一种铝电解的预焙阳极及其制备方法转让专利
申请号 : CN200710065938.1
文献号 : CN100582310C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : 田永 , 万多稳 , 丁吉林 , 刘志祥 , 郭峻 , 周永全 , 乐雪梅
申请人 : 云南铝业股份有限公司
摘要 :
本发明是一种铝电解的预焙阳极及其制备方法。1)将预焙阳极外形的优化设计：2)在炭阳极生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角铝丝来作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭阳极生产过程中添加1.5～2.0‰的铝丝，在焙烧时，这些铝丝由固相变成液相时，填充复合到炭质颗粒的微孔中，使得炭阳极基体的载流子增多。本发明与现有技术相比具有以下积极效果：节约原料成本，有利于铝电解槽对保温覆盖料的操作和管理；填充料流动性好；提高电解电流效率0.5%；减少资源的消耗，回收利用废旧的铝资源4.44吨，减少CO2的排放量，节能、环保、高效。
权利要求 :
1、一种铝电解的预焙阳极，其特征在于按以下方法制备： 1)预焙阳极外形设计：炭阳极上部的棱台部分的倾斜面为凹曲面，炭阳极四条棱角为圆弧形角，炭阳极底部的两条长边为方形倒角，去掉部分为一个30×40×4mm的直角梯形； 2)在炭阳极生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角铝丝来作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭阳极生产过程中添加1.5～2.0‰的铝丝，在焙烧时，这些铝丝由固相变成液相时，填充复合到炭质颗粒的微孔中，使得炭阳极基体的载流子增多。
说明书 :
一种铝电解的预焙阳极及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝电解技术领域，特别是一种铝电解的预焙阳极及其制备方法。 背景技术
近年来，国内电解铝行业发展迅猛，其生产规模不断增加，技术水平有 了很大的提高，电流效率及电耗有了明显的进步。但与国外相比还有很大的
差距，特别在电耗方面差距较大，国内平均吨铝交流电单耗达14600kwh/t， 还远远高于国外；就目前我国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率 要比国际先进水平低15%左右。因此，推进循环经济、节能减排、建设环境友 好企业是电解铝行业追求的目标。
在铝电解过程中，预焙阳极质量的好坏不仅影响吨铝炭耗，而且，对电 流效率、能耗、原铝质量、环境污染、电解操作以及电解槽维护等均有影响。 为铝电解提供节能、环保、高效、优质预焙阳极，是当今铝用炭素行业技术 创新的重点和热点。 '
炭阳极作为铝电解的"心脏"材料，其作用就是把电流导入电解槽并参 与电化学反应。炭阳极安装在电解槽上部，强大的直流电通过炭阳极导入铝 电解槽，炭阳极的上部覆盖保温的氧化铝和电解质块，中部被电解质壳所包 围，下部沉浸在熔融的氟化盐电解质中，在96(TC左右的高温环境下，炭阳极 底部与氧化铝发生电化学反应，最终生成C0、 C02。其消耗的电能占整个铝电 解生产电耗的10〜15%左右；由于炭阳极的使用条件和环境因素，使炭阳极被 周围的氧化气氛体系所包围；另外，炭阳极不可能完全被电解消耗，仍残留 有少部分返回炭素生产线，经破碎后可作生产炭阳极的原材料。
阳极的电解消耗分为电化学消耗、化学消耗和机械消耗。电化学消耗是 炭阳极与氧化铝发生电化学反应：C+A1203 ~^A1+C02，而反应生成的C02 又会与炭阳极发生反应：C+C02 —+C0，这主要发生在阳极底部；在炭块的
四个面及顶部发生的反应主要是化学反应：C + 02~>C02。从理论上讲，吨
铝炭耗是334kg，电解消耗是334/CE = 352kg(CE为电流效率，按95%计算）， 而实际的远远大于这个值，具有关资料报到，国外的净耗是400〜450kg，国内净禾毛在450kg左右，二者之差为98kg。因此，提高炭块的抗氧化性能，减
少炭块过量消耗的空间较大。
近年来，国内电解铝行业发展迅猛，其生产规模不断增加，技术水平有 了很大的提高，电流效率及电耗有了明显的进步。但与国外相比还有很大的
差距，特别在电耗方面差距较大，国内平均吨铝交流电单耗达14600kwh/t， 还远远高于国外；就目前我国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率 要比国际先进水平低15%左右。因此，推进循环经济、节能减排、建设环境友 好企业是电解铝行业追求的目标。
在铝电解过程中，预焙阳极质量的好坏不仅影响吨铝炭耗，而且，对电 流效率、能耗、原铝质量、环境污染、电解操作以及电解槽维护等均有影响。 为铝电解提供节能、环保、高效、优质预焙阳极，是当今铝用炭素行业技术 创新的重点和热点。 '
炭阳极作为铝电解的"心脏"材料，其作用就是把电流导入电解槽并参 与电化学反应。炭阳极安装在电解槽上部，强大的直流电通过炭阳极导入铝 电解槽，炭阳极的上部覆盖保温的氧化铝和电解质块，中部被电解质壳所包 围，下部沉浸在熔融的氟化盐电解质中，在96(TC左右的高温环境下，炭阳极 底部与氧化铝发生电化学反应，最终生成C0、 C02。其消耗的电能占整个铝电 解生产电耗的10〜15%左右；由于炭阳极的使用条件和环境因素，使炭阳极被 周围的氧化气氛体系所包围；另外，炭阳极不可能完全被电解消耗，仍残留 有少部分返回炭素生产线，经破碎后可作生产炭阳极的原材料。
阳极的电解消耗分为电化学消耗、化学消耗和机械消耗。电化学消耗是 炭阳极与氧化铝发生电化学反应：C+A1203 ~^A1+C02，而反应生成的C02 又会与炭阳极发生反应：C+C02 —+C0，这主要发生在阳极底部；在炭块的
四个面及顶部发生的反应主要是化学反应：C + 02~>C02。从理论上讲，吨
铝炭耗是334kg，电解消耗是334/CE = 352kg(CE为电流效率，按95%计算）， 而实际的远远大于这个值，具有关资料报到，国外的净耗是400〜450kg，国内净禾毛在450kg左右，二者之差为98kg。因此，提高炭块的抗氧化性能，减
少炭块过量消耗的空间较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能、环保、高效、优质的铝电解的预焙阳极（炭 阳极）及其它的制备方法。
本发明以循环经济的3R原则即减量化、再循环、再利用作为指导思想， 通过阳极外形优化设计、金属高导电材料的复合运用实现减少一次资源投入 量、降低能源消耗、减少污染物及温室气体排放的综合效果。
本发明的技术方案为：
第一部分：预焙阳极外形的优化设计：炭阳极上部的棱台部分的倾斜面 为凹曲面，炭阳极四条棱角为圆弧形角，炭阳极底部的两条长边为方形倒角。 第二部分：在阳极生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角纯铝丝
来作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭块中添加1.5〜2.0%。的铝丝，
焙烧过程中这些铝丝由固相变成液相，填充复合到炭质颗粒的微孔中，使得炭 阳极基体的载流子增多，于是提高炭阳极载流子的浓度，这样复合而得的炭 阳极，其导电性能得到大大的提高，从而降低炭阳极的电解极块压降，实现 电流效率的提高及铝电解能耗的降低。并且较好地实现了边角料的回收再利 用。
本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
(1) 通过炭阳极外观进行整体设计，可节约原料成本，平均每块生块可
节约原料12. 5kg; 一年节约12. 5X222000 + 1000 = 2775吨；将倾斜面改为凹 曲面，增大了炭块堆放铝电解保温覆盖料的有效面积，有利于铝电解槽对保 温覆盖料的操作和管理；把倒角改为圆弧角，填充料流动性好，填充料会填 充到两炭块端部间空隙里，使空隙减小，掉棱掉角的数量大大减少；另外， 通过圆弧角方式优化后，会去掉一定量的边角料，从而节约了部分糊料，减 少部分资源能源的消耗。
(2) 提高电解电流效率O. 5%;
(3) 减少资源的消耗，回收利用废旧的铝资源4.44吨，减少C02的排放量。 作为高耗能的铝行业来说，资源节约，能源综合利用率高、环境友好是实现企业可持续发展的重要因素之一。因此，采用节能、环保、高效的预焙 阳极是现代铝工业持续发展的前提和保障。在同行业中具有较大推广作用。 附图说明
图1是本发明的炭阳极主视图；
图2是本发明的炭阳极俯视图；
图3是本发明的炭阳极侧视图；
图4是本发明的炭阳极立体图。 具体实施方式
实施例11) 预焙阳极外形的优化设计：炭阳极上部的棱台部分的倾斜面为凹曲
面，如图1中的1和图3中的3所示；炭阳极四条棱角为圆弧形角，如图2 中的2所示；炭阳极底部的两条长边为方形倒角，如图3中的4所示。
2) 在炭阳极（块）生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角铝丝来 作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭阳极生产过程中添加1.5%>的铝
丝，在焙烧过程中这些铝丝由固相变成液相时，填充复合到炭质颗粒的微孔 中，使得炭阳极基体的载流子增多，于是提高炭阳极载流子的浓度。
实施例2:
1) 预焙阳极外形的优化设计与实施例1相同；
2) 在炭阳极（块）生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角铝丝来 作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭块生产过程中添加2. 0%。的铝丝， 在焙烧过程中这些铝丝由固相变成液相时，填充复合到炭质颗粒的微孔中，使 得炭阳极基体的载流子增多，于是提高炭阳极载流子的浓度。
本发明以循环经济的3R原则即减量化、再循环、再利用作为指导思想， 通过阳极外形优化设计、金属高导电材料的复合运用实现减少一次资源投入 量、降低能源消耗、减少污染物及温室气体排放的综合效果。
本发明的技术方案为：
第一部分：预焙阳极外形的优化设计：炭阳极上部的棱台部分的倾斜面 为凹曲面，炭阳极四条棱角为圆弧形角，炭阳极底部的两条长边为方形倒角。 第二部分：在阳极生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角纯铝丝
来作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭块中添加1.5〜2.0%。的铝丝，
焙烧过程中这些铝丝由固相变成液相，填充复合到炭质颗粒的微孔中，使得炭 阳极基体的载流子增多，于是提高炭阳极载流子的浓度，这样复合而得的炭 阳极，其导电性能得到大大的提高，从而降低炭阳极的电解极块压降，实现 电流效率的提高及铝电解能耗的降低。并且较好地实现了边角料的回收再利 用。
本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
(1) 通过炭阳极外观进行整体设计，可节约原料成本，平均每块生块可
节约原料12. 5kg; 一年节约12. 5X222000 + 1000 = 2775吨；将倾斜面改为凹 曲面，增大了炭块堆放铝电解保温覆盖料的有效面积，有利于铝电解槽对保 温覆盖料的操作和管理；把倒角改为圆弧角，填充料流动性好，填充料会填 充到两炭块端部间空隙里，使空隙减小，掉棱掉角的数量大大减少；另外， 通过圆弧角方式优化后，会去掉一定量的边角料，从而节约了部分糊料，减 少部分资源能源的消耗。
(2) 提高电解电流效率O. 5%;
(3) 减少资源的消耗，回收利用废旧的铝资源4.44吨，减少C02的排放量。 作为高耗能的铝行业来说，资源节约，能源综合利用率高、环境友好是实现企业可持续发展的重要因素之一。因此，采用节能、环保、高效的预焙 阳极是现代铝工业持续发展的前提和保障。在同行业中具有较大推广作用。 附图说明
图1是本发明的炭阳极主视图；
图2是本发明的炭阳极俯视图；
图3是本发明的炭阳极侧视图；
图4是本发明的炭阳极立体图。 具体实施方式
实施例11) 预焙阳极外形的优化设计：炭阳极上部的棱台部分的倾斜面为凹曲
面，如图1中的1和图3中的3所示；炭阳极四条棱角为圆弧形角，如图2 中的2所示；炭阳极底部的两条长边为方形倒角，如图3中的4所示。
2) 在炭阳极（块）生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角铝丝来 作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭阳极生产过程中添加1.5%>的铝
丝，在焙烧过程中这些铝丝由固相变成液相时，填充复合到炭质颗粒的微孔 中，使得炭阳极基体的载流子增多，于是提高炭阳极载流子的浓度。
实施例2:
1) 预焙阳极外形的优化设计与实施例1相同；
2) 在炭阳极（块）生产过程中掺入铝加工生产过程产生的废边角铝丝来 作为改善炭阳极导电性能的添加剂，即在炭块生产过程中添加2. 0%。的铝丝， 在焙烧过程中这些铝丝由固相变成液相时，填充复合到炭质颗粒的微孔中，使 得炭阳极基体的载流子增多，于是提高炭阳极载流子的浓度。