一种铝-碳复合阴极铝电解槽制造技术

本发明专利技术公开了一种铝‑碳复合阴极铝电解槽，是为“一种以铝液‑碳块复合层作为阴极的铝电解方法”专利申请的专用电解槽。铝电解生产时，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统，由于以无钢棒‑无硼化钛涂层的铝液‑碳块复合层作为阴极，代替传统钢棒‑碳块‑铝液复合阴极，消除了碳‑钢界面形成固体电解质绝缘层，消除了阴极钢棒电阻压降，使电解槽在整个寿命期内，炉底压降始终维持在较低的水平。

【技术实现步骤摘要】
一种铝-碳复合阴极铝电解槽
一种铝-碳复合阴极铝电解槽，涉及以冰晶石—氧化铝熔体为电解质、熔盐法生产铝电解槽的改进。
技术介绍
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、阴极碳块、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。按照目前的技术，生产1t金属铝约须消耗13000kw·h电，在铝电解940-960℃的工艺条件下，铝电解的能量利用效率不足45%。在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重要原因。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碳块组组成，阴极压降由槽内铝液层压降、铝碳接触压降、碳块压降、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（随阴极碳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。传统铝电解槽的阴极碳块组的碳块与导电钢棒之间产生碳-钢接触压降，碳块电压降、碳-钢接触压降随槽龄增加而先降后升。电解铝液与碳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，电解铝液与碳块之间的接触界面电压降在20-28mv之间，碳块电压降为102mv，新槽期间的碳-钢接触压降为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%。特别是，阴极碳块组中的碳-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碳块向底部渗透，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。在传统电解槽阴极碳块上，易于形成氧化铝沉淀，传统铝电解槽碳块阴极上形成的蜂窝状沉淀，阴极碳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400-900mv，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、以阴极碳块为阴极的微电池，在微电池的阳极上生成氧化铝、在阴极上生成碳化铝，碳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。传统铝电解槽示意图见图1，传统铝电解槽阴极碳块组见图2，传统铝电解槽阴极钢棒与碳块之间的固体绝缘电解质层示意图见图3。综上所述，由铝液和阴极碳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，使碳-钢接触压降急剧上升，增大铝电解电耗；在阴极碳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、以阴极碳块为阴极的微电池，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。
技术实现思路
本专利技术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一种铝-碳复合阴极铝电解槽。本专利技术的目的通过以下技术方案实现的。一种铝-碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：预焙阳极、下料装置、粉尘净化装置；其特征在于其阴极系统的结构包括：电解槽体，该电解槽体为由侧部碳块、侧部保温层、阴极碳块、炉底防渗-耐火-保温复合层、电解槽壳构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮。一种铝-碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：阴极碳块，该阴极碳块上部边缘为侧部碳块与侧部保温层组成的复合层，侧部碳块位于内侧，侧部保温层位于外侧，阴极碳块内侧为人造炉帮，阴极碳块下部为炉底防渗-耐火-保温复合层；阴极碳块为整体密实结构，相邻两碳块间用碳糊固结，其长度延伸至电解槽壳钢结构预留电流导出窗口处。一种铝-碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：导电接头，该导电接头为设置在阴极碳块的端部、安放在电解槽体钢结构预留电流导出窗口中；导电接头材质为铜及铜合金、耐热钢、高温钢、4J43膨胀合金、普通软磁合金、普通低碳钢或上述材料组成的复合结构；导电接头与电解槽壳之间用镁砖或高铝砖绝缘，其一端与阴极碳块连接，另一端通过阴极软带与阴极母线相连，长度在5-300mm之间；导电接头的作用，一是从阴极碳块导出电流，二是封堵电解槽体钢结构预留电流导出窗口，防止外部空气氧化阴极碳块。本专利技术的一种铝-碳复合阴极铝电解槽，是“一种以铝液-碳块复合层作为阴极的铝电解方法”的专利申请的专用电解槽。铝电解生产时，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统，由于以无钢棒-无硼化钛涂层的铝液-碳块复合层作为阴极，代替传统钢棒-碳块-铝液复合阴极，消除了碳-钢界面形成固体电解质绝缘层，消除了阴极钢棒电阻压降，使电解槽在整个寿命期内，炉底压降始终维持在较低的水平，以某型电解槽为例，降低炉底钢棒压降186mv、碳-钢接触压降69mv，吨铝降低电耗900kw·h。相当于铝电解产业全年降低电耗297亿度；极大地降低铝电解电耗、提高了铝电解电流效率，具有很高的经济价值和社会效益。附图说明图1为传统铝电解槽示意图，其图中，1a为阳极，1b为电解液，1c为铝液，1d为阴极；图2为传统铝电解槽阴极炭块组示意图，其图中，2a为阴极碳块，2b为碳块与导电钢棒之间的碳糊，2c为阴极棒，2d为电解铝液与碳块之间的接触界面电压降，2e为碳块电压降，2f为碳-钢接触压降；图3为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，其图中，3a为钢棒与碳块之间的固体绝缘电解质层；图4为本专利技术的一种铝-碳复合阴极铝电解槽示意图，其图中，4a为预焙阳极，4b为下料装置，4c为粉尘净化装置，4d为侧部碳块，4e为侧部保温层，4f为人造炉帮，4g为阴极铝液层，4h为阴极碳块，4i为炉底防渗-耐火-保温复合层，4j为电解槽壳，4k为导电接头，4l为电解槽体钢结构预留电流导出窗口，4m为阴极软带，4n为阴极母线，4o为阴极系统，4p为电解槽体；图5为本专利技术的一种铝-碳复合阴极铝电解槽A-A剖面俯视示意图，其图中，4d为侧部碳块，4e为侧部保温层，4f为人造炉帮，4h为阴极碳块，4k为导电接头，4l为电解槽体钢结构预留电流导出窗口，4m为阴极软带，4n为阴极母线，5a为阴极碳块间碳糊轧缝。具体实施方式一种铝-碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：预焙阳极4a、下料装置4b、粉尘净化装置4c；其特征在于其阴极系统的结构包括：电解槽体4p，该电解槽体为由侧部碳块4d、侧部保温层4e、阴极碳块4h、炉底防渗-耐火-保温复合层4i、电解槽壳4j构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮4f，见图4。一种铝-碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：阴极碳块4h，该阴极碳块4h上部边缘为侧部碳块4d与侧部保温层4e组成的复合层，侧部碳块4d位于内侧，侧部保温层4e位于外侧，阴极碳块4h内侧为人造炉帮4f，阴极碳块4h下部为炉底防渗-耐火-保温复合层4i；阴极碳块4h为整体密实结构，相邻两碳块间用碳糊固结，其长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝‑碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：预焙阳极、下料装置、粉尘净化装置；其特征在于其阴极系统的结构包括：电解槽体，该电解槽体为由侧部碳块、侧部保温层、阴极碳块、炉底防渗‑耐火‑保温复合层、电解槽壳构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮；阴极碳块，该阴极碳块上部边缘为侧部碳块与侧部保温层组成的复合层，侧部碳块位于内侧，侧部保温层位于外侧，阴极碳块内侧为人造炉帮，阴极碳块下部为炉底防渗‑耐火‑保温复合层；阴极碳块为整体密实结构，相邻两碳块间用碳糊固结，其长度延伸至电解槽壳钢结构预留电流导出窗口处；导电接头，该导电接头为设置在阴极碳块的端部、安放在电解槽体钢结构预留电流导出窗口中；导电接头材质为铜及铜合金、耐热钢、高温钢、4J43膨胀合金、普通软磁合金、普通低碳钢或上述材料组成的复合结构；导电接头与电解槽壳之间用镁砖或高铝砖绝缘，其一端与阴极碳块连接，另一端通过阴极软带与阴极母线相连，长度在5‑300mm之间。

【技术特征摘要】
1.一种铝-碳复合阴极铝电解槽，其结构包括：预焙阳极、下料装置、粉尘净化装置；其特征在于其阴极系统的结构包括：电解槽体，该电解槽体为由侧部碳块、侧部保温层、阴极碳块、炉底防渗-耐火-保温复合层、电解槽壳构成的凹形槽体，槽壁内部边缘设有人造炉帮；阴极碳块，该阴极碳块上部边缘为侧部碳块与侧部保温层组成的复合层，侧部碳块位于内侧，侧部保温层位于外侧，阴极碳块内侧为人造炉帮，阴极碳块下部为炉底防渗-耐火-保温复合层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永东，孙郅程，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65