[0001] 以铝作为阴极的铝电解槽阴极，涉及以冰晶石一氧化铝熔体为电解质、熔盐法生产铝电解槽的改进。

[0002] 目前，常规电解铝生产是以冰晶石一氧化铝熔体为电解质，以碳为阳极，以液体铝、阴极炭块、阴极钢棒组成的阴极体系为阴极，通直流电流，在阳极析出CO2气体，在阴极析出液体铝。按照目前的技术，生产1t金属铝约须消耗15000kw·h电(综合交流电耗)，在铝电解940-960℃的工艺条件下，铝电解的能量利用效率不足36％(将阳极碳耗折合为电耗)。在传统铝电解槽电流由阳极流经电解液、铝液，从阴极流出。阳极压降、极间电阻压降(包括电解液、铝液)、阴极压降高是造成铝电解能量利用效率低的重要原因。

[0003] 在铝电解槽电阻压降中，阴极压降约占电阻压降的20％，铝电解槽的阴极由槽内铝液层和阴极炭块组组成，阴极压降由槽内铝液层压降、铝碳接触压降、炭块压降、碳钢接触压降、钢棒压降等部分组成，见图1。在电解槽投入使用的初期(投产一年左右)，阴极压降随电解槽使用时间的延长，有逐渐降低的趋势(随阴极炭块石墨化程度提高而降低)。投产2-3年的电解槽，阴极压降保持相对稳定。以后，随着电解槽使用时间的延长，阴极压降有逐渐升高的趋势。

[0004] 传统铝电解槽的阴极炭块组的炭块与导电钢棒之间产生碳-钢接触压降，炭块电压降、碳-钢接触压降随槽龄增加而先降后升。电解铝液与炭块之间的接触界面电压降受炉底结壳状态影响有较大的波动。以某型铝电解槽为例，在炉底无结壳的情况下，电解铝液与炭块之间的接触界面电压降在20-28mv之间，炭块电压降为102mv，新槽期间的碳-钢接触压降为69mv，钢棒压降为186mv。新槽期间的钢棒电压降约占炉底电压降的48.8％。特别是，阴极炭块组中的碳-钢接触压降随着槽龄的增加而增大，究其原因是由于：电解槽在使用过程中，槽内电解液通过阴极炭块向底部渗透，渗透出的电解液在碳-钢接触部位冷却，形成不导电的固体电解质层，使碳-钢接触压降急剧上升，见图2。在传统电解槽阴极炭块上，易于形成氧化铝沉淀，传统铝电解槽炭块阴极上形成的蜂窝状沉淀，阴极炭块上形成的氧化铝沉淀，受电解槽冷热状态影响而发生变化，沉淀可以是糊状、板壳状或者蜂窝状，糊状、板壳状沉淀可以使槽电压升高400mv-900mv，蜂窝状沉淀不仅使阴极炉底压降增加，还能形成以铝为阳极、以阴极炭块为阴极的微电池，在微电池的阳极上生成氧化铝、在阴极上生成碳化铝，炭块阴极上生成的氧化铝沉淀，增大电解铝电耗、降低铝电解电流效率，所生成的氧化铝、碳化铝造成电解铝液污染，见图3。

[0005] 综上所述，由铝液和阴极炭块组组成阴极的传统结构的铝电解槽，阴极钢棒电压降约占炉底压降的49％，极大地增加了铝电解的电耗；在电解槽使用过程中，渗透出的电解液在碳-钢接触部位形成不导电的固体电解质层，使碳-钢接触压降急剧上升，增大铝电解电耗；在阴极炭块上形成的氧化铝沉淀，不仅使阴极炉底压降增加，还能形成以铝为阳极、以阴极炭块为阴极的微电池，生成的氧化铝、碳化铝，增大电解铝电耗、降低铝电解电流效率，同时造成电解铝液污染。发明内容

[0006] 本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效消除铝-碳接触压降、炭块电阻压降、碳-钢接触压降、钢棒电阻压降，降低铝电解电耗，提高铝电解电流效率的以铝作为阴极的铝电解槽阴极。

[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现的。

[0008] 以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其特征在于其阴极的结构包括：

[0009] 电解槽体，该电解槽体为由耐火-保温材料构成的凹形槽体；在电解槽体上部边缘设有槽帮；

[0010] 阴极隔墙，该隔墙为各设置在铝电解槽体的两端头槽帮内、与电解槽体侧槽帮内壁固接的两个隔墙，隔墙底部与铝电解槽体的下底间设有底通道；阴极隔墙与铝电解槽体端头槽帮内壁形侧通道；

[0011] 阴极母线，该阴极母线由阴极隔墙与铝电解槽体端头槽帮内壁形侧通道进入电解槽体。

[0012] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其特征在于其阴极隔墙由电解槽体由里向外方向，依次由炭块和耐火-保温材料构成，其炭块下部砌有氧化铝陶瓷砖，用于阻断电解槽内水平电流。

[0013] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其特征在于设有阴极隔墙的两端头的铝电解槽体的槽帮为向外的、断面为“L”的槽帮。

[0014] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，是“一种以铝作为阴极的铝电解方法”的专利申请的专用电解槽阴极。铝电解生产时，铝电解槽可采用常规阳极系统、下料系统、粉尘净化系统，也可以采用炉外配料的加料方法，由于以无阴极炭块-无钢棒-无硼化钛涂层的铝液作为阴极，代替钢棒-炭块组阴极，消除了传统铝电解槽存在的阴极炭块上的氧化铝沉淀和蜂窝状微电池缺陷，在电解生产过程中，不存在炉底沉淀生成的氧化铝、碳化铝对电解铝液污染的问题。附图说明

[0015] 图1为已的技术的传统铝电解槽阴极炭块组示意图；其图中，1为阴极炭块组。

[0016] 图2为已的技术的传统铝电解槽阴极钢棒与炭块之间的固体绝缘电解质层示意图；其图中，1g为钢棒与炭块之间的固体绝缘电解质层。

[0017] 图3为已的技术的传统铝电解槽炭阴极上形成的蜂窝状沉淀示意图；1h为阴极炭块上形成的蜂窝状微电池。

[0018] 图4为本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极的结构示意图；其图中，2为电解槽体，2a为电解液层，2b为上层铝液，2c为纯铝阴极，2d为氧化铝陶瓷砖，2f为侧部炭块，2g为侧部耐火-保温层，2h为阴极出电母线，2i为阴极母线槽，2j为底部耐火-保温层，2k为联通通道。

[0019] 图5为本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极结构A-A刨面示意图；其图中，3为阴极结构A-A剖面，3a为人造炉帮，3c为纯铝阴极，3d为氧化铝陶瓷砖，3f为侧部炭块，3g为侧部耐火-保温层，3h为阴极出电母线，3i为阴极母线槽。

[0020] 具体实施方式

[0021] 以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其阴极的结构包括：

[0022] 电解槽体2，该电解槽体为由耐火-保温材料构成的凹形槽体；在电解槽体上部边缘设有槽帮3a；

[0023] 阴极隔墙由侧部耐火-保温层2g、侧部炭块2f组成，该隔墙为各设置在铝电解槽体的两端头槽帮内、与电解槽体侧槽帮内壁固接的两个隔墙，隔墙底部与铝电解槽体的下底间设有底通道2k；阴极隔墙与铝电解槽体端头槽帮内壁形侧通道；

[0024] 阴极母线2h，该阴极母线由隔墙底部的底通道2k进入电解槽体。

[0025] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其阴极隔墙由电解槽体由里向外方向，依次由炭块2f和耐火-保温材料2g构成，其炭块下部砌有氧化铝陶瓷砖2d。

[0026] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，其设有阴极隔墙的两端头的铝电解槽体的槽帮为向外的、断面为“L”的槽帮。

[0027] 使用时，采用电解槽底部的铝液作为阴极进行铝电解；其电解槽底部的铝液与阴极母线联通为一个整体，构成铝电解槽的阴极系统。

[0028] 在铝电解槽的两端头内侧设有与电解槽侧壁固接有隔墙，隔墙底伸入铝液、与电解槽底形成铝液下部通道，隔墙与铝电解槽的两端头内壁形铝液侧通道，阴极母线在铝液侧通道中与铝液接触；其隔墙炭块下部砌有氧化铝陶瓷砖的作用是阻断侧部炭块与纯铝阴极之间的水平电流，增加铝液的安静性能，提高电流效率。

[0029] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，针对传统电解槽存在的阴极钢棒压降高、钢棒和炭块之间易于形成固体电解质绝缘层、阴极炭块上易于形成氧化铝沉淀和蜂窝状微电池，生成的氧化铝、碳化铝，增大电解铝电耗、降低铝电解电流效率等不足，以纯铝铝液阴极代替钢棒-炭块组组成的阴极；以纯铝铝液阴极代替钢棒-炭块阴极的好处是：降低新槽期间的炉底压降95％以上。以某型电解槽为例，降低铝-碳接触压降24mv(20-28mv)、炉底钢棒压降186mv、炭块压降102mv、碳-钢接触压降69mv为例计算，吨铝降低电耗1234kw·h；消除了碳-钢界面形成固体电解质绝缘层，使电解槽在整个寿命期内，炉底压降始终维持在极低的水平，极大地降低铝电解电耗。

[0030] 本发明的以铝作为阴极的铝电解槽阴极，以纯铝阴极代替钢棒-炭块组阴极，消除了传统铝电解槽存在的阴极炭块上的氧化铝沉淀和蜂窝状微电池缺陷，在电解生产过程中，不存在炉底沉淀生成的氧化铝、碳化铝对电解铝液污染的问题。

[0031] 阴极出电母线安放在隔墙与阴极母线槽2i构成的侧部通道内，母线槽与下层铝液之间通过联通通道2k联为一体。母线槽和联通通道中的铝液为固态，当电解槽的热平衡发生变化时，联通通道4k中的铝液在固态、半固态、液态之间转化，此时，纯铝阴极通过溢流和补缩确保从纯铝阴极→联通通道→阴极出电母线4h之间的出电回路畅通，保证电解过程连续进行。

[0032] 与传统铝电解槽相比，以铝液代替传统的炭块-钢棒复合阴极,消除了铝-碳接触压降、炭块电阻压降、碳-钢接触压降、钢棒电阻压降，以某型传统铝电解槽为例，降低炉底压降381mv，相当于降低吨铝电耗1234kw·h，相当于铝电解产业全年降低电耗384亿度；消除了因电解液渗透形成的固体电解质绝缘层，使电解槽在整个寿命期内，炉底压降始终维持在极低的水平，极大地降低铝电解电耗；消除了因炉底沉淀引起的氧化铝、碳化铝对电解铝液的污染，降低电解铝电耗、提高了铝电解电流效率，具有很高的经济价值和社会效益。