[发明专利]半竖式阴阳极节能铝电解槽

说明书

技术领域

本发明涉及一种半竖式阴阳极节能铝电解槽，属有色轻金属冶金技术领域。

背景技术

目前的铝电解一直均采用霍尔-埃鲁特（Hall-Heroult）技术，这种方法的特点是阴阳极均是板状水平安放，阴阳极的极间距为4～6cm，阴阳极均为炭素材料。这种方法的优点是阴阳极材料的导电性优良，抗腐蚀性好，同时阴阳极的形状简单，容易加工制作。但该装置和方法也存在一些缺点：例如，在电解过程中，在阳极上放电而形成的新生态氧原子，把阳极炭氧化，放出CO₂和CO，造成环境的污染；其次，在水平式板状阴阳极电解中，电解出的阴极铝是布满于阴极表面，随着铝电解过程的延续铝液层厚度增加，实际的极间距相应减少，铝液层逐步向阳极靠近，加之因电解槽内存在电磁场作用引起铝液面的扰动，这势必导致阴极铝被二次氧化增加，其反应式为：Al(g)+CO₂(g)→Al₂O₃+CO。由于二次氧化的限制，致使水平阴阳极铝电解的极间距只能在4～6㎝之间，而极间距是单位产铝量电耗的主要决定性因素。已有资料表明^[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%，在槽电压各组元中，（E_电解）所占的比例最大，其次是分解电压（E_分），它占槽电压的26%左右。但（E_分）是不可降低的一项指标，降低（E_分）将会导致Al₂O₃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（cm）。从（1）式可见，若能使电解的极间距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能产生同比例下降；再其次是电流效率（CE），它是铝电解的重要技术经济指标。减少铝电解过程中的电流损失，就会导致电流效率的提高，而电流损失的主要原因是阴极上生成的铝和钠产生二次氧化而引起的。因此减少阴极上铝和钠的二次氧化，也是提高电流效率的重要手段之一，而电流效率的提高也会促成单位产铝量电能耗的下降。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，该数值已接近于极限，要进一步的提高电流效率也需设法减少铝和钠的二次氧化。

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。

为了解决上述阴阳极呈板状水平安放电解槽存在的不足，本发明人曾提出用卧式三棱柱体倾斜阴极取代当今的水平阴阳极铝电解槽（见ZL2010105064567），通过小试和中试证明，这种结构的电解槽具有节能10～40%的显著效果。但中试中也暴露出这种上述两种不同阴阳极结构的电解槽，在阴极与侧部炭块的中间空位区内，因导电条件欠佳，在生产中会产生局部电解质凝固，并把部分电解铝包裹在凝块中。另外，ZL2010105064567专利阴极结构的电解槽因有4个大面浸泡在高温电解质熔体中，仅仅很小面积的一个面贴接散热面，这容易引起阴极的过热而导致阴极工作寿命短。

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

本发明的目的在于克服现有铝电解技术的不足，以及克服本发明人前一专利的不足，而提供一种能耗大幅度减少，电流效率也进一步提高的熔盐电解铝新型装置，它可有效解决局部电解质凝固而将部分电解铝包裹在凝块中的现象，并可解决阴极过热而导致阴极工作寿命短的问题。

实现本发明上述目的所采取的技术方案是：在导电面倾斜的两块半竖阳极的下端面之间或在倾斜阳极与侧部炭块之间上设置悬吊的辅助阳极，辅助阳极下端延伸至并与水平阴极的极间距为2～10cm。