[发明专利]一种铝-碳复合阴极铝电解槽

说明书

本发明公开了一种铝‑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。

技术领域

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。

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。

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。

本发明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。