CN103820817A - 一种电解铝用内冷式惰性阳极 - Google Patents

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陆德平
王日昕
蒋小林
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Abstract

本发明涉及一种电解铝用惰性阳极，属于电解铝设备领域。一种电解铝用内冷式惰性阳极，包括导电杆及与之连接的金属或金属基复合材料阳极，所述金属或金属基复合材料阳极内腔为中空结构，内腔通过设置于金属或金属基复合材料阳极上的冷却介质进口、出口与外置循环冷却系统和热交换器连通。本发明具有如下优点：1、继承了金属惰性阳极优良的导电性、导热性、机械加工性能、阳极电流分布均匀等优点，避免了金属惰性阳极在电解铝生产中污染铝液以及成本高等缺陷。2、具备金属氧化物陶瓷和金属陶瓷阳极良好的热稳定性、易于大规模工业化应用的优点，避免了金属氧化物陶瓷惰性阳极导电性差、抗热振性能低和与供电系统金属部件的连接困难等缺陷。3、新型惰性阳极可以充分满足铝电解生产技术要求，消耗极其微小。

Description

一种电解铝用内冷式惰性阳极
技术领域
本发明涉及一种电解铝用惰性阳极，属于电解铝设备领域。
背景技术
惰性阳极是指铝电解生成过程在冰晶石-氧化铝熔盐电解中不消耗或微量消耗的阳极。惰性阳极具有可提高电解槽自动化程度、节省优质碳素、不排放二氧化碳温室气体等优点，能克服传统铝电解的环保和经济问题，因而成为铝业界的热点和研究重点。
近些年来，在阳极材料的选择方面，大多数研究集中在金属、金属氧化物陶瓷、金属陶瓷等几个方面。众所周知：1、金属惰性阳极具有优良的导电性、导热性、机械加工性能、阳极电流分布均匀等优点。但是，高温环境下金属离子会还原沉积到阴极铝液影响原铝质量，且构成金属合金阳极的材料普遍含有镍、钴等贵金属，价格昂贵，不适应大规模生产；2、金属氧化物陶瓷在冰晶石熔盐中的溶解度很低，具有较好的抗高温腐蚀性能，且具有良好的热稳定性，生产成本较低，易于大规模生产。但是，金属氧化物陶瓷的导电性不如金属和金属基复合材料，金属氧化物陶瓷惰性阳极在电解铝生产中与供电系统金属部件的连接方式存在一定的问题，由于金属与金属氧化物之间不能采取焊接的方式，因此现在普遍采用物理连接的方式，造成整个阳极组件的物理压降增大；3、金属陶瓷阳极就是把金属和陶瓷的优点兼备起来，但也引入了各自的缺点，因此很多问题在技术上无法解决。主要体现在金属陶瓷阳极的热稳定性较差，在高温电解质中，会出现层状的脱落现象。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种同时继承金属、金属氧化物陶瓷及金属陶瓷的优点，且可以充分满足铝电解生产技术要求，消耗微小的内冷式惰性阳极。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电解铝用内冷式惰性阳极，包括导电杆及与之连接的金属或金属基复合材料阳极，所述金属或金属基复合材料阳极内腔为中空结构，内腔通过设置于金属或金属基复合材料阳极上的冷却介质进口、出口与外置循环冷却系统和热交换器连通。
金属或金属基复合材料阳极内腔采用中空结构，内部的冷却介质通过冷却介质进口、出口与其连接的外置循环冷却系统和热交换器实现对阳极从内而外的冷却，而热交换器又可以将这部分热量得到充分利用。
冷却介质的选择取决于惰性阳极的材质和结构，不同形状、壁厚、电流密度、冷却速度的惰性阳极，其冷却介质的选择不同，包含了现有的全部冷却介质：可以是水及其溶液、有机溶剂及其溶液、高压空气等。
在高温环境下，循环冷却介质可以由内而外的将金属或金属基复合材料阳极的温度控制在一定范围之内，进一步降低了惰性阳极与高温电解质的反应性，与金属阳极相比较，可以降低惰性阳极在电解生产过程中的消耗，提高原铝质量；同时降低了惰性阳极对金属材料本身耐高温性的要求，扩大了金属或金属基复合材料的选择范围，在很大程度上降低了惰性阳极的生产成本，适合于大规模的工业化应用。 
金属或金属基复合材料的导电性普遍较好，机械强度高，具有优异的抗热振性能。因此金属或金属基惰性阳极材料相比金属氧化物陶瓷和金属陶瓷阳极具有更加优良的导电性，且拥有更好的焊接性能，容易实现与供电系统金属部件的连接。
金属或金属基惰性阳极材料的选择范围很广，铝、铝合金材料、铝基复合材料、铜、铜合金材料、铜基复合材料、钢铁材料或合金材料等都可以作为构成惰性阳极材料的主体。同时为了进一步提高这种新型惰性阳极的导电性及抗氧化性，可以通过在阳极的表面做化学处理、电化学处理或真空状态下的表面处理制备性能更好的金属或金属基复合材料的惰性阳极。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、继承了金属惰性阳极优良的导电性、导热性、机械加工性能、阳极电流分布均匀等优点，避免了金属惰性阳极在电解铝生产中污染铝液，影响原铝生产质量，以及成本高等缺陷。
2、具备金属氧化物陶瓷和金属陶瓷阳极良好的热稳定性、生产成本大幅降低、易于大规模工业化应用的优点，避免了金属氧化物陶瓷惰性阳极导电性差、抗热振性能低和与供电系统金属部件的连接困难等缺陷。
3、新型惰性阳极可以充分满足铝电解生产技术要求，消耗极其微小。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明做进一步详述：一种电解铝用内冷式惰性阳极，包括导电杆1及与之连接的金属或金属基复合材料阳极2，所述金属或金属基复合材料阳极内腔20为中空结构，内腔20通过设置于金属或金属基复合材料阳极上的冷却介质进口3、出口4与外置循环冷却系统（图中未示出）和热交换器（图中未示出）连通。
所述金属或金属基复合材料阳极材料为铝、铝合金材料或铝基复合材料；所述冷却介质是水及其溶液。在高温环境下，水及其溶液在外置循环冷却系统和热交换器的作用下由内而外的将阳极的温度控制在一定范围之内，进一步降低惰性阳极与高温电解质的反应性。
金属或金属基复合材料惰性阳极材料并不仅仅局限于上述实施例中的铝、铝合金材料或铝基复合材料，还可以是铜、铜合金材料、铜基复合材料、钢铁材料、合金材料等。冷却介质也并不仅仅局限于上述实施例中的水及其溶液，还可以是有机溶剂及其溶液、高压空气等。同时为了进一步提高这种新型惰性阳极的导电性及抗氧化性，可以通过在阳极的表面做化学处理、电化学处理或真空状态下的表面处理制备性能更好的金属或金属基复合材料的惰性阳极。

Claims (5)

1.一种电解铝用内冷式惰性阳极，包括导电杆（1）及与之连接的金属或金属基复合材料阳极（2），其特征在于：所述金属或金属基复合材料阳极内腔（20）为中空结构，内腔（20）通过设置于金属或金属基复合材料阳极上的冷却介质进口（3）、出口（4）与外置循环冷却系统和热交换器连通。
2.根据权利要求1所述的电解铝用内冷式惰性阳极，其特征在于：所述金属或金属基复合材料阳极（2）材料为铝、铝合金材料或铝基复合材料。
3.根据权利要求1所述的电解铝用内冷式惰性阳极，其特征在于：所述金属或金属基复合材料阳极（2）材料为铜、铜合金材料或铜基复合材料。
4.根据权利要求1所述的电解铝用内冷式惰性阳极，其特征在于：所述金属或金属基复合材料阳极（2）材料为钢铁材料或合金材料。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的电解铝用内冷式惰性阳极，其特征在于：所述冷却介质是水及其溶液、有机溶剂及其溶液或高压空气。
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