[发明专利]一种新型电解铝用电解槽及其电解工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电解铝用电解槽及其电解工艺，属于有色金属冶炼行业。

背景技术

工业上的电解铝通常是在预焙碳素阳极电解槽中对冰晶石-氧化铝的融盐进行电解的，即以冰晶石Na₃AlF₆氟化盐熔体为熔剂，将Al₂O₃溶于冰晶石中，以碳素体作为阳极垂直插入电解槽内，以电解槽底部覆盖有铝液的碳素体作为阴极，通入强大的直流电后，在940-960℃的高温条件下，在电解槽的两极进行电化学反应，所产生的铝液产品覆盖在电解槽底部的阴极上。但是，通常所使用的碳素体阴极对铝液的润湿性差，容易导致氧化铝沉积在槽底阴极表面上。由于氧化铝为绝缘体材料，被氧化铝覆盖的阴极导电率下降、过电压升高，致使电解铝工艺的耗电量增大。

为了解决碳素体阴极材料对铝液润湿性差的问题，现有技术中，中国专利文献CN1986898A公开了一种惰性电解铝电解槽，它是将板状金属陶瓷惰性阳极以并联方式与可润湿阴极连接，并以垂直平行方式设置；所用惰性阴极是以树脂与TiB₂粉体混合，加热搅拌成糊状，涂抹到碳砖上，烧结制成。上述技术中涂覆有TiB₂的碳砖作为惰性阴极，对铝液具有较好的润湿性。但是由于碳砖与TiB₂涂层的膨胀系数不同，在高温电解的环境下，随着使用时间的延长，TiB₂涂层容易因受热膨胀而与碳砖发生分离，这就使得TiB₂涂层容易发生膨胀，甚至经长时间的高温使用TiB₂涂层会从碳砖表面剥离掉，从而降低了这种阴极材料的使用寿命；另外，由于TiB₂材料的价格昂贵，因此使用涂覆有TiB₂单一成分的碳砖作为惰性阴极成本很高，不利于工业化。

除了上述阴极材料所带来的问题外，在使用传统电解铝工艺进行生产中，还发现碳素阳极在电解过程中不断被氧化消耗，从而需要频繁更换碳素阳极；并且伴随着碳素阳极氧化过程，在阳极不断产生二氧化碳、一氧化碳等废气。因此，为了降低阳极材料的消耗，同时减少废气的排放，现有技术对阳极材料进行了改进，如中国专利文献CN1443877A公开了一种应用于铝电解工业的惰性阳极材料，它是由铬、镍、铁、钴、钛、铜、铝、锰等金属所组成的二元或多元合金构成，其制备方法是熔炼或粉末冶金的方法。所制备得到的阳极材料导电导热性好，在电解过程中阳极产生氧气，如实例一是由37wt％的钴、18wt％的铜、19wt％的镍、23wt％的铁、3wt％的银所组成的合金材料制作成阳极用于电解铝，在850℃的电解过程中，阳极电流密度为1.0A/cm²，并且在电解过程中槽压稳定保持在4.1-4.5V，所产生铝的纯度为98.35％。上述技术中合金阳极材料比碳素材料的导电率高，在电解过程中不容易被氧化消耗。但是，由上述金属组分组成的合金阳极的槽电压仍然较高，工业耗电量大，并且使用了大量成本很高的金属材料，导致工业成本增加。此外，上述技术中合金阳极表面氧化物薄膜的抗氧化性低，容易进一步被氧化后生成易被电解质腐蚀的产物；并且该氧化物薄膜稳定性低，容易从阳极上脱落，进而使原位置上的合金材料反应形成新的氧化物薄膜，这种氧化物薄膜的新旧替换加快了阳极材料的消耗，并且腐蚀或脱落的氧化物薄膜进入到液态铝中，降低了产品铝的纯度，不能达到国家标准的要求。