[发明专利]电解槽及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解槽及其操作方法，特别地本发明涉及生产铝的霍尔-赫 鲁型槽中的电流分布。

背景技术

为了很好的理解本发明，首先应该记住铝的工业生产是通过在槽中电解而 实施的，这些槽以串联的形式被电连接，并且通过横穿过槽的电流的热效应使 得在熔融冰晶石中的氧化铝溶液的温度典型地在940和980℃之间。

每个槽由绝缘的平行六面体钢容器构成，该容器支撑包含预焙碳块的阴极， 预焙碳块中密封有一些通常所说的阴极电流集电棒的钢棒，其从该槽的每个长 侧将通常大约50％的电流导出该槽。阴极电流集电棒与起到将电流从该阴极导 向后一槽的阳极的作用的母线系统连接。由碳、钢和铝组成的阳极系统固定在 所谓的“阳极框架”上，具有高度可调整的阳极杆并电连接到前一槽的阴极杆。

电解液，也就是在940-980℃下熔融冰晶石混合物中的氧化铝溶液，位于 阳极系统和阴极之间。产生的铝沉积在阴极表面上，一层液态铝永久地保持在 阴极熔炉的底部。因为该熔炉是矩形的，支撑阳极的阳极框架大体上与它的大 侧面平行，而阴极杆平行于它的小侧面，即通常所说的槽头。

槽中的主磁场由阳极和阴极系统中的电流产生。所有其它的电流将对该产 生的主磁场引起扰动。

槽是按排布置的，并且可以以并排(side-by-side)的方向横向排列，它们 的短边平行于电解槽系列的轴；也可以在首尾相连(end-by-end)的方向上纵 向排列，它们的长边平行于电解槽系列的轴。通常，一个电解槽系列由两排槽 表示，在该两排槽中电流具有相反的方向。这些槽以串联的方式电连接，该系 列的末端连接到电力整流和控制变电站的正负输出端。横穿各种传导元件：阳 极、电解液、液态金属、阴极和连接导体的电流产生大磁场。这些磁场与在液 体电解质和金属中的电流一起形成在包含于熔炉中的该电解液和该液态金属中 的磁流体动力学(MHD)行为的基础。引起电解液和金属流动的所谓拉普拉斯 (LaPlace)力对槽的稳定运行(稳定性)也是有害的。此外，槽的设计和它的 母线配置也将影响横穿该槽的电流是怎样分布的。应当理解本发明可实施于并 排以及首尾相连布置的槽。

通常，穿过阳极系统的电流分布主要受槽中阳极布置、以及阳极吊架的短 线(stub)配置的设计和它们与单个阳极的接口的影响。

当提到阴极系统时，它通常以集电棒以水平方式嵌入单个阴极块的方式而 设计。考虑熔融物或电解液穿过阴极系统的渗漏问题，该工艺方法已经被证明 是非常可靠的。此外，集电棒由包裹的高度耐高温和抗腐蚀侵蚀的阴极材料(碳 基材料)保护。通常，母线汇集阴极槽壳外面的电流。这种现有技术的一个缺 点是阴极系统内的电流分布在阴极块的外围比其它地方更密集。此外，基于在 阴极块的底面形成的狭槽中的集电棒的同种嵌入的技术，将产生这样一个结果： 沿着集电棒在内部向阴极块的另一端的电流分布，随着离母线收集器的距离以 相当比例地减少。因此，电流应该有利地以预先设定的方式且在阴极系统更适 当的区域分布，以获得均匀的电流分布。

在开发竞争性的铝还原技术中，铝生产槽的阴极电流分布和相应的母线系 统的设计公认是代表了更具资质的关键行为之一。

设计者在开发最佳阴极系统的过程中应该具有一些自由度，利用技能选择 配置(拓扑)，这可产生最佳的电流分布。

公认如果电流可起源于在预先选择的点或区域的阴极系统，那么通过计算 和模拟辅助，应该可能提高阴极系统中的电流分布。但是，这将意味着阴极系 统应该至少部分地自下而上地被穿透，并且优选通过电流引线或插头连接到水 平的电流集电棒。到今天为止没有任何实现具有在阴极底部的竖直电流输出端 这样构思的已证实的解决方法。

从EP0345959A1可知，将从电解槽收集的电流经由两个阴极铁棒，并且经 由导体通过电解槽的底部和经由柔性导体分布到集电棒。

NO-B-165203在其图1中公开了一种在其侧面和底部均带有阴极电流输出 端的电解槽。