[发明专利]一种异形阴极碳块结构铝电解槽

说明书

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，特别涉及一种用熔盐电解法制取金属铝的铝电解槽。

背景技术

目前，工业上的纯铝主要是用冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产的。其专用设备为内衬有炭质材料的电解槽。此电解槽的钢制外壳与炭质内衬之间为耐火材料和保温砖。电解槽的炭质内衬一般由具有较好的抗钠和电解质腐蚀性能的无烟煤或石墨质材料或两者的混合物所制的炭砖(或块)砌筑而成。在它们之间的连接处用上述炭素材料制成的炭糊进行捣固。在电解槽底部炭块的底部安置有钢棒，并伸出电解槽的槽壳之外，此钢棒常称为电解槽的阴极钢棒。在电解槽的上方悬挂有用石油焦制成的炭质阳极，电解槽的阳极之上安置有金属制成的阳极导杆，通过此阳极导杆可以将电流导入，在炭质阴极和电解槽的炭质阳极之间为温度在940～970℃的冰晶石-氧化铝电解质熔体和熔融的金属铝液。此金属铝液和电解质熔体是互不相溶的，且铝的密度大于电解质熔体的密度，因此铝在电解质熔体的下面与炭阴极接触。当直流电流从电解槽的炭质阳极导入，从炭质阴极导出时，由于电解质熔体是离子导电体，便使溶解有氧化铝的冰晶石熔体在两极发生电化学反应。此反应的结果是含氧离子在阳极上放电所生成的氧与炭阳极上的炭反应，其电解产物以CO₂的形式从阳极表面逸出。含铝的离子在阴极上放电，从阴极上获得3个电子，生成金属铝。此阴极反应是在电解槽中的金属铝液表面进行的。电解槽阴极表面与炭阳极底面之间的距离称为电解槽的极距。通常在工业铝电解槽中，电解槽的极距为4～5cm。极距在通常的工业铝电解生产中是一个非常重要的工艺和技术参数，太高或太低的极距都对铝电解生产影响，这是因为：

太低的极距会增加从阴极表面溶解到电解质熔体中的金属铝与阳极气体的二次反应，使电流效率降低；

太高的极距会增加电解槽的槽电压，使铝电解生产的直流电耗增加。

作为铝电解生产来说，希望电解槽有最高的电流效率和最低的电能消耗，铝电解生产中，其直流电耗可以用如下公式来表示：

W(度电/吨铝)＝2980×V_平/CE

式中：V_平为电解槽的平均槽电压(伏)，CE为电解槽的电流效率(％)

从上式可以看出，为了降低铝电解生产的电能消耗，可以通过提高电解槽的电流效率和降低电解槽的平均槽电压来实现。