專利名稱：采用惰性陽極的改進型鋁電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解鋁生產(chǎn)電解槽，且更具體而言是將惰性陽極加入包含常規(guī)碳陽極電解槽的改進。
現(xiàn)存鋁電解槽采用自耗碳陽極，其產(chǎn)生CO2和其它氣體副產(chǎn)物而必須經(jīng)常更換。惰性或非自耗陽極消除了這些缺點，但也會改變電解槽的熱平衡?，F(xiàn)存的常規(guī)電解槽有數(shù)千種，全面替換這些電解槽將會是非常高成本的。因此，需要一種在對現(xiàn)存電解槽作最小改動下采用惰性陽極的改進的電解槽設(shè)計。


圖1是包含常規(guī)自耗碳陽極的常規(guī)鋁生產(chǎn)電解槽的局部示意側(cè)視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案采用惰性陽極組件改進的鋁生產(chǎn)電解槽的局部示意側(cè)視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案用于替代常規(guī)自耗碳陽極的惰性陽極組件的側(cè)剖面圖。
圖4是圖3中惰性陽極組件的俯視圖。
本發(fā)明一方面提供了一種改進鋁電解槽的方法，該方法包括用至少一個惰性陽極替代至少一個自耗碳陽極。
本發(fā)明另一方面提供了一種改進型自耗碳陽極鋁電解槽，該電解槽包括至少一個惰性陽極。
以上這些和本發(fā)明其它方面在以下描述中會更清楚。
本發(fā)明提供了一種采用惰性陽極組件的改進的電解槽設(shè)計，該惰性陽極組件包括頂部的絕緣材料和一水平的具有低電壓降的惰性陽極陣列，這樣無需對陰極、耐火絕緣材料、或鋼制外殼進行改造。本設(shè)計保留住了目前從常規(guī)電解槽散失的大部分熱量(如，約三分之一熱量)，同時避免了總電壓不必要的增加。這是通過采用安裝在電解槽頂部的獨特的絕緣裝置和一種陽極設(shè)計實現(xiàn)的；所述絕緣裝置能經(jīng)受那里嚴酷的環(huán)境；所述的陽極設(shè)計把經(jīng)過陽極材料的電壓損失降至最低。
圖1示意性地表示了包含自耗碳陽極2的常規(guī)鋁生產(chǎn)電解槽1。該電解槽1包含由鋼制外殼支撐的耐火材料3。由碳或類似材料制成的陰極4位于在耐火材料3之上。集電器5連接到陰極4上。電解槽1工作時，熔融鋁6在陰極4表面形成。自耗碳陽極2浸沒在電解槽液7中。在電解槽1側(cè)面四周形成典型的熔池材料凝固殼8。
圖2表示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案采用惰性陽極組件12改進的鋁生產(chǎn)電解槽10。圖2所示的惰性陽極組件12替代圖1所示的常規(guī)自耗碳陽極2。正如圖1和圖2所示，每個碳陽極2可以被單個惰性陽極組件12替代?；蛘撸c在常規(guī)電解槽1中使用的碳陽極2的數(shù)目相比，改進型電解槽10可包含更多或更少的惰性陽極組件12。
如圖2所示，每個惰性陽極組件12包含一列基本水平的惰性陽極14的陣列，該惰性陽極14位于熱絕緣材料18之下。一向內(nèi)延伸邊緣唇(inwardly extending peripheral lip)(未示出)可選擇性的加在電解槽10上邊緣周圍，在鋼制外殼或耐火材料3和惰性陽極組件12之間以提供附加的熱絕緣。
圖3和圖4表示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的惰性陽極組件12。該組件12包含一基本水平的惰性陽極14的陣列。在圖3和圖4所示的實施方案中，使用了十一個交錯排列的惰性陽極14。然而，任何適當數(shù)目和排列的惰性陽極均可被采用。如圖3所示，每個惰性陽極14通過連接器16以電和機械的方式(electrically and mechanically)固定在絕緣蓋18上。絕緣蓋18連接到一導電支持部件20。
可采用任何需要的形狀和大小的惰性陽極。例如，圖3和圖4所示的基本上圓柱型的杯狀惰性陽極14的直徑可為約5到約30英寸，且高度可為約5到約15英寸。每個惰性陽極14的組成可包含任何適合的，在鋁生產(chǎn)過程中具有另人滿意的耐腐蝕性和穩(wěn)定性的金屬、陶瓷、水泥等。如公開于美國專利Nos.4,374,050；4,374,761；4,399,008；4,455,211；4,582,585；4,584,172；4,620,905；5,794,112和5,865,980以及于2000/08/01提交的美國專利申請09/629,332中的惰性陽極組件成可能適合用在本發(fā)明的惰性陽極14中，其中每種組成在此引入作為參考。每個惰性陽極14可在整個厚度的包含一種在整個厚度中均一的材料，或可在暴露于電解槽液的區(qū)域包含一更耐腐蝕的材料。如圖3所示，可在空心或杯狀惰性陽極內(nèi)填入保護材料，以減少連接器及連接器與惰性陽極之間界面的腐蝕。
連接器16可由任何提供足夠電導率，并為惰性陽極14提供足夠機械支撐的合適的材料制成。如，每個連接器16可由Inconel合金制成。任選的，高導電性的金屬芯如銅可置于Inconel合金套筒中。每個連接器16可任選包含單獨的組件，以提供機械支撐，以及對惰性陽極14提供電流。
如圖3所示，絕緣蓋18機械支撐著每個連接器16，并為其提供電連接。優(yōu)選的絕緣蓋18包含一層或更多層任何合適的(一種或多種)組成的熱絕緣層。例如，高耐腐蝕耐高溫絕緣材料可用在絕緣蓋18暴露在外的區(qū)域，同時一種具有高熱絕緣性質(zhì)的材料可用在內(nèi)部區(qū)域。如圖3所示，絕緣蓋18也可包含一導電金屬盤，該盤提供從導電支持部件20到連接器16的電流通路?？捎靡环N熱絕緣且/或耐腐蝕材料(未示出)至少部分覆蓋導電金屬盤。盡管圖3未示出，導電元件如銅帶可選擇性的用在導電支持部件20和連接器16之間。
根據(jù)本發(fā)明，惰性陽極組件可用于替代在常規(guī)鋁生產(chǎn)電解槽中的自耗碳陽極，且對其它電解槽組件只須作很少或不作改造，如陰極、耐火絕緣材料或鋼制外殼。本發(fā)明具有幾個優(yōu)點，包括避免對現(xiàn)有電解槽作大的改造或完全替換而獲得的資本節(jié)省。
為了說明，盡管本發(fā)明具體實施方案如前所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在不脫離附加的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的前提下，本發(fā)明的細節(jié)可以發(fā)生許多變化。
權(quán)利要求
1.一種改進鋁電解槽的方法，該方法包括用至少一個惰性陽極替代電解槽的至少一個自耗碳陽極。
2.權(quán)利要求1的方法，其中自耗碳陽極由多于一個惰性陽極替代。
3.權(quán)利要求2的方法，其中惰性陽極以一個包含多個惰性陽極的組件的形式提供。
4.權(quán)利要求3的方法，其中該組件包含至少四個惰性陽極。
5.權(quán)利要求3的方法，其中該組件還包含至少一種絕緣材料置于惰性陽極上。
6.權(quán)利要求3的方法，其中該組件還包含至少一個導電支持部件。
7.權(quán)利要求3的方法，其中該組件替代單個自耗碳陽極。
8.權(quán)利要求3的方法，其中該組件替代多于一個的自耗碳陽極。
9.權(quán)利要求1的方法，其中每個自耗碳陽極由單個惰性陽極替代。
10.一種改進型自耗碳陽極鋁電解槽，該電解槽包含至少一個惰性陽極。
11.權(quán)利要求10的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中自耗碳陽極由多于一個陽極替代。
12.權(quán)利要求11的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中惰性陽極由一個包含多個惰性陽極的組件提供。
13.權(quán)利要求12的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中該組件包含至少四個惰性陽極。
14.權(quán)利要求12的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中該組件還包含至少一種絕緣材料置于惰性陽極上。
15.權(quán)利要求12的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中該組件還包含至少一個導電支持部件。
16.權(quán)利要求12的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中該組件替代單個自耗碳陽極。
17.權(quán)利要求12的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中該組件替代多于一個自耗碳陽極。
18.權(quán)利要求10的改進型自耗碳陽極鋁電解槽，其中每個自耗碳陽極由單個惰性陽極替代。
全文摘要
采用惰性陽極組件(12)替代電解槽(1)中自耗碳陽極(2)，改進常規(guī)鋁電解槽(1)。惰性陽極組件(12)可包含若干惰性陽極，并且也可包含用來降低改進型電解槽(10)工作時熱量損失的絕緣材料(18)。
文檔編號C25C3/00GK1479809SQ01820302
公開日2004年3月3日 申請日期2001年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月12日
發(fā)明者L·E·小埃斯特爾弗, G·拉扎羅, , L E 小埃斯特爾弗 申請人:阿爾科公司