霍尔-赫鲁电解槽用的具有低电压降的组合式阴极块和阴极制造技术

本发明专利技术涉及一种具有低电压降的阴极块，它供电解铝的电解槽之用，电解槽包含一支撑阴极的长方形金属箱，阴极是由长的六面体形碳素块并列放置而构成，碳素块主轴长度同其宽度之比至少等于２，其上至少开一条沟道，一平行于金属箱短边的并连接到集电器的钢棒密封于沟道中．其特点在于，密封沟道垂直于阴极块的主轴．阴极块本身平行于金属箱的长边．一块阴极块至少同另一块阴极块粘接起来作成阴极半组件，半组件的宽度等于金属箱宽度的一半．两个半组件粘合起来构成宽度等于阴极宽度的阴极组件．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术与一种低电压降的阴极块有关，此阴极块是供用霍尔-赫鲁法电解溶解在熔融冰晶石中的氧化铝而生产铝的电解槽用的。它也与用这种组合式阴极块组装的阴极有关。先有技术的叙述霍尔-赫鲁电解槽的阴极是将一组碳素块并列排置而成的，在碳素块的下底边有一或两条开口沟道，一般用铁水浇注其中，将具有方形、矩形或园形截面的钢棒封填干沟道中，串联成一组的相邻的电解槽之间的连接导体连接到钢棒上。阴极块一般用一种称作封胶或填料的其电流传导性很不好的碳素泥连接在一起，其厚度约为几厘米。碳素泥对于电解沉积在碳素块上的液体铝来说必须是不能渗透的。因此，电流流通的程序是，通过液体铝层、碳素件、钢棒与块之间的密封层到钢棒，然后流到连接下一个电解槽的导体上。材料的每一次连接都引起了过高的接触电压，接触电压依赖于装配的条件和有关的表面积。对于在碳素部件和密封层之间的接触，这一点是特别真实的，这种接触称作密封层接触。因此总电压降可以分为三个主要的部份-在碳素块上的电压降，-在密封层上的电压降，-在钢棒上的电压降。为了减少电压降，如所周知，使用了电阻率低的碳素块。现在，大多数阴极块的生产者正在推荐一种称作“半石墨”的阴极板和一种称作“半石墨化”的阴极块，前者用一种碳素泥生产，其中无烟煤粒子为石墨粒子所代替，后者用一种常用的碳素泥在高温(＞2000℃)下焙烧使其在阴极块中形成部分石墨化而生产出来。这种方法显著地增加了阴极块的电导率。但是使用这种阴极块由于使液体铝中电流线倾斜更严重，所以在上层铝液中具有增加电流畸变的缺点，因此在另一层液体铝中增加了磁涡流，这损害了电解装置的流体动力学稳定性。为了改进这种缺陷，可以采用所谓“夹层块”的结构，在这种夹层块中，一层比如说用具有无烟煤粒的碳素泥作成、而另一层则用半石墨或半石墨化的碳素泥作成，这种夹层块具有较大的电导率。为了增加阴极的活性表面，已经提出了应该用一种用石墨和热凝树脂作的导电粘结剂粘结的方法来代替用封胶或填料(导电性不好)进行连接的方法。这种代替有四重好处增加了总的导电表面，允许电流在两个相邻阴极块之间流动，当敷上碳素粘合物料时减少了焦油的放出和改进了石墨块组合件的不可渗透性。为了减少总的电压降，也可采用增加钢棒截面的方法，至少在被密封到碳素块的区域增加横截面，而在钢棒穿过电解槽绝热层外部的地方保持正常的或减小的横截面，以防止过份的热量损失。然而，这种作用的程度必须受到限制，因为在电解槽运转时，在沟道侧面的碳素块的厚度，在机械性能上一定要能抗住由阴极棒和封闭层的热膨胀而发生的应力。封闭部分的截面形状可以是园形，也可以是矩形。为了减少电压降，还使用其有两条窄沟道而在承受电解装置的热作用应力时又不太脆的碳素阴极块，相对于密封层来说这种块的优点是增加了接触面积。但在此时必须规定阴积块的边缘和紧靠的沟道之间的最小间距，这就限制了钢棒可能的横截面。不管采用了何种结构，不管阴极块以及密封在阴极块的钢棒的形状和大小，阴极总是这样构造，使阴极块平行于金属箱的短边排列，使得阴极输出(伸到金属箱外部的钢棒的末端，电解槽之间的连接导体便连接在此末端上)总是在电解槽的长边侧，而不管电解槽相对于电解槽串联轴线是纵向还是横向放置。现在铝的生产者，为了提高产量，减少投资并促使操作过程全自动化，正在打算增加电解槽的单位功率。现在已经超过了200，000安培的水平，估计在二十世纪八十年代末以前很可能突破400，000安培的水平。与此同时，为降低电解槽的功率损耗水平，特别是为了降低阴极的欧姆电阻，正在进行巨大努力。对这种功率的电解槽，制造具有低电压降的阴极需要新颖的方法，这种方法不能从现在的方法中简单地推断出来。事实上，一个电解槽的使用寿命和它用的阴极的质量具有很密切的关系，因为大多数电解槽过早地不能使用，都是由于金属和电解质渗透到阴极下面的空间。本专利技术是基于一种新颖的可被称作“组合式”的阴极结构，采用不同数目的组件，阴极可以适用于任何大小的电解槽，只要电解槽的大小是组件尺寸的整数赔。本专利技术涉及一种具有低电压降的碳素阴极块，它是供用霍尔-赫鲁法电解生产铝的电解槽用的，这种电解槽包含了一个六面体的支撑在其上面形成一层液体铝阴极的金属箱，所述的阴极是将加长的六面体碳素块并列放置而成的，碳素块主轴的长度对于它的宽度之比至少等于2，并且在其上至少开了一条沟道，使一钢棒平行于金属箱的短边放置并被密封于沟道中。钢棒至少连接到一个阴极集电器上，碳素阴极块的特点在于，这种密封的沟道是在垂直于阴极主轴的方向开的，而阴极块本身是平行金属箱的长边放置的。由于第一阴极块至少要同另一个第二阴极块在其大的侧面上用粘接的方法进行连接，所以就有可能生产一种阴极半组件，其宽度等于阴极宽度的一半。将两块半组件阴极用粘合之类方法连接起来，就能得到宽度等于阴极宽度的阴极组件。本专利技术也涉及用霍尔-赫鲁法生产铝的一种碳素阴极，其特点为碳素阴极至少是将两块阴极组件并排放在同一平面上并用像碳素泥一类粘合剂将连接的组件粘合而构成的。图1是先有技术、图2至图5说明了实现本专利技术的方法。图 图1是一个电解槽阴极部分现在所用结构的平面示意图。阴极块1平行于金属箱的短边2排列，金属箱支撑着电解槽的阴极。阴极块是六面体形的，沿着由AA′表示的长轴或主轴是细长的，其高度h和宽度l一般约为300至700毫米，而其长度达到2米或2米以上。在大多数情况下，长/宽大于2，可能达到4～8，高度和宽度之比约为1，与此差离不太大。在图1所示的特殊结构中，每一个阴极块1包含了两根钢棒3，实际上每一根棒都是由两个半截钢棒3A和3B构成的。这两根半截钢棒在它的中心4可能是接触的，也可能是不接触的，或者说是不连接的。外面的端点5将阴极棒连接到一个或更多个旁边的导体6，导体6连接到下一个串联电解槽的阳极装置上。一般用铸铁的方法将钢棒密封在阴极块1的一个或2个纵向的沟道7中。相连的阴极块用粘合剂或填料泥8作的结合剂密封起来，结合剂趁热堵塞在阴极块之间的缝隙中，它密封了阴极组件而不渗透液体铝和熔融电解质，电解槽的使用寿命紧密地依赖于结合剂的密封效果。根据本专利技术(如图2以及所示的编号)，阴极块10是以这样一种方式放置的，使其主轴AA′平行于金属箱的长边11和它的主轴XX′阴极棒3，输出端5以及集电器6按同样方法配置。但沟道12现在是横向开在阴极块上的，它平行于阴极块的短边，而垂直于它的主轴AA′。每一块“阴极半组件”是两个阴极块10A和10B结合而成的，它是用粘结之类方法预先组合在一起的，如9处所示，并用铸铁密封之类类通常的方法，很少采用碳素泥密封，把阴极棒进行固定并密封在这个位置上。将两个同样半组件对称于电解槽的主轴并列排置构成了第一组阴极组件，将两块半组件10A～10B和10C～10D按通常的方法用粘接剂或填料泥13，或者最好用粘合胶填缝连接在一起。填缝粘合工序可以在阴极放入金属箱的位置中之前进行，也可之后进行。然后根据电解槽的类型，用几个同样的用粘结剂或填料泥8填缝的组件即可构成第一阴极组件。例如对于180000安培电解槽的阴极可以用三块顺序相连的组件构成。虽然前述的说明用了四块半组件构成，每一个半组件由两块阴极块作成，但这个例子不对本专利技术构成任何限制。可以设想生产由两块不等宽度，或三块相等宽度或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电压降碳素阴极块，它是供霍尔－赫鲁法电解生产铝的电解槽用的，所述电解槽包含了一支撑阴极的六面体金属箱，成阴极上形成一层液体铝，所述阴极是将长的六面体的碳素块并列放置而成，碳素块的主轴长度与其宽度之比至少等于２，在碳素块上至少开了一条沟道，一根平行于金属箱短边，其端点在金属箱长边侧伸出来而且至少连接到一个阴极聚电器的钢棒被密封于沟道中，其封征在于：密封沟道（１２）开在垂直于阴极块主轴ＡＡ＇的方向，而阴极块本身平行于金属箱的长边（１１）放置。

【技术特征摘要】
1.一种低电压降碳素阴极块，它是供霍尔-赫鲁法电解生产铝的电解槽用的，所述电解槽包含了一支撑阴极的六面体金属箱，成阴极上形成一层液体铝，所述阴极是将长的六面体的碳素块并列放置而成，碳素块的主轴长度与其宽度之比至少等于2，在碳素块上至少开了一条沟道，一根平行于金属箱短边，其端点在金属箱长边侧伸出来而且至少连接到一个阴极聚电器的钢棒被密封于沟道中，其特征在于密封沟道(12)开在垂直于阴极块主轴AA′的方向，而阴极块本身平行于金属箱的长边(11)放置。2.按权利要求1所述的阴极块，其特征在于，它在长边侧上用粘合的方法至少同另外一块阴极块粘合起来以构成一阴极半组件，半组件的宽度相当于阴极宽度的一半。3.按权利要求2所述的阴极块，其特征在于，将两个半组件采用诸如粘合的方法粘合起来以构成一阴极组件，阴极组件的宽度等于阴极的宽度。4.按权利要求2所述的碳素阴积...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德兰冈，
申请(专利权)人：皮奇尼铝公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]