不同的添加劑，以降低陽極-電解質界面張力，提高電解質對陽極的潤濕性，從而促進陽極氣泡的排放。且添加劑能提高陽極導電性，降低陽極本體電壓降。

具體實施方式

以下結合實施例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。

一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，在陽極制備過程中添加石墨插層化合物、鋁粉中的一種或多種，或者在電解質中添加NaCl、NaF、碳酸鹽中的一種或多種，或者同時在陽極和電解質中添加上述不同的添加劑。

實施例1

本實施例中，在制備陽極過程中添加5wt％的C-Na插層化合物以改善陽極表面特性，促進陽極氣泡的排放，并進行了試驗。

本實驗通過槽電壓來研究陽極氣泡，實驗原理：在較短時間內，可認為氧化鋁濃度、極距、電解質成分等均未發生改變。在較短時間內，槽電壓只與陽極氣泡有關。

本實驗控制氧化鋁濃度為2.5％、浸入高度為2cm、過熱度為15℃、電流密度為0.8A/cm²、等條件下，研究添加5wt％的C-Na插層化合物與未添加C-Na插層化合物兩種不同情況下，所產生的氣膜電壓降。

實驗結果表明：添加C-Na插層化合物有利于促進陽極氣泡的排放，鋁電解陽極氣膜電壓降降低50-70mV。

實施例2

本實施例中，在制備陽極過程中添加5wt％的鋁粉以促進陽極氣泡的排放，并進行了試驗。

本實驗通過槽電壓來研究陽極氣泡，實驗原理：在較短時間內，可認為氧化鋁濃度、極距、電解質成分等均未發生改變。在較短時間內，槽電壓只與陽極氣泡有關。