[其他]高導電性霍爾-埃魯鉛電解槽陰極結構

無效

• 申請號: 87214638
• 申請日: 1987-10-22
• 公開（公告）號: CN87214638U
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 崔學禮
• 申請（專利權）人: 河北省馬頭鋁廠
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 河北省專利事務所
• 代理人: 張貳群,陳潤生

本實用新型涉及一種鋁電解陰極結構。

現行鋁冶金工業大都用霍爾－埃魯法，采用冰晶石（Na3A1F6）熔鹽為主的溶劑，通以直流電還原其中溶解的氧化鋁，得到液態金屬鋁。該法所用陰極由碳素材料構成，鋁液對此材料濕潤不良，而且鋁液與碳陰極之間時常夾有一層電解質，由于電解質對陰極碳素塊尤其碳素塊間接縫底糊處滲透，造成陰極破損，其破損程度隨碳素材料結構規則性的增加而降低。亦即說，碳素材料越接近石墨，它的破壞程度就越小。（碳素材料破損序列，石墨——無煙煤——焦炭）但是由于純石墨有導熱率（152千卡／米度.小時）高造成熱損失大，和比電阻低造成熱量輸入降低等缺點。由此人們想到一種介于石墨與炭之間的所謂半石墨塊做鋁槽陰極材料。然而，半石墨塊組合成的陰極仍有填充糊縫存在，該材質不僅建槽費用高，其使用期限也未能令人如愿。

本實用新型的目的是提供提高霍爾－埃魯鋁電解槽導電性的陰極結構，其使用期長，制造成本較低。

本實用新型的任務是這樣完成的：該陰極結構采用由粘結劑粘結成的被電解質浸漬過的無煙煤基石墨為基的整體陰極，表面有完整的TiB復蓋層，可用鍍或涂的方式實現。該整體陰極被電解質浸漬過的催化石墨化碳素占總重的一半以上，最好占60－100％，其余料為石墨、無煙煤和／或石油焦，為降低成本，可不用石油焦，基本粘結劑是A1（H₂PO₄）₃和／或Mg（H₂PO₄）²，TiB₂復蓋層厚度可為0.1－4.0mm。

另一種陰極結構是在已有碳塊組成陰極結構基礎上，在碳素塊間隙中填充以用粘結劑粘結成的被電解質浸漬過的無煙煤基石墨為基的上述材料為底糊，該底糊組成好如以上所述。

本實用新型的優點是大大提高電解槽的導電能力，使用周期較長，取材方便，制造成本較低，尤其當采用第一種結構時，由于基體已浸漬了大量電解質，表面有致密的TiB₂保護層等原因，成為不易吸取Na的碳陰極，具有不透性，同時，鋁槽碳陰極無形變或形變較小，可使鋁槽使用期延長2－4年。同時，由于液體鋁層穩定，可顯著減少，陰極和陰極之間的距離，從而降低了電解槽的電壓降。由于該結構取消了已有技術碳素塊或半石墨塊組成其連接縫之間高比電阻碳素底糊，改善了電流分布狀況，可使極距由現在的4－5cm縮小到1.0－2.0cm，槽電壓降低0.4－1.0伏，相當每生產一噸鋁少耗電能1360－3400千瓦時。同時，可變廢為寶，減少環境污染，降低陰極材料成本，經濟效益極其顯著。

下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述：

圖1是本發明不透性陰極結構的示意圖。

在槽體〔1〕下部低比電阻碳素底糊墊層〔5〕上擺放數根陰極鋼棒〔4〕，在陰極鋼棒上分層搗固成碳素基體〔3〕，其基體上表面是TiB₂基涂層〔2〕，該涂層成分至少包括B、Ti、Al、C化合物及其上面的鋁液〔6〕。由此形成了一個物完整的、電流分布均勻的、電壓降低的不透性陰極結構。在鋁液上面是電解質〔7〕，陽極〔8〕懸掛在電解槽中央，則構成電解通路。（TiB₂）在鋁液和電解液中有很高的化學穩定性和導電性，并能為鋁液濕潤，是理想的惰性陰極材料。法國專利：85104565中公開，二硼化鈦（TiB₂）能同液體鋁濕潤，而且在930－960℃溫度下幾乎不受這種金屬腐蝕，因此，可用通常的方法將TiB₂基的復合材料沉積在整個或部分陰極表面上，這種搗固陰極采用骨料顆粒10－4mm重量比15－35％，－0.15mm顆粒占30－50％，粘結劑〔A1（H₂PO₄）³〕或〔Mg（H₂PO₄）²〕5－30％，粘結劑〔A1（H₂PO₄）³〕或〔Mg（H₂PO₄）²〕5－30％的糊料搗固成的碳素基體試樣，其物理性質如下：

碳素塊與搗固基體性能比較

????????碳素塊????????搗固基體

真比重（g／cm³） 1.85－1.89 2.40－2.45

假比重（g／cm²） 1.53－1.58 2.11－2.14