[发明专利]渗流式铝电解槽及稳定铝电解槽中铝液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗流式铝电解槽及稳定铝电解槽中铝液的方法，属于铝电解技术领域。

背景技术

传统Hall-Héroult铝电解工艺一直是工业炼铝的唯一方法，其高能耗是Hall-Héroult工艺存在的主要缺点之一。因现行炭素阴极与铝液间润湿性差，铝液难以稳定平铺在炭素阴极表面上，为了避免电解质与阴极的接触及阴极电流分布不均，电解过程中阴极表面上必须保留一定高度的铝液，使得铝液在自身重力作用下覆盖在炭素阴极表面上。然而，在电磁力的干扰下，阴极表面上的铝液出现波动，为了减少铝液二次反应的发生，必须保持较高的极距和槽电压，很大一部分能量被消耗在极距间的欧姆电压降上，从而导致铝电解能耗上升。

针对现行铝电解存在的高能耗问题，国内外申报了大量的有关导流型铝电解槽和新型阴极结构铝电解槽的专利，以实现铝电解的节能降耗。对于导流型铝电解槽，如U.S.005028301和U.S.005043047专利中，提到采用一定倾斜度的斜坡阴极，即阴极朝槽中间或槽两边倾斜，槽中间或槽周边带有聚铝沟结构，从而构成所谓“导流型”铝电解槽，旨在通过减小极距，以实现铝电解节能的目的。该类导流型铝电解槽基于可润湿性阴极，在电解过程中产生的铝液直接流入中间或边部聚铝沟中，阴极表面上只保留薄薄的一层铝液，且整个电解槽中储存的铝液量较少，极距可望减小到1～2cm，从而实现铝电解的节能降耗。但是，这种导流型铝电解槽在结构设计上存在一定的局限性，其一，这种导流结构铝电解槽必须建立在一种与铝液完全润湿的阴极材料基础上，以保证铝液顺利地从阴极表面流入聚铝沟中。当阴极表面或局部表面与铝液间润湿性变差，铝液在阴极表面短暂停滞或成团，从而导致阴极电流分布不均甚至短路，且阴极润湿性差的部位容易与电解质直接接触，加剧阴极的腐蚀渗透，降低电解槽寿命；其二，这种导流结构铝电解槽，其可润湿性阴极与碳素阴极基体的结合难度大，容易使得可润湿性阴极与碳素阴极基体界面脱落分离。对于异型阴极结构铝电解槽，从各铝厂应用统计结果来看，设计不好或异型阴极破损与变形较严重的异型阴极槽，槽内形成大量的小紊流，导致电流效率下降严重；当阴极“异型”程度较大时，对铝液水平流速的降低和流动形态的破坏较大，不利于物料在全槽的快速与均匀分布，容易导致阳极效应系数增大，特别是对于现代300kA以上容量的大型槽，上述负面作用更加严重。一些铝厂发现异型阴极的“凸台”容易脱落，对槽寿命的影响还缺乏长期实践证明，且异型阴极对电解槽的焙烧启动与运行管理要求较高，操作与控制不好时容易出现病槽。

发明内容

本发明要解决技术问题是提供一种渗流式铝电解槽及稳定铝电解槽渗流阴极块上层铝液的方法，该渗流式铝电解槽及稳定铝电解槽中铝液的方法能有效减缓铝液波动，减少铝的二次反应，有利于提高电流效率与降低极距。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种渗流式铝电解槽，包括多个阴极炭块，阴极炭块底部设有阴极钢棒；在阴极碳块上部沿平行于阴极钢棒方向开设一条或多条横向导流沟，渗流阴极覆盖在部分或全部导流沟上，渗流阴极由一个或多个渗流阴极块组合而成；横向导流沟与外部的铝液之间具有渗流通道。

渗流通道为渗流阴极块间缝隙或或渗流孔或渗流块与导流沟间的缝隙。

渗流阴极块上设有渗流孔，所述的渗流通道为渗流阴极块间缝隙、渗流块与导流沟间的缝隙或渗流孔。

在铝电解槽中缝对应的阴极碳块区域开设一条或多条纵向导流沟。

纵向导流沟和横向导流沟直接导通，或者，纵向导流沟和横向导流沟之间设有隔墙。

所有或部分渗流阴极的上表面处于同一平面。

渗流阴极块由TiB₂、ZrB₂、SiC、TiC、TiN、ZrC、SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄、C中的至少一种材料制成。

渗流阴极块采用平面左右凹合、Z字形上下凹合、粘接和直接拼接中的一种或多种方式进行组合。

渗流阴极块的外形结构为正方形、长方形、三角形、梯形中的任一种，或由其中至少两种形状组合而成。

一种稳定铝电解槽中铝液的方法，采用前述的渗流式铝电解槽，使得铝液通过导流沟与外部的铝液之间的渗流通道渗流到横向导流沟中，从而稳定铝电解槽渗流阴极块上层的铝液。

有益效果