[发明专利]生产铝时终止阳极效应的方法

说明书

本发明涉及电解氧化铝生产铝时消除或终止“阳极效应”（anodeeffect）的方法。

氧化铝之电解还原一般是在Hall-Heroult电解池中进行的，其中包括一延伸的浅容器，并衬以导电材料如碳质作为阴极。该容器中盛有熔融电解质，一般是含有2-6%（重量）熔解的氧化铝的冰晶石。并由上部将多个碳阳极浸入电解质中。当直流电通过电解池时，生成熔融铝并沉于池底，在此形成一阴极池。此外释放的氧气可氧化碳阳极而生成二氧化碳/或一氧化碳。由于阳极逐渐消耗，并须保持阳极和阴极间的间距，因此需要在电解池上部提供一提升装置，以便将阳极升起、降落和最后置换。

在称为Soderberg的电解池中，仅用一个大阳极，它几乎将池面全部覆盖。另一种Prebake的电解池中，提供了多个阳极，并以纵横向排布作为阳极板区。一般有两排纵向排列的阳极，并沿电解池纵轴向在各边对称排布。沿电解池轴向两排阳极间的空间视为中央道。横向的阳极数目按电解池大小而有所不同，但一般至多是十五个，通常是八-十五个。这种排列中各阳极间距一般是相同的。

电解池操作时，电解质温度保持于950-980℃，以保持电解颀和铝的熔融态。在电解质表面温度较低，故凝固成固态壳层。靠近池壁处温度也较低，电解质也可能凝固。在电解过程中，电解质中氧化铝浓度降低，而需周期性破开一定部位的壳层从上部加进氧化铝。

靠近阳极底部的电解质中的氧化铝浓度下降得最迅速，而当该部位的浓度下降至约2%（重量）或更低时，可发生阳极效应。这时电压升高（可达40伏特），并阳极气中产生氟碳化物。在下列文献中对阳极效应有详述，即“Aluminium        Electrolysis        Fundamentals        of        the        Hall-Heroult        Process”，第二版，K.Grjotheim等著，Aluminium        Verlage，1982，264-283页;“Aluminium        Smelter        Technology，第二版，K.Grjotheim及B.J.Welch著，Aluminium        Verlag，第116-118页。上述文献包括于本说明书作为参考。在上述文献中对阳极效应已知的缺点起因有详述，通常需要尽快地消除或终止阳极效应。

消除的方法通常是：（a）破开壳层，将氧化铝加进电解池中;（b）剧烈搅动电解质，由受影响阳极底部吹扫气体，借此也有助于将氧化铝由加入部位分散至整个电解池内。常用木质棒或喷气管搅动阳极下的电解质。但近年来已发展应用更有效的自动化技术。例如Saksvikronning等之加拿大专利1，148，892号（1983年6月28日）是有关Soderberg型电解池，其中公开了用倾转和摆动单个阳极的方法以扫除不需要的气体和混匀池内电解质。但这种方法不完全适用于Prebake电解池，这是由于该类型电解池内的多个阳极间距过小难于倾转和摆动，而且还需要复杂的设备。

在prebake电解池中，曾用一种“抽动”方式，即将整个阳极板降落一段距离，然后再将其提升。该方法的缺点是，当阳极板降落时，可引起电解质穿透壳层，使电解质表面上升而溅出。为此需设计带深凹腔的阴极而增加成本。按该方法阳极效应的消除效率一般是70-90%（电解池操作中，效应被成功消除的阳极数与提升的阳极总数之比），效率很大程度上取决于阳极板降落所允许的最大限度。要得到更高效率如90-95%，则需具深度凹腔的电解池阴极。

我们的一个在先美国专利4，414，070（Spence，1983年11月8日）中，公开了一种对prebake电解池适用的并无需深度阴极凹腔的方法。所述设备中，可使阳极单独地提升或降落。该专利中还述及当一组阳极提升时，另一组阳极可降落以抽动电解池成份，而不会影响熔融电解质表面。上述专利中提出，电解池中一纵排所有阳极提升同时，另一纵排所有阳极则降落（按电解池纵轴向）;或者是电解池一端所有阳极提升，同时另一相对端所有阳极则降落（按电解池横轴向），或者是在一方位上的阳极提升同时，其对角方位上的阳极则降落（称其为对角线型）。该等方法产生效果时，阳极效应消除效率并未如理想，一般达80-90%。

因而本发明的目的在于提供一种消除或终止阳极效应的方法，并借此提高其效率。

通过对Spence所公开的应用设备的阳极运动进一步研究，可以发现如果将在电解池纵向上相互散布的多个小组阳极以相反方向运动，那么消除效率可以提高，基于上述发现而实现了本发明。