第二篇铝电解槽

铝电解槽——融盐电解槽孝于亲，所当执铝冶金设备—融盐电解槽融盐电解槽1概述2铝电解槽2.1铝电解的工作原理2.2铝电解槽的发展历史和现状2.3铝电解槽的构造及技术参数2.4未来铝电解槽的改进铝冶金设备—融盐电解槽金属元素的物理化学性质决定其生产方法。包括铝、镁和碱金属及碱土金属在内的轻金属以及稀土金属都是负电性很强的元素。熔盐电解实际上是生产各种轻金属的主要的，有时甚至是唯一的工业方法，熔盐电解也是制取稀土金属的主要方法。熔盐电解槽是轻金属、稀土金属进行熔盐电解的主体设备，其地位非常重要，融盐电解槽的设计是否合理，直接影响到被电解金属的产量以及能耗等各项技术经济指标。10.1概述铝冶金设备—融盐电解槽10.2铝电解槽10.2.1铝电解的工作原理•电解质：冰晶石—氧化铝融盐，•电流：直流电（4~22kA）；•电解温度：950~970℃；•电极：阴、阳极均为碳质，阴极上析出铝、而阳极上析出CO2（70%）和CO（30%）气体；•电解总反应：2Al2O3(aq)+3C(s)=4Al(l)+3CO2(g)铝冶金设备—融盐电解槽铝电解生产流程图铝冶金设备—融盐电解槽原铝生产的物料流量图铝冶金设备—融盐电解槽铝冶金设备—融盐电解槽铝冶金设备—融盐电解槽铝电解槽的主要特征示意图铝冶金设备—融盐电解槽10.2.2.铝电解槽的发展和现状三个发展阶段：铝电解工业初期的小型预焙电解槽；20世纪20~40年代，相继采用旁插棒式自焙阳极和上插棒式自焙阳极；50年代后大型预焙阳极铝冶金设备—融盐电解槽铝电解槽种类：1自焙阳极电解槽2预焙阳极电解槽（大型预焙槽主流）1自焙槽2预焙槽铝冶金设备—融盐电解槽1自焙阳极电解槽（1）侧插式（2）上插式2预焙阳极电解槽（1）连续式（2）不连续式根据下料方式又可分为中间下料和边部下料两种槽型。铝冶金设备—融盐电解槽电解槽的总体结构：电解槽是在一个钢制槽壳，内部衬以耐火砖和保温层，压型炭块镶于槽底，作为电解槽的阴极。电流通过电解质由炭质阴极流入炭质阳极，完成电解过程。阳极炭块电解质烟罩铝液钢制槽壳钢导电棒阴极炭块耐火材料铝电解槽结构图铝冶金设备—融盐电解槽电解槽的各部分构成：主要包括阳极装置、阴极装置、母线装置、电器绝缘。（1）阳极装置（上部结构）电解过程中，阳极不断消耗，需通过调整极距来调整电解质温度。电解槽正常操作时要经常升降阳极。因此，阳极装置主要由阳极母线大梁、阳极炭块组和阳极升降机构组成。此外打壳下料，集气排烟装置等。阳极装置铝冶金设备—融盐电解槽（2）阴极装置由钢制槽壳、阴极炭块组和保温材料砌体组成。阴极装置铝冶金设备—融盐电解槽（3）母线装置包括阴极母线，阳极母线，立柱母线和槽间母线。槽间母线铝冶金设备—融盐电解槽氧化铝下料装置立体图氧化铝下料装置剖面图铝冶金设备—融盐电解槽10.2.3.1不连续预焙阳极电解槽依加料方式分：边部打壳电解槽、中部打壳电解槽阳极炭块组：阳极导杆、钢爪、炭块。阴极装置：阴极炭块、钢质导电棒铝母线：阳极母线、阴极母线、立柱母线.进电方式：一端进电、双端进电预焙阳极电解槽(中部打壳)预焙阳极电解槽(边部打壳)铝冶金设备—融盐电解槽大型中间下料预焙槽简图大型中间下料预焙槽简图1——槽罩2——钢爪梁3——阳极4——电解质5——槽壳6——涂层7——铝8——阳极炭块9——阴极棒10——保温砖11——排烟装置12——氧化铝13——导杆14——夹板15——螺栓16——打壳和电式下料器17——氧化铝18——壳面19——边部砖20——边部保温砖21——结壳22——边部炭块23——密封圈24——钢壳铝冶金设备—融盐电解槽预焙阳极电解槽结构依加料方式分：边部打壳电解槽、中部打壳电解槽阳极炭块组：阳极导杆、钢爪、炭块阴极装置：阴极炭块、钢质导电棒铝母线：阳极母线、阴极母线、立柱母线铝冶金设备—融盐电解槽电解槽上部结构电解槽上部结构。主要由阳极结构，包括阳极母线、阳极传动机构及及腹板支撑梁等。(1)阳极碳块组包括铝导杆、铝—钢爆炸焊片、水平钢爪梁、钢爪头和阳极碳块组成。(2)阳极升降传动机构固定在腹板梁的顶部，它由减速机、电动机、螺旋起重机、阳极母线吊挂装置及安全离合器组。（3）打壳下料装置：打壳下料装置设桁架上，每个下料点一套，打壳头由普通气缸驱动。（4）集气烟罩及排风支管：电解槽的集气烟罩由上部结构上的顶板和槽周可人开闭的铝合金烟罩组成。铝冶金设备—融盐电解槽阴极结构阴极结构包括钢制槽壳和内衬两部分。（1）槽壳具有较大的刚度和强度。一般电解槽槽壳采用双层围带、摇篮架、小船型结构，它由长侧板、短侧板，长侧内膛板、底板和摇篮托架等焊接组装而成。（2）内衬：内衬砌体的结构和尺寸是根据生产工艺要求和现有材料的性能,通过计算确定的。底部：由下往上一层硅酸钙保温板二层保温砖一层高强防渗料一层阴极碳块（3）侧部：一层侧部碳块，在大面侧部碳块下部是高强防渗料及保温砖伸缩缝砌体。小面侧部碳块下部是轻质浇注料，所有底部碳块缝的连接均采用捣固糊，侧部碳块缝的连接采用侧块间碳胶。铝冶金设备—融盐电解槽槽罩结构采用厚度为1.0~1.5mm铝板与铝型材框架焊接而成。母线配制母线系统是采用电磁流体动力学模拟及母线断面优化软件进行设计槽周围母线。电解槽采用大面五点进电方式。铝冶金设备—融盐电解槽预焙阳极电解槽阳极炭块组阳极炭块组包括阳极炭块、钢爪、铝导杆等三部分，铝导杆用夹具夹紧在阳极母线大梁上，或者夹在母线梁上下方的钢架上。依据槽电流强度和阳极电流密度确定阳极炭块的水平面积，并依据阳极炭块的尺寸进一步定出炭块的数目。通常有三备用炭块组，即单块组、双块组和三块组。。铝冶金设备—融盐电解槽铝冶金设备—融盐电解槽预焙阳极炭块质量评价：真比重、假比重、机械强度、电阻率。制备过程：成型→挤压成型；振动成型；焙烧→环式窑。要求合适的升温速度铝冶金设备—融盐电解槽铝冶金设备—融盐电解槽自焙阳极电解槽的阳极碳块是利用电解过程中产生的热量以阳极糊焙烧而成，根据阳极母线结构特征可分为自焙阳极旁插棒式电解槽和自焙阳极上插棒式电解槽。10.2.3.2自焙阳极电解槽铝冶金设备—融盐电解槽自焙阳极旁插棒式电解槽1.基础：绝缘;2.阴极：保温、坚固、密封防氧化、底糊防侵蚀、挡板防淌料、侧部炭糊筑坡;3.阳极:铝箱、钢质框架;4.上部金属结构：支柱、平台、AO料斗、阳极升降机构、槽帘和排烟系统5.导电母线和绝缘设施铝冶金设备—融盐电解槽自焙阳极上插棒式电解槽现在，自焙阳极上插棒式电解槽在工业上也被广泛地采用。阳极内发生的焦化作用，基本上同旁插棒槽。在焦化过程中，也形成了烧结锥体。阳极棒通过上层的液体糊，一直插到阳极锥体之内。其主要不同是拔棒后遗留下来的孔洞由上层的阳极糊来充填，结果生成所谓“二次阳极”。这对于阳极的质量有一定的影响。铝冶金设备—融盐电解槽相对于非连续式有如下特点：优点：无阳极残极，预焙炭块消耗量小；阳极电流分布均匀，故阳极消耗均匀；生产的连续性。缺点：阳极不能用氧化铝保温，热损失大；炭块之间接缝存在接触电压降，故槽电压较高。连续式预焙阳极电解槽简图1-阳极炭块；2-阳极棒；3-阳极母线；4-槽壳；5-炭块接缝；6-阴极炭块；7-阴极棒；8-保温层10.2.3.3连续预焙阳极电解槽铝冶金设备—融盐电解槽表4-2-4列出连续式预焙槽和不连续式预焙槽的电压对比资料.铝冶金设备—融盐电解槽预焙槽优点：电耗低，槽电压低；电解槽造价少；可大型化操作的机械化程度高；烟害小。缺点：非连续式预焙阳极电解槽需更换阳极；需成套的阳极制备工厂，投资多。自焙槽优点：阳极可连续使用；不需专门工厂进行阳极成型，焙烧，装爪等。缺点：烟害大；槽电压比预焙槽约高0.1~0.2V，电耗比预焙槽高约1000度；上插棒槽的上部金属结构比较复杂，机械化程度，投资大。预焙槽和自焙槽的比较：铝冶金设备—融盐电解槽四种型式阳极的比较铝冶金设备—融盐电解槽铝电解槽系列铝电解槽系列是铝生产的单元。每一个系列都有它额定的直流电源和电解槽数目。系列中电解槽串联连接。直流电从整流器之正极经铝母线送到电解槽的阳极，经电解质和铝液层流过阴极，然后进入下一台电解槽的阳极，依次类推。从最后一台电解槽阴极出来的电流，返回整流器的负极。电解厂房内电解槽的配置方式有纵向排列和横向排列两种，每一种排列方式又可分为单行排列和双行排列。在电解厂房中间设有氧化铝贮仓。大型槽采用各自的自动加料装置。铝冶金设备—融盐电解槽铝电解槽排列铝冶金设备—融盐电解槽目前的铝电解槽尚存在一些问题：生产过程能量利用率较低，电流效率不太理想，单位产品的投资费用较高，控制污染的设备费用也很贵。1.原有电解槽的改造:阴极材料、阳极材料及槽内衬等的改造。2.新型电解槽:Grjotheim的“理想槽”；该槽具有一系列优点。在双极性电解槽设计中优先采用了不耗惰阳极和可泄性或可湿润性的耐热硬质金属阴极。2.3.4未来铝电解槽的改进铝冶金设备—融盐电解槽作业1试述融盐电解的原理、特征及适用范围。2铝电解槽的类型有哪些？各有何优缺点？3阳极电流密度对铝电解技术经济指标的影响如何？与哪些因素有关？4铝母线的配置方式有几种？各适用于哪些槽型。5什么叫经济电流密度？其大小如何确定？