一种竖式结构惰性阳极铝电解槽制造技术

本发明专利技术涉及铝冶炼领域，特别涉及一种竖式结构惰性阳极铝电解槽，包括：电解槽壳体、加热装置和石墨底座，电解槽壳体内部设有三层绝缘层，加热装置设于第一绝缘层上的凹槽内，石墨底座设于电解槽壳体内腔的底部，石墨底座的底部开设有安装槽，阴极竖直设于安装槽内，阳极与阴极交错排列，且通过连接导杆悬挂在电解槽壳体的上方，阳极电流经导杆从电解槽顶部进入电解槽壳体的内部，阴极电流通过金属电棒引出电解槽壳体外，本发明专利技术可满足不同规模电解槽的需求，并解决了电解槽规模小时需要加热和保温、电解槽侧壁无炉帮保护时易被腐蚀、电解质熔体易从炉膛的拼接缝隙渗透破坏保温层，以及竖式可湿润阴极与电解槽底部有效导电连接困难等问题。难等问题。难等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种竖式结构惰性阳极铝电解槽


[0001]本专利技术涉及铝冶炼
，特别涉及一种竖式结构惰性阳极铝电解槽。

技术介绍

[0002]在当前“碳达峰、碳中和”的背景下，传统预焙炭阳极铝电解生产过程中因炭阳极消耗、阳极效应而导致碳排放强度高、碳排放量大的问题日趋突显。惰性阳极铝电解技术，因电解过程无二氧化碳和PFCs排放，且电解过程每吨铝产生约0.88吨氧气，成为了铝冶炼行业技术发展的一个重要研究方向。
[0003]目前，竖式电极结构的惰性阳极铝电解槽已经成为了主流的研究方向。采用竖式电极布置的惰性阳极铝电解槽，其电极面积可以大幅增加，从而减小电解槽的体积，增加产率、减少散热，从而弥补惰性阳极理论分解电压高于炭阳极的缺点。竖式电极布置的惰性阳极铝电解槽，需要采用能够与铝水湿润良好的阴极材料，铝才能够在阴极表面形成的铝液膜上顺利析出和汇聚。
[0004]目前，常用的材料为TiB2陶瓷、或高TiB2含量的TiB2
‑
C复合陶瓷等材料，此类材料受当前制备工艺技术的限制，尺寸不易做大。作为可湿润阴极使用时通常需要多块拼接。目前常用拼接方案有两种，一种是通过阴极糊料捣打，先将阴极与石墨底座连接，再用金属集电棒与石墨底座连接；另一种是先将单块的阴极与金属导杆连接，然后再用阴极糊料或刚玉浇注料将其组合在一起。
[0005]上述两种方案均存在一些缺陷。第一种若仅采用阴极糊料捣打实现阴极与石墨底座连接，则导电均匀性差，阴极糊料在被电解质熔体渗透后，导电性能会发生较大变化，从而导致阴极电流分布不均匀，严重偏流时会造成阴极破裂损坏。第二种是对金属导杆的耐腐蚀防护难度大。金属导杆距离阴极的电解反应区域太近，金属杆容易被渗透的电解质熔体或铝水直接腐蚀和电化学腐蚀，致使导杆损坏、膨胀、断裂。
[0006]为了降低惰性阳极的腐蚀速率，惰性阳极铝电解通常采用低温电解质体系，低温电解质体系中，通常含有KF或LiF，低温电解质的运行过热度偏高，电解槽侧部不易形成炉帮结壳，并且低温电解质熔体的渗透性强。常规的电解槽侧壁材料和结构容易被电解质熔体腐蚀，甚至从炉膛的拼接缝隙直接渗透至保温层，破坏保温层材料，从而影响电解槽寿命。此外，小规模的电解实验由于电解过程发热量不能维持电解质熔体保持在恒定的目标温度，通常需要外加热。如果采用加热炉进行外加热，则电解槽的尺寸和规模会受到限制，运行时间也比较短。如果将加热元件布置到炉膛内部，则加热元件需要反复更换，甚至频繁更换，会影响电解槽正常运行。
[0007]如申请号为201710678953.7“一种内加热熔盐电解槽”将加热装置贴合电解槽内壁设置，可开展100A
‑
1000A电解试验，但加热装置本身仍需定期更换。该专利方案中加热元件为单端电加热管、保护材料为石墨。石墨尽管能经受电解质熔体和铝水的长期腐蚀，但易被氧化。在实际使用中，电解质熔体界面附近的石墨氧化速度快、易穿孔、加热管也容易损坏，特别是惰性阳极铝电解试验过程释放氧气，加速了石墨氧化，导致加热装置更换频繁，
电解质温度波动范围大，电解实验有时无法正常进行。更甚至加热装置损坏后，温度降低，电解质凝固，将损坏的加热装置结死在电解槽侧壁上，导致无法更换，被迫停槽。
[0008]现有的技术方案仍不能很好的解决竖式结构惰性阳极铝电解槽的问题，因此，仍然需要一种即简单，又稳定可靠的竖式结构惰性阳极铝电解槽。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主要目的是提供一种竖式结构惰性阳极铝电解槽，旨在解决上述技术问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种竖式结构惰性阳极铝电解槽，包括：
[0011]电解槽壳体，所述电解槽壳体内部设有三层绝缘层，三层绝缘层包括第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，第一绝缘层和第二绝缘层均为固定结构，所述第一绝缘层上开设有凹槽，所述凹槽的开口向上，第三绝缘层为可更换的活动结构；
[0012]加热装置，所述加热装置设于第一绝缘层上的凹槽内，所述加热装置用于调节电解槽的温度；
[0013]石墨底座，所述石墨底座设于电解槽壳体内腔的底部，所述石墨底座的底部开设有安装槽，所述第二绝缘层的侧壁与石墨底座的底部均与第三绝缘层贴合，并形成电解槽炉膛，所述电解槽炉膛用于盛装电解质熔体和铝液；
[0014]阴极，所述阴极为竖式板状，所述阴极竖直设于安装槽内，且阴极通过石墨螺栓与石墨底座螺纹连接，所述石墨底座、石墨螺栓和阴极之间的接触面均覆盖有阴极糊，所述阴极的一侧设有阳极，所述阳极与阴极交错排列，且通过连接导杆悬挂在电解槽壳体的上方，阳极电流经导杆从电解槽顶部进入电解槽壳体的内部，阴极电流通过石墨底座，与石墨底座上连接的金属电棒引出电解槽壳体外。
[0015]可选地，所述加热装置采用直流电加热，所述加热装置内设有发热元件，所述发热元件为焦粒或第一金属加热板或第二金属加热板。
[0016]可选地，所述焦粒由石油焦颗粒、石墨颗粒、石墨粉中的一种或多种混合，所述焦粒中插设有负极石墨棒和正极石墨棒，所述负极石墨棒用于直流电的导出，所述正极石墨棒用于直流电的导入。
[0017]可选地，所述第一绝缘层的凹槽处设有保温盖，所述保温盖用于减少焦粒氧化烧损。
[0018]可选地，所述第一金属加热板或第二金属加热板的材质均为310S不锈钢、铁铬铝合金、蒙乃尔合金、Inconel合金中的一种，且第一金属加热板或第二金属加热板内均填充有工业氧化铝或刚玉砂，以减少第一金属加热板或第二金属加热板在通直流电加热过程的氧化。
[0019]可选地，所述阴极采用TiB2‑
C复合热压陶瓷，TiB2的质量百分含量为≥60％。
[0020]可选地，所述第一绝缘层采用刚玉浇注料整体浇筑成型，所述第二绝缘层采用抗氧化、耐电解质腐蚀的材料，所述第二绝缘层的材质为NiFe2O4陶瓷、NiFe2O4‑
NiO陶瓷、致密刚玉、氮化硼陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、碳化硅结合氮化硅陶瓷中的一种，所述第三绝缘层采用致密刚玉材料。
[0021]可选地，所述电解槽炉膛内部的形状为圆形或方形。
[0022]可选地，所述电解槽壳体内部三层绝缘层以外设有第一防渗保温层，所述防渗保温层由内向外依次包括：干式防渗料、陶瓷纤维板、钢制槽壳。
[0023]可选地所述电解槽壳体内底部的石墨底座以下设有第二防渗保温层，所述第，二防渗保温层由内向外依次包括：刚玉浇注料、干式防渗料、陶瓷纤维板、钢制槽壳。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：
[0025](1)直流电加热装置布置在第一绝缘层上的凹槽内，采用焦粒或第一金属加热板或第二金属加热板作为发热元件，稳定不易损坏、寿命长，并且直流加热电压低，操作安全。
[0026](2)第一绝缘层采用刚玉浇注料，可使电解槽不受尺寸和规模的限制，满足不同规模的电解试验。
[0027](3)电解槽壳体内部采用三层绝缘层结构，第三绝缘层为可更换的缓冲层，第二绝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种竖式结构惰性阳极铝电解槽，其特征在于，包括：电解槽壳体(1)，所述电解槽壳体(1)内部设有三层绝缘层，三层绝缘层包括第一绝缘层(4)、第二绝缘层(6)和第三绝缘层(7)，第一绝缘层(4)和第二绝缘层(6)均为固定结构，所述第一绝缘层(4)上开设有凹槽，所述凹槽的开口向上，第三绝缘层(7)为可更换的活动结构；加热装置(5)，所述加热装置(5)设于第一绝缘层(4)上的凹槽内，所述加热装置(5)用于调节电解槽的温度；石墨底座(13)，所述石墨底座(13)设于电解槽壳体(1)内腔的底部，所述石墨底座(13)的底部开设有安装槽，所述第二绝缘层(6)的侧壁与石墨底座(13)的底部均与第三绝缘层(7)贴合，并形成电解槽炉膛，所述电解槽炉膛用于盛装电解质熔体和铝液；阴极(16)，所述阴极(16)为竖式板状，所述阴极(16)竖直设于安装槽内，且阴极(16)通过石墨螺栓(14)与石墨底座(13)螺纹连接，所述石墨底座(13)、石墨螺栓(14)和阴极(16)之间的接触面均覆盖有阴极糊(15)，所述阴极(16)的一侧设有阳极(17)，所述阳极(17)与阴极(16)交错排列，且通过连接导杆(11)悬挂在电解槽壳体(1)的上方，阳极(17)电流经导杆(11)从电解槽顶部进入电解槽壳体(1)的内部，阴极(16)电流通过石墨底座(13)，与石墨底座(13)上连接的金属电棒(12)引出电解槽壳体(1)外。2.根据权利要求1所述的一种竖式结构惰性阳极铝电解槽，其特征在于，所述加热装置(5)采用直流电加热，所述加热装置(5)内设有发热元件，所述发热元件为焦粒(20)或第一金属加热板(21)或第二金属加热板(24)。3.根据权利要求2所述的一种竖式结构惰性阳极铝电解槽，其特征在于，所述焦粒(20)由石油焦颗粒、石墨颗粒、石墨粉中的一种或多种混合，所述焦粒(20)中插设有负极石墨棒(8)和正极石墨棒(18)，所述负极石墨棒(8)用于直流电的导出，所述正极石墨棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：包生重，陈开斌，王怀江，侯光辉，石序，刘彦辉，唐新平，罗丽芬，张芳芳，
申请(专利权)人：中铝郑州有色金属研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：