[發明專利]自動加料的連續自焙陽極

在審

• 申請號: 201910368650.4
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN109913907A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 張紅亮;王棋鈺;李劼;李天爽;張凱;國輝;王佳成;李家琦;孫珂娜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12;C25C3/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鄒劍峰

本發明公開了一種自動加料的連續自焙陽極，包括陽極框架、陽極框架內部填裝的自焙陽極糊以及陽極糊下料系統；所述陽極框架為豎直置于鋁電解槽內部的板狀框架，框架底面封閉，框架豎向側面設置內部陽極與電解質接觸的鏤空結構，框架頂面設置有加料口，所述陽極糊下料系統的下料口置于加料口的上方。本發明的連續自焙陽極可在大電流的條件及密閉環保的條件下實現特大型鋁電解槽連續節能生產，便于維護與更換，從而完全避免了傳統小型自焙槽的關鍵弊端，與對應的板式陰極可以構成豎式電解，單位空間的反應面積相比傳統預焙槽及小自焙槽有數量級的提升。

技術領域

本發明專利屬于鋁電解槽技術，具體涉及一種自動加料的連續自焙陽極結構。

背景技術

霍爾-埃魯特法(Hall-Héroult)鋁電解工藝一直是工業煉鋁的唯一方法，其核心反應在鋁電解槽內進行。現行工業鋁電解槽經歷了小型自焙槽、小型預焙槽、大型預焙槽和特大型預焙槽的發展歷程，傳統自焙槽由于環保等原因，在工業界已被全部淘汰，當前主流電解槽皆為大型或特大型預焙陽極鋁電解槽。

在目前的預報陽極電解槽中，陽極的使用周期為28～31d，當陽極達到使用周期時，需要根據預焙陽極結構設計和組裝情況，在保持一定殘極高度情況下及時更換陽極，從而保證鋁電解槽的正常穩定運行。鋁電解槽中有溫度場，物料場和電磁場。陽極的更換對“三場”都具有一定影響，但其影響最大的是溫度場。正常穩定運行的鋁電解槽內部是處于熱平衡狀態，換極前，正常運行的鋁電解槽保持著相對的能量平衡，浸入電解質中的陽極部分溫度和電解質溫度是相同的，陽極上部分的溫度也高達600～700℃當高溫殘極由電解槽中拔出時，一方面殘極會從電解質中帶走一部分熱量；另一方面，從拔出陽極到新陽極上槽需要一定的時間，拔出陽極的位置會出現一定的空間，也會散失一部分熱量；此外，當室溫新陽極安裝到電解槽上并浸入電解質中時，由于二者之間巨大的溫差，新陽極也會從電解質中吸收大量的熱量，直至在二者界面達到新的熱平衡為止。因此，換極過程實際上就是熱平衡——破壞熱平衡——建立新的熱平衡的過程。通常，300kA級以上的大型電解槽每天都會有換極過程，這一過程讓電解槽在長達數小時內都處于不穩定非正常生產狀態，這對電解槽的綠色節能生產帶了巨大的負面影響。

整體而言，所采用預焙陽極進行按照水平排布進行電解的工藝存在以下諸多缺陷：

1.不連續的陽極對電解槽穩定性負面影響巨大：由于傳統預焙鋁電解槽的陽極為非連續生產，平均每臺鋁電解槽每天都有陽極更換的人工作業，這將給鋁電解的正常生產帶來較大的影響，尤其是當前鋁電解行業為追求低能耗而執行的低電壓工藝，導致電解槽的物料平衡、熱平衡與磁流體穩定性皆處于高度敏感的臨界區域，故每次陽極更換皆會給電解槽帶來長時間的非正常生產周期，這一方面讓電解槽的能耗得不到有效降低，另一方面也會對槽壽命產生一定的影響。

2.水平電解模式讓電解槽投資大：電解槽中陰陽極電解界面為水平的，因此電解槽越大則電解槽占地面積越大，不但會導致槽內磁流體穩定性問題益發凸出，還造成電解槽建造與運行成本增加。

3.水平電解模式讓電解槽能耗巨大：由于磁流體穩定性的影響，電解槽的極距一般保持在3.5～4.5cm之間，由此導致了極間的無效損失壓降過大，而由于鋁電解的能耗與電壓成正比，即過高的極距直接導致鋁電解過程巨額的電能損失，這也是鋁電解過程電能利用率始終在50％徘徊的重要原因。

由此可見，現有鋁電解槽的預焙陽極對鋁電解的高效綠色節能來說已缺乏足夠的潛力，為了實現鋁電解的進一步深度節能，則需要從根本上改變陽極結構的設計。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對現有的預焙陽極以及在鋁電解槽內的水平電解模式存在的不夠節能的問題，提供一種自動加料的連續自焙陽極。

本發明采用如下技術方案實現：

自動加料的連續自焙陽極，包括陽極框架、陽極框架內部填裝的自焙陽極糊以及陽極糊下料系統；