[其他]高导电性霍尔-埃鲁铅电解槽阴极结构

说明书

本实用新型涉及一种铝电解阴极结构。

现行铝冶金工业大都用霍尔－埃鲁法，采用冰晶石（Na3A1F6）熔盐为主的溶剂，通以直流电还原其中溶解的氧化铝，得到液态金属铝。该法所用阴极由碳素材料构成，铝液对此材料湿润不良，而且铝液与碳阴极之间时常夹有一层电解质，由于电解质对阴极碳素块尤其碳素块间接缝底糊处渗透，造成阴极破损，其破损程度随碳素材料结构规则性的增加而降低。亦即说，碳素材料越接近石墨，它的破坏程度就越小。（碳素材料破损序列，石墨——无烟煤——焦炭）但是由于纯石墨有导热率（152千卡／米度.小时）高造成热损失大，和比电阻低造成热量输入降低等缺点。由此人们想到一种介于石墨与炭之间的所谓半石墨块做铝槽阴极材料。然而，半石墨块组合成的阴极仍有填充糊缝存在，该材质不仅建槽费用高，其使用期限也未能令人如愿。

本实用新型的目的是提供提高霍尔－埃鲁铝电解槽导电性的阴极结构，其使用期长，制造成本较低。

本实用新型的任务是这样完成的：该阴极结构采用由粘结剂粘结成的被电解质浸渍过的无烟煤基石墨为基的整体阴极，表面有完整的TiB复盖层，可用镀或涂的方式实现。该整体阴极被电解质浸渍过的催化石墨化碳素占总重的一半以上，最好占60－100％，其余料为石墨、无烟煤和／或石油焦，为降低成本，可不用石油焦，基本粘结剂是A1（H₂PO₄）₃和／或Mg（H₂PO₄）²，TiB₂复盖层厚度可为0.1－4.0mm。

另一种阴极结构是在已有碳块组成阴极结构基础上，在碳素块间隙中填充以用粘结剂粘结成的被电解质浸渍过的无烟煤基石墨为基的上述材料为底糊，该底糊组成好如以上所述。

本实用新型的优点是大大提高电解槽的导电能力，使用周期较长，取材方便，制造成本较低，尤其当采用第一种结构时，由于基体已浸渍了大量电解质，表面有致密的TiB₂保护层等原因，成为不易吸取Na的碳阴极，具有不透性，同时，铝槽碳阴极无形变或形变较小，可使铝槽使用期延长2－4年。同时，由于液体铝层稳定，可显著减少，阴极和阴极之间的距离，从而降低了电解槽的电压降。由于该结构取消了已有技术碳素块或半石墨块组成其连接缝之间高比电阻碳素底糊，改善了电流分布状况，可使极距由现在的4－5cm缩小到1.0－2.0cm，槽电压降低0.4－1.0伏，相当每生产一吨铝少耗电能1360－3400千瓦时。同时，可变废为宝，减少环境污染，降低阴极材料成本，经济效益极其显著。

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：

图1是本发明不透性阴极结构的示意图。

在槽体〔1〕下部低比电阻碳素底糊垫层〔5〕上摆放数根阴极钢棒〔4〕，在阴极钢棒上分层捣固成碳素基体〔3〕，其基体上表面是TiB₂基涂层〔2〕，该涂层成分至少包括B、Ti、Al、C化合物及其上面的铝液〔6〕。由此形成了一个物完整的、电流分布均匀的、电压降低的不透性阴极结构。在铝液上面是电解质〔7〕，阳极〔8〕悬挂在电解槽中央，则构成电解通路。（TiB₂）在铝液和电解液中有很高的化学稳定性和导电性，并能为铝液湿润，是理想的惰性阴极材料。法国专利：85104565中公开，二硼化钛（TiB₂）能同液体铝湿润，而且在930－960℃温度下几乎不受这种金属腐蚀，因此，可用通常的方法将TiB₂基的复合材料沉积在整个或部分阴极表面上，这种捣固阴极采用骨料颗粒10－4mm重量比15－35％，－0.15mm颗粒占30－50％，粘结剂〔A1（H₂PO₄）³〕或〔Mg（H₂PO₄）²〕5－30％，粘结剂〔A1（H₂PO₄）³〕或〔Mg（H₂PO₄）²〕5－30％的糊料捣固成的碳素基体试样，其物理性质如下：

碳素块与捣固基体性能比较

        碳素块        捣固基体

真比重（g／cm³） 1.85－1.89 2.40－2.45

假比重（g／cm²） 1.53－1.58 2.11－2.14