[发明专利]一种提高铝电解槽电流效率的方法

说明书

技术领域

一种提高铝电解槽电流效率的方法，涉及一种电解铝及铝中间合金生产方法的改进。

背景技术

目前电解法为工业铝锭生产的唯一方法，但是此方法的能耗高，其电耗高达13000kW·h/吨铝以上，槽电压在4.0V、电流效率在92％左右。由于能源价格的不断上涨，对原铝生产成本压力愈来愈大，如何降低电耗成为行业内一个共性问题。

影响铝电解槽电流效率的因素很多，有物理上的漏电与短路，还有铝离子放电生成的钠渗透，最主要的还是铝的熔解损失。如果能减少铝在电解质中熔解损失或降低二次损失的反应速率，都可以起到提高电解槽电流效率的作用。

常见的提高电流效率的方法有加大电解槽阴阳极距离以减少二次反应的几率；降低电解温度以减少铝在电解质中的熔解度；适当提高电解槽铝水平以平抑铝液波动和提高铝液与电解质的界面张力等。因此，如果能够降低铝在电解质的熔解损失，减小铝液波动，从理论上讲，就可以提高电解槽的电流效率。

电解商品原铝的用途一般都不是直接以纯铝形式，大部分用途都是铝合金，目前有四大铝合金体系，Al-Cu合金系是其中一个重要分类，目前，Al-Cu合金通常是采用电解商品原铝再熔炼制备的，制备过程生产要消耗能量和金属耗损。

在铝电解生产过程中，电解质常常会产生沉淀，产生铝的熔解损失，使电解槽底产生硬沉淀，影响电解过程电流效率。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效避免电解质产生沉淀，减少铝的熔解损失，减少电解槽底硬沉淀产生的提高铝电解槽电解过程电流效率的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种提高铝电解槽电解过程电流效率的方法，其特征在于在铝电解槽电解过程中添加铜或生产精铝的废弃物铝铜中间合金或其它废弃的铝铜合金，使合金阴极中铜的质量比为2％～25％，使铝电解槽中阴极为液态铝和少量铜形成的铝铜液态合金，其密度值在2400～2800kg/m³，合金初晶温度在560～690℃。

本发明的方法，对于铝电解生产来讲通过增加阴极的密度，增强铝液与电解质分离效果，降低铝物理熔解损失，且合金熔体阴极的密度(＞2500kg/m³)大于电解质常见沉淀(含氧化铝40％)的密度(2400kg/m³)，使泥状沉淀分布于电解质与合金熔体阴极之间，无形增加了两者之间的界面张力，减少合金熔体与电解质的接触面积，减少了铝的熔解损失，此外还可使槽底硬沉淀无法形成。

使用合金阴极还可以提高阴极对于炭素材料的润湿性能，降低铝阴极的反应活度，减少了阴极中的铝在电解质中的化学溶解损失。铝铜合金熔体阴极不可避免增加了阴极重量，起到平抑铝液波动的效果，这几个因素都能够有效提高生产的电流效率。

本发明的方法，试验证明生产工艺条件下，铜在金属阴极中的质量比例为2～25％，其加入方式直接往槽底阴极中添加。一般能够提高电流效率2.5～4％。同时由于降低阴极中铝的活度，也相应降低了理论分解电压和阴极过电压，同时能够有效降低槽电压至少0.05～0.15V。

具体实施方式

一种提高铝电解槽电解过程电流效率的方法，在铝电解槽电解过程中添加铜或生产精铝的废弃物铝铜中间合金或其它废弃的铝铜合金，使合金阴极中铜的质量比为2％～25％，使铝电解槽中阴极为液态铝和少量铜形成的铝铜液态合金，其密度值在2400～2800kg/m³，合金初晶温度在560～690℃。

实施例1

某电解铝厂160KA电解槽，平均槽电压4.07V，电流效率91.2％，吨铝直流电耗达13300kW·h，产品为原铝。实施方案为：在阴极铝液加入折算铜占总重2％的铜或废铝铜合金，同时适当提高极距，保持槽电压稳定。在生产稳定后，单槽电压降为4.05V，电流效率为93.8％，提高了2.6％左右，吨铝直流电耗下降为12850kW·h，产品为2％左右的铝铜母合金。

实施例2

某电解铝厂200KA电解槽，平均槽电压4.06V，电流效率91.6％，吨铝直流电耗13200kW·h，产品为原铝。实施方案为：阴极铝液加入折算铜占总重10％的铜或废铝铜合金。在生产稳定后，单槽电压降为4.05V，电流效率到94.6％，提高了3.0％左右，吨铝直流电耗下降为12760kW·h，产品调整为10％的铝铜母合金。

实施例3

某电解铝厂300KA电解槽，平均槽电压4.12V，电流效率90.9％，吨铝直流电耗13500kW·h，产品为原铝。实施方案为：阴极铝液定期加入折算铜占总重25％的铜或废铝铜合金。在生产稳定后，单槽电压降为4.06V，电流效率提高到93.2％，提高了2.3％左右，吨铝直流电耗下降为12980kW·h，产品调整为25％的铝铜母合金。