以铝作为阴极的铝电解槽阴极.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105780054A(43)申请公布日2016.07.20(21)申请号201610273079.4(22)申请日2016.04.27(71)申请人新疆大学地址830046新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市天山区胜利路14号(72)发明人贺永东刑诗雨孙郅程曾慧楠赵风君张程武(74)专利代理机构中国有色金属工业专利中心11028代理人李迎春李子健(51)Int.Cl.C25C3/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称以铝作为阴极的铝电解槽阴极(57)摘要以铝作为阴极的铝电解槽阴极，涉及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。其特征在于其阴极的结构包括：电解槽体；设置在铝电解槽体的两端头槽帮内的阴极隔墙，阴极隔墙底部与铝电解槽体的下底间设有底通道；阴极隔墙与铝电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铝电解槽体端头槽帮内壁形侧通道进入电解槽体。本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，以无阴极炭块-无钢棒-无硼化钛涂层的铝液作为阴极，代替钢棒-炭块组阴极，消除了传统铝电解槽存在的阴极炭块上的氧化铝沉淀和蜂窝状微电池缺陷，在电解生产过程中，不存在炉底沉淀生成的氧化铝、碳化铝对电解铝液污染的问题。CN105780054ACN105780054A权利要求书1/1页1.以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其特征在于其阴极的结构包括：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，该隔墙为各设置在铝电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，隔墙底部与铝电解槽槽堂间设有底通道；阴极隔墙与铝电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铝电解槽体端头槽帮内壁形侧通道进入电解槽体。2.根据权利要求1所述的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，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。3.根据权利要求1所述的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其特征在于设有阴极隔墙的两端头的铝电解槽体的槽帮为向外的、断面为“L”的槽帮。2CN105780054A说明书1/4页以铝作为阴极的铝电解槽阴极技术领域[0001]以铝作为阴极的铝电解槽阴极，涉及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[0002]目前，常规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。按照目前的技术，生产1t金属铝约须消耗15000kw·h电(综合交流电耗)，在铝电解940-960℃的工艺条件下，铝电解的能量利用效率不足36％(将阳极碳耗折合为电耗)。在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量利用效率低的重要原因。[0003]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，见图1。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。[0004]传统铝电解槽的阴极炭块组的炭块与导电钢棒之间产生碳-钢接触压降，炭块电压降、碳-钢接触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有较大的波动。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，见图2。在传统电解槽阴极炭块上，易于形成氧化铝沉淀，传统铝电解槽炭块阴极上形成的蜂窝状沉淀，阴极炭块上形成的氧化铝沉淀，受电解槽冷热状态影响而发生变化，沉淀可以是糊状、板壳状或者蜂窝状，糊状、板壳状沉淀可以使槽电压升高400mv-900mv，蜂窝状沉淀不仅使阴极炉底压降增加，还能形成以铝为阳极、以阴极炭块为阴极的微电池，在微电池的阳极上生成氧化铝、在阴极上生成碳化铝，炭块阴极上生成的氧化铝