專利名稱：一種低溫生產(chǎn)鋁的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種在導(dǎo)流型鋁電解槽中低溫生產(chǎn)鋁的方法。
背景技術(shù)：
鋁是用鈉冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)的，鋁電解生產(chǎn)需要大量的電能，電能消耗在鋁電解生產(chǎn)成本中約占30％。目前工業(yè)鋁電解槽極距較大，一般為4～5cm，在電解質(zhì)部分電壓分配約35％，大約為1.4V，如果降低鋁電解槽極距到2～2.5cm，在電解質(zhì)部分電壓降大約為0.7V，噸鋁節(jié)電約2000kWh。澳大利亞Comalco鋁業(yè)公司的導(dǎo)流型TiB2/C陰極電解槽，鋁電解槽極距可以降低到2～2.5cm(G D Brown，G J Hardie，R W Shaw，et al.TiB2coated Aluminum ReductionCellsStatus and Future Direction of Coated Cell in Comalco.Aluminum SmeltingConference.Queestown，New Zealand，Nov.26 1998529～538)。然而導(dǎo)流型TiB2/C陰極電解槽極距降低，電解質(zhì)電阻發(fā)熱量減少，如果仍然使用原來(lái)高熔點(diǎn)電解質(zhì)就會(huì)使電解槽不能正常工作。為此電解槽要使用低熔點(diǎn)鈉冰晶石-氧化鋁電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低溫鋁電解并在導(dǎo)流型鋁電解槽上實(shí)施，是鋁電解工業(yè)節(jié)能降耗的重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)在導(dǎo)流型鋁電解槽中鋁電解過(guò)程由于電解質(zhì)電阻發(fā)熱量減少使電解槽不能正常工作的問(wèn)題，提出在導(dǎo)流型鋁電解槽中低溫生產(chǎn)鋁的方法，并提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置。
一種低溫生產(chǎn)鋁的方法，其特征在于在850℃～920℃范圍內(nèi)低溫鋁電解使用的電解質(zhì)為鈉冰晶石(六氟合鋁三酸鈉)熔鹽體系，其中鈉冰晶石重量百分比含量為70～90％，氟化鋁重量百分比含量為10～25％，氟化鋰重量百分比含量為0～5％。用重量百分比濃度為96～98％鈉冰晶石體系熔鹽加上重量百分比濃度為2～4％氧化鋁構(gòu)成的電解質(zhì)熔點(diǎn)低，能滿足工業(yè)鋁電解要求，槽電壓3.5～4.0V，電流效率94～96％，直流電耗11000kWh/t鋁～12500kWh/t鋁。
一種低溫生產(chǎn)鋁的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置，其特征在于該裝置是由陰極涂層1、陰極炭塊2、陽(yáng)極3、鋁液4、電解質(zhì)5、匯鋁槽6、電解槽側(cè)壁7構(gòu)成。電解質(zhì)在電解槽側(cè)壁、陰極涂層和陽(yáng)極之間，直流電由陽(yáng)極3進(jìn)入，通過(guò)電解質(zhì)5從陰極涂層1經(jīng)陰極炭塊2流出；陰極涂層1上析出鋁液進(jìn)入?yún)R鋁槽6。
陰極涂層1所用材料為TiB2、C粉和MoSi2復(fù)合材料，MoSi2重量百分比含量為2～5％，C粉重量百分比含量為35～50％，TiB2重量百分比含量為45～63％，用振動(dòng)成型方法制作，陰極坡度在10～20°范圍內(nèi)。陽(yáng)極3用普通工業(yè)用預(yù)焙炭素材料做陽(yáng)極，底部斜面與所對(duì)陰極平行，坡度相同，電解槽極距2～2.5cm。電解槽側(cè)壁材料和匯鋁槽材料使用氮化硅結(jié)合碳化硅材料。
本發(fā)明方法的特點(diǎn)本發(fā)明方法在導(dǎo)流型鋁電解槽中采用低熔點(diǎn)電解質(zhì)彌補(bǔ)了由于導(dǎo)流型鋁電解槽極距減小和槽電壓降低所帶來(lái)的電解質(zhì)發(fā)熱不足的負(fù)面影響，可以實(shí)現(xiàn)高電流效率、低能耗和低成本的目標(biāo)。


圖1為低溫生產(chǎn)鋁所用的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一，鋁電解槽電流強(qiáng)度為160kA，陰極涂層所用材料為TiB2、C粉和MoSi2復(fù)合材料，MoSi2重量百分比含量為2％，C粉重量百分比含量為35％，TiB2重量百分比含量為63％，用振動(dòng)成型方法制作，陰極坡度為10°。陽(yáng)極為預(yù)焙炭素材料陽(yáng)極，底部斜面與所對(duì)陰極平行，坡度相同，電解槽極距2.5cm。電解槽側(cè)壁材料和匯鋁槽材料都使用氮化硅結(jié)合碳化硅材料。電解中使用的電解質(zhì)為鈉冰晶石熔鹽體系，其中鈉冰晶石重量百分比含量為85％，氟化鋁重量百分比含量為12％，氟化鋰重量百分比含量為3％。用重量百分比濃度為98％鈉冰晶石體系熔鹽加上重量百分比濃度為2％氧化鋁構(gòu)成電解質(zhì)。電解溫度為850℃，槽電壓3.5V，電流效率94％，直流電耗為11094kWh/t鋁。
實(shí)施例二，鋁電解槽電流強(qiáng)度為280kA，陰極涂層所用材料為TiB2、C粉和MoSi2復(fù)合材料，MoSi2重量百分比含量為3％，C粉重量百分比含量為40％，TiB2重量百分比含量為57％，用振動(dòng)成型方法制作，陰極坡度為15°。陽(yáng)極所用材料為普通工業(yè)用預(yù)焙陽(yáng)極，底部斜面與所對(duì)陰極平行，坡度相同，電解槽極距2cm。側(cè)壁材料和匯鋁槽材料都使用氮化硅結(jié)合碳化硅材料。電解中使用的電解質(zhì)為鈉冰晶石熔鹽體系，其中鈉冰晶石重量百分比含量為70％，氟化鋁重量百分比含量為25％，氟化鋰重量百分比含量為5％。用重量百分比濃度為97％鈉冰晶石體系熔鹽加上重量百分比濃度為3％氧化鋁構(gòu)成的電解質(zhì)。電解溫度為870℃，槽電壓3.7V，電流效率95％，直流電耗為11605kWh/t鋁。
實(shí)施例三，鋁電解槽電流強(qiáng)度為320kA，陰極涂層所用材料為TiB2、C粉和MoSi2復(fù)合材料，MoSi2重量百分比含量為5％，C粉重量百分比含量為50％，TiB2重量百分比含量為45％，用振動(dòng)成型方法制作，陰極坡度為20°。陽(yáng)極所用材料為普通工業(yè)用預(yù)焙陽(yáng)極，底部斜面與所對(duì)陰極平行，坡度相同，電解槽極距2.5cm。側(cè)壁材料和匯鋁槽材料都使用氮化硅結(jié)合碳化硅材料。電解中使用的電解質(zhì)為鈉冰晶石熔鹽體系，其中鈉冰晶石重量百分比含量為80％，氟化鋁重量百分比含量為15％，氟化鋰重量百分比含量為5％。用重量百分比濃度為96％鈉冰晶石體系熔鹽加上重量百分比濃度為4％氧化鋁構(gòu)成的電解質(zhì)。電解溫度為900℃，槽電壓3.6V，電流效率95％，直流電耗為11292kWh/t鋁。
權(quán)利要求
1.一種低溫生產(chǎn)鋁的方法及其裝置，其特征在于在850℃～920℃范圍內(nèi)低溫鋁電解使用的電解質(zhì)為鈉冰晶石熔鹽體系，其中鈉冰晶石重量百分比含量為70～90％，氟化鋁重量百分比含量為10～25％，氟化鋰重量百分比含量為0～5％；用重量百分比濃度為96～98％鈉冰晶石體系熔鹽加上重量百分比濃度為2～4％氧化鋁構(gòu)成電解質(zhì)。
2.一種低溫生產(chǎn)鋁的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置，其特征在于該裝置是由陰極涂層(1)、陰極炭塊(2)、陽(yáng)極(3)、鋁液(4)、電解質(zhì)(5)、匯鋁槽(6)、電解槽側(cè)壁(7)構(gòu)成；電解質(zhì)在電解槽側(cè)壁、陰極涂層和陽(yáng)極之間，直流電由陽(yáng)極(3)進(jìn)入，通過(guò)電解質(zhì)(5)從陰極涂層(1)經(jīng)陰極炭塊(2)流出；陰極涂層(1)上析出鋁液進(jìn)入?yún)R鋁槽(6)。
3.如權(quán)利要求2所述的低溫生產(chǎn)鋁的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置，其特征在于陰極涂層(1)所用材料為TiB2、C粉和MoSi2復(fù)合材料，MoSi2重量百分比含量為2～5％，C粉重量百分比含量為35～50％，TiB2重量百分比含量為45～63％，用振動(dòng)成型方法制作，陰極坡度在10～20°范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的低溫生產(chǎn)鋁的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置，其特征在于陽(yáng)極(3)用普通工業(yè)用預(yù)焙炭素材料做陽(yáng)極，底部斜面與所對(duì)陰極平行，坡度相同，電解槽極距2～2.5cm。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的低溫生產(chǎn)鋁的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置，其特征在于電解槽側(cè)壁材料和匯鋁槽材料使用氮化硅結(jié)合碳化硅材料。
全文摘要
一種低溫生產(chǎn)鋁的方法及其裝置，屬于有色金屬材料領(lǐng)域，特別涉及在導(dǎo)流型鋁電解槽中低溫生產(chǎn)鋁的方法。其特征在于在850℃～920℃范圍內(nèi)低溫鋁電解使用的電解質(zhì)為鈉冰晶石(六氟合鋁三酸鈉)熔鹽體系，用氧化鋁為原料。電解過(guò)程低溫生產(chǎn)鋁的專用導(dǎo)流型鋁電解槽裝置中進(jìn)行，該裝置是由陰極涂層(1)、陰極炭塊(2)、陽(yáng)極(3)、鋁液(4)、電解質(zhì)(5)、匯鋁槽(6)、電解槽側(cè)壁(7)構(gòu)成。本發(fā)明方法在導(dǎo)流型鋁電解槽中采用低熔點(diǎn)電解質(zhì)彌補(bǔ)了由于導(dǎo)流型鋁電解槽極距減小和槽電壓降低所帶來(lái)的電解質(zhì)發(fā)熱不足的負(fù)面影響。本發(fā)明方法在本導(dǎo)流型鋁電解槽專用裝置中可以實(shí)現(xiàn)高電流效率、低能耗和低成本的目標(biāo)。
文檔編號(hào)C25C3/00GK1673417SQ20051001114
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者盧惠民 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)