[实用新型]一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽无效

专利信息
申请号: 200820218402.9 申请日: 2008-10-10
公开(公告)号: CN201305634Y 公开(公告)日: 2009-09-09
发明(设计)人: 冯乃祥 申请(专利权)人: 冯乃祥
主分类号: C25C3/08 分类号: C25C3/08
代理公司: 沈阳东大专利代理有限公司 代理人: 梁 焱
地址: 110004辽宁省沈阳市*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 纵向 横向 功能 新型 阴极 结构 电解槽
【说明书】:

技术领域

本实用新型属于铝电解技术领域,特别涉一种具有纵向和横向减波功能的新型阴极结构铝电解槽。

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炭砖(或块)砌筑而成,炭砖(或块)的材质为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。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/CE        (1)

式中:V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。

电解槽的槽电压降低0.1伏,可使电解槽的直流电耗降低320度电/吨铝左右。而电解槽的电流效率每提高1%,可使直流电耗降低150度电/吨铝左右。可见,在不影响电解槽电流效率的情况下,降低槽电压对铝电解生产的意义极其的重大。如果既能降低槽电压,又能提高电解槽的电流效率,那么对降低铝电解生产直流电耗的意义更大。

电解槽的极距是决定槽电压大小的重要工艺和技术参数,就目前的工业电解槽而言,其极距每降低1mm,约使槽电压降低35mV左右,从(1)式可以看出,在不降低电解槽电流效率的情况下,它可以使铝电解生产的直流电耗每吨铝降低100多度电。由此可见,在不影响电流效率的情况下,降低极距,对铝电解生产的电能消耗意义重大。通常工业铝电解槽的极距在4.0~5.0cm,其大小是用一个带勾的15mm左右的冷钢纤竖直伸入电解槽的电解质熔体中并垂直地勾在阳极底掌面上约一分钟左右后,从电解槽中提出,利用铝与电解质的分界面,观测出铝液面与阳极底掌面之间的距离,因此用这种方法测出的极距并非是电解槽的真正极距,这是因为电解槽内的金属铝液面受电解槽内电磁场力和阳极气体从阳极逸出时,对金属铝液面作用产生波动。有文献报导,电解槽阴极铝液面波峰高度约在2.0cm左右。假如电解槽没有铝液波动,那么电解槽可在2.0~3.0cm的极距下进行电解生产。这样,可使槽电压降低0.7~1.0伏,从而达到使电解槽节电2000~3000度电/吨铝的目标。

基于这种理论,冯乃祥发明了一种其阴极炭块表面沿炭块的纵向方向,即系列电流方向相一致的方向,具有突起墙体的阴极炭块,及其由这种阴极炭块所砌成的一种异型阴极炭块结构铝电解槽。这种电解槽已在重庆天泰铝业大型电解槽上进行试验,试验电解槽的槽电压由原来的4.1伏降低到3.8伏,取得了明显的节电效果。但试验结果也发现:(1)这种电解槽的阴极结构具有能消减来自电解槽纵向方向,即与系列电流相垂直方向铝液波动的功能,但不能消减来自电解槽横向方向铝液的波动。(2)阴极炭块表面凸起的墙体与阴极炭块基体相结合的地方应力差较大,凸起容易在此处断裂,断裂的突起容易给电解槽的操作带来影响,并降低电解槽寿命。

实用新型内容

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