[发明专利]用于铝生产的电解池的干电池启动

说明书

技术领域

本技术领域涉及当启动尚未运行的新电解池时或在关闭并重启电解池或翻新电解池之后，启动用于生产铝的电解池。

背景技术

在用于铝生产的电解池的运行期间，阴极块被损耗且需要更换。这是通常在几年运行后进行的常规程序。在可能通常花费约一个月以及重要资源的电解池重建过程中，电解池停止生产。不考虑电解池启动的原因，无论是重建或启动一个新电池，使任何停机时间的影响最小化并尽可能快地使电池投入运行受人关注。

在使电解池投入运行之前，阴极块需被预热，通常预热至约800至900℃的温度。这可能以不同的方法实现，包括例如将如焦炭或石墨的颗粒状导电材料轮流施加于阳极下方的阴极表面上，并给阳极通电，由此传输电流至阴极块。施加在阴极和阳极之间的颗粒状导电材料常常称为接触电阻材料。可选择焦炭或石墨以得到所需的接触材料的电阻，从而向电解池输送或多或少的热量。

在第7,485,215号美国专利中，描述了一种其中用碎的电解槽（electrolyte bath）材料和碳酸钠填充电解池的外围的方法。此外，在阴极块预热过程中，在阳极的上表面和外表面以及电解池中间通道施加岩棉以使来自电解池的热损失最小化。随后将电解池通电以在阳极快和阴极块之间产生电流。

一旦阴极被预热（可能在36至48小时内完成），将获自其他处于运行中的所谓的供体电池的足够熔融槽（molten bath）加入到电解池中用于浸渍阳极并提高阳极至运行水平而不产生任何开放电路。尽管因需要熔化来自供体电池的粉碎槽而产生干扰，但通常使用获自供体电池的熔融槽。然而，这并不总是一种选择，特别是在“新工厂（Greenfield）”运行时，其中所述供体电池至少待到一些电解池投入运行时才可用。熔融电解槽成为阳极和阴极之间的导体材料，以使加热过程持续最高达14至32个小时，最终，在加热过程完成后，加入熔融铝金属以覆盖熔融电解槽下方的阴极表面。在这个阶段，在所述槽上方形成有固体壳，并且通常加入氧化铝、固体颗粒槽、诸如AlF3和钙的添加剂以覆盖阳极，从而使电池绝热。开始正常运行时电池具有最佳的热平衡，为降低能量输入提供机会。

在这种常规电池启动中，根据电解池的大小，需要来自约十个供体电池的5至12吨的熔融电解槽。这是非常劳动密集型的操作，不仅耗时而且独占起重机的使用以从供体电池虹吸并输送熔融电解槽至启动电池。这在相同的起重机还需要虹吸金属且用于定期的阳极变换操作的运营工厂中可能存在问题。除了参与液体浴输送的劳动力外，更需要关注的是维持供体电池的运行，在启动“新工厂”运行时这是特别具有挑战性的。

此前，在一些“新工厂”运行中，试图通过将薄层冰晶石施加至阴极块的上表面的焦炭周围至约5至10厘米（1.97至3.94英寸）高度来启动新电池，从而使阳极周围区域隔离并将焦炭产生的热直接传至阴极快。这些针对干电池启动的早期尝试问题重重，且随后因铝的熔炼共性而放弃。一旦形成冰晶石的任何熔池，熔融材料将沉积在阴极的低处区域，且随后如果阴极下表面未充分预热则会冻结。如果熔融冰晶石沉积在阳极下方，将产生严重的启动问题，从而使阴极电绝缘并使阳极发生短路。所得的电池中电流分布变得电学上不稳定，以至于铝精炼仅仅在绝对必要以及操作者和管理人员的专业团队的支持下方可采取这种干启动方法。

发明概述

本发明总体上提供了一种启动用于铝生产的电解池的方法，所述电解池具有带有上表面的阴极块，该方法包含：将接触电阻材料置于所述阴极块的上表面；降低多个阳极以邻接所述接触电阻材料；用固体电解质材料填充电解池至覆盖所述阳极的高度，所述固体电解质材料包含碎的电解槽材料、冰晶石或其混合物；输送电流至阳极以至少部分地熔化所述固体电解质材料；以及在已经达到熔融电解质材料预定深度时升起阳极。

附图简要说明

图1为接触电阻材料已置于阴极表面且阳极已降低以使接触电阻材料位于两者之间之后的电解池的示意性剖视图；

图2为示出了启动干电解池的连续步骤的流程图；

图3为将第一层固体电解质材料沉积在阴极块上的阳极周围之后的电解池的示意性剖视图；

图4为图3的电解池俯视图；

图5为用覆盖阳极全部高度的固体电解质材料填充的电解池的示意性剖视图；以及

图6为示出了在电解质材料开始熔融后干电池启动过程中产生的电压降的图示。

应注意的是，在整个附图中，相同的特征用相同的附图标记表示。

详细说明