CN108893758B - 一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，预焙铝电解槽的打壳和下料同时进行，在下料过程中，氧化铝从定容器进入到下料管内后，在下料管内进行至少两次间歇停留，停留的间歇频率与打壳频率保持一致，并在氧化铝的每次停留结束前，进行打壳。本发明将氧化铝在下料管进行分段停留，利用铝电解槽的高温对下料管内停留的氧化铝进行预热，有效避免新加入电解槽中的氧化铝与电解质凝聚成块，从而加快了氧化铝的溶解与分散，使炉底难以形成沉淀，有利于电解槽的高效平稳运行。

Description

一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法

技术领域

本发明属于铝电解生产技术，具体涉及一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法。

背景技术

在铝电解生产过程中，氧化铝是主要的生产原料，它能否顺畅地向电解槽内添加并溶解进入电解质熔体中，对预焙铝电解槽的高效平稳运行具有重要的影响。现行预焙铝电解槽下料方法广泛采用点式下料：通过槽控系统控制打壳锤头定期打击下料口，之后氧化铝通过定容下料器后经下料口进入电解质熔体的表面，在电解质的流动与浓差扩散作用下，使氧化铝在电解槽内分散开来。

按此方式进行氧化铝下料时，打壳与氧化铝的下料加入是同步完成的，具体打壳和下料结构可参考申请号为201610058275.X的专利文件中公开的氧化铝连续下料装置：锤头将电解质表面结壳打开一个孔穴，氧化铝从定容器卸出后进入一个畅通的下料管内，该下料管与锤头打开的孔穴对接，氧化铝直接通过该孔穴进入电解质熔体中。由于氧化铝原料与电解质之间的温度差，当氧化铝铝料箱内部的氧化铝通过下料口直接进入电解槽时，会与电解质熔体接触时，易于形成结壳，或凝聚成的氧化铝-电解质块。尽管这种结块在阳极气泡的作用下会被碎散后继续溶解，但显然将极大地降低氧化铝在电解质中的溶解速度，从而在下料口下方的铝液层中堆积大量氧化铝-电解质沉淀物(即槽底沉淀)，增大电解槽炉底压降、或者增大电解槽内氧化铝浓度分布的不均匀性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的氧化铝直接下料容易结壳和凝聚成块导致难以在电解质中溶解分散的问题，提供一种新型的预焙铝电解槽的氧化铝下料方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，预焙铝电解槽的打壳和下料同时进行，在下料过程中，氧化铝从定容器进入到下料管内后，在下料管内进行至少两次间歇停留，停留的间歇频率与打壳频率保持一致，并在氧化铝的每次停留结束前，进行打壳。

进一步的，所述下料管内设置若干可控制的挡板阀门，将下料管内部分成若干段氧化铝停留的容腔实现；所述挡板阀门关闭时，氧化铝在下料管内停留，所述挡板阀门打开时，氧化铝通过下料管流动下料。

进一步的，所述下料管内部的挡板阀门分段的距离沿下料方向逐级缩短。

进一步的，所述下料管在下料过程中通过风动、超声波方式实现连续或间歇式振动。

在本发明的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法中，所述下料管上部与定容器相连，下部距离铝电解槽内部电解质液面20mm-100mm，并且所述氧化铝在下料管内部的最后一次停留位置距离铝电解槽内部电解质液面不超过120mm。

进一步的，所述下料管为耐高温腐蚀的管道，其材质为氧化物陶瓷、金属合金、金属陶瓷中的一种。

优选的，所述氧化物陶瓷为SnO₂、NiO、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiAl₂O₄、ZnFe₂O₄和FeAl₂O₄中的至少一种。

优选的，所述金属合金为Cu-Al、Ni-Fe-Cu、Ni-Fe和耐热钢中的至少一种。

优选的，所述金属陶瓷中金属相为Cu、Al、Ni、Fe中的至少一种，陶瓷相可为NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiAl₂O₄、ZnFe₂O₄和FeAl₂O₄中的至少一种。

进一步的，所述下料管内、外表面均有一层厚度为0.05mm-3mm的CeO₂层。

本发明具有如下有益效果

采用本发明所提供的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，对进入下料管内的氧化铝进行分段预热，将氧化铝在下料管进行分段停留，利用氧化铝电解槽的高温对下料管内停留的氧化铝进行预热，避免了现有点式下料存在的氧化铝在电解质熔体表面形成结壳或凝聚成块问题。预热后的氧化铝在电解质中的溶解速度加快，加快了分散速度并降低了氧化铝浓度在加料前后的波动幅度。电解槽经过长时间运行后，下料口下方铝液层未出现氧化铝-电解质沉淀，炉底更干净。氧化铝全部打壳的开口处进入电解槽内，而不散落在壳面上，下料效率提高，可减少阳极效应的发生和温室效应气体的排放，降低工人的劳动强度。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

在实际应用中，在预焙铝电解槽的下料管内部设置至少两组挡板阀门，利用挡板阀门将下料管内部分成至少两段容纳氧化铝的容腔，下料管的具体设置结构可参考现有铝电解槽上的结构，其中下料管的上部与定容器相连，用于每次向下料管内送入定量的氧化铝，氧化铝进入到下料管内部后，会逐次进入到下料管内的多个容腔内进行间歇停留。下料管的下部距离铝电解槽内部电解质液面20mm-100mm，并且所述氧化铝在下料管内部的最后一次停留位置距离铝电解槽内部电解质液面不超过120mm，这样能够对下料管的容腔内部氧化铝进行分段预热。

在控制方面，定容器以及挡板阀门的开闭均与预焙铝电解槽的打壳装置同步运行，打壳装置的打壳频率与定容器的下料以及所有挡板阀门的开闭同步，这样氧化铝在下料管内部的间歇停留频率与打壳频率保持一致，通过一次打壳，完成下料管内部的一次下料，同时利用定容器对下料管内补充一次下料。

打壳装置的打壳时机应当要在氧化铝停留结束前，即当挡板阀门开启前，应当完成对铝电解槽的打壳操作，这样能够保证顺利下料。

下料管内部的挡板阀门分段距离沿下料方向逐级缩短，这样上方容腔内的氧化铝完全落入到下方容腔的时间会逐级缩短，这样下方的氧化铝下料时间会低于上方的氧化铝落下时间，这样保证了下方氧化铝全部下料完成或者进入下方容腔的过程中，不会混入上方下料的氧化铝，这样既保证了分段连续下料，同时避免了不同分段内的氧化铝在下料过程中混合影响下料精度。

挡板阀门的控制可通过电动或者气动控制，具体的自动阀门控制方式为常用技术手段，本领域技术人员可根据不同的控制动力进行选择设计。

相比较现有技术中的一次下料，本实施例在下料管内容纳多次下料的氧化铝，并利用铝电解槽的高温热量对下料管内容纳的氧化铝进行预热，同时下料管在下料过程中通过风动、超声波方式实现连续或间歇式振动，提高氧化铝的分散性能和下料效率。

以下结合两个本发明的两个具体实施例和对比例具体说明本发明的技术效果。

实施例1

在容量为200kA的预焙铝电解槽的四个下料口，分别设计四根采用50％(Ni-Fe-Cu)/50％NiFe₂O₄金属陶瓷管的下料管，下料管的内外壁均涂覆厚度为0.05mm的CeO₂层，其管的外径为125mm、内径为95mm；下料管的上端与定容器采用焊接方式相连，下料管的下端与铝电解槽内电解质表面的距离60mm；分别在管内离电解质表面垂直位置1200mm、500mm和100mm处设计能供氧化铝停留的挡板阀门，将下料管内分成三段氧化铝停留的容腔。

当打壳装置的锤头对下料口电解质表面结壳进行打击后，从定容器出来的氧化铝进入圆管内，并在离电解质表面垂直位置1200mm处的挡板阀门处停留；然后，当锤头再次打击壳面后，氧化铝下落至离电解质表面垂直位置500mm的挡板阀门处停留；当锤头第三次打击壳面后，氧化铝下落至离电解质表面垂直位置100mm处的挡板阀门处停留；最后，在锤头第四次打击壳面后，氧化铝散落进入电解质熔体中，并溶解分散。在后三次打壳过程中，定容器持续送入三次氧化铝进入到下料管内分别停留在三个挡板阀门处，实现打壳连续下料。

在下料口处，加入的氧化铝直接进入到铝电解槽内并散落在电解质表面，并快速溶解进入熔体中，未形成结壳或凝聚成块。

该电解槽经过连续6个月的运行后，在下料口处未出现氧化铝-电解质沉淀，炉底干净。

对比例1

作为对比，采用现有一次性点式下料方法向具有相同结构的200kA预焙铝电解槽中添加氧化铝：锤头打击下料口后，氧化铝通过定容下料器经上料口直接散落在电解质熔体表面。

在下料口处，加入的氧化铝与电解质凝聚成块，在阳极气泡的作用下被击碎而开始溶解进入电解质中。

该对比例的电解槽经过连续6个月的运行后，下料口处开始有少量氧化铝-电解质沉淀存在。

实施例2

在容量为500kA的预焙铝电解槽的六个下料口，分别设计六根采用60％Ni-15％Fe-25％Cu金属管的下料管，下料管的内外壁均涂覆厚度为0.2mmCeO₂层，其管的外径为110mm、内径为100mm；下料管的上端与定容器采用焊接方式相连，下料管的下端与铝电解槽内电解质表面的距离80mm；分别在管内离电解质表面垂直位置1000mm和110mm处设计能供氧化铝停留的挡板阀门，将下料管内分成两段氧化铝停留的容腔。

当打壳装置的锤头对下料口电解质表面结壳进行打击后，从定容器出来的氧化铝进入圆管内，并在离电解质表面垂直位置1000mm处的挡板阀门处停留；然后，当锤头再次打击壳面后，氧化铝下落至离电解质表面垂直位置110mm处的挡板阀门停留；最后，在锤头第三次打击壳面后，氧化铝散落进入电解质熔体中，并溶解分散。

在下料口处，加入的氧化铝直接散落在电解质表面，并快速溶解进入熔体中，未形成结壳或凝聚成块。电解槽经过连续12个月的运行后，下料口处未出现氧化铝-电解质沉淀，炉底干净。

对比例2

作为对比，采用现有一次性点式下料方法向具有相同结构的500kA预焙铝电解槽中添加氧化铝：锤头打击下料口后，氧化铝通过定容下料器经上料口直接散落在电解质熔体表面。

在下料口处，加入的氧化铝与电解质凝聚成块，在阳极气泡的作用下被击碎而开始溶解进入电解质中。

该对比例的电解槽经过连续12个月的运行后，下料口处存在氧化铝-电解质沉淀，炉底有沉淀物出现。

在其他实际应用过程中，下料管还可采用SnO₂、NiO、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiAl₂O₄、ZnFe₂O₄和FeAl₂O₄中的至少一种成分的氧化物陶瓷管，或者Cu-Al、Ni-Fe-Cu、Ni-Fe和耐热钢中的至少一种金属合金管，或者金属相为Cu、Al、Ni、Fe中的至少一种、陶瓷相可为NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiAl₂O₄、ZnFe₂O₄和FeAl₂O₄中的至少一种的金属陶瓷管。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，预焙铝电解槽的打壳和下料同时进行，其特征在于：下料过程中，氧化铝从定容器进入到下料管内后，所述下料管内设置若干可控制的挡板阀门，将下料管内部分成若干段氧化铝停留的容腔，所述挡板阀门关闭时，氧化铝在下料管内停留，所述挡板阀门打开时，氧化铝通过下料管流动下料，所述氧化铝在下料管内进行至少两次间歇停留，停留的间歇频率与打壳频率保持一致，并在氧化铝的每次停留结束前，进行打壳。

2.根据权利要求1所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述下料管内部的挡板阀门分段的距离沿下料方向逐级缩短。

3.根据权利要求2所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述下料管在下料过程中通过风动、超声波方式实现连续或间歇式振动。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述下料管上部与定容器相连，下部距离铝电解槽内部电解质液面20mm-100mm，并且所述氧化铝在下料管内部的最后一次停留位置距离铝电解槽内部电解质液面不超过120mm。

5.根据权利要求4所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述下料管为耐高温腐蚀的管道，其材质为氧化物陶瓷、金属合金、金属陶瓷中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述氧化物陶瓷为SnO₂、NiO、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiAl₂O₄、ZnFe₂O₄和FeAl₂O₄中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述金属合金为Cu-Al、Ni-Fe-Cu、Ni-Fe和耐热钢中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述金属陶瓷中金属相为Cu、Al、Ni、Fe中的至少一种，陶瓷相可为NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、NiAl₂O₄、ZnFe₂O₄和FeAl₂O₄中的至少一种。

9.根据权利要求6或7或8所述的一种预焙铝电解槽的氧化铝下料方法，所述下料管内、外表面均有一层厚度为0.05mm-3mm的CeO₂层。