专利名称：一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽。
背景技术：
自1886年Hall和Herout的2个专利奠定了现代铝工业的基础以后，冰晶石_氧 化铝熔盐电解法一直是铝工业唯一的炼铝方法。现行Hall-Herout铝电解槽的电解温度通 常为940-960。C，综合电能消耗为13. 5kw-15. OkW h/kg(Al)，电能效率低于50% ;并产生 大量温室气体(A、CFn，以及致癌物等，给环境造成极大的污染。巨大的能源消耗、资源消耗 和环境负荷等正严重制约着铝电解工业的发展。节能、降耗及降低污染是铝工业未来发展 的方向。 以惰性阳极取代碳阳极，不仅节约阳极碳耗400kg-500kg/t *A1 (碳阳极占铝生产 成本的12% -15% )，同时还可以减少由当量(A排放带来的碳税。采用惰性阳极后，不但 不再有C02、 CO和CFn的排放而实现温室气体零排放，而且阳极排放的是02， 02还可以作为 副产品，对于高排放的电解铝行业来说，采用惰性阳极的铝电解工艺具有非常重要的意义。 如果惰性阳极与可润湿阴极联合使用，可以减少能耗20%-30%以提高能量效率，同时通 过高效绿色铝电解槽的设计可以大幅度增加单位占地面积的产能和减少电解槽的体积以 提高产能效率，从而显著降低投资成本，进而降低原铝成本。 专利CN200810049240. 5、专利CN 89210028. 1和美国专利US6866768均公布了一 种水平电流铝电解槽。但只是概念性的描述了槽结构，没有具体化，缺乏细节，在腐蚀性强 的氟化物熔体中难以实现。 专利CN200510011143. 3虽然提出了针对钾冰晶石熔盐体系的电解生产铝的方法 和电解槽，也只是概念性的描述了槽结构，没有具体化，没有提供具体的电极与导杆连接方 式；没有在高温氧气环境中，保护导杆，防止氧化的具体方法，没有涉及到具体的保温措施； 专利CN200420060680. 8和专利CN200510011142. 9公布了一种带阴极沟槽的铝电解槽，但 只是针对传统铝电解工艺电解槽。 专利CN200610051288. 0公布了一种惰性电极铝电解槽。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，并以垂直平行方式配置的惰性电极电解槽，但并未 针对合金阳极提出一种可行、有效的铝电解槽。 以上专利所涉及到的电解槽，都是开放式电解槽，没有密封措施，不利于氧气的收 集；没有提供具体的电极与导杆连接方式；没有在高温氧气环境中，保护导杆，防止氧化的 方法，没有涉及到具体的保温措施；带沟槽阴极无法实现无铝水平操作。
发明内容
本发明目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种利于氧气的收集、能有效 防止导杆氧化、保温效果好、实现无铝水平操作的采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
—种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于铝电解槽使用电解质为
KF-NaF-AlF3体系，电解温度为700-850°C，其结构包括 槽壳一该槽壳为由钢板制成的封闭壳体，上部居中开有开口 ； 槽体内衬——该内衬砌筑槽壳内底面和侧面上的耐火及保温材料层；其上端内侧
腔为扩径的台阶状； 坩埚——该坩埚位于槽体中部，外壁与槽体内衬配合联接； 坩埚保温盖——该保温盖为方形盖或环形盖，底端盖于坩埚上沿和槽体内衬的台 阶面上、上端与槽体内衬等高齐平； 电解电极——该电极由惰性阳极和阴极组成；阳极材料为金属合金，阴极为TiB2 复合陶瓷材料、表面有TiB2涂层的炭块或其他硼化物复合阴极；阳极和阴极上端均有螺纹 孔，用来连接导杆，电极组采用将惰性阳极与阴极以并联的方式垂直平行配置在铝电解槽 内；电极以阳_阴_阳-"或"_阴_阳_阴-"的方式排列，极距为10mm 80mm， 一个 电解槽包含一列或数列电极组，每列电极组包含二个到数十个电极； 电极母线——该母线包括阳极母线、阴极母线、阳极支母线和阴极支母线；每个电 极组阳极支母线和阴极支母线以"-阳_阴_阳-"或"-阴_阳_阴的平行方式排列， 两端固定在阳极母线和阴极母线上，阳极支母线与阴极母线固定端用聚四氟乙烯或其他绝 缘材料垫片绝缘，阳极支母线与阴极母线固定端用聚四氟乙烯或其他绝缘材料垫片绝缘； 每个电极组采用两端进电方式由两根阳极母线和阴极母线构成，分为两层，一层为阳极母 线，一层为阴极母线，阳极支母线两端分别固定在阳极母线上，阴极支母线两端分别固定在 阴极母线上； 电极导杆——该电极导杆是由不锈钢、耐热合金或耐蚀铜合金制成的圆杆，下端 有螺纹，下端螺纹旋进连接于电极上方的螺纹孔中，上端有螺纹，上端插入阳极支母线或阴 极支母线对应的孔中，用螺帽和弹簧垫片固定，上端或采用卡具压接、焊接等方法与支母线 连接；一个电极用一根或多根导杆与支母线连接，导杆外侧可用刚玉管、碳化硅管或其他耐 蚀抗热材料保护，防止高温氧气的氧化，保护管与导杆中的空隙用氧化铝填充；或用中间有 通孔的方形保温材料保护，防止氧化和隔热。 保温板——该保温板由隔热耐蚀陶瓷制成；保温板的宽度和厚度与电极相同，在 垂直方向上有一排通孔，将电极导杆穿过通孔，保温板放置于电极上方； 极距隔板——该极距隔板由隔热耐蚀陶瓷制成；极距隔板宽度与电极相同，厚度 与极距相同，悬挂于密封板下方，置于电极中间，与保温板紧密排列以确定极距，并起到固 定电极和保温隔热作用； 密封板——该密封板为钢板，搭接在阳极支母线与阴极支母线之间，以极距隔板 的重力或卡具使之压接在阳极支母线与阴极支母线上，密封板与支母线之间用密封垫压 接，密封垫是高温橡胶、无机胶或无机毡，起到密封和绝缘作用。 本发明的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于在坩埚底部、阴极 投影下方有汇铝槽；坩埚底部的一端有储铝池，汇铝槽和储铝池由导流沟连接，电解生产的 铝液经汇铝槽，通过导流沟，最后流入储铝池。 本发明的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于槽壳盖板开有下料 孔上设有打壳下料管、下端设有打壳隔热防辐射板。
本发明的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，与传统铝电解工艺相比绿色环 保，排放物为02，没有C02和PFCs (全氟化碳)排放；电极几乎不消耗，年腐蚀率低，极距稳 定，避免了更换阳极对电流分布和热平衡的干扰，易于控制；保温效果好，提高电解槽的热 效率，降低热损失；无需附加的炭素加工厂，降低阳极成本；降低了阳极更换频率，减少操 作人力；提高产品金属质量，采用惰性电极后，原铝产品质量达到99. 7%以上；增加电解槽 空间利用率，增加电解槽单位体积产能和单位占地面积产能；不担心漏槽，电解槽寿命长； 电解槽可以完全密闭，杜绝粉尘和氟化物挥发逸出，有利于氧气收集；槽结构设计上更加灵 活。
图1为本发明的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽结构正面剖视图；
图2为本发明的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽结构侧面剖视图；
图3为惰性阳极装配图；
图4为惰性阳极侧视图。
具体实施例方式
—种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，使用电解质为KF-NaF_AlF3体系，电解 温度为700-85(TC，其结构包括槽壳l，耐火及保温材料层2，坩埚3，保温盖4，阳极母线5， 阴极母线6，阳极导杆7，阴极导杆8，阳极支母线9，阴极支母线IO，惰性阳极ll，硼化物复 合阴极12，保温隔热板13，极距隔板14，下料区保温隔热板15，密封板16，阴极导杆保护管 17，打壳气缸18，打壳隔热防辐射板19，打壳锤头20，下料槽21。 本发明的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，熔池部分由槽壳1和耐火及保 温材料2，耐蚀内衬坩埚3和保温盖4组成。钢壳1是由钢板制成的封闭壳体，上部开有 电极口和下料口。耐蚀内衬坩埚3是由异型耐蚀内衬材料块或砖拼接构成，在阴极投影下 方有汇铝槽，耐蚀内衬坩埚3的一端有储铝池，汇铝槽和储铝池由导流沟连接，电解生产的 铝液经汇铝槽，通过导流沟，最后流入储铝池，该发明可以实现无铝水平操作或低铝水平操 作。耐火及保温材料2砌筑在槽壳1与耐蚀内衬坩埚3之间。保温盖4由隔热耐蚀氧化铝 陶瓷、高氧化铝水泥或耐蚀氮化物、碳化物材料等制成，盖在耐蚀内衬坩埚3上，起保温隔 热作用。 阳极11是由合金制成，其组成包括铜、钴、镍、铁、铝、稀土金属、活性金属、贵金属 等。阴极12为TiB2复合陶瓷材料、表面有TiB2涂层的炭块或其他硼化物复合阴极。电极组 采用将惰性阳极11与阴极12以并联的方式垂直平行配置在铝电解槽内，电极极距为30mm。 电极排列以"-阳_阴_阳-"的方式排列， 一个电极组包括7个电极(4块阳极，3块阴极)， 该电解槽包括2列电极组。 阳极支母线9和阴极支母线10以"-阳_阴_阳-"的平行方式排列，两端固定在 阳极母线5和阴极母线6上，电极组采用一端进电方式。阳极支母线9与阴极母线6之间、 阴极支母线10与阳极母线5之间均用聚四氟乙烯垫片绝缘。 阳极导杆7和阴极导杆8，是由不锈钢、耐热合金或耐蚀铜合金制成的圆杆，下端 有螺纹，下端螺纹旋进连接于电极上方的螺纹孔中，上端也可有螺纹，上端插入阳极支母9线或阴极支母线10对应的孔中，用螺帽和弹簧垫片固定，上端也可采用卡具压接、焊接等 方法与支母线连接。阳极11用4根导杆与支母线连接，阴极12用8根导杆与支母线连接。 阴极导杆外侧用刚玉管保护。 保温板13和极距隔板14由隔热耐蚀陶瓷材料制成。保温板的宽度、厚度与电极 相同，在垂直方向上有一排通孔，将电极导杆穿过通孔，保温板13可放置于电极上方。极距 隔板14宽度等于电极的宽度，厚度为30mm，悬挂于密封板16下方，置于电极中间，与保温板 13紧密排列以确定极距，并起到固定电极和密封保温作用。密封板16用钢板制成，搭接在 阳极支母线与阴极支母线之间，以极距隔板14的重力使之压接在阳极支母线与阴极支母 线上，密封板与支母线之间用耐高温橡胶或无机胶、无机毡等垫片压接，起到密封和绝缘作 用。 打壳下料部分由打壳气缸18，打壳隔热防辐射板19，打壳锤头20，下料槽21等组 成，下料方式采用线式下料，下料口的位置在电解槽的中部。打壳隔热防辐射板起到隔热和 防辐射作用，防止热量的损失和防止热辐射使打壳气缸过热。
权利要求
一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于铝电解槽使用电解质为KF-NaF-AlF3体系，电解温度为700-850℃，其结构包括槽壳——该槽壳为由钢板制成的封闭壳体，上部居中开有开口；槽体内衬——该内衬砌筑槽壳内底面和侧面上的耐火及保温材料层；其上端内侧腔为扩径的台阶状；坩埚——该坩埚位于槽体中部，外壁与槽体内衬配合联接；坩埚保温盖——该保温盖为方形盖或环形盖，底端盖于坩埚上沿和槽体内衬的台阶面上、上端与槽体内衬等高齐平，由隔热耐蚀氧化铝陶瓷、高氧化铝水泥或耐蚀氮化物、碳化物材料制成；电解电极——该电极电极由惰性阳极和阴极组成，阳极和阴极上端均有螺纹孔，用来连接导杆，电极组采用将惰性阳极与阴极以并联的方式垂直平行配置在铝电解槽内；电极以“-阳-阴-阳-”或“-阴-阳-阴-”的方式排列，极距为10mm～80mm，一个电解槽包含一列或数列电极组，每列电极组包含二个到数十个电极；电极母线——该母线包括阳极母线、阴极母线、阳极支母线和阴极支母线；每个电极组阳极支母线和阴极支母线以“-阳-阴-阳-”或“-阴-阳-阴-”的平行方式排列，两端固定在阳极母线和阴极母线上，阳极支母线与阴极母线固定端用聚四氟乙烯或其他绝缘材料垫片绝缘，阳极支母线与阴极母线固定端用聚四氟乙烯或其他绝缘材料垫片绝缘；每个电极组采用两端进电方式由两根阳极母线和阴极母线构成，分为两层，一层为阳极母线，一层为阴极母线，阳极支母线两端分别固定在阳极母线上，阴极支母线两端分别固定在阴极母线上；电极导杆——该电极导杆是由不锈钢、耐热合金或耐蚀铜合金制成的圆杆，下端有螺纹，下端螺纹旋进连接于电极上方的螺纹孔中，上端有螺纹，上端插入阳极支母线或阴极支母线对应的孔中，用螺帽和弹簧垫片固定，上端或采用卡具压接、焊接等方法与支母线连接；一个电极用一根或多根导杆与支母线连接，导杆外侧可用刚玉管、碳化硅管或其他耐蚀抗热材料保护，防止高温氧气的氧化，保护管与导杆中的空隙用氧化铝填充；或用中间有通孔的方形保温材料保护，防止氧化和隔热。保温板——该保温板由隔热耐蚀陶瓷制成；保温板的宽度和厚度与电极相同，在垂直方向上有一排通孔，将电极导杆穿过通孔，保温板放置于电极上方；极距隔板——该极距隔板由隔热耐蚀陶瓷制成；极距隔板宽度与电极相同，厚度与极距相同，悬挂于密封板下方，置于电极中间，与保温板紧密排列以确定极距，并起到固定电极和保温隔热作用；密封板——该密封板为钢板，搭接在阳极支母线与阴极支母线之间，以极距隔板的重力或卡具使之压接在阳极支母线与阴极支母线上，密封板与支母线之间用密封垫压接，密封垫是高温橡胶、无机胶或无机毡，起到密封和绝缘作用。
2. 根据权利要求1所述的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于在坩埚底部、阴极投影下方有汇铝槽；坩埚底部的一端有储铝池，汇铝槽和储铝池由导流沟连接，电解生产的铝液经汇铝槽，通过导流沟，最后流入储铝池。
3. 根据权利要求1所述的一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于槽壳盖板开有下料孔上设有打壳下料管、下端设有打壳隔热防辐射板。
全文摘要
本发明涉及一种采用惰性阳极生产原铝的铝电解槽，其特征在于铝电解槽使用电解质为KF-NaF-AlF3体系，电解温度为700--850℃，其结构包括槽壳，耐火保温内衬层、坩埚、保温盖、惰性电极、电极导杆、阳极母线、阴极母线、阳极支母线、保温板、极距隔板、下料装置。本发明电解槽铝产品质量达到99.7％以上；没有CO2和PFCs排放；电极几乎不消耗，极距稳定；槽体封闭，杜绝粉尘和氟化物挥发逸出，利于氧气回收；保温效果好，提高电解槽的热效率，降低热损失；增加电解槽空间利用率，增加电解槽单位体积或单位占地面积产能；不担心漏槽，电解槽寿命长；槽结构设计上更加灵活。
文档编号C25C3/08GK101709485SQ20091024338
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者曹鹏, 李旺兴, 杨建红 申请人:中国铝业股份有限公司