1、鋁電解槽 融鹽電解槽 孝于親，所當(dāng)執(zhí),融鹽電解槽,1 概述 2 鋁電解槽 2.1 鋁電解的工作原理 2.2 鋁電解槽的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 2.3 鋁電解槽的構(gòu)造及技術(shù)參數(shù) 2.4 未來鋁電解槽的改進(jìn),金屬元素的物理化學(xué)性質(zhì)決定其生產(chǎn)方法。包括鋁、鎂和堿金屬及堿土金屬在內(nèi)的輕金屬以及稀土金屬都是負(fù)電性很強(qiáng)的元素。 熔鹽電解實(shí)際上是生產(chǎn)各種輕金屬的主要的，有時(shí)甚至是唯一的工業(yè)方法，熔鹽電解也是制取稀土金屬的主要方法。 熔鹽電解槽是輕金屬、稀土金屬進(jìn)行熔鹽電解的主體設(shè)備，其地位非常重要，融鹽電解槽的設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到被電解金屬的產(chǎn)量以及能耗等各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。,10.1 概 述,10.2 鋁電解槽

2、,10.2.1 鋁電解的工作原理 電解質(zhì)：冰晶石氧化鋁融鹽， 電流：直流電（422kA）； 電解溫度：950970； 電極：陰、陽(yáng)極均為碳質(zhì)，陰極上析出鋁、而陽(yáng) 極上析出CO2（70%）和CO（30%）氣體； 電解總反應(yīng)：2Al2O3(aq)+3C(s)=4Al(l)+3CO2(g),鋁電解生產(chǎn)流程圖,原鋁生產(chǎn)的物料流量圖,鋁電解槽的主要特征示意圖,10.2.2.鋁電解槽的發(fā)展和現(xiàn)狀,三個(gè)發(fā)展階段： 鋁電解工業(yè)初期的小型預(yù)焙電解槽； 20世紀(jì)2040年代，相繼采用旁插棒式自焙陽(yáng)極和上插棒式自焙陽(yáng)極； 50年代后大型預(yù)焙陽(yáng)極,鋁電解槽種類：,1自焙陽(yáng)極電解槽 2預(yù)焙陽(yáng)極電解槽（大型預(yù)焙槽主流）,

3、1自焙槽,2預(yù)焙槽,1自焙陽(yáng)極電解槽 （1）側(cè)插式 （2）上插式 2預(yù)焙陽(yáng)極電解槽 （1）連續(xù)式 （2）不連續(xù)式 根據(jù)下料方式又可分為中間下料和邊部下料兩種槽型。,電解槽的總體結(jié)構(gòu)： 電解槽是在一個(gè)鋼制槽殼，內(nèi)部襯以耐火磚和保溫層，壓型炭塊鑲于槽底，作為電解槽的陰極。電流通過電解質(zhì)由炭質(zhì)陰極流入炭質(zhì)陽(yáng)極，完成電解過程。,陽(yáng)極炭塊,電解質(zhì),煙罩,鋁液,鋼制槽殼,鋼導(dǎo)電棒,陰極炭塊,耐火材料,鋁電解槽結(jié)構(gòu)圖,電解槽的各部分構(gòu)成： 主要包括陽(yáng)極裝置、陰極裝置、母線裝置、電器絕緣。 （1）陽(yáng)極裝置（上部結(jié)構(gòu)） 電解過程中，陽(yáng)極不斷消耗，需通過調(diào)整極距來調(diào)整電解質(zhì) 溫度。電解槽正常操作時(shí)要經(jīng)常升降陽(yáng)極。

4、因此，陽(yáng)極裝置 主要由陽(yáng)極母線大梁、陽(yáng)極炭塊組和陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。此外打殼下料，集氣排煙裝置等。,陽(yáng) 極 裝 置,（2）陰極裝置 由鋼制槽殼、陰極炭塊組和保溫材料砌體組成。,陰極裝置,（3）母線裝置 包括陰極母線，陽(yáng)極母線，立柱母線和槽間母線。,槽 間 母 線,氧化鋁下料裝置立體圖,氧化鋁下料裝置剖面圖,10.2.3.1 不連續(xù)預(yù)焙陽(yáng)極電解槽,依加料方式分：邊部打殼電解槽、中部打殼電解槽 陽(yáng)極炭塊組：陽(yáng)極導(dǎo)桿、鋼爪、炭塊。 陰極裝置：陰極炭塊、鋼質(zhì)導(dǎo)電棒 鋁母線：陽(yáng)極母線、陰極母線、立柱母線. 進(jìn)電方式：一端進(jìn)電、雙端進(jìn)電,預(yù)焙陽(yáng)極電解槽(中部打殼) 預(yù)焙陽(yáng)極電解槽(邊部打殼),大型中間下料預(yù)

5、焙槽簡(jiǎn)圖,大型中間下料預(yù)焙槽簡(jiǎn)圖 1槽罩 2鋼爪梁 3陽(yáng)極 4電解質(zhì) 5槽殼 6涂層 7鋁 8陽(yáng)極炭塊 9陰極棒 10保溫磚 11排煙裝置 12氧化鋁 13導(dǎo)桿 14夾板 15螺栓 16打殼和電式下料器 17氧化鋁 18殼面 19邊部磚 20邊部保溫磚 21結(jié)殼 22邊部炭塊 23密封圈 24鋼殼,預(yù)焙陽(yáng)極電解槽結(jié)構(gòu),依加料方式分：邊部打殼電解槽、中部打殼電解槽 陽(yáng)極炭塊組：陽(yáng)極導(dǎo)桿、鋼爪、炭塊 陰極裝置：陰極炭塊、鋼質(zhì)導(dǎo)電棒 鋁母線：陽(yáng)極母線、陰極母線、立柱母線,電解槽上部結(jié)構(gòu),電解槽上部結(jié)構(gòu)。主要由陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，包括陽(yáng)極母線、陽(yáng)極傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及及腹板支撐梁等。 (1) 陽(yáng)極碳?jí)K組包括鋁導(dǎo)桿、鋁鋼爆

6、炸焊片、水平鋼爪梁、鋼爪頭和陽(yáng)極碳?jí)K組成。(2) 陽(yáng)極升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在腹板梁的頂部，它由減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)、螺旋起重機(jī)、陽(yáng)極母線吊掛裝置及安全離合器組。（3）打殼下料裝置：打殼下料裝置設(shè)桁架上，每個(gè)下料點(diǎn)一套，打殼頭由普通氣缸驅(qū)動(dòng)。（4）集氣煙罩及排風(fēng)支管：電解槽的集氣煙罩由上部結(jié)構(gòu)上的頂板和槽周可人開閉的鋁合金煙罩組成。,陰極結(jié)構(gòu),陰極結(jié)構(gòu)包括鋼制槽殼和內(nèi)襯兩部分。 （1）槽殼具有較大的剛度和強(qiáng)度。一般電解槽槽殼采用雙層圍帶、搖籃架、小船型結(jié)構(gòu)，它由長(zhǎng)側(cè)板、短側(cè)板，長(zhǎng)側(cè)內(nèi)膛板、底板和搖籃托架等焊接組裝而成。 （2）內(nèi)襯：內(nèi)襯砌體的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和現(xiàn)有材料的性能,通過計(jì)算確定的。底

7、部：由下往上一層硅酸鈣保溫板 二層保溫磚 一層高強(qiáng)防滲料 一層陰極碳?jí)K （3）側(cè)部： 一層側(cè)部碳?jí)K，在大面?zhèn)炔刻級(jí)K下部是高強(qiáng)防滲料及保溫磚伸縮縫砌體。小面?zhèn)炔刻級(jí)K下部是輕質(zhì)澆注料，所有底部碳?jí)K縫的連接均采用搗固糊，側(cè)部碳?jí)K縫的連接采用側(cè)塊間碳膠。,槽罩結(jié)構(gòu) 采用厚度為1.01.5mm鋁板與鋁型材框架焊接而成。 母線配制 母線系統(tǒng)是采用電磁流體動(dòng)力學(xué)模擬及母線斷面優(yōu)化軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)槽周圍母線。電解槽采用大面五點(diǎn)進(jìn)電方式。,預(yù)焙陽(yáng)極電解槽陽(yáng)極炭塊組,陽(yáng)極炭塊組包括陽(yáng)極炭塊、鋼爪、鋁導(dǎo)桿等三部分，鋁導(dǎo)桿用夾具夾緊在陽(yáng)極母線大梁上，或者夾在母線梁上下方的鋼架上。依據(jù)槽電流強(qiáng)度和陽(yáng)極電流密度確定陽(yáng)極炭塊的

8、水平面積，并依據(jù)陽(yáng)極炭塊的尺寸進(jìn)一步定出炭塊的數(shù)目。通常有三備用炭塊組，即單塊組、雙塊組和三塊組。,預(yù)焙陽(yáng)極炭塊,質(zhì)量評(píng)價(jià)：真比重、假比重、機(jī)械強(qiáng)度、電阻率。 制備過程：成型擠壓成型；振動(dòng)成型；焙燒環(huán)式窯。要求合適 的升溫速度,自焙陽(yáng)極電解槽的陽(yáng)極碳?jí)K是利用電解過程中產(chǎn)生的熱量以陽(yáng)極糊焙燒而成，根據(jù)陽(yáng)極母線結(jié)構(gòu)特征可分為自焙陽(yáng)極旁插棒式電解槽和自焙陽(yáng)極上插棒式電解槽。,10.2.3.2 自焙陽(yáng)極電解槽,自焙陽(yáng)極旁插棒式電解槽,1.基礎(chǔ)：絕緣; 2. 陰極：保溫、堅(jiān)固、密封防氧化、底糊防侵蝕、擋板防淌料、側(cè)部炭糊筑坡; 3. 陽(yáng)極: 鋁箱、鋼質(zhì)框架; 4. 上部金屬結(jié)構(gòu)：支柱、平臺(tái)、AO料斗、陽(yáng)

9、極升降機(jī)構(gòu)、槽簾和排煙系統(tǒng) 5. 導(dǎo)電母線和絕緣設(shè)施,自焙陽(yáng)極上插棒式電解槽,現(xiàn)在，自焙陽(yáng)極上插棒式電解槽在工業(yè)上也被廣泛地采用。陽(yáng)極內(nèi)發(fā)生的焦化作用，基本上同旁插棒槽。在焦化過程中，也形成了燒結(jié)錐體。陽(yáng)極棒通過上層的液體糊，一直插到陽(yáng)極錐體之內(nèi)。其主要不同是拔棒后遺留下來的孔洞由上層的陽(yáng)極糊來充填，結(jié)果生成所謂“二次陽(yáng)極”。這對(duì)于陽(yáng)極的質(zhì)量有一定的影響。,相對(duì)于非連續(xù)式有如下特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：無陽(yáng)極殘極，預(yù)焙炭塊消耗量小；陽(yáng)極電流分布均勻，故陽(yáng)極消耗均勻；生產(chǎn)的連續(xù)性。 缺點(diǎn)：陽(yáng)極不能用氧化鋁保溫，熱損失大；炭塊之間接縫存在接觸電壓降，故槽電壓較高。,連續(xù)式預(yù)焙陽(yáng)極電解槽簡(jiǎn)圖 1-陽(yáng)極炭塊；2-

10、陽(yáng)極棒；3-陽(yáng)極母線；4-槽殼； 5-炭塊接縫；6-陰極炭塊；7-陰極棒；8-保溫層,10.2.3.3 連續(xù)預(yù)焙陽(yáng)極電解槽,表4-2-4列出連續(xù)式預(yù)焙槽和不連續(xù)式預(yù)焙槽的電壓對(duì)比資料.,預(yù)焙槽 優(yōu)點(diǎn)：電耗低，槽電壓低； 電解槽造價(jià)少；可大型化 操作的機(jī)械化程度高；煙 害小。 缺點(diǎn)：非連續(xù)式預(yù)焙陽(yáng)極 電解槽需更換陽(yáng)極；需成 套的陽(yáng)極制備工廠，投資 多。,自焙槽 優(yōu)點(diǎn)：陽(yáng)極可連續(xù)使用；不需專門工廠進(jìn)行陽(yáng)極成型，焙燒，裝爪等。 缺點(diǎn)：煙害大；槽電壓比預(yù)焙槽約高0.10.2V，電耗比預(yù)焙槽高約1000度；上插棒槽的上部金屬結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，機(jī)械化程度，投資大。,預(yù)焙槽和自焙槽的比較：,四種型式陽(yáng)極的比較,

11、鋁電解槽系列,鋁電解槽系列是鋁生產(chǎn)的單元。每一個(gè)系列都有它額定的直流電源和電解槽數(shù)目。 系列中電解槽串聯(lián)連接。直流電從整流器之正極經(jīng)鋁母線送到電解槽的陽(yáng)極，經(jīng)電解質(zhì)和鋁液層流過陰極，然后進(jìn)入下一臺(tái)電解槽的陽(yáng)極，依次類推。從最后一臺(tái)電解槽陰極出來的電流，返回整流器的負(fù)極。 電解廠房?jī)?nèi)電解槽的配置方式有縱向排列和橫向排列兩種，每一種排列方式又可分為單行排列和雙行排列。 在電解廠房中間設(shè)有氧化鋁貯倉(cāng)。 大型槽采用各自的自動(dòng)加料裝置。,鋁電解槽排列,目前的鋁電解槽尚存在一些問題：生產(chǎn)過程能量利用率較低，電流效率不太理想，單位產(chǎn)品的投資費(fèi)用較高，控制污染的設(shè)備費(fèi)用也很貴。 1 .原有電解槽的改造:陰極材料、陽(yáng)極材料及槽內(nèi)襯等的改造。 2. 新型電解槽: Grjotheim的“理想槽”；該槽具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在雙極性電