[发明专利]一种氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板及其使用方法

说明书

一种氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板及其使用方法，属于电解铝技术领域。该氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板，包括双极性电极板基块和绝缘块，双极性电极板基块分为阴极端和阳极端，在双极性电极板基块中，除了阴极端和阳极端的端面外，其余四周均设置连接绝缘块，并且绝缘块的宽度需要满足以下关系式：(ρ_C·h+2.15/D·S)ρ_L·(b+h)。该双极性电极板通过在双极性电极板基块上连接绝缘块，并限定绝缘块的宽度，从而在使用该氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板时，能够有效降低旁路电流，从而提高电流效率，降低电解能耗。

技术领域

本发明涉及电解铝技术领域，具体涉及一种氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板及其 使用方法。

背景技术

传统铝冶炼是使用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产，电解温度在930～1000℃范围内，原料 为氧化铝。此种方法，单位电能消耗率为13～15kW·h/kgAl，并且工业炭阳极参与阳极反应， 在电解时会不断消耗，因此，该方法不仅电能消耗大，而且每隔一段时间就要更换阳极，这 也增加了工人的劳动强度；此外，正常电解时，阳极产生的CO₂以及发生阳极效应时，阳极 产生CF₄和C₂F₆等碳氟化合物都是温室效应气体，而且，阳极产生的SO₂会污染环境，都不 利于环保。

以氯化铝为原料，采用熔盐电解法制备金属铝也引起了研究者的关注，相对于冰晶石- 氧化铝熔盐电解法，氯化铝熔盐电解法制备金属铝具有如下优点：电解温度更低；电流密度 更大，单位面积的产率更高；电解槽极距较小，电解电能消耗更低；不消耗炭阳极，没有更 换阳极操作，减少了人工劳动强度，降低了生成成本；电解产生的氯气可以用来氯化铝土矿 或氧化铝来生产氯化铝，整个电解过程不会排放温室效应气体和污染环境的气体；可以免除 磁场的影响。

然而，在氯化铝熔盐电解法所采用的多室电解槽中，由于旁路电流的存在，会降低电流 效率，增加能耗。因此，研究能够有效降低旁路电流的方法，将有利于提高氯化铝熔盐电解 的电流效率、进一步降低电解能耗。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提出了一种氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板及其使用 方法，该氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板，通过连接绝缘块，并限定绝缘块的宽度， 从而在使用该氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板时，能够有效降低旁路电流，从而提高 电流效率，降低电解能耗。

本发明的一种氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板，包括双极性电极板基块和绝缘块， 双极性电极板基块分为阴极端和阳极端，在双极性电极板基块中，除了阴极端和阳极端的端 面外，其余四周均设置连接绝缘块，并且绝缘块的宽度需要满足以下关系式：

(ρ_C·h+2.15/D·S)ρ_L·(b+h)

上式中，ρ_C为双极性电极板基块的电阻率，单位为Ω·cm；h为双极性电极板基块厚度， 单位为cm；ρ_L为电解质的电阻率，单位为Ω·cm；D为电流密度，单位为A/cm²；S为双极性 电极板基块中阴极端或阳极端的平面面积，单位为cm²；b为绝缘块宽度，单位为cm。

所述的氯化铝电解制备金属铝的双极性电极板中，双极性电极板基块的材质为炭材料， 绝缘块的材质为耐电解高温和耐电解质腐蚀的绝缘材料，优选为碳化硅。