CN113293410A - 一种三层液电解槽更换电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种三层液电解槽更换电极的方法。一种三层液电解槽更换电极的方法，所述的方法为：确定三层液电解槽中电极导电最差的电极后，更换新电极，对新电极进行数据监测；其中，所述的更换电极过程中不断电。本发明所述的一种三层液电解槽更换电极的方法，根据每日每台三层液电解槽的极液压降、等距离压降测量数据，以达到分析电极电流变化情况，根据数据评估，对各项参数不满足工艺条件的电极卸下，安装新的导电情况好的电极，进行电极更换；整个更换过程不断电，达到降低吨铝电单耗成本的效果。

Description

一种三层液电解槽更换电极的方法
技术领域
本发明属于电解铝技术领域，具体涉及一种三层液电解槽更换电极的方法。
背景技术
中国只有少数企业能够生产高纯铝。因此，铝基材料作为装备制造的材料之一，中国急需加大高纯铝的生产技术研发，这不仅对中国新材料行业的发展、高端装备国产化具有重要的意义，也对于延伸产业链、提高产品附加值、扩大产品利润空间具有重要的意义。
当前，高纯铝的主要工业生产方法有三层电解精炼法、偏析法。而我国的高纯铝生产主要是通过三层电解精炼法工艺生产的，因此，在很长一段时期内，三层电解精炼法工艺生产的高纯铝占国内主导地位不会改变。我国的三层液铝电解精炼工业始于20世纪50代，现在国内仅存的三层电解精炼法企业共有两家：新疆众和股份有限公司和内蒙古新长江矿业投资有限公司(下称内蒙古新长江)。两家三层电解精炼法生产线可生产纯度最高的铝均为99.996％，新疆众和为80kA吨铝电耗为13200KW·h/tAl，年产能20000吨；内蒙古新长江为60kA吨铝电耗为13400KW·h/tAl，年产能10000吨，两企业生产技术水平相近。但和世界高纯铝生产的先进国家相比，高纯铝生产量很低，精炼技术仍然落后。
高纯铝的生产主要运用三层液电解槽，包括由钢壳、保温料、镁砖组成的槽体，槽体上由镁砖形成原料(普铝)入口，由阳极和阳极导体、阴极和阴极导体组成的导电系统；电解时，电解槽中有三层液体，底层为阳极和阳极导体，阳极导体由待精炼的原铝和加重剂Cu组成，中间层为电解质，密度介于阳极合金和铝之间，上层为精炼所得的高纯铝和阴极。
目前，三层液电解工艺普遍采用的整体断电更换电极方法(也称清转槽法)，采取断电后全部更换电极。但是，由于断电后精铝槽温度损失较大，一般在更换电极前对精铝槽进行温度补偿，在精铝槽添加电解质，通过提高电解质高度(提高精铝槽电压)来提高精铝槽温度，在清转时由于精铝槽温度损失较大，从而造成电耗成本的增加。清转过程因为处于断电过程，所以精铝槽产出为零。清转后24小时内精铝槽中温度变化剧烈，破坏精铝槽的生产工艺控制平衡，精铝液镁、钡等微量元素变化剧烈，造成精铝成分由Al99.996降级到Al99.99以下，这些成分变化后的精铝液无法正常供应至下游客户做精铝产品，造成了质量损失。并且三层液电解工艺中存在三层法精铝槽容量小、机械化水平低、能耗高、劳动生产率低等缺陷。
有鉴于此，本发明提出一种新的三层液电解槽更换电极的方法，通过分析电极电流变化情况，研究出新的更换电极技术，实现电耗成本降低，提升企业竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三层液电解槽更换电极的方法，针对整体断电更换电极方法存在一定量的电耗损失，同时影响精铝产出及质量的问题，开发出不断电更换电极技术，不影响精铝槽清转周期，降低清转作业的电耗损失，稳定实现不断电更换电极，不影响精铝槽的正常生产，同时避免更换电极带来的精铝质量波动。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种三层液电解槽更换电极的方法，所述的方法为：确定三层液电解槽中电极导电最差的电极后，更换新电极，对新电极进行数据监测；
其中，所述的更换电极过程中不断电。
进一步地，所述的方法中，根据三层液电解槽中电极的极液压降、等距离压降的数据，确定电极导电最差的电极。
再进一步地，所述的方法中，当三层液电解槽中电极不满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件时，即可进行更换。
再进一步地，所述的方法中，三层液电解槽中电极更换后满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件。
进一步地，所述的方法中，对新电极进行6小时以上的成分检测记录。
进一步地，所述的方法中，更换新电极期间，精铝液内各项元素保持平稳，波动不超过5ppm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、阴极不导电时间缩短，电流分布偏差降低。
2、改善三层精铝电解槽的热电磁流等物理场的分布，保证精铝电解槽的稳定性。
3、提高电流利用率，降低能量消耗，降低生产成本。
4、电解槽内铝液杂质元素成分上下偏差10ppm之间。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种三层液电解槽更换电极的方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种三层液电解槽更换电极的方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
下面将结合具体的实施例，对本发明一种三层液电解槽更换电极的方法做进一步的详细介绍：
本发明的技术方案为：
一种三层液电解槽更换电极的方法，所述的方法为：确定三层液电解槽中电极导电最差的电极后，更换新电极，对新电极进行数据监测；
其中，所述的更换电极过程中不断电。
优选地，所述的方法中，根据三层液电解槽中电极的极液压降、等距离压降的数据，确定电极导电最差的电极。
进一步优选地，所述的方法中，当三层液电解槽中电极不满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件时，即可进行更换。
进一步优选地，所述的方法中，三层液电解槽中电极更换后满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件。
优选地，所述的方法中，对新电极进行6小时以上的成分检测记录。
优选地，所述的方法中，更换新电极期间，精铝液内各项元素保持平稳，波动不超过5ppm。
本发明通过根据每日每台三层电解槽的极液压降、等距离压降测量数据，以达到分析电极电流变化情况，根据数据评估，对各项参数不满足工艺条件的电极卸下，安装新的导电情况好的电极，进行电极更换，安装完毕后，对新电极进行6小时以上的数据监测，确保电极更换成功，从而实现了不断电更换电极，达到降低吨铝电单耗成本的目的。
实施例1.
具体操作步骤如下：
(1)测量三层液电解槽，即精铝槽整体电极导电情况，确定电极导电最差的电极位置。
三层液电解槽中有12个电极，根据三层液电解槽中电极的极液压降、等距离压降的数据，确定电极导电最差的电极。当三层液电解槽中电极不满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件时，即可进行更换。
(2)准备天车、单钩吊具、新铝电极、扳手、石墨工具等，开始换极作业。
(3)天车至需要更换电极位置，使用专有吊具挂好需要更换的电极。
(4)松卡具，将需要更换电极槽罩门打开，敲开电极周围浮渣，用专用扳手松开电极卡具，指挥天车使用专有吊具吊起电极。
(5)挪出旧电极，将新电极调运至指定位置，放平放好。
(6)指挥天车调整电极高度，使阴极刚好与铝液液面接触，合上电极卡具，紧固电极卡具，确认紧固无误后，松开天车钢丝绳，卸下吊具。
更换新电极期间，精铝液内各项元素保持平稳，波动不超过5ppm。
(7)测量新电极极液、等距离压降情况，确认无误后(满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件)，工具归位，现场清扫干净，换极完毕。
(8)换极完毕后，在精铝槽内取铝样，做进行6小时以上的成分监测，并记录至生产记录中。
本发明中，涉及极液压降、等距离压降测量控制范围，是在理论基础上，通过大量数据验证得到的经验值。更换新电极期间不断电，精铝液内各项元素保持平稳，波动不超过5ppm。以下数据表中，列举了部分实验数据，以极液压降、等距离压降变化，以及精铝液产品质量情况变化反应电极更换成功情况，质量变化方面以镁元素(Mg)、铜元素(Cu)为直接反应对象，选取93#槽2020年12月份部分换极实验数据，具体数据如表1。
表1
Figure BDA0003037143610000051
结合表1中的数据，由12月1日的6号电极和12月11日的7号电极的更换结果可知，更换后不满足极液压降、等距离压降测量控制范围，会造成精铝液中元素的波动较大；由12月3日的7号电极、12月19日的2号电极和12月6日的3号电极的更换结果可知，更换后满足极液压降、等距离压降测量控制范围，精铝液中元素的波动较小，不超过5ppm。
精铝槽换极过程中不断电，之前采用整体更换电极，需要精铝槽断电操作，本次采用不断电更换电极的方法后，精铝电解槽电流分布更加均匀，磁场对铝液液面波动更小。
之前采用整体更换电极后，整体电极导电均匀，但电单耗、铝产量均有所损失。本次不断电换极，保证更换电极后，1)极液压降控制：控制电极与铝液液面间压降在100mv以下；2)等距离压降控制：控制电极等距离压降在5-10mv以内，单个电极导电不过强，区域内电极导电不过强。
前期采用整体断电更换电极，精铝槽内杂质微量元素变化较大。不断电更换电极后，避免了由于清转造成的精铝槽中精铝液镁、钡等微量元素的变化，避免了这部分质量损失。
以80KA单台三层精铝槽为例，现精铝槽正常清转周期为30-40天，一年需清转10-15次，原有断电整体更换电极技术需要每次每台槽清转时需断电30-60分钟，造成每年单台精铝槽由于清转会减少0.8吨精铝产量，产生清转电耗60000KWH。
采用不断电更换电极技术，则清转过程不需要断电，不需要通过提高槽电压来维持能耗，保证了精铝槽正常的生产产出，每台精铝槽年度节约电耗60000KWH，每年由于避免清转降低电耗335万度电，降低生产成本112万元。之前清转需进行精铝槽断电操作,断电后30-60分钟,精铝槽温度降低至700℃以下,清转完毕后送电后24小时内精铝槽中温度升高至750℃以上,精铝槽温度变化剧烈，破坏精铝槽的生产工艺控制平衡，精铝液镁、钡等微量元素变化剧烈，造成精铝成分由Al99.996降级到Al99.99以下，这些成分变化后的精铝液无法正常供应至下游客户做精铝产品，这部分质量损失单台槽每次约500kg，折合精铝售价约1.1万元。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种三层液电解槽更换电极的方法，其特征在于，所述的方法为：确定三层液电解槽中电极导电最差的电极后，更换新电极，对新电极进行数据监测；
其中，所述的更换电极过程中不断电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的方法中，根据三层液电解槽中电极的极液压降、等距离压降的数据，确定电极导电最差的电极。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述的方法中，当三层液电解槽中电极不满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件时，要进行更换。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述的方法中，三层液电解槽中电极更换后满足极液压降在100mv以下，等距离压降在5-10mv以内的工艺条件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的方法中，对新电极进行6小时以上的成分检测记录。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的方法中，更换新电极期间，精铝液内各项元素保持平稳，波动不超过5ppm。
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