[发明专利]一种以铝作为阴极的铝电解方法

说明书

一种以铝作为阴极的铝电解方法，涉及熔盐法生产铝电解方法的改进。其特征在于其电解过程是采用电解槽底部的铝液作为阴极进行铝电解的；其电解槽底部的铝液与阴极母线接触形成铝电解的阴极。本发明的一种以铝作为阴极的铝电解方法，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统，本发明的方法以无阴极炭块‑无钢棒‑无硼化钛涂层的铝液作为阴极，代替钢棒‑炭块组阴极，消除了传统铝电解槽存在的阴极炭块上的氧化铝沉淀和蜂窝状微电池缺陷，在电解生产过程中，不存在炉底沉淀生成的氧化铝、碳化铝对电解铝液污染的问题。

技术领域

一种以铝作为阴极的铝电解方法，涉及熔盐法生产铝电解方法的改进。

背景技术

目前，常规电解铝生产是以冰晶石一氧化铝熔体为电解质，以碳为阳极，以液体铝、阴极炭块、阴极钢棒组成的阴极体系为阴极，通直流电流，在阳极析出CO₂气体，在阴极析出液体铝，传统铝电解槽示意图见图1。按照目前的技术，生产1t金属铝约须消耗综合交流电度15000kw·h左右，在铝电解930-960℃的工艺条件下，铝电解的能量利用效率不足36％(阳极碳素材料消耗折合电耗3000kw·h)。传统铝电解槽电流由阳极流经电解液、铝液，从阴极流出。阳极压降、极间电阻压降(包括电解液、铝液)、阴极压降高是造成铝电解能量利用效率低的主要原因。在铝电解槽电阻压降中，阴极压降约占电阻压降的20％，铝电解槽的阴极由槽内铝液层和阴极炭块组组成，阴极压降由槽内铝液层压降、铝碳接触压降、炭块压降、碳钢接触压降、钢棒压降等部分组成。在电解槽投入使用的初期(投产一年左右)，阴极压降随电解槽使用时间的延长，有逐渐降低的趋势(随阴极炭块石墨化程度提高而降低)。投产2-3年的电解槽，阴极压降保持相对稳定。以后，随着电解槽使用时间的延长，阴极压降有逐渐升高的趋势。传统铝电解槽阴极炭块组的炭块与导电钢棒之间会产生碳-钢接触压降。炭块电压降、碳-钢接触压降随槽龄增加而先降后升。电解铝液与炭块之间的接触界面电压降受炉底结壳状态影响有较大的波动。以某型铝电解槽为例，在炉底无结壳的情况下，电解铝液与炭块之间的接触界面电压降2d在20-28mv之间，炭块电压降2e为102mv，新槽期间的碳-钢接触压降2b为69mv，钢棒压降为186mv。新槽期间的钢棒电压降约占炉底电压降的48.8％，传统铝电解槽阴极炭块组示意图见图2。特别是，阴极炭块组中的碳-钢接触压降随着槽龄的增加而增大，究其原因是由于：电解槽在使用过程中，槽内电解液通过阴极炭块向底部渗透，渗透出的电解液在碳-钢接触部位冷却，形成不导电的固体电解质层，使碳-钢接触压降急剧上升，传统铝电解槽阴极钢棒与炭块之间的固体绝缘电解质层示意图见图3。在传统电解槽阴极炭块上，易于形成氧化铝沉淀，传统铝电解槽炭块阴极上形成的蜂窝状沉淀，阴极炭块上形成的氧化铝沉淀，受电解槽冷热状态影响而发生变化，沉淀可以是糊状、板壳状或者蜂窝状，糊状、板壳状沉淀可以使槽电压升高400mv-900mv，蜂窝状沉淀不仅使阴极炉底压降增加，还能形成以铝为阳极、以阴极炭块为阴极的微电池，在微电池的阳极上生成氧化铝、在阴极上生成碳化铝，炭块阴极上生成的氧化铝沉淀，增大电解铝电耗、降低铝电解电流效率，所生成的氧化铝、碳化铝造成电解铝液污染，传统铝电解槽炭阴极上形成的蜂窝状沉淀示意图见图4。

综上所述，由铝液和阴极炭块组组成阴极的传统结构的铝电解槽，阴极钢棒电压降约占炉底压降的49％，极大地增加了铝电解的电耗；在电解槽使用过程中，渗透出的电解液在碳-钢接触部位形成不导电的固体电解质层2g，使碳-钢接触压降急剧上升，增大铝电解电耗；在阴极炭块上形成的氧化铝沉淀，不仅使阴极炉底压降增加，还能形成以铝为阳极、以阴极炭块为阴极的微电池，生成的氧化铝、碳化铝，增大电解铝电耗、降低铝电解电流效率，同时造成电解铝液污染。

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，提供一种能有效消除铝-碳接触压降、炭块电阻压降、碳-钢接触压降、钢棒电阻压降，降低铝电解电耗，提高铝电解电流效率的以铝作为阴极的铝电解方法。

本发明的目的过以下技术方案实现的。

一种以铝作为阴极的铝电解方法，其特征在于其电解过程是采用电解槽底部的铝液作为阴极进行铝电解的。