[发明专利]双层铝阴极铝电解槽

说明书

技术领域

双层铝阴极铝电解槽，涉及一种以铝作为阴极，以冰晶石一氧化铝熔体为电解质、熔盐法生产铝电解槽的改进。

背景技术

铝是产量和消费最大的有色金属，是仅次于钢铁的第二大金属结构材料，在国民经济与国防建设中具有极其重要的战略地位。目前，我国电解铝产量居世界第一位。电解铝生产是以冰晶石一氧化铝熔体为电解质，以碳为阳极，以液体铝、阴极炭块、阴极钢棒组成的阴极体系为阴极，通直流电流，在阳极析出CO₂气体，在阴极析出液体铝。铝电解的基本反应为：

通电：2Al₂O₃+3C＝＝＝＝＝3CO₂+4Al

按照目前的技术，生产1t金属铝约须消耗14500kw·h电，我国铝电解全年约需消耗4510亿度电，是名副其实的电老虎。在铝电解950-960℃的工艺条件下，铝电解的理论电耗约为6300kw·h/(t·Al)，能量利用效率不足36％，传统铝电解槽示意图见图1。

传统铝电解槽电流由阳极流经电解液、铝液，从阴极流出。阳极压降、极间电阻压降(包括电解液、铝液)、阴极压降高是造成铝电解能耗高的主要原因。在铝电解槽电阻压降中，阴极压降约占电阻压降的20％，铝电解槽的阴极由槽内铝液层和阴极炭块组组成，阴极压降由槽内铝液层压降、铝碳接触压降、炭块压降、碳钢接触压降、钢棒压降等部分组成。在整个电解槽使用寿命周期内，阴极压降随电解槽使用时间的延长发生规律性变化。在电解槽投入使用的初期(投产一年左右)，阴极压降随电解槽使用时间的延长，有逐渐降低的趋势(随阴极炭块石墨化程度提高而降低)。投产2-3年的电解槽，阴极压降保持相对稳定。以后，随着电解槽使用时间的延长，阴极压降有逐渐升高的趋势。传统铝电解槽阴极炭块组，炭块与导电钢棒之间会产生的碳-钢接触压降，碳-钢接触电压降随槽龄增加而先降后升。电解铝液与炭块之间的接触界面电压降受炉底结壳状态影响。以某型铝电解槽为例，在炉底无结壳的情况下，电解铝液与炭块之间的接触界面电压降在20-28mv之间，炭块电压降为102mv，新槽期间的碳-钢接触压降为69mv，钢棒电阻压降为186mv。新槽期间的钢棒电压降约占炉底电压降的48.8％。特别是阴极炭块组中的碳-钢接触压降随着槽龄的增加而增大，究其原因是由于：电解槽在使用过程中，槽内电解液通过阴极炭块向底部渗透，渗透出的电解液在碳-钢接触部位冷却，形成不导电的固体电解质层，使碳-钢接触压降急剧上升，传统铝电解槽阴极钢棒与炭块之间的固体绝缘电解质层示意图见图2。

综上所述，由铝液和阴极炭块组组成阴极的传统铝电解槽，阴极钢棒电压降约占炉底压降的49％，极大地增加了铝电解的电耗；在电解槽使用过程中，渗透出的电解液在碳-钢接触部位形成不导电的固体电解质层，使碳-钢接触压降急剧上升，增大铝电解电耗。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效消除铝-碳接触压降、炭块电阻压降、碳-钢接触压降、钢棒电阻压降，降低铝电解电耗，提高铝电解电流效率的双层铝阴极铝电解槽。

本发明的目的通过以下技术方案实现的。

双层铝阴极铝电解槽，其结构包括：预焙阳极、下料装置、粉尘净化装置；其特征在于其阴极系统的结构包括：

电解槽体，该电解槽体为由耐火-保温材料构成的凹形槽体；在电解槽体上部边缘设有槽帮；

阴极隔墙，该隔墙为各设置在电铝解槽体的两端头槽帮内、与电解槽体侧槽帮内壁固接的两个隔墙，隔墙底部与电铝解槽体的下底间设有底通道；阴极隔墙与电铝解槽体端头槽帮内壁形侧通道；

阴极母线，该阴极母线由阴极隔墙与电铝解槽体端头槽帮内壁形侧通道进入电解槽体；

阴极水平隔板，该水平隔板为位于电解槽体内、与阴极隔墙下端联接的水平隔板，在隔板上开有铝液通孔。

本发明的双层铝阴极铝电解槽，其特征在于其阴极隔墙由电解槽体由里向外方向，依次由炭块和耐火-保温材料构成，其炭块下部砌有氧化铝陶瓷砖，所述的阴极水平隔板与阴极隔墙的炭块下部砌有的氧化铝陶瓷砖联接。

本发明的双层铝阴极铝电解槽，其特征在于设有阴极隔墙的两端头的电铝解槽体的槽帮为向外的、断面为“L”的槽帮。

本发明的双层铝阴极铝电解槽，其特征在于阴极水平隔板下部设有支撑炭块。