冰晶石-氧化铝熔盐电解炼铝方法自1888年用于工业生产以来,随着铝电解生产技术的不断发展、能源成本的不断上涨和环境保护要求的日趋严格,电解槽的结构和容量也发生了重大变化,并不断地向大型化、自动化发展,其中最为明显的是阳极结构的变化。其阳极结构的改进顺序大致是:小型预焙阳极—侧部导电自焙阳极—上部导电自焙阳极—大型不连续及连续预焙阳极—中间下料预焙阳极。
铝电解槽可按阳极结构和电流的不同进行分类:
自焙阳极电解槽是在电解槽槽壳上部支撑一个钢制框套(称阳极框套),将阳极糊加入框套中,插入阳极棒,导入直流电。阳极糊靠电解过程中自身产生的热量,焙烧成坚固的块状,故命名为自焙阳极电解槽。阳极棒从阳极侧部插入的叫侧插棒式自焙阳极电解槽,简称侧插槽或旁插槽。阳极棒从阳极顶部插入的叫上插棒式自焙阳极电解槽,简称上插槽。由于环保的限制和机械化程度不高、电耗又较高,现在自焙阳极电解槽已停止发展。同时,由于电极工业的高度机械化可制造大型预焙阳极炭块,所以,自2000年开始取消小型预焙阳极电解槽,现在只能看到现代化大型预焙阳极电解槽。
预焙阳极电解槽是先把阳极糊用成形机(振动或挤压)制成块状,预先在焙烧炉中焙烧好,再与铝导杆、钢爪等构件组装成阳极组(或叫阳极块);然后,直接挂在电解槽的阳极母线上来进行生产,这样的铝电解槽简称预焙槽分为边部加工(下料)预焙阳极电解槽和大型中部加工(下料)预焙阳极电解槽,后者为目前铝电解生产电解槽的主流。
中部下料预焙阳极电解槽是采用点式下料器,每台电解槽有3~6个打壳下料装置,定期向槽中加料,具有保持工艺条件稳定、保持电解质中氧化铝浓度稳定的优点;电解槽上部结构简单,便于密闭和大型化;容易实现生产操作机械化和自动化,是一种具有较高电流效率、低能耗、高产量、高劳动生产率的槽型;同时,由于使用预先制备好的阳极炭块,生产中烟尘少,便于采用干式净化回收,有利于环境保护。
这类电解槽的技术创新点主要表现在如下几方面:
(1)采用大面多点进电方式,阴极母线采用非对称性母线配置,以抵消相邻列电解槽的磁场影响;
(2)采用窄加工面技术、单围栏槽壳和双阳极大阳极炭块六钢爪结构,一方面可以节省电解槽的材料用量,降低投资,同时还能提高相应的生产指标;
(3)氧化铝输送系统采用全密闭的浓相和超浓相输送技术,该系统结构简单、能耗低、无污染;
(4)采用干法净化技术,用氧化铝吸附含氟烟气,往大气排出的烟气应达到国家环保排放标准。因此,现在国内外新建电解槽都采用中间点式下料预焙阳极电解槽。
中部下料预焙阳极电解槽的直流电从架在电解槽上部的阳极母线,通过阳极棒或铝导杆导入阳极,经过电解质进入阴极(槽底),从阴极棒汇集到阴极母线,再送到下一台电解槽的阳极上,所以电解车间的电解槽是串联的。串联的槽数随车间规模从几十台到几百台不等,以至招电解车间有时长达1000m以上。