CN1409777A - 一种运行电解电池的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用以减少从Hall－Hèroult型电池向环境空气排放处理气体的方法与装置。电池包括一个带有可打开以提供，尤其是，通向电池的阳极用的盖的阳极上层结构(1′)。阳极上层结构包括一个供除去处理气体用的抽气系统，在电池正常工作期间调节此抽气系统以除去标准化量的处理气体。设计此抽气系统以便当打开阳极上层结构的盖时除去更多量的处理气体。本发明的一个实施例包括一个位于阳极上层结构内并有助于改善阳极上层结构内气流型式的垂直隔壁(10′)。

Description

一种运行电解电池的方法与装置

本发明涉及Hall-Hèroult型电解电池的运行。更精确地说，本发明涉及改进的处理气体控制以及在维修电池期间限制处理气体排放进车间大气中。

Hall-Hèroult型电解电池的上面部分通常包含一个阳极上层结构它由几个盖和一个包括抽气系统的外壳组成的。还可附带一些辅助装置，例如一个带有插孔的阳极梁、表层破碎器与一个供上层结构内投配原材料用的系统。为了使阳极上层结构尽可能气密，构造几个设计用于分离车间大气与处理气体的盖。这些盖的任务是保持/增加与给定的抽气有关的阳极上层结构内的负压。这将导致处理气体被输入阳极上层结构并依赖于系统设计或多或少地被输出至收集通道。在恒定的抽气量下，必须选定系统的尺寸以便打开盖时限制处理气体向车间大气的排放，目的在于使工作环境的空气质量不致太差。

通过本发明，可以达到改善的气体收集，尤其是联系到为维护性能而打开盖，在正常运行期间抽气量不必很高。通过调节抽气量使得当盖打开时抽气量增加，相对于现有技术达到了节约，因为当盖打开时，通过使抽气扇恒定地“超负荷”运行，在电解电池中维持需要水平的收集是昂贵的，要纯化的气体量变得不必要地高。此外，现有技术的不适宜的气流模式意味着即使抽气量增加处理气体也能从阳极上层结构逸出。

本发明涉及从电解电池抽出处理气体的改进，从而可避免现有技术的缺点。而且，本发明包括改进阳极上层结构内的气流型式，这意味着即使在减小的抽气量下也有可能得到改善的抽气状况。

下面将使用实例与附图描述本发明，其中：

图1表示在带有两个抽气孔的阳极上层结构内的气流矢量图，

图2表示在带有两个抽气孔与一个气流导向器的阳极上层结构内的气流矢量图，

图3表示使用根据本发明的抽气系统的详细情况。

图1表示一个阳极上层结构1它具有：侧面2、3，一个向下的面向电解液容器(未显示)的底部6，一个带有抽气孔4、5的顶部7，与气体收集罩8、9。

抽气系统或更精确地说是阳极上层结构上的气体通道可划分为两个通到一个最好沿车间壁布置的收集通道的独立系统(右/左)。每个系统有两种工作方式，一个正常方式与一个强迫方式。正常抽气的规模依赖于电解电池的电流，而强迫抽气的规模可以是“标准化”量的正常抽气的三倍。虽然阳极上层结构上的气体收集系统可划分为两个独立的部分，但它有一个共同的特性，即整个系统在由电解电池的保护程度规定因而通常由盖设计与孔面积规定的同一压力容器内工作。

侧面2、3可包括一个或多个提供进入阳极上层结构内部的入口的可拆卸盖(未显示)。当从阳极上层结构拆去一个或多个盖以便对电池执行手动工作时，流入的空气将比已在阳极上层结构(炉室)内的空气冷得多。冷空气将落下，产生称为“冷潜入”的现象。由于总是施加于炉室的抽气作用，空气将通过有最小阻力的地方即通过已拆去盖的孔流动。计算表明所有抽出空气的80％以上占用通过外壳上的孔的有最小阻力的通路。

流入的冷空气将落下并扫过阳极碳与阳极(未显示)上的覆盖材料，因而在被加热同时将同处理气体混合。由于冷空气在落下时加速，其速率将增大因而进入的空气将流到炉室的对面。在这里它(冷潜入空气)将遇到已从对面吸入的空气因而大部分来自外壳上的孔的空气将被迫向上而进入抽气系统。现已被加热并同处理气体混合的剩余气体将通过如图1中表示的建立在电池内的大循环气流型式返回至已拆去盖的一面。

从图1中表示的气流型式可看到上面提到的“冷潜入”在气体进入并下落到电池内的地方产生一个真空。这，与电池内产生的气流型式相结合，将导致在电池的气体收集罩8的下面或沿面建立一个沿相反方向(离开阳极上层结构)的速度矢量。由于电池内的大循环气流，产生的真空被热处理气体填充。图1中表示的气流型式的结果是能把处理气体压出阳极上层结构并逸至车间大气中，与此相关的是增大的顶部排放和操作者在处理气体中相当增加的暴露。通过强迫或增加与打开一个或多个盖有关的抽气量，根据本发明将可能减少排放至车间大气的处理气体量。

图2表示一个根据本发明的阳极上层结构1′，此上层结构包括侧面2′、3′，一个向下面向电解液容器(未显示)的底部6′，一个带有抽气孔4′、5′的顶部7′，以及气体收集罩8′、9′。侧面2′、3′可包括一个或多个提供进入阳极上层结构内部的入口的可拆卸盖(未显示)。此外，阳极上层结构还包括一个中央气流导向器10′。

通过引入一个具有大致垂直的隔壁形式、由例如10mm厚的钢板(St37钢)制成的且从隔壁的下边缘至电解液容器内的阴极表面的给定距离为例如1000mm、而且它还如同一个覆盖从阳极上层结构的一端至另一端区域的最大的盖的气流导向器，将可能在阳极上层结构内建立一个改变的、较佳的气流型式。气流导向器10′将导致关于为进一步处理而可能从阳极上层结构至抽气系统除去/排泄处理气体的急剧改变。与执行对电解电池的手动工作有关的工作环境将得到改善。炉室中央的气流导向器10′的位置在离阴极的基础合适距离处，因此电解液上面的表层使它能起到如同一个处理气体的气流导向器的作用，且在对必须打开侧盖的电池执行手动工作的情况下它是特别重要的。

当更换碳或与从阳极上层结构拆去最多3个盖从而开动强迫抽气的程序有关时，装在炉室中央的隔壁将起到一个气流导向器的作用，其中由于“冷潜入”而在隔壁下面流动的通过气体被在对面工作的抽气4′捕获。在相关的热气体返回输送而在拆去盖的侧面上的气体收集罩处产生过压的情况下，将不再可能保持如图1中表示的这样大循环气流型式。在盖被拆去的侧面上，抽气将在几乎理想的条件下工作而气体将占用最小阻力的通路，即进入阳极上层结构然后直接向上进入气体通道。由于冷气体比热气体重，在同一侧面上的“冷潜入”与抽气将一起工作并产生一个被引入阳极上层结构且最大的平行于气体收集罩8′(水平气体收集罩)的速度矢量。此现象大体上由图2中的矢量指示来表示。

利用装在电池中央的这样一个气流导向器，相对于没有气流导向器的情况；能以较低的总抽气量较容易地保持外壳内的负压。为了使系统按计划工作，在阳极上层结构的已拆去盖的侧面上的阳极吊架(未显示)周围的气体收集罩处或下面的负压必须为一定规模，例如大于3-4Pa，以便把处理气体保持在外壳内。在装有气流导向器的情况下，向车间大气的排放减少从而将改善工作环境且作为一个系统的抽气将工作得更好。

也可以另一种方式建立气流导向器。例如，可把输送氧化物、氟化物等的料斗与其它装置放置在阳极上层结构内，这些料斗与装置适于，从流动观点来看，它们将起到与输送处理气体从阳极经过表层与覆盖材料至抽气系统有关的气流导向器的作用，它负责把气体进一步输送至例如进行净化或氟还原。这可通过在物理上把炉室划分为两个独立部分的装置来实现，每个部分与一个导向收集通道的抽气系统连接。阳极上层结构内部的这种划分可通过下述装置加以改进：沿带有一个向下的面向电解液容器的合适开口的炉室的全长整个地构成一个密封壁，以便形成一个相当于上述气流导向器的物理隔壁。为建立这样一个隔壁，可使用密封元件例如板等(未显示)密封料斗与其它装置之间的任何通路。

图3表示使用根据本发明的抽气系统的详细情况。此图表示根据图1与图2的阳极上层结构20、21、22、23、24的一部分。如图中表示，阳极上层结构21备有两个分别与出口连接件27、28连接的抽气通道25、26。这两个连接件分别与支路33、35和34、36连接。支路35与36接至供正常抽气用的收集通道29，而支路33与34接至供强迫抽气用的通道30。通道30可用于给定数量的阳极上层结构。在此通道的末端内安装一个抽气风扇31并有一个接至收集通道的出口。此外，可布置一个与支路连接的三路阀(图中未显示，分别装在每个出口连接件27、28与支路33、35和34、36之间的过渡位置上)。

抽气系统工作如下：

正常工作期间，处理气体从电解电池抽出经过阳极上层结构21与出口连接件27、28然后经过支路35与36而直接进入收集通道29。在这种情况下，三路阀起关断通向支路33、34的气流的作用。如果打开阳极上层结构上一个或两个或更多个盖，抽气风扇31开动并通过支路33与34抽取处理气体，结果使通过出口连接件27、28抽取气体的流速与体积增加，例如达到正常抽气量的三倍。在此情况下，没有处理气体通过支路35与36，因为当风扇31在工作中时它们被三路阀关断。可修改构成强迫抽气的主要元件的抽气风扇31与通道30使它们合适地适用于要求数量的电池。

Claims (7)

1.一种用以从电解电池，尤其是Hall-Hèroult型电解电池除去处理气体的方法，其中电池包括一个阳极上层结构，阳极上层结构带有几个可打开以供，尤其是，通向电池阳极用的盖，且其中阳极上层结构还包括一个供除去处理气体用的抽气系统，抽气系统被调节以在电池正常运行期间除去标准化量的处理气体，

其特征在于抽气系统设计成当阳极上层结构的盖打开时更多量的处理气体被除去。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于处理气体以这样的方式抽取，使得在阳极上层结构中气流模式被初始化为使得向周围空气的散发受到限制。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于气流模式被初始化为使得阳极上层结构中通过一个孔进入的空气主要从阳极上层结构除去，而不返回孔所在的区域。

4.供电解电池，尤其是Hall-Hèroult型电解电池用的装置，包括一个带有侧面2、3的阳极上层结构，它带有可打开的盖，端壁，一个向下的面向电解液容器的底部6，与一个连接在电池工作期间供连续抽出处理气体用的抽气系统的顶部(7)，

其特征在于该抽气系统包括至少一个且优选为两个抽气孔，该抽气孔沿电池的纵向延伸，该抽气系统包括用于尤其当一个或多个盖打开时增加被抽取的处理气体的量的装置。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于阳极上层结构包括一个沿电池纵向从阳极结构的顶部朝电解液容器向下延伸的内部垂直壁。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于垂直壁安装在电池顶部的各抽气孔之间。

7.根据权利要求5的装置，其特征在于垂直壁部分地包括处理设备，例如一个(或几个)用于输送氧化物与/或氟化物的料斗。

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