降低铝电解中阳极效应发生的方法及相应的阳极结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种降低铝电解中阳极效应发生的方法及相应的阳极结构，属于铝电解生产技术领域。
【背景技术】
[0002]阳极效应是熔盐电解特有的现象，而以电解铝生产表现优为明显。生产中当阳极效应发生时，电解槽电压急剧升高，达到20?50V，有时甚至更高。它的发生对整个电解系列产生很大影响，使电流效率降低，影响电解各个技术指标，且使铝的产量和质量降低，破坏了整个电解系列的平稳供电。在处理的方法上，一般有两种:用效应棒(木棒)熄灭，或降低阳极，增加氧化铝的下料量；以达到熄灭阳极效应的目的。到目前还未发现有更好的处理方法。
[0003]阳极效应发生的机理:到目前关于阳极效应发生的机理众说纷纭，但是较好地解释阳极效应的发生机理的是"阳极过程改变学说"这种观点认为:阳极效应的发生是由于随着电解过程的进行，电解质中含氧离子逐渐减少，当达到一定程度后，则有氟析出且与阳极炭作用生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解时又析出细微的炭粒，这些炭粒附在阳极表面上，阻止了电解质与阳极的接触，使电解质不能很好地湿润阳极，就像水不能湿润涂油的表面一样，使电解质-阳极间形成一层导电不良的气膜，阳极过电压增大，引起阳极效应。当加入新的氧化铝后，在阳极上又析出氧，氧与炭粉反应，逐渐使阳极表面清静，电阻减小，电解过程又趋于正常。这种观点较好地解释了阳极效应发生的原因，为电解科技工作者所接受。
[0004]阳极效应危害:在铝电解生产中阳极效应的危害性，不仅表现在对生产的危害上，而且对生态环环境的危害极其严重。主要体现在以下几个方面:(1)阳极效应危害性对生产的危害:生产中当阳极效应发生时，电解质的温度急剧升高，由正常值的940°C?955°C急速升高到980°C?990°C，炉帮熔化变薄，增加了侧部炭块被侵蚀的可能性。电压的急剧升高，使系列电流波动，影响电解槽的产量，电耗增加。生产中阳极效应的熄灭方法是:将效应棒即(大约2?3米直径2?4cm的树枝)插入铝液中使木棒燃烧排除阳极底掌的气体薄膜，清洁阳极底部，实际是在燃烧铝液，整个过程大约持续3?5分钟，而此时电解的电化学过程是停止的，这也就是电解职工常说的〃效应时间不产铝，而且还要跑电耗的〃原因所在。因此造成铝液的严重损失。以300KA中间下料预焙槽为例:效应系数0.3次/槽日，效应时间5min，电流效率93%，处理一次效应的时间均为60 min，一个阳极效应少产原铝:300X0.3355X5 + 60=8.4kg，吨铝电耗增加158kwh ;这种能量在生产中大多转化为热能，使电解槽极距间温度急剧升高，进而向阳极四周传导，使的电解槽温度升高，引起电解质中氟化铝的大量挥发。
[0005]传统的观点认为:利用阳极效应可以分离炭渣，清洁电解质，补充电解槽热量的不足，化沉淀。但是随着阳极质量的提高以及智能模糊控制计算机系统和点式下料技术的应用，阳极效应优点愈来愈变得渺小，因此传统的这种观点已不能适应当今现代电解槽生产。(2)阳极效应对环境的危害:铝电解生产中，阳极效应还伴随着对大气臭氧层有破坏性的PFCs (CF4.C2F6)气体的产生。当今西方发达国家对铝电解的环保要求极为严格。我们国家是国际《京都协议书》的签署国家，减少温室效应，保护大气环境是义不容辞的责任。因此在控制有害气体排放上，今后一定会加强的。铝电解生产中，严格控制阳极效应是时代的要求。(3)阳极效应对森林的危害:铝电解生产中阳极效应的熄灭方法有三种:(I)、用漏铲熄灭阳极效应。(2)、用大耙熄灭阳极效应。(3)、用效应棒(木棒)熄灭阳极效应。这三种方法是铝电解生产特别是自焙槽常用的方法。目前，自焙槽国内已几乎都改造成为中间下料预焙槽。而预焙槽采用多组阳极生产，大耙、漏铲熄灭阳极效应的方法失去了作用，效应棒，即:大约2?3米直径2?4cm的树枝，成为熄灭效应的唯一方法。当前国内铝电解生产飞速发展，2003年已突破520吨，已成为世界第一产铝国，效应棒的使用急剧增加。如不得到控制，必然会给森林带来严重破坏。
[0006]当今社会，特别是西方国家，对铝电解生产中阳极效应的控制极为严格。著名国际铝专家Haupin提出的〃瞄准零效应〃的管理思路，值得我们思考，Haupin认为，根据铝工业发展的现状，〃零效应〃管理最为理想。在环保日益重要的今天，铝电解生产中特别是在大型预焙槽生产中应严格控制阳极效应，只要电解槽槽况正常，就不必来效应。"零效应"管理是铝电解生产今后发展的方向。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种能够有效降低铝电解中阳极效应发生的频率的降低铝电解中阳极效应发生的方法及相应的阳极结构。
[0008]本发明的技术方案如下:
一种降低铝电解中阳极效应发生的方法，其特征是:在铝电解生产中，在电解质层设置能够通到碳阳极底部的气体通道，气体通道能够将铝电解生产中碳阳极底掌面积聚的混合气体排出，同时将氧气输送到碳阳极底掌面。
[0009]所述气体通道设置在碳阳极的阳极钢爪和阳极炭块上。
[0010]一种实现上述方法的阳极结构，包括阳极钢爪和阳极炭块，其特征是:在阳极钢爪上梁的顶背部开设有沿着爪柱中心轴线通到阳极炭块底部的通孔。
[0011 ] 所述通孔的直径在30?60 mm之间。
[0012]本发明的优点是:能够将碳阳极掌底部位的混合气体排出、同时增大了氧气与铝液多次直接接触的机会，有效降低了铝电解中阳极效应发生的频率，大大降低了电解铝的生产成本。
【附图说明】
[0013]图1是电解铝生产示意图；
图2是碳阳极的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是阳极钢爪的立体图；
图5是阳极炭块的结构示意图。
[0014]图中:1.阳极导杆，2.阳极钢爪，3.阳极炭块，4.通孔，5.集气层，6.电解质层，7.铝电解槽，8.铝液层，9.炭阴极，10.铝液波动层。
【具体实施方式】
[0015]参照附图1，本发明的一种降低铝电解中阳极效应发生的方法:在铝电解生产中，在电解质层设置能够通到碳阳极底部的气体通道，气体通道能够将铝电解生产中碳阳极底掌面积聚的混合气体排出，同时将氧气输送到碳阳极底掌面。所述气体通道设置在碳阳极的阳极钢爪和阳极炭块上。
[0016]参照附图2?5，一种实现上述方法的阳极结构，包括阳极钢爪2和阳极炭块3，在阳极钢爪上梁的顶背部开设有沿着爪柱中心轴线通到阳极炭块底部的通孔4。
[0017]所述通孔的直径在30?60 IM之间。
[0018]实施例:
以300KA中间下料预焙槽为例:采用现有技术的六爪阳极，效应系数0.3次/槽日，效应时间5min，电流效率93%，处理一次效应的时间均为60 min, 一个阳极效应少产原铝:300X0.3355X5 + 60=8.4kg，吨铝电耗增加 158kwh。
[0019]采用本发明的技术，阳极钢爪上梁的顶背部沿着每个爪柱中心轴线开设一个通到阳极炭块底部的通孔，每个通孔的直径均为40 mm。效应系数降为0.1次/槽日，使得原铝产量增加，吨铝电耗明显降低。
【主权项】
1.一种降低铝电解中阳极效应发生的方法，其特征是:在铝电解生产中，在电解质层设置能够通到碳阳极底部的气体通道，气体通道能够将铝电解生产中碳阳极底掌面积聚的混合气体排出，同时将氧气输送到碳阳极底掌面。2.根据权利要求1所述的降低铝电解中阳极效应发生的方法，其特征是:所述气体通道设置在碳阳极的阳极钢爪和阳极炭块上。3.一种实现权利要求1或2所述的方法的阳极结构，包括阳极钢爪和阳极炭块，其特征是:在阳极钢爪上梁的顶背部开设有沿着爪柱中心轴线通到阳极炭块底部的通孔。4.根据权利要求3所述的阳极结构，阳极结构，所述通孔的直径在30?60mm之间。
【专利摘要】本发明涉及一种降低铝电解中阳极效应发生的方法及相应的阳极结构，所述方法，其特征是：在铝电解生产中，在电解质层设置能够通到碳阳极底部的气体通道，气体通道能够将铝电解生产中碳阳极底掌面积聚的混合气体排出，同时将氧气输送到碳阳极底掌面。所述实现上述方法的阳极结构，包括阳极钢爪和阳极炭块，其特征是：在阳极钢爪上梁的顶背部开设有沿着爪柱中心轴线通到阳极炭块底部的通孔。其优点是：能够将碳阳极掌底部位的混合气体排出、同时增大了氧气与铝液多次直接接触的机会，有效降低了铝电解中阳极效应发生的频率，大大降低了电解铝的生产成本。
【IPC分类】C25C3/06, C25C3/12
【公开号】CN104962950
【申请号】CN201510340164
【发明人】刘云飞
【申请人】包头市中硕焊接科技有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月18日