[发明专利]一种连续阳极立式V型双斜面铝电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，具体地说是一种连续阳极立式V型双斜面铝电解槽。 

背景技术

Hall-Héroult熔盐电解法炼铝至2008年以前，国际铝工业在系列化生产上的直流电耗最好指标一直徘徊然在13000kWh/t-Al以上，能量利用效率(即电能效率)没有突破50％。近两年，国内在阴极结构技术(如曲面阴极技术、异形阴极技术)和电解槽控制技术取得了显著进展，直流电耗最好指标接近12000kWh/t-Al，能量利用效率刚刚突破50％。铝电解能效不能得到本质性突破的根本原因在于传统水平式电解槽槽底铝液在强电流磁场环境下产生波动，为了保证90％以上的电流效率，通常极距保持在4-5cm，槽电压保持在3.80V以上。进一步降低极距，必然引起铝的二次反应加剧，电流设率降低，电解槽运行稳定性显著下降。 

为了克服上述技术障碍，实现高效与节能，西方发达国家在上世纪80年代就开始投入巨资开发可湿润阴极导流式等新型结构电解槽和惰性阳极技术，国内中南大学、中国铝业公司等单位上世纪80年代末开始这方面的研究，但是，这类研究仍面临养许多重大的技术难题，大部分都只停留在实验室研究和小规模试验阶段。 

尽管遇到困难，但国内外研发者并未放弃努力。美国在2003年发表的《铝工业发展指南》中把今后20年铝电解工业的原铝直流电单耗目标值定在了12000kWh/t-Al。2009年初我国在《有色金属产业调整振兴规划》中也提出将铝电解原铝直流电单耗目标值降到12000kWh以下，并明确指出，未来三年，全国铝电解工业原铝平均直流电单耗力争降至12500kWh/t-Al，以此作为铝行业准入条件之一。 

发明内容

本发明的目的是提供一种连续阳极立式V型双斜面铝电解槽，实现阴极表面的零铝水平，大幅降低电解槽极距，同时阳极气体可沿阳极斜面顺利上排，减少气膜电阻。 

本发明采用“V”形阴极结构和连续预焙炭素阳极，利用电解过程中连续阳极的自然消耗，保持阳极的“V”形结构，将传统电解槽的上下垂直导电方式改变为具有较大倾角 的双斜面导电方式，从而实现阴极表面的零铝水平，大幅降低电解槽极距；同时，阳极气体可沿阳极斜面顺利上排，减少气膜电阻。本发明电解槽和同容量传统电解槽相比，极距显著降低，体积和散热面积大幅减少，从而达到减少建设投资、铝电解过程大幅节能的目的。 

本发明的技术方案如下： 

连续阳极立式双斜面铝电解槽结构为：包括阳极、电解质、阴极、防渗层、保温层、槽壳、支撑框架等构成，其特征在于采用“V”形阴极结构，将传统铝电解槽的上下垂直导电方式改变为具有较大倾角的双斜面导电方式，阳极下部由于自然消耗形成与阴极相对应的“V”形结构，阳极上设置提升装置，通过阳极升降来调整极距。 

阳极分为若干组，若干阳极组由阳极提升装置固定为一个整体，阳极提升装置固定在这块炭块小头的孔内。根据电解槽设计容量大小的要求，选择阳极组数的多少。阳极组在电解过程中消耗，会自然保持阳极的“V”形结构。随着阳极的消耗，在阳极组上部定期增加一块阳极炭块，并通过炭糊与下面阳极组粘结，同时需要定期对阳极进行转接将阳极提升装置上移一组炭块。立式双斜面阳极可由连续多个组成。阳极提升装置起到固定阳极组作用的同时，由电机驱动，根据电解工艺的需要，升降阳极和改变电解极距。 

阴极外周围为防渗层，防渗层外周围为保温层和槽壳，槽壳外部为支撑框架。 

“V”型阴极结构的重要参数是阴极斜面与水平面之间的倾角α，斜面倾角α为30°～80°。在阳极垂直投影面积相同情况下，随着斜面倾角α变大，电解槽深度增加，导电面积增大，电解槽的电流容量增大，阳极高度消耗减少，连续阳极加极周期延长。 

“V”型阴极结构电解槽由于阴极被高温电解质直接接触电解质冲刷侵蚀，采用常规石墨质阴极炭块槽寿命会显著缩短。所以，阴极材料需要选择耐高温电解质冲刷度蚀的材料，如石墨化阴极块、TiB₂-C复合阴极炭块、耐高温电解质侵蚀合金或金属陶瓷阴极等材料，配合以低分子比、高氧化铝浓度等电解质工艺体系，以延长电解槽寿命。