[发明专利]一种含高导电骨架网络的铝电解槽复合阴极结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解槽复合阴极结构，特别是涉及一种含高导电骨架网络的铝电解槽复合阴极结构。

背景技术

在传统霍尔-埃鲁特(Hall-Héroult)铝电解槽中，电流从立柱进入阳极母线，再经铝导杆流入槽内并从槽侧部流出，宏观上看电流的方向在铝液与阴极中进行了90度方向的转折，鉴于铝液的电阻率远小于电解质以及阴极炭块，造成了铝液中的水平电流的存在，而该水平电流不仅会影响垂直磁场，还与垂直磁场共同作用，影响槽内磁流体的稳定性。而过大的水平电流引起会铝液剧烈的波动及电解质-铝液界面的严重变形，电解过程必须要在较高的极距条件下进行，由此引起大量的无用能耗。因此，对于铝液中的水平电流的降低，不仅对于铝电解行业实现节能降耗的良好发展具有重要意义，同时也是一项解决磁流体稳定性的根本性手段。

目前，在阴极结构上实现水平电流的一些研究主要集中在对阴极钢棒的改变上，包括钢棒开槽、双钢棒和异形阴极钢棒等，这些结构都能够在一定程度上降低水平电流，但未能够从根本上解决水平电流以及由于新结构带来的槽破损的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能显著减小电解槽内铝液中的水平电流，从而实现电解槽在低极距下稳定运行的含高导电骨架网络的铝电解槽复合阴极结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供的含高导电骨架网络的铝电解槽复合阴极结构，包括阴极炭块，在所述的阴极炭块内嵌入有至少一组在阴极制作过程中通过阴极的振动成型与焙烧实现二者紧密结合的阴极集流体骨架。

所述的阴极集流体骨架在所述的阴极炭块中为阶梯倾斜布置，所述的阴极集流体骨架在槽端部更靠近阴极炭块底部，而在槽中心则更靠近阴极炭块顶部。

所述的阴极集流体骨架的材质是高导电金属或金属合金材料。

所述的阴极集流体骨架的截面为圆形或方形。

所述的阴极集流体骨架为人字形阴极集流体骨架。

所述的人字形阴极集流体骨架的相邻两个分叉的角度为90～120°。

当所述的人字形阴极集流体骨架的截面为方形时，所述的人字形阴极集流体骨架的分支骨架截面为20mm×20mm～50mm×50mm，所述的人字形阴极集流体骨架的主干骨架截面大小为40mm×40mm～80mm×80mm；当所述的人字形阴极集流体骨架的截面为圆形时，所述的人字形阴极集流体骨架的分支骨架截面半径为20mm～60mm，所述的人字形阴极集流体骨架主干骨架截面半径为40mm～90mm。

所述的阴极集流体骨架为十字形导电集流体骨架。

所述的十字形导电集流体骨架的十字形分叉分支长度为50～100mm，相邻的所述的十字形导电集流体骨架经骨架的分支相互连接，所述的十字形导电集流体骨架的主干的长度为1500～2000mm；所述的十字形导电集流体骨架的当截面为方形时，所述的十字形导电集流体骨架的分支骨架截面为20mm×20mm～50mm×50mm，所述的十字形导电集流体骨架的主干骨架截面大小为40mm×40mm～80mm×80mm；当所述的十字形导电集流体骨架的截面为圆形时，所述的十字形导电集流体骨架的分支骨架截面半径为20mm～60mm，所述的十字形导电集流体骨架的主干骨架截面半径为40mm～90mm。

采用上述技术方案的含高导电骨架网络的铝电解槽复合阴极结构，阴极结构整体外形不变，保持与传统阴极一致的进电与出电模式，其阴极材质与传统阴极一致，但在阴极系统的组成上与传统有差别，不同于传统阴极(均含有阴极炭块和矩形状阴极钢棒)，本发明取消了传统的阴极钢棒，取而代之的是具有更高导电特性的网状骨架集流体即阴极集流体骨架，因此不会引起除阴极炭块外的铝电解槽其他部位的重新设计及加工，也不会显著影响阴极部分的生产及安装。该阴极集流体骨架使用高导电的材料做成网格状导电系统，通过在阴极加工成型过程中将其预埋至阴极内部，保证了阴极的完整性，同时可使得整个阴极结构的电场得到优化，因此可以显著减小铝液中的水平电流，并且优化铝液中水平电流的分布，所以采用此结构的电解槽工作时铝液波动小、容易实现低极距条件下的生产，使得槽电压低、工作稳定性强，综合能耗低。阴极集流体骨架的形状可根据电解槽大小、阴极尺寸调整。

本发明与现有阴极结构相比具备如下优点：