[发明专利]一种节能铝电解槽及其辅助极

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能铝电解槽及其辅助极，属有色轻金属冶金技术领域。

背景技术

现行的霍尔-埃鲁特（Hall-Heroult）铝电解技术一直采用板式水平放置的阴阳极， 极间距为4～6㎝，阴阳极均为石墨质炭块。这种方法的优点是阴阳极材料的导电性优良、抗高温腐蚀性好、形状简单、易于加工制作；但板式水平电极也存在一些缺陷：电解过程中，在阳极上新生的氧原子会氧化炭阳极，放出CO₂和CO，造成环境污染；板式水平阴阳极电解过程中，电解出的阴极铝布满阴极表面，而且铝液层厚度不断增加，实际的极间距也相应减小，铝液层逐步向阳极靠近，加上电解槽内存在电磁作用引起铝液面的波动，也增加了阴极铝的二次氧化，反应式为：AL（l）+CO₂(g)→Al₂0₃+CO。由于二次氧化的影响，导致水平阴阳极的极间距只能在4～6㎝之间，而极间距是吨铝电耗的主要影响因素，己有资料表明^［1、2］，电解质所产生的电压降（E_电解）约占槽电压总数的38～39％，在槽电压各组成中，（E_电解）所占的比例最大，其次是分解电压（E_分），占槽电压的26％左右。但（E_分）是不可降低的一项指标，降低（E_分）将会导致Al₂0₃不能被电解，因此降低槽电压的主要手段只能是减少电解质的电压降（E_电解）:

（E_电解）可由下式计算^［1］:E_电解=ρDL……（1）

式中：ρ为电解质的比电阻，D为平均电流密度，L为极间距。从式（１）可见,若能使铝电解的极间距L下降50％，电解槽的槽电压将能降低19～ 19.5％，相应的铝电解的能耗也将等比例下降；其次是电流效率（CE），减少铝电解过程中的电流损失，可以提高电流效率。电流损失的主要原因是新生成的铝被二次氧化，因此减少阴极上铝的二次氧化，也是提高电流效率的重要手段之一，而提高电流效率也会促成吨铝电耗的下降。随着铝电解技术的进步和装备水平的提高，电流效率也从早期的85％提高到93～95％^［1］。在水平阴阳极电解技术条件下，该数值己接近于极限;

综上所述，高能耗、高污染和铝的二次氧化是水平阴阳极电解的主要缺点;

参考文献

［1］刘业翔、李吉等“现代铝电解”（M），冶金工业出版社（2008年8月）

［2］邱竹贤：“铝电解的原理”（M），中国矿业大学出版社。

发明内容

本发明的目标在于克服现有铝电解技术的不足，提供一种大幅度节约能耗，显著提高电流效率的熔盐铝电解新型装置和操作方法;

本发明的节能型熔盐铝电解槽，其阴阳极结构和阴极铝液的分布方式与现行的铝电解槽完全不同，并且增加了辅助极，用于控制蓄铝沟内的液体温度和体积;

 具体不同点如下：

1.   本发明描述了一种节能型熔盐铝电解槽，其特征在于阴极（2）和阳极（1）的导电面为倾斜式，互为“公母”结构，阴极（2）和阳极（1）的材料可以采用高纯石墨块、石墨块、石墨质炭块；阴极（2）类似一个“V”型母槽结构，阴极的导电面为炭素材料或有TiB₂涂层；“V”型母槽下部为方形蓄铝沟（3），最下部是阴极水平基座（4）；“V”形母槽阴极（2）抱住上方的“V”型公头阳极（1）；

2.   阳极（1）导电面平行于阴极（2）导电面，“V”型公头阳极（1）根据电解槽空间需要设计成平行四边形棱柱或多边形棱柱，阳极可以单独悬挂或硬性连接；

3.   阴极（2）和阳极（1）的导电面与水平面的夹角为，的数值范围是0°～180°；

4.   “V”型阴极（2）中间底部设有蓄铝沟（3），其形状可以设计成方形或半“V”型；

5.   两阳极（1）之间设置辅助极（9），可以是导电材料或非导电材料；

6.   辅助极（9）通过吊挂（8）单独悬挂，自由升降，可以连接电源或不连接电源；