[发明专利]制造用于熔盐电解法生产铝的阳极的方法、所得到的阳极及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及通过熔盐电解生产铝时所用阳极的制造方法，更具体 而言，涉及根据霍尔-赫鲁特(Hall-Héroult)法生产铝时所用预焙阳 极的制造方法。

背景技术

铝的工业生产是根据熟知的霍尔-赫鲁特法在电解池中通过熔盐 电解进行的。法国专利申请FR 2 806 742(对应美国专利US 6 409 894) 公开了铝熔炉中为生产铝而设计的装置。电解液(electrolytic bath) 容纳于包括钢制槽壳和位于该槽底部的阴极装置的电解池内，所述钢 制槽壳的内侧覆有耐火和/或绝热材料。通常由碳质材料构成的阳极被 固定在带有能够将它们垂直移动(displace)的装置的上部结构中， 所述阳极在电解过程中被逐渐消耗。阳极浸于含有氧化铝和冰晶石的 液体浴中，其中冰晶石为基本由氟化铝和氟化钠组成的助熔剂，其使 如此混合的氧化铝在约950℃熔融。由电解槽、其阳极和电解液形成 的装置称为电解池。

熔炉包含多个成直线布置的电解池，其位于建筑物内时称为电解 屋(electrolytichall)或电解室，并通过连接导体顺序电连接。根 据最常用的技术，电解池中含有多个阳极，每个阳极都包括金属杆和 由碳质材料制成的称为阳极块的块体，该块体在铝的电解还原反应过 程中被消耗。

通常，熔炉包含阳极制造及处理车间和阳极组装车间，在该车间 中将金属杆和由碳质材料制得的块体进行组装。这些车间用来回收杆 和称为阳极残头的残余阳极块，并用来制造新阳极，例如由阳极焙制 车间输出的预焙的碳质块体。

操作过程中，熔炉所要求的对电解池进行的工作特别包括：用新 阳极更换残阳极、对液态金属取样、取样或添加电解质、及将覆盖材 料沉积在阳极上及阳极周围，该覆盖材料为氧化铝和“电解质渣 (crushed bath)”粉末的混合物，“电解质渣”本身为一种经回收、 固化而后又粉碎的电解液。

该最后的操作称为“阳极覆盖”，其目的在于减少热损失及防止阳 极露出部分由环境空气而氧化。该过程包括用覆盖材料尽可能均匀地 覆盖阳极块和它们之间空隙。通常，覆盖材料必须以约10cm的厚度 覆盖阳极块。如果需要有效抑制与氧化有关的碳损失，对阳极块进行 仔细覆盖就很重要。通常，每生产一吨铝，观测到的碳损失在20kg 左右，但如果所述覆盖层分布非常不均匀，对应于每吨铝的碳损失可 高达50kg。此外，已观察到，差的阳极覆盖可能导致阳极装置变形， 甚至损坏杆与阳极块之间的连接。

以往，阳极覆盖是手工进行的，或通过一种辅助方式借助固定于 沿着通过槽上方的移动式起重机(travelling crane)移动的小车上 的装置进行，例如借助一种同时用于更换阳极的铝电解多功能天车 (pott ending assembly)PTA进行。例如，本申请人提交的国际专 利申请WO2005/095676中公开了一种特别紧凑的铝电解多功能天车 PTA，其至少含有更换阳极所需的所有工具及一个用于分布覆盖材料的 料斗。在手工方式中，由至少一名操作人员来倾倒成袋的覆盖材料并 用适当的工具使其分散开。在借助PTA进行覆盖操作的情况下，该装 置包括料斗和覆盖材料分布装置，同时该机械装置通过位于PTA上的 操作室中或位于地面上接近待覆盖区域之处的操作员借助控制箱来控 制；所述分布装置主要由能够向上、向下移动并且能被移动到阳极上 方任意位置的曲柄管(cranked tube)构成。

不管该操作采用何种方法进行，覆盖质量方面的巨大差异经常会 受到指责，并随时间加重，因为在更换新阳极的最初几天，由于阳极 上部的形状——为便于在阳极寿命终止时将其从槽内取出时固化浴的 移除及回收而具有倒角，很难在阳极上保持足够厚的覆盖层。

法国专利申请FR 2 527 229公开了一种绝热法，其包括将一条铝 带环绕在阳极上部的外围，以形成一种屏障，从而维持阳极上的绝热 层足够厚。这样，当阳极消耗并降低时，铝带抵达逐渐变热的区域， 最终逐渐地熔融。同时，电解质渣失去其流动性并以某种方式烧结， 从而使覆盖层维持在阳极上方的位置并提供令人满意的绝热效果。但 该方法首先需要改进阳极的形状以容纳并保持铝带，其次该方法仍属 于覆盖阳极的手工方式或辅助方式。