淺談鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)(編輯修改稿)
2025-07-14 20:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （YS/T 2841998）牌號(hào)灰分/%電阻率/（μΩm）耐壓強(qiáng)度/（N/m2）真密度/（g/cm3）體積密度/（g/cm3）CO2反應(yīng)性/[mg/(cm2h)≤≥≤TY07029280TY1752895TY28027110TY38027110 除表5列出的共同要求外，在塑性方面旁插槽陽極糊與上插槽陽極糊的要求有所不同，前者希望陽極糊的流動(dòng)性小一些，而后者則要求具有足夠的流動(dòng)性。 ⑧陽極塊陽極塊是做預(yù)焙槽中的陽極，其性能除取決于制取用生糊質(zhì)量外，還取決于成型和焙燒的質(zhì)量。現(xiàn)代的陽極塊一般采取振動(dòng)成型法成型，成型后的產(chǎn)品送至環(huán)式焙燒爐或其他窯中燒成。由于它們加進(jìn)電解槽以前已被預(yù)先焙燒好，所以叫預(yù)焙陽極塊。陽極塊的質(zhì)量要求如表6。表6 預(yù)焙陽極塊質(zhì)量級(jí)別（YS/T 2851998）牌號(hào)灰分/%電阻率/（μΩm）熱膨脹率/%CO2反應(yīng)性/[mg/(cm2h)耐壓強(qiáng)度/（N/m2）體積密度/（g/cm3）真密度/（g/cm3）≤≥TY15545322TY26050302TY316555292—鋁電解槽簡介 (1)鋁電解槽的演變?cè)阡X電解工業(yè)中，電解槽的大小，一般也稱電解槽的容量，皆以其電流強(qiáng)度的大小表示。鋁電解槽的電流強(qiáng)度，也是經(jīng)歷了由小到大逐步增加的過程。第二次世界大戰(zhàn)前，世界各國鋁廠的系列電解槽的電流強(qiáng)度，在25萬安培，戰(zhàn)后到1952年發(fā)展到68萬安培。20世紀(jì)80年代初期發(fā)展到1520萬安培，目前則已達(dá)到30萬安培以上，并已開始研究開發(fā)更大容量的電解槽。 ①第一階段（初期的預(yù)焙槽） 在鋁電解法投入工業(yè)生產(chǎn)初期，電解槽很小，電流強(qiáng)度低，使用的陽極是預(yù)焙的石墨或碳素制成的，陽極電流密度高達(dá)67A/cm2，電耗增高至90000 ，生產(chǎn)成本高，鋁價(jià)昂貴。例如，1888年時(shí)用于生產(chǎn)的是4000A的電解槽，電解槽有一個(gè)方形陽極，槽電壓為10V。但1933年時(shí)電解槽的電流強(qiáng)度就已經(jīng)達(dá)到55000A，有預(yù)焙陽極22塊，電耗降至20000 。 ②第二階段（旁插槽） 早在1923年挪威就開始采用8000A的旁插槽。、其電流強(qiáng)度為2500030000A。以后旁插槽逐漸發(fā)展，直到取代初期預(yù)焙槽。當(dāng)時(shí)的旁插槽具有如下特點(diǎn)： ，操作簡易，能適應(yīng)大一些的電流強(qiáng)度； ，省去了成型和焙燒過程，無殘極，陽極成本下降； ，環(huán)保和勞動(dòng)條件有所改善。 圖2是旁插槽的示意圖。 ③第三階段（上插槽） 上插槽在20世紀(jì)40年代開始試用，60年代初期擴(kuò)展到一些產(chǎn)鋁國家。與旁插槽相比它的優(yōu)點(diǎn)是： ； 、自動(dòng)化； ，抽出氣體量小，有利于凈化處理； 。 上插槽也有嚴(yán)重不足之處： ，陽極提升機(jī)等機(jī)械設(shè)備復(fù)雜； ，影響生產(chǎn)效率，電耗較大，陽極事故相對(duì)較多； ，易產(chǎn)生裂紋和裂縫。 圖3是上插槽的示意圖。 ④第四階段（現(xiàn)代預(yù)焙槽） 預(yù)焙槽有兩種類型，一是邊部加料式（如圖57所示），一是中間加料式（如圖58所示）。初期預(yù)焙槽經(jīng)過很多改進(jìn)，并用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行裝備，出現(xiàn)了現(xiàn)代預(yù)焙槽，目前世界上新建鋁廠幾乎全部采用現(xiàn)代預(yù)焙電解槽。它的優(yōu)點(diǎn)是，能適應(yīng)更大的電流強(qiáng)度，電耗更低，上部結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械化自動(dòng)化程度高，環(huán)保條件好。缺點(diǎn)是有15％20%的殘極需處理，陽極要事先預(yù)制好，這就使陽極的成本大為提高。圖4和圖5分別為邊部加料預(yù)焙槽和中間加料預(yù)焙槽的示意圖。 （2）鋁電解槽的構(gòu)造簡介目前世界上有四種類型電解槽，除連續(xù)預(yù)焙陽極電解槽外（目前只有法國一家電解鋁廠），現(xiàn)分別就其余三種類型四種結(jié)構(gòu)的電解槽作簡要介紹。 ①陽極結(jié)構(gòu) 旁插自焙陽極電解槽的陽極外有用于陽極成型和保護(hù)陽極的鋁。鋁殼通常用厚度約為1mm的鋁板制成，沿陽極四周圍成高1m左右的無底方箱狀。在生產(chǎn)過程中鋁殼和陽極碳素一起消耗，定時(shí)用鋁鉚釘接合新鋁殼予以補(bǔ)充，陽極糊就加在鋁殼箱內(nèi)。陽極借助自身的電阻熱和電解質(zhì)熔液傳給的熱量一邊工作，一邊焙燒成型。陽極側(cè)下部釘有鋼制陽極棒，同時(shí)起導(dǎo)和承載陽極質(zhì)量的作用，陽極棒隨陽極消耗而下降，因此，需進(jìn)行周期性地拔、釘棒工作。最下一排陽極棒的頭部卡入一個(gè)特制的U形吊環(huán)內(nèi)，通過用槽鋼焊成的陽極框架及滑輪組吊在陽極提升機(jī)的升降裝置上，并通過四個(gè)金屬支柱支撐包括陽極在內(nèi)的整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。 上插自焙陽極電解槽陽極結(jié)構(gòu)由炭陽極、從上部垂直插在陽極里的陽極棒、陽極框套、集氣罩、燃燒器和陽極主副提升機(jī)構(gòu)組成。陽極主提升機(jī)構(gòu)的螺旋起重器安裝在槽兩端混凝土支柱的橫梁上，陽極副提升機(jī)構(gòu)的螺旋起重器固定在水平陽極母線上。陽極和框套的升降分別由主副提升機(jī)構(gòu)來完成，二者也可相對(duì)運(yùn)動(dòng)。水平陽極鋁母線和工字鋼是電解槽的承重主梁，陽極棒的作用不僅導(dǎo)電，還要承載陽極的質(zhì)量。 預(yù)焙陽極鋁電解槽有邊部和中間加料兩種。從上面簡圖圖5可看出，其差別是后者在兩列預(yù)焙陽極塊的中間縫上方裝設(shè)有料箱及全套打殼加料（氧化鋁和氟化鹽）裝置。兩種預(yù)焙槽其余陽極結(jié)構(gòu)基本相同。由陽極大梁（水平陽極鋁母線）、陽極升降裝置、預(yù)焙陽極塊組和其他輔助部分（如陽極卡具、槽罩等）所組成。陽極塊、鋁導(dǎo)桿和鑄鋼爪通過澆鑄磷生鐵把它們聯(lián)結(jié)成一體。陽極塊在電解過程中逐漸消耗，到一定周期就用新的陽極塊換下不能用的殘極。殘極碳素部分壓脫后破碎，再返回陽極工廠配料制做新陽極。 ②陰極結(jié)構(gòu) 幾種類型的電解槽陰極結(jié)構(gòu)基本相同，電解槽下部金屬槽殼和槽殼內(nèi)的裝砌部分屬陰極結(jié)構(gòu)。槽殼分為無底和有底兩種。因此，鋁電解槽又有無底槽和有底槽之分，無底槽通常是用地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，而有底槽槽殼通常又分為臂撐式、框架式和搖籃式三種，其目的是要讓陰極槽殼鋼結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度。 鋁電解槽陰極結(jié)構(gòu)通常由槽基礎(chǔ)、鋼槽殼、槽內(nèi)襯隔熱保溫及絕緣材料、槽內(nèi)襯碳素材料（側(cè)部炭塊、陰極炭塊組等）、陰極母線等組成。 (1)鋁電解槽槽型分布情況工業(yè)鋁電解槽分為自焙陽極鋁電解槽和
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