CN206843600U - 一种制备高纯铝的联体‑多级铝电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备高纯铝的联体‑多级铝电解装置，其结构包括进电母线、双层液普铝电解槽、一级高纯铝电解槽、二级高纯铝电解槽、三级高纯铝电解槽、出电母线；该装置主体采用一台双层液铝电解槽与两台及以上的三层液铝电解槽的联体结构，进电侧为双层液铝电解槽，采用普通冰晶石‑氧化铝为原料，电解产物作为三层液铝电解一级高纯铝电解槽的原料，一级高纯铝电解槽阴极铝液作为二级高纯铝电解槽的原料，二级高纯铝电解槽阴极铝液作为三级高纯铝电解槽的原料，可以在一套联体‑多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%等四种品级的高纯铝产品，满足不同用户对不同纯度的产品的质量要求。

Description

一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置

技术领域

本实用新型涉及铝冶金、铝及铝合金熔铸领域，尤其涉及一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置。

背景技术

高纯铝由于具有很好的导电性、可塑性、光反射性、延展性和耐腐蚀性以及极低的导磁性，在以高科技为主导的当今社会里具有广泛的应用。在电子工业领域，高纯铝用于制作高压电容器铝箔、高性能导线、集成电路键合线、计算机外部记忆装置磁盘合金的基体。在航空航天领域用来开发制作离子帆。在交通领域用于高速轨道交通配制高性能合金，在高铁、磁悬浮体材料中得到大量的应用。在能源领域用于铝/空气电池的材料，同样质量的铝，其放电量为锌的4倍，可以提供更大的电化学功率。在光学应用方面用于车灯反射罩，天文望远镜铝反射器，大型天文望远镜的反光面。在化工、冶金工业用于制造耐腐蚀反应设备及储存容器，用作真空蒸发材料（镀膜靶材）和喷镀材料。

截止目前，高纯铝精炼工艺技术可以归结为三大类型：

直接净化法：在铝电解出铝过程或铝铸造前采用，用于去除铝中非金属固体夹杂、氢、钠夹杂物。该方法无法脱除金属中硅、铁杂质，铝产品的纯度一般不超过99.85%。

三层液电解精练法：是在三层液电解槽内，以金属铝为阳极合金，以氟盐为电解质，电解精炼得到精铝。最大缺点是铝的纯度一般不超过99.995%，电能消耗是原铝生产的130％。

偏析熔炼法：是将二元金属组成的液体缓慢冷却至略高于其最低熔点之上，使主体金属以较纯的固体晶体析出，而杂质元素富集于液体中，将液体与固体分离，达到提纯金属的目的。对溶质分配系数K值小于1的杂质，通过切去端头后所得金属铝就是提纯了的金属铝;当杂质的K大于1时，杂质集中在始端，将杂质富集的两端切去，中间部分就是精炼所得的金属铝。对所获得的精铝多次重复上述过程，即可得到纯度很高的铝。重复次数越多所获得的铝的纯度就越高。由于金属铝的化学性质非常活泼，整个过程都需要在保护气氛中进行，且生产的产能低，所获得的铝晶粒很大。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，该装置包括进电母线(2)、双层液普铝电解槽(3)、三层液一级高纯铝电解槽(4)、三层液二级高纯铝电解槽(5)、三层液三级高纯铝电解槽(6)、出电母线(7)、联体-多级高纯铝电解槽下槽体（8）；所述双层液普铝电解槽(3)由双层液铝电解槽阳极(3a)、双层液铝电解槽电解液区(3b)、双层液铝电解槽铝液区(3c)、普铝-一级高纯铝电解槽铝液联通通道(3d)组成；所述三层液一级高纯铝电解槽（4）由一级高纯铝电解槽阳极导流板(4a)、一级高纯铝电解槽阳极铝液区(4b)、一级高纯铝电解槽电解液区(4c)、一级高纯铝电解槽阴极铝液区(4d)、一级高纯铝电解槽碳素阴极(4e)、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液联通通道(4f)组成。所述三层液二级高纯铝电解槽（5）由二级高纯铝电解槽阳极导流板（5a）、二级高纯铝电解槽阳极铝液区(5b)、二级高纯铝电解槽电解液区(5c)、二级高纯铝电解槽阴极铝液区(5d)、二级高纯铝电解槽碳素阴极(5e)、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液联通通道(5f)组成；所述三层液三级高纯铝电解槽(6)由三级高纯铝电解槽阳极导流板(6a)、三级高纯铝电解槽阳极铝液区(6b)、三级高纯铝电解槽电解液区(6c)、三级高纯铝电解槽阴极铝液区(6d)、三级高纯铝电解槽碳素阴极(6e组成。

一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，联体-多级铝电解槽槽体(8)包括联体铝电解槽钢结构(8a)、联体铝电解槽碳素内衬(8b)、联体铝电解槽刚玉质耐火内衬(8c)、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙(3e)、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙（4g）、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙(5g)组成。联体铝电解槽钢结构(8a)作为电解槽整体支撑的骨架，碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙(3e)、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙（4g）、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙(5g)均为整体砌筑结构，作为铝液、电解液盛放的容器和电解工作区域。刚玉质耐火内衬(8c)作为双层液电解槽、三层液电解槽铝液区内衬，起到耐火、耐蚀、绝缘的作用，电解液区内衬采用耐氟盐腐蚀的碳素内衬(8b)。

根据上述装置，其特征在于，联体铝电解槽钢结(8a)、碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙(3e)、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙（4g）、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙(5g)将联体-分级铝电解槽槽体分隔成几个不同的区域，其中：碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙(3e)、双层液铝电解槽阳极(3a)、双层铝电解槽壳面（未标注）围成密闭第一区域(1A)，第一区域(1A)用于盛放双层铝电解槽电解液（3b1）和铝液（3c1），是进行普铝电解的场所；碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙(3e)、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙（4g）、一级高纯铝碳素阴极(3e)、人造炉帮（未标注）围成密闭第二区域(1B)，第二区域(1B)用于盛放一级高纯铝电解槽阳极液（4b1）、电解液（4c1）和一级高纯铝液（4d1），是一级高纯铝电解的场所；碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙（4g）、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙(5g)、二级高纯铝碳素阴极(5e)、人造炉帮（未标注）围成密闭第三区域(1C)，第三区域(1C)用于盛放二级高纯铝电解槽阳极液（5b1）、电解液（5c1）和一级高纯铝液（5d1），是二级高纯铝电解的场所；碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙(5g)、三级高纯铝碳素阴极(6e)、人造炉帮（未标注）围成的密闭第四区域(1D)，第四区域1D用于盛放三级高纯铝电解槽阳极液（6b1）、电解液（6c1）和一级高纯铝液（6d1），是三级高纯铝电解的场所。

根据上述装置，其特征在于，普铝-一级高纯铝电解区分隔墙(3e)的基座区域开设普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道(3d)并设置一级高纯铝电解槽阳极区电流导板(4a)。一级高纯铝-二级高纯铝电解区分隔墙(4g)的基座区域开设一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道(4f)并设置二级高纯铝电解槽阳极区电流导板(5a)。二级高纯铝-三级高纯铝电解区分隔墙(5g)的基座区域开设二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道(5f)并设置三级高纯铝电解槽阳极区电流导板(6a)。高纯铝电解槽阳极区电流导板一级高纯铝电解槽阳极导流板(4a)、二级高纯铝电解槽阳极导流板（5a）、三级高纯铝电解槽阳极导流板(6a)用于均布三层液电解区阳极区电流。

根据上述装置，其特征在于，普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道(3d)用于联通双层液普铝电解槽与一级高纯铝电解槽的阳极铝液区，使双层液普铝电解槽的电解铝液(3c1)可以通过普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道(3d)流入一级高纯铝电解槽的阳极铝液区(4b)。双层液普铝电解槽的电解铝液(3c1)通过连通器的原理与一级高纯铝电解槽的阳极铝液(4b1)联成一个整体。普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道(3d)既是铝液联通通道，也是电流由双层液普铝电解槽流入一级高纯铝电解槽的导电通道。冰晶石-氧化铝双层液普铝电解槽的电解产物(3c1)作为一级高纯铝电解槽的原料(4b1)。

根据上述装置，其特征在于，一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道(4f)用于联通一级高纯铝电解槽与二级高纯铝电解槽的阳极铝液区，使一级高纯铝电解槽的电解铝液可以通过一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道(4f)流入二级高纯铝电解槽的阳极铝液区(5b)。一级高纯铝电解槽的电解铝液(4d1)通过连通器的原理与二级高纯铝电解槽的阳极铝液区(5d1)联成一个整体。一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道(4f)既是铝液联通通道，也是电流由一级高纯铝电解槽流入二级高纯铝电解槽的导电通道。一级高纯铝电解槽的电解产物(4d1）作为二级高纯铝电解槽的原料(5d1)。

根据上述装置，其特征在于，二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道(5f)用于联通二级高纯铝电解槽与三级高纯铝电解槽的阳极铝液区，使二级高纯铝电解槽的电解铝液(5b1)可以通过二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道(5f)流入三级高纯铝电解槽的阳极铝液区(6b)。二级高纯铝电解槽的电解铝液5b1通过连通器的原理与三级高纯铝电解槽的阳极铝液区(6b)联成一个整体。二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道(5f)既是铝液联通通道，也是电流由二级高纯铝电解槽流入三级高纯铝电解槽的导电通道。二级高纯铝电解槽的电解产物(5b1)作为三级高纯铝电解槽的原料(6b1)。

一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，该装置主体采用一台双层液铝电解槽与两台及以上的三层液铝电解槽的联体结构。进电侧为双层液铝电解槽，采用普通冰晶石-氧化铝为原料，电解产物作为三层液铝电解一级高纯铝电解槽的原料。一级高纯铝电解槽阴极铝液(4d1)作为二级高纯铝电解槽(5)的原料，二级高纯铝电解槽阴极铝液(5b1)作为三级高纯铝电解槽(6)的原料，出电侧为三级高纯铝电解槽。

本实用新型提出的联体-多级铝电解装置的工作过程如下：

直流电由直流电源经由双层液铝电解槽进电母线(2)、双层液铝电解槽阳极(3a)进入双层铝电解槽电解液区(3b)，下料装置(3f)将待加工的氧化铝定量输送到电解液(3b1)中，溶入电解液中的氧化铝参与电解过程，在直流电的作用下电解成铝和氧或者二氧化碳，电解产物铝汇入槽底的阴极铝液(3c1)中。

双层液普铝电解槽的电解铝液(3c1)通过连通器的原理与一级高纯铝电解槽的阳极铝液(4b1)联成一个整体。铝液由双层铝电解槽(3)流入一级高纯铝电解槽(4)的阳极区(4b)，直流电流经由普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道(3d)流入一级高纯铝电解槽(4)，一级高纯铝电解槽阳极铝液(4b1)在电流作用下溶解、铝离子溶入一级高纯铝电解槽电解液(4c1)，并在一级高纯铝电解槽阴极铝液区(4d)析出，得到一级高纯电解铝液(4d1)。

一级高纯铝电解槽(4)的阴极铝液(4d1)通过连通器的原理与二级高纯铝电解槽(5)的阳极铝液(5d1)联成一个整体。铝液由一级高纯铝电解槽(4)流入二级高纯铝电解槽(5)的阳极区(5d)，直流电流经由一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道(4f)流入二级高纯铝电解槽(5)，二级高纯铝电解槽阳极铝液(5d1)在电流作用下溶解、铝离子溶入二级高纯铝电解槽电解液(5c1)，并在二级高纯铝电解槽阴极铝液区(5b)析出，得到二级高纯电解铝液(5b1)。

二级高纯铝电解槽(5)的阴极铝液(5b1)通过连通器的原理与三级高纯铝电解槽(6)的阳极铝液(6b1)联成一个整体。铝液由二级高纯铝电解槽(5)流入三级高纯铝电解槽(6)的阳极区(6b)，直流电流经由二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道 (5f)流入三级高纯铝电解槽(6)，三级高纯铝电解槽阳极铝液(6b1)在电流作用下溶解、铝离子溶入二级高纯铝电解槽电解液(6c1)，并在三级高纯铝电解槽阴极铝液区(6d)析出，得到三级高纯电解铝液(6d1)。

直流电流由三级高纯铝电解槽阴极出电母线(7)流出联体-多级铝电解槽。通过联体-多级铝电解槽电解可以在一套联体-多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%四种品级的高纯铝产品。

本实用新型采用普通冰晶石-氧化铝为原料，经过高纯铝联体-多级电解方法，可以一次制成纯度在99.9999%以上的高纯铝。本实用新型的联体-多级铝电解装置双层铝电解槽电解产品的纯度在99.70%以上，一级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.995%以上，二级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.9995%以上，三级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.99995%以上。可以在一套联体-多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%四种品级的高纯铝产品，满足不同用户对不同纯度的产品的质量要求。本实用新型在一套装置上，采用联体-多级电解方法生产产品，在电解过程中，不需要进行人工转运铝液作业，大大提高了生产效率，减少了人工转运环节对铝液的污染，提高了铝液的品质。与传统三层液电解装置相比，采用联体-多级电解装置可以减少散热面积，降低散热损失。特别是，该联体-多级电解装置上级电解槽铝液阴极与下级电解槽阳极铝液为一体式结构，电解槽内系列电流通过电解液→铝液→电解液→铝液的路径传递，单个电极可以降低铝-碳接触压降28mv，降低电极碳素压降102mv，降低碳-钢接触压降69mv，降低钢棒欧姆压降186mv，降低钢-铝接触压降13mv，降低铝母线-导杆欧姆压降38mv。综上所述，本联体-多级电解槽单个电极可以降低电阻压降436mv，一台联体-多级高纯铝电解装置上，六个电极可以降低欧姆压降2616mv，相当于吨铝节电7850kwh/tAl，经济效益非常显著。

附图说明

图1为联体-多级高纯铝电解槽结构示意图；

图2为联体-多级高纯铝电解槽槽体结构示意图；

图3为联体-多级高纯铝电解槽工作过程示意图。

具体实施方式

本实用新型所述的制备高纯铝的联体-多级铝电解装置是由进电母线2、双层液普铝电解槽3、三层液一级高纯铝电解槽4、三层液二级高纯铝电解槽5、三层液三级高纯铝电解槽6、出电母线7、联体-多级高纯铝电解槽下槽体8部分组成。联体-多级高纯铝电解槽结构示意图见图1。

本实用新型所述的双层液普铝电解槽3由双层液铝电解槽阳极3a、双层液铝电解槽电解液区3b、双层液铝电解槽铝液区3c、普铝-一级高纯铝电解槽铝液联通通道3d组成。

本实用新型所述的一级高纯铝电解槽4由一级高纯铝电解槽阳极导流板4a、一级高纯铝电解槽阳极铝液区4b、一级高纯铝电解槽电解液区4c、一级高纯铝电解槽阴极铝液区4d、一级高纯铝电解槽碳素阴极4e、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液联通通道4f组成。

本实用新型所述的三层液二级高纯铝电解槽5由二级高纯铝电解槽阳极导流板5a、二级高纯铝电解槽阳极铝液区5b、二级高纯铝电解槽电解液区5c、二级高纯铝电解槽阴极铝液区5d、二级高纯铝电解槽碳素阴极5e、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液联通通道5f组成。

本实用新型所述的三层液三级高纯铝电解槽6由三级高纯铝电解槽阳极导流板6a、三级高纯铝电解槽阳极铝液区6b、三级高纯铝电解槽电解液区6c、三级高纯铝电解槽阴极铝液区6d、三级高纯铝电解槽碳素阴极6e组成。

本实用新型所述的联体-多级铝电解装置的主体采用一台双层液铝电解槽与两台及以上的三层液铝电解槽的联体结构。进电侧为双层液铝电解槽，采用普通冰晶石-氧化铝为原料，电解产物作为三层液铝电解一级高纯铝电解槽的原料。一级高纯铝电解槽阴极铝液4d1作为二级高纯铝电解槽5的原料，二级高纯铝电解槽阴极铝液5b1作为三级高纯铝电解槽6的原料，出电侧为三级高纯铝电解槽。见图3。

本实用新型的联体-多级铝电解装置双层铝电解槽电解产品的纯度在99.70%以上，一级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.95%以上，二级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.9995%以上，三级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.99995%以上。可以在一套联体-多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%四种品级的高纯铝产品，满足不同用户对不同纯度的产品的质量要求。

本实用新型所述的联体-多级铝电解槽槽体8包括联体铝电解槽钢结构8a、联体铝电解槽碳素内衬8b、联体铝电解槽刚玉质耐火内衬8c、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙3e、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙4g、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙5g组成。联体铝电解槽钢结构8a作为电解槽整体支撑的骨架，碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙3e、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙4g、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙5g均为整体砌筑结构，作为铝液、电解液盛放的容器和电解工作区域。

本实用新型所述的联体铝电解槽钢结8a、碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙3e、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙4g、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙5g将联体-分级铝电解槽槽体分隔成几个不同的区域，其中：碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、分隔墙3e、双层液铝电解槽阳极3a、双层铝电解槽壳面（未标注）围成的密闭第一区域1A为普铝双层液铝电解区。碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙3e、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙4g、一级高纯铝碳素阴极3e、人造炉帮（未标注）围成的密闭第二区域1B为一级高纯铝电解区。碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙4g、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙5g、二级高纯铝碳素阴极5e、人造炉帮（未标注）围成的密闭第三区域1C为二级高纯铝电解区。碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙5g、三级高纯铝碳素阴极6e、人造炉帮（未标注）围成的密闭第四区域1D为三级高纯铝电解区。

本实用新型所述的装置，其特征在于，第一区域1A用于盛放双层铝电解槽电解液（3b1）和铝液（3c1），是进行普铝电解的场所；第二区域1B用于盛放一级高纯铝电解槽阳极液（4b1）、电解液（4c1）和一级高纯铝液（4d1），是一级高纯铝电解的场所。第三区域1C用于盛放二级高纯铝电解槽阳极液（5b1）、电解液（5c1）和一级高纯铝液（5d1），是二级高纯铝电解的场所。第四区域1D用于盛放三级高纯铝电解槽阳极液（6b1）、电解液（6c1）和一级高纯铝液（6d1），是三级高纯铝电解的场所。见图1、图2、图3。

刚玉质耐火内衬8c作为双层液电解槽、三层液电解槽铝液区内衬，起到耐火、耐蚀、绝缘的作用，电解液区内衬采用耐氟盐腐蚀的碳素内衬8b。

普铝-一级高纯铝电解区分隔墙3e的基座区域开设普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道3d并设置一级高纯铝电解槽阳极区电流导板4a。一级高纯铝-二级高纯铝电解区分隔墙4g的基座区域开设一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道4f并设置二级高纯铝电解槽阳极区电流导板5a。二级高纯铝-三级高纯铝电解区分隔墙5g的基座区域开设二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道5f并设置三级高纯铝电解槽阳极区电流导板6a。高纯铝电解槽阳极区电流导板，一级高纯铝电解槽阳极区电流导板4a、二级高纯铝电解槽阳极区电流导板5a、三级高纯铝电解槽阳极区电流导板6a用于均布三层液电解区阳极区电流。联体-分级铝电解槽槽体结构示意图见图2。

普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道3d用于联通双层液普铝电解槽与一级高纯铝电解槽的阳极铝液区，使双层液普铝电解槽的电解铝液3c1可以通过普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道3d流入一级高纯铝电解槽的阳极铝液区4b。双层液普铝电解槽的电解铝液3c1通过连通器的原理与一级高纯铝电解槽的阳极铝液4b1联成一个整体。普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道3d既是铝液联通通道，也是电流由双层液普铝电解槽流入一级高纯铝电解槽的导电通道。冰晶石-氧化铝双层液普铝电解槽的电解产物3c1作为一级高纯铝电解槽的原料4b1。

一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道4f用于联通一级高纯铝电解槽与二级高纯铝电解槽的阳极铝液区，使一级高纯铝电解槽的电解铝液可以通过一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道4f流入二级高纯铝电解槽的阳极铝液区5b。一级高纯铝电解槽的电解铝液4d1通过连通器的原理与二级高纯铝电解槽的阳极铝液区5d1联成一个整体。一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道4f既是铝液联通通道，也是电流由一级高纯铝电解槽流入二级高纯铝电解槽的导电通道。一级高纯铝电解槽的电解产物4d1作为二级高纯铝电解槽的原料5d1。

二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道5f用于联通二级高纯铝电解槽与三级高纯铝电解槽的阳极铝液区，使二级高纯铝电解槽的电解铝液5b1可以通过二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道5f流入三级高纯铝电解槽的阳极铝液区6b。二级高纯铝电解槽的电解铝液5b1通过连通器的原理与三级高纯铝电解槽的阳极铝液区6b联成一个整体。二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道5f既是铝液联通通道，也是电流由二级高纯铝电解槽流入三级高纯铝电解槽的导电通道。二级高纯铝电解槽的电解产物5b1作为三级高纯铝电解槽的原料6b1。

本实用新型提出的联体-多级铝电解装置的工作过程如下：

直流电由直流电源经由双层液铝电解槽进电母线2、双层液铝电解槽阳极3a进入双层铝电解槽电解液区3b，下料装置3f将待加工的氧化铝定量输送到电解液3b1中，溶入电解液中的氧化铝参与电解过程，在直流电的作用下电解成铝和氧或者二氧化碳，电解产物铝汇入槽底的阴极铝液3c1中。

双层液普铝电解槽的电解铝液3c1通过连通器的原理与一级高纯铝电解槽的阳极铝液4b1联成一个整体。铝液由双层铝电解槽3流入一级高纯铝电解槽4的阳极区4b，直流电流经由普铝-一级高纯铝电解槽铝液区联结通道3d流入一级高纯铝电解槽4，一级高纯铝电解槽阳极铝液4b1在电流作用下溶解、铝离子溶入一级高纯铝电解槽电解液4c1，并在一级高纯铝电解槽阴极铝液区4d析出，得到一级高纯电解铝液4d1。

一级高纯铝电解槽4的阴极铝液4d1通过连通器的原理与二级高纯铝电解槽5的阳极铝液5d1联成一个整体。铝液由一级高纯铝电解槽4流入二级高纯铝电解槽5的阳极区5d，直流电流经由一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液区联结通道4f流入二级高纯铝电解槽5，二级高纯铝电解槽阳极铝液5d1在电流作用下溶解、铝离子溶入二级高纯铝电解槽电解液5c1，并在二级高纯铝电解槽阴极铝液区5b析出，得到二级高纯电解铝液5b1。

二级高纯铝电解槽5的阴极铝液5b1通过连通器的原理与三级高纯铝电解槽6的阳极铝液6b1联成一个整体。铝液由二级高纯铝电解槽5流入三级高纯铝电解槽6的阳极区6b，直流电流经由二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液区联结通道5f流入三级高纯铝电解槽6，三级高纯铝电解槽阳极铝液6b1在电流作用下溶解、铝离子溶入二级高纯铝电解槽电解液6c1，并在三级高纯铝电解槽阴极铝液区6d析出，得到三级高纯电解铝液6d1。

直流电流由三级高纯铝电解槽阴极出电母线7流出联体-多级铝电解槽。通过联体-多级铝电解槽电解可以在一套联体-多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%四种品级的高纯铝产品。

本实用新型采用普通冰晶石-氧化铝为原料，经过高纯铝联体-多级电解方法，可以一次制成纯度在99.9999%以上的高纯铝。本实用新型的联体-多级铝电解装置双层铝电解槽电解产品的纯度在99.70%以上，一级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.995%以上，二级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.9995%以上，三级高纯铝电解装置高纯铝产品纯度在99.99995%以上。可以在一套联体-多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%四种品级的高纯铝产品，满足不同用户对不同纯度的产品的质量要求。本实用新型在一套装置上，采用联体-多级电解方法生产产品，在电解过程中，不需要进行人工转运铝液作业，大大提高了生产效率，减少了人工转运环节对铝液的污染，提高了铝液的品质。与传统三层液电解装置相比，采用联体-多级电解装置可以减少散热面积，降低散热损失。特别是，该联体-多级电解装置上级电解槽铝液阴极与下级电解槽阳极铝液为一体式结构，电解槽内系列电流通过电解液→铝液→电解液→铝液的路径传递，单个电极可以降低铝-碳接触压降28mv，降低电极碳素压降102mv，降低碳-钢接触压降69mv，降低钢棒欧姆压降186mv，降低钢-铝接触压降13mv，降低铝母线-导杆欧姆压降38mv。综上所述，本联体-多级电解槽单个电极可以降低电阻压降436mv，一台联体-多级高纯铝电解装置上，六个电极可以降低欧姆压降2616mv，相当于吨铝节电7850kwh/tAl，经济效益非常显著。

Claims (6)

1.一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，该装置包括进电母线、双层液普铝电解槽、一级高纯铝电解槽、二级高纯铝电解槽、三级高纯铝电解槽、出电母线、联体-多级高纯铝电解槽下槽体；所述的双层液普铝电解槽包括双层液铝电解槽阳极、双层液铝电解槽电解液区、双层液铝电解槽铝液区、普铝-一级高纯铝电解槽铝液联通通道；所述的一级高纯铝电解槽包括一级高纯铝电解槽阳极导流板、阳极铝液区、电解液区、阴极铝液区、碳素阴极、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽铝液联通通道；所述的二级高纯铝电解槽包括二级高纯铝电解槽阳极导流板、阳极铝液区、电解液区、阴极铝液区、碳素阴极、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽铝液联通通道；所述的三级高纯铝电解槽包括三级高纯铝电解槽阳极导流板、阳极铝液区、电解液区、阴极铝液区、碳素阴极。

2.根据权利要求1所述的一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，所述的联体-多级铝电解装置的主体采用一台双层液铝电解槽与两台及以上的三层液铝电解槽的联体结构，进电侧为双层液铝电解槽，采用普通冰晶石-氧化铝为原料，电解产物作为一级高纯铝电解槽的原料，一级高纯铝电解槽阴极铝液作为二级高纯铝电解槽原料，二级高纯铝电解槽阴极铝液作为三级高纯铝电解槽的原料，出电侧为三级高纯铝电解槽。

3.根据权利要求1所述的一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，联体-多级铝电解槽槽体包括联体铝电解槽钢结构、联体铝电解槽碳素内衬、联体铝电解槽刚玉质耐火内衬、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙，钢结构作为电解槽整体支撑的骨架，碳素内衬、刚玉质耐火内衬 、分隔墙均为整体砌筑结构，所述的刚玉质耐火内衬为电解槽铝液区内衬，电解液区内衬采用耐氟盐腐蚀的碳素内衬。

4.根据权利要求1所述的一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，碳素内衬、刚玉质耐火内衬、普铝-一级高纯铝电解区分隔墙、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙、双层液铝电解槽阳极围成的第一区域（1A）、第二区域（1B）、第三区域（1C）、第四区域（1D）依次为普铝双层液铝电解区、一级高纯铝电解区、二级高纯铝电解区、三级高纯铝电解区，第一区域（1A）用于盛放双层铝电解槽电解液和铝液，是进行普铝电解的场所；第二区域（1B）用于盛放一级高纯铝电解槽阳极铝液、电解液和一级高纯铝液，是一级高纯铝电解的场所；第三区域（1C）用于盛放二级高纯铝电解槽阳极铝液、电解液和一级高纯铝液，是二级高纯铝电解的场所；第四区域（1D）用于盛放三级高纯铝电解槽阳极铝液、电解液和一级高纯铝液，是三级高纯铝电解的场所。

5.根据权利要求1所述的一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，普铝-一级高纯铝电解区分隔墙、一级高纯铝电解区与二级高纯铝电解区分隔墙、二级高纯铝电解区与三级高纯铝电解区分隔墙的基座区域均开设铝液区联结通道并设置阳极区电流导板，阳极区电流导板用于均布三层液电解区阳极区电流；所述的普铝-一级高纯铝电解区分隔墙、一级高纯铝-二级高纯铝电解槽分隔墙、二级高纯铝-三级高纯铝电解槽分隔墙上均开设联结通道，用于联通上一级电解槽阴极铝液区与下一级电解槽的阳极铝液区，铝液联通通道也是电流由上一级电解槽流入下一级电解槽的导电通道。

6.根据权利要求1所述的一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置，其特征在于，该高纯铝的联体-多级铝电解装置采用普通冰晶石-氧化铝为原料，可以在一套联体-多级铝电解装置上，同时制备99.70%、99.995%、99.9995%、99.99995%四种品级的高纯铝产品。