[发明专利]用于电解池的有沟阳极

说明书

技术领域

本发明涉及使用Hall-Héroult方法的火法电解制铝，更具体地涉及在制铝工厂中使用的包括由碳制成的阳极块的预烤阳极、这种阳极块的生产方法以及用于生产这种阳极块的设备。

背景技术

金属铝在工业上是使用众所周知的Hall-Héroult方法通过火法电解制备的，即是通过在熔融冰晶石浴——被称为电解浴——中的氧化铝溶液中电解制备的。所述电解浴被容纳在槽中，所述槽包括内侧覆有耐火和/或绝热材料的钢容器，以及位于所述槽的底部的阴极元件。由含碳材料制成的阳极块被局部地浸入所述电解浴。每个槽和对应的阳极形成了常被称为电解池的设施。经由所述阳极和所述阴极元件在所述电解浴以及可能地在一层液态铝中循环的电解电流，导致氧化铝的还原反应，而且使得有可能通过焦耳效应(effet Joule)将电解浴的温度维持在大约950℃。

法国专利申请FR 2.806.742(对应于美国专利US 6.409.894)描述了为制铝而设计的电解工厂中的装置。

根据最普遍的技术，电解池包括多个由含碳材料制成的所谓待被“预烤”的阳极，这些阳极在铝电解还原反应期间被消耗。

气体，尤其是二氧化碳，在电解反应期间被生成，且自然地以气泡形式聚集在所述阳极的通常基本平坦且水平的底表面下，这影响所述槽的总体稳定性。

这些气泡的聚集导致：

-电变化和不稳定，

-阳极效应的高频率和长持续时间，

-逆反应的可能性增加从而产率损失，因为所产生的铝层与CO₂泡之间的距离短，

-碳消耗增加且形成有害气体，因为CO₂在与碳接触时发生CO₂向CO的转变。

具有在下部包括一个或多个沟的含碳阳极块的预烤阳极的使用是已知的；这促进移除气泡及防止它们聚集，以解决上述问题并降低能量消耗，如在Light Metals 2005“Energy saving in Hindalco’s Aluminum Smelter”，S.C.Tandon & R.N.Prasad中所示。所述沟使得有可能缩短阳极下的气泡从电极之间的空间逸出的平均自由路径，从而减小在阳极下形成的气泡的尺寸。

使用沟的价值已经被研究和证实，例如在Light metals 2007p.305-310“The impact of slots on reduction cell individual anode current variation”，Geoff Bearne，Dereck Gadd，Simon Lix，或Light metals 2007 p.299-304“Development and deployment of slotted anode technology at Alcoa”，Xiangwen Wang等人中。

它也从下列文献已知：

-WO 2006/137739，其使用比普遍使用的沟(大约8至20mm)更精细的沟(大约2至8mm)以优化有用的含碳量和交换表面；

-US 7179353，其使用包括沟的阳极块，所述沟通向所述阳极块的单侧或侧表面，尤其朝向所述电解池的中心以增进氧化铝分解。

由以下事实导致了使用这些沟的一个众所周知的限制：所述沟距阳极块的底表面的深度是受限的，以不妨碍含碳阳极块的机械和物理完整性。然而在电解反应期间含碳阳极块在大于所述沟的深度的高度上逐渐消耗，从而阳极的沟的持续时间短于该阳极的寿命。因此，对于阳极寿命期间的一段时间，阳极块的下部不再具有任何沟。于是上述无沟阳极的问题变得显著。

如在Light metals 2007 p.299-304“Development and deployment of slotted anode technology at Alcoa”中所述，主要在沟通过模塑形成在粗坯阳极块上的情况下，沟的深度因完整性原因而受限，使得仅能在阳极寿命的一部分期间观察到由沟的存在导致的有益效果。所述沟造成了粗坯阳极块中的弱点，所述粗坯阳极块继而在运输、存储或烤制期间裂开。

在实践中也证实了，通过锯切烤制过的阳极块来可靠地获得将被消耗的具有像阳极块的高度一样深的沟的阳极是困难和昂贵的。由锯切片施加的机械应力和振动导致碳块破碎、开裂然后爆裂。另外，阳极锯切还被证实是一种昂贵的手段，尤其是考虑到锯切设备的高成本、所要求的大量能量以及由锯切产生的粉末的收集和处理。