CN102041524A - 一种惰性电极铝电解槽电极结构及配置方式 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用惰性电极的铝电解槽电极结构及配置方式。其特征在于该电解槽电极的配置方式是将阴极和阳极按“—阳—阴—阳—”的方式垂直平行方式配置于电解槽内，阳极下表面与阴极下表面平齐，或高于阴极下表面。本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，由于在电解过程中，阳极壁面上生成的阳极气泡受到拽力、升力、虚拟质量力、壁面阻力、湍流扩散力的综合作用，从阳极低端至液面分布区域逐步增加，呈发散状。由于阴极相对下移，可以减小阳极气泡触到阴极或铝液的机会，减少了二次反应，有效降低了极距、减少能耗、提高电流效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用惰性电极的铝电解槽电极结构及配置方式。
背景技术
传统Hall-Hérout电解槽，以碳为阳极，存在能耗高、污染严重、温室气体排放等诸多问题。惰性电极技术及工艺的开发可以降低能耗20-30%，减少污染气体的排放，避免温室气体的排放，并且产生的O2副产品具有很大的回收价值。
垂直配置惰性电极铝电解技术无论在电解工艺还是在电解槽内部结构方面都不同于传统的Hall-Hérout电解槽。传统的Hall-Hérout电解槽阳极阴极上下相对、水平放置，而垂直配置惰性电极电解技术为了增加单位体积产能，则采用阳极、阴极竖直间隔放置。槽内结构的变化虽然增加了电解槽单位产能，同时带来电流效率下降的问题。由于垂直电解铝电解槽的结构特殊性，其电流效率与电解槽内的气液两相流动密切相关，气液两相流动主要受槽内结构的影响。
专利CN200610051288.0中电极竖直平行放置，而本专利中阳极阴极位置上下错开。实用新型一种惰性电极的铝电解槽结构；专利CN89210028.1提到电极阳—阴—阳的方式排列，并没有电极结构和配置方面的内容。
国外专利WO0231225 (A2) 公布了一种底面有一定角度的惰性阳极，生成的氧气可以随着斜面从电极的一端溢出，这种阳极是垂直电流式的惰性阳极，电解槽结构与现有传统槽相似。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效降低极距、减少能耗、提高电流效率的惰性电极铝电解槽电极的配置方式。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于该电解槽电极的配置方式是将阴极和阳极按“—阳—阴—阳—”的方式垂直平行方式配置于电解槽内，阳极下表面与阴极下表面平齐，或高于阴极下表面。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于电极的连接方式可以是机械连接或焊接或两者兼而有之。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于其阳极为平板状，上部有导杆连接孔，在电极中部开有通槽，通槽顶端有自中心向两侧延伸的气体导流斜坡，直至电极两侧边缘；电极两侧大面上，开有百叶窗栅格，阴极为平板状，上端有连接孔，下端有倒角，电极配置为阳极下表面高于阴极下表面。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极为平板状，上部有导杆连接孔，电极中空，两侧没有开通，中空部分的顶端两侧开有气体导流孔，电极大面上开有百叶窗栅格，百叶窗栅格开在电极下半部分，大面上半部分为平面。阴极为上宽下窄，上端有连接孔；电极配置为阳极下表面与阴极下表面同高。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极为上宽下窄，上部有导杆连接孔，电极中空，两侧没有开通，中空部分的顶端从一侧至另一侧有气体导流斜坡，在气体导流斜坡尽头开有气体通过导流孔；电极两侧大面上，开有百叶窗栅格；阴极为上宽下窄，上部开有导杆连接孔，底部为一斜面。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极由电极头部与金属棒组合构成，金属棒截面为上窄下宽，中空，金属棒上下叠加组合在一起，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构，通过焊接，螺栓连接；电极顶部两侧开有气体导流孔；阴极为上宽下窄，上端有导杆连接孔；电极配置为阳极下表面高于阴极下表面。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极由两块平板组合而成，每块电极板上部开有导杆连接孔，平板上开有百叶窗栅格，两块电极板面对面放置，中间有空隙，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构。阴极由两块平板组合而成，每块电极板上部开有导杆连接孔，平板上开有百叶窗栅格，两块电极板面对面放置，中间有空隙，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构。电极配置为阳极下表面与阴极下表面同高。
本发明涉及一种采用惰性电极的铝电解槽电极配置方式及电极结构，阳极是惰性电极，阴极是TiB2复合陶瓷材料、表面有TiB2涂层的炭块或其他硼化物复合阴极；阳极和阴极可以是平板、上宽下窄或上窄下宽的结构；阳极下表面与阴极下表面平齐，或高于阴极下表面；阳极中空，并呈百叶窗栅格状。实验室试验和工业试验均表明该电极结构和配置方法可以降低极距、减少能耗、提高电流效率。进行的数值仿真结果表明：阳极气泡在电极之间分布呈发散状，本发明中提出的电极结构，配以阳极中空、百叶窗栅格可以起到很好的导流阳极气泡的作用；下移阴极就可以减少阳极气泡与阴极接触的几率，提高电流效率。
本发明的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，由于在电解过程中，阳极壁面上生成的阳极气泡受到拽力、升力、虚拟质量力、壁面阻力、湍流扩散力的综合作用，从阳极低端至液面分布区域逐步增加，呈发散状。由于阴极相对下移，可以减小阳极气泡触到阴极或铝液的机会，减少了二次反应，有效降低了极距、减少能耗、提高电流效率。
附图说明
图1阳极下表面与阴极下表面平齐时的电极配置的结构示意图；
图2阳极下表面高于阴极下表面时的电极配置的结构示意图；
图3为平板状，中部通槽惰性阳极图；
图4为图3的侧视图；
图5为图3的侧剖图；
图6为平板状，中空，两侧有气体导流孔的惰性阳极图；
图7为图6的侧视图；
图8为图6的侧剖图；
图9为上宽下窄，中空，一侧有气体导流孔的惰性阳极图；
图10为图9的侧视图；
图11为图9的侧剖图；
图12为金属棒组合而成的惰性阳极图；
图13为图12的侧视图；
图14为图12的侧剖图；
图15为由两块电极板组合而成的惰性阳极图；
图16为图15的侧视图；
图17为图15的侧剖图；
图18为平板式阴极图；
图19为图18的侧视图；
图20上宽下窄阴极图；
图21为图20的侧视图；
图22为上宽下窄，底面为斜面的阴极图；
图23为图22的侧视图；
图24为由两块电极板组合而成的阴极图。
图25为图24的侧视图，
图26为图24的侧剖图。
具体实施方式
一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，该电解槽电极的配置方式是将阴极（2）和阳极（1）按“—阳—阴—阳—”的方式垂直平行方式配置于电解槽内，阳极（1）下表面与阴极（2）下表面平齐，或高于阴极（2）下表面。阳极（1）通过阳极导杆（3）与母线（5）连接，阴极（2）通过阴极导杆（4）与母线（5）连接。
操作时，阳极是惰性电极，阴极可采用TiB2复合陶瓷材料、表面有TiB2涂层的炭块或其他硼化物复合阴极。
实施例1
阳极为平板状，上部有导杆连接孔（6），可以是机械连接或焊接或两者兼而有之，在电极中部开有通槽，通槽顶端有自中心向两侧延伸的气体导流斜坡（7），直至电极两侧边缘。电极两侧大面上，开有百叶窗栅格（9）。阴极为平板状，上端有连接孔（10），下端有倒角（11）。电极配置为阳极下表面高于阴极下表面。
实施例2
阳极为平板状，上部有导杆连接孔（6），电极中空，两侧没有开通，中空部分的顶端两侧开有气体导流孔（8），电极大面上开有百叶窗栅格（9），百叶窗栅格开在电极下半部分，大面上半部分仍为平面。阴极为上宽下窄，上端有连接孔（10）。电极配置为阳极下表面与阴极下表面同高。
实施例3
阳极为上宽下窄，上部有导杆连接孔（6），电极中空，两侧没有开通，中空部分的顶端从一侧至另一侧有气体导流斜坡（7），在气体导流斜坡（7）尽头开有气体通过导流孔（8）。电极两侧大面上，开有百叶窗栅格（9）。阴极为上宽下窄，上部开有导杆连接孔（10），底部为一斜面。
实施例4
阳极由电极头部（13）与金属棒（14）组合构成，金属棒（14）截面为上窄下宽，中空，金属棒上下叠加组合在一起，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构，可以通过焊接，螺栓连接。电极顶部两侧开有气体导流孔（8）。阴极为上宽下窄，上端有导杆连接孔（10）。电极配置为阳极下表面高于阴极下表面。
实施例5
阳极由两块平板组合而成，每块电极板上部开有导杆连接孔（6），平板上开有百叶窗栅格（9），两块电极板面对面放置，中间有空隙，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构。阴极由两块平板组合而成，每块电极板上部开有导杆连接孔（10），平板上开有百叶窗栅格（12），两块电极板面对面放置，中间有空隙，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构。电极配置为阳极下表面与阴极下表面同高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于该电解槽电极的配置方式是将阴极和阳极按“—阳—阴—阳—”的方式垂直平行方式配置于电解槽内，阳极下表面与阴极下表面平齐，或高于阴极下表面。
2.根据权利要求1所述的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于电极的连接方式可以是机械连接或焊接或两者兼而有之。
3.根据权利要求1所述的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于其阳极为平板状，上部有导杆连接孔，在电极中部开有通槽，通槽顶端有自中心向两侧延伸的气体导流斜坡，直至电极两侧边缘；电极两侧大面上，开有百叶窗栅格，阴极为平板状，上端有连接孔，下端有倒角，电极配置为阳极下表面高于阴极下表面。
4.根据权利要求1所述的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极为平板状，上部有导杆连接孔，电极中空，两侧没有开通，中空部分的顶端两侧开有气体导流孔，电极大面上开有百叶窗栅格，百叶窗栅格开在电极下半部分，大面上半部分为平面。阴极为上宽下窄，上端有连接孔；电极配置为阳极下表面与阴极下表面同高。
5.根据权利要求1所述的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极为上宽下窄，上部有导杆连接孔，电极中空，两侧没有开通，中空部分的顶端从一侧至另一侧有气体导流斜坡，在气体导流斜坡尽头开有气体通过导流孔；电极两侧大面上，开有百叶窗栅格；阴极为上宽下窄，上部开有导杆连接孔，底部为一斜面。
6.根据权利要求1所述的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极由电极头部与金属棒组合构成，金属棒截面为上窄下宽，中空，金属棒上下叠加组合在一起，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构，通过焊接，螺栓连接；电极顶部两侧开有气体导流孔；阴极为上宽下窄，上端有导杆连接孔；电极配置为阳极下表面高于阴极下表面。
7.根据权利要求1所述的一种惰性电极铝电解槽电极的配置方式，其特征在于阳极由两块平板组合而成，每块电极板上部开有导杆连接孔，平板上开有百叶窗栅格，两块电极板面对面放置，中间有空隙，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构。阴极由两块平板组合而成，每块电极板上部开有导杆连接孔，平板上开有百叶窗栅格，两块电极板面对面放置，中间有空隙，整体上形成一个中空，大面为百叶窗栅格式的结构；电极配置为阳极下表面与阴极下表面同高。
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