[发明专利]一种惰性电极铝电解槽电极导杆的保护方法无效
申请号: | 201110372099.4 | 申请日: | 2011-11-22 |
公开(公告)号: | CN102400179A | 公开(公告)日: | 2012-04-04 |
发明(设计)人: | 杨建红;梁玉东;包生重;王俊伟;李旺兴;黄钦佩 | 申请(专利权)人: | 中国铝业股份有限公司 |
主分类号: | C25C3/12 | 分类号: | C25C3/12 |
代理公司: | 中国有色金属工业专利中心 11028 | 代理人: | 李迎春;李子健 |
地址: | 100082 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 惰性 电极 电解槽 保护 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种惰性电极铝电解槽电极导杆的保护方法。
背景技术
目前,以炭阳极为主要特征的预焙阳极铝电解槽,成为当今铝工业的主流槽型,并且随着工业技术的进步,预焙炭阳极铝电解槽在不断的向大型化、自动化、高电流效铝、高寿命、低能耗等方向发展。尽管也取得了重大成绩,如槽型扩大到500kA至600kA,电流效率达到95%以上,直流电耗已降低至13000kW·h/t(Al)以下。但其自身有着非常大的缺陷:消耗大量的碳素资源;生产过程排放大量的CO2、CFn、PAH等温室气体和致癌物质;能量利用率低于50%等。这不仅制约着铝工业的发展,也威胁到人类的生存健康。采用惰性阳极铝电解槽则可以解决这些问题。惰性阳极铝电解槽不仅阳极消耗少,而且排放出的是氧气,适合人类低碳经济的发展。
惰性阳极铝电解槽的理论最低能耗(9240kW·h/t(Al))高于炭阳极铝电解槽的理论最低能耗(6320kW·h/t(Al))。但采用多室结构的惰性电极铝电解槽,由其单位体积内的电极反应面积可以大大增加,相同尺寸的电解槽可以采用更大的电流,即使在较低极距、较低槽电压下运行,也能够有足够的发热量,保证电解槽的热平衡。所以,惰性电极铝电解槽的槽电压和其综合能耗可以低于现有预焙阳极铝电解槽。然而,多室结构铝电解槽惰性电极导杆的保护,在工业化过程中将是一个关键的技术。特别是竖式、多室、阴阳极交错排列的惰性电极铝电解槽。
传统的预焙阳极铝电解槽,其炭阳极通过磷生铁浇注与钢爪连接,钢爪经爆炸焊块与铝导杆连接,铝导杆继而连接在大母线上。正常运行时,阳极与钢爪连接处位于电解质液面上方,并且有电解质表面结壳和氧化铝(或称为覆盖料)覆盖,达到防止炭块氧化和保温的作用。而钢爪的大部分、爆炸焊块、铝导杆均在覆盖料之上,露于空气中,通过对流和辐射散热,降低自身的温度。并且由于有电解质结壳和覆盖料对电解质液面的遮盖,钢爪、爆炸焊、铝导杆的工作环境温度和挥发性氟化物气氛浓度均较低,使其能够在不需要外加保护的情况下即可长期工作。但惰性电极铝电解槽,特别是竖式、多室、阴阳极交错排列的惰性电极铝电解槽,其电极和电解质上方则不能用电解质结壳和覆盖料的方式进行保护。
一方面、惰性电极铝电解槽往往采用低温电解质,电解质表面难以形成结壳,并且竖式、多室、阴阳极交错排列的惰性电极铝电解槽,其电解质表面若采用氧化铝或覆盖料进行覆盖,则落入极间的氧化铝或覆盖料将会严重影响电解反应的进行。严重时会造成电极大面积损坏,而被迫停槽。
再者、如果采用散热的方式使电解质表面结壳,并用覆盖料覆盖。那么其散热量必然很大,否则结壳会融化,覆盖料坍塌,同样会造成电解难以进行。惰性阳极铝电解槽要在综合能耗方面占优势,就必须降低散热损失。
其次、由于电极不能既耐氧化又耐铝水冲蚀。电极必须没于电解质水平面以下,特别是阴极。所以电极导杆一部分会没入电解质,一部分在电解质液面以上。在电解质液面上方的导杆可以通过致密的耐火耐蚀材料进行保护,免受电解质挥发氛、氟化氢及氧气的侵害。但对于电解质液面以下部分,难以选择合适材料对其保护,以避免受到电解质的腐蚀或渗透。当电解质渗透至导杆后,由于电解质存在离子导电,导杆便成为电极,参与电化学反应,于是导杆很快就会被腐蚀完毕。
基于竖式、多室、阴阳极交错排列的惰性电极铝电解槽这些特点和降低热损失的需要,导致电极导杆的保护非常困难。
中国专利CN200810049240.5、CN89210028.1、CN200610051288.0及美国专利US6866768均从不同的角度公布了一种水平电流、阴阳极交错排列、多室结构的铝电解槽,但都是概念性的描述了槽的结构,并没有具体化,更没有涉及在实际运行时对电极导杆的保护。
专利200510011143.3公布了一种低温生产铝的方法及其专用的铝电解槽。文中说明了所用电解质成分、阴极和阳极的成分,并且阴阳极也是交错排列,呈竖式多室结构。但没有提及在运行时如何对电解槽上部进行保温和密封,以及如何对导杆进行保护。
专利CN200610032461.2公布了一种铝电解用陶瓷基惰性阳极与金属导杆的连接方法。文中重点阐述了金属导杆与陶瓷基惰性阳极连接处采用压力扩散焊的实施方法,并没有说明其电极用于竖式多室结构的铝电解槽,或上下结构的铝电解槽,也没有说明如何对导杆进行保护。
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