[發(fā)明專利]雙層鋁陰極鋁電解槽

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610273083.0
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN105780056B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀永東;張程武;孫郅程;趙風(fēng)君;曾慧楠;刑詩雨
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號(hào): C25C3/08
• 分類號(hào): C25C3/08
• 代理公司: 中國有色金屬工業(yè)專利中心11028
• 代理人: 李迎春,李子健

技術(shù)領(lǐng)域

雙層鋁陰極鋁電解槽，涉及一種以鋁作為陰極，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(jìn)。

背景技術(shù)

鋁是產(chǎn)量和消費(fèi)最大的有色金屬，是僅次于鋼鐵的第二大金屬結(jié)構(gòu)材料，在國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)中具有極其重要的戰(zhàn)略地位。目前，我國電解鋁產(chǎn)量居世界第一位。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CO₂氣體，在陰極析出液體鋁。鋁電解的基本反應(yīng)為：

通電：2Al₂O₃+3C＝＝＝＝＝3CO₂+4Al

按照目前的技術(shù)，生產(chǎn)1t金屬鋁約須消耗14500kw·h電，我國鋁電解全年約需消耗4510億度電，是名副其實(shí)的電老虎。在鋁電解950-960℃的工藝條件下，鋁電解的理論電耗約為6300kw·h/(t·Al)，能量利用效率不足36％，傳統(tǒng)鋁電解槽示意圖見圖1。

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耗高的主要原因。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。在整個(gè)電解槽使用壽命周期內(nèi)，陰極壓降隨電解槽使用時(shí)間的延長發(fā)生規(guī)律性變化。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(shí)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(shí)間的延長，陰極壓降有逐漸升高的趨勢。傳統(tǒng)鋁電解槽陰極炭塊組，炭塊與導(dǎo)電鋼棒之間會(huì)產(chǎn)生的碳-鋼接觸壓降，碳-鋼接觸電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。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，鋼棒電阻壓降為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，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2。

綜上所述，由鋁液和陰極炭塊組組成陰極的傳統(tǒng)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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明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雙層鋁陰極鋁電解槽。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

雙層鋁陰極鋁電解槽，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(gè)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(jìn)入電解槽體；

陰極水平隔板，該水平隔板為位于電解槽體內(nèi)、與陰極隔墻下端聯(lián)接的水平隔板，在隔板上開有鋁液通孔。

本發(fā)明的雙層鋁陰極鋁電解槽，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，所述的陰極水平隔板與陰極隔墻的炭塊下部砌有的氧化鋁陶瓷磚聯(lián)接。

本發(fā)明的雙層鋁陰極鋁電解槽，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。

本發(fā)明的雙層鋁陰極鋁電解槽，其特征在于陰極水平隔板下部設(shè)有支撐炭塊。