第一讲 电解工艺及设备

离子与阳极化合成二氧化碳或一氧化碳，从电解槽逸出。因此
阳极逐渐消耗。 铝电解通入直流电的目的是一方面用它的热能将冰晶石融化， 并保持一定电解温度，另一方面主要也是要在两极实现实现电 化学反应，也就是要在两极实现电化学反应。
电解车间电解槽排布
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3.2.2高温熔盐电解炼铝法发展过程
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焙烧和组装工序。下面就预焙阳极生产工艺及设备进行阐述。
原料:铝电解预焙炭素阳极的生产原料包括阳极主体组分（又称骨料） 和粘接剂两大部分。
预焙阳极的制备工艺及设备
预焙阳极的制备工艺及设备
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回转窑的生产流程
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1.1 概述
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铜、铅、锌、铝等有色金属经过电解工序得到要求的纯金属的冶炼过程。 电解工序有两种方法： 电解精炼法（简称电解法）电解法采用可溶阳极，阳极是消耗品 电解沉积法（简称电积法）电积法采用不可溶阳极，阳极不是消耗品。 金属铝生产主要采用熔盐电解法， 既在电解槽中以冰晶石----氧化铝熔体为电解质，通入直流电，在碳素 阳极及阴极的参与下，电解质发生电化学反应而产生出液态铝。 电解（Hall-Heroult）炼铝法的典型特点之一是阳极属于消耗性阳极
（也称为轮窑）等，对于当前规 模化、集团化生产的企业，采用 多室环式焙烧炉比较合算。
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24 室两系统示意图
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火焰系统布置示意图 ( 依据 8 室运转为例 )
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1.4 电解用碳素阳极概述
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碳素阳极分类
铝用炭素阳极材料可分为阳极糊和预焙阳极炭块两大类。阳极糊未经焙烧，直接 用在自焙铝电解槽上作阳极；阳极炭块已经成型和焙烧，，用于预焙铝电解槽作 阳极。阳极材料分类如图
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预焙电解槽与自焙电解槽
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电解槽发展
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自焙阳极电解槽优点： 1） 自焙阳极可以连续工作而不必更换； 2） 利用电解槽热量焙烧阳极,节省能量； 3）不需建压型、焙烧、组装设备,节省投资。 缺点：1）沥青烟直接在电解槽上部散发,环境污染严重,
第一讲 电解工艺及设备
主讲人：刘桂琴
辽宁省机械研究院
第一章 电解工艺及设备
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1.1 概述 1.2 电解工艺 1.3 电解槽设备分类 1.4 电解用碳素阳极概述 1.5 碳素阳极制备技术 1.6 积放式悬挂输送机
本 章 主 要 内 容
2)
烟气净化和自动化操作困难；
3)自焙阳极横截面积的局限限制了电解槽容量的提高； 4)阳极操作比预焙阳极复杂,阳极电阻率较高,电耗较大.
预焙阳极电解槽优点：
操作比较简单,阳极电压降比自焙阳极低,易于实现机械化、自动化, 消除了电解过程中 的沥青烟害,有利于电解槽向大容量方向发展. 缺点：制造阳极炭块需经过成型、焙烧工序,阳极组装工段成本高,投资也远 糊生产的投资. 大于阳极
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碳素混捏锅
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滑称式振动成型生产线
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十字翻转式
1.6积放式悬挂输送机
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设备作用 积放式悬挂输送机(简称悬链)是阳极组装生产线的空中输
送设备,之所以称为积放式是因为吊运残极承载小车可以
停积在轨道上,也可以随时放走。从电解槽上换下的残极 在装卸站被挂到悬链吊挂的小车上,以12 m/min速度沿着 悬链运行到不同作业站进行处理,最后在装卸站下线成为 合格产品
碳素阳极组
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阳极炭块 导杆与钢爪
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阳极块的生产流程：原料煅烧、配料、混捏、成型、焙烧、组装。 先将石油焦进行高温煅烧，以除去其中的挥发分，煅烧后焦经破碎、 筛分、磨粉后，按一定的粒度组成（粗、中、细）配成干料，再与一 定量的沥青混捏成糊状；制成所需要的块，经冷却后由输送机送至炭
筛分及配料
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（一）破碎 1、目的：将煅后焦进一步破碎（破碎粒径小于12mm），使其满足配料的要求。 2、设备：见破碎机（表一）
（二） 筛分
1、目的：将破碎后的煅后焦分成不同粒级，以符合科学配料的要求。 2、筛分设备：一般在炭素厂多使用震动筛，此外还有回转筛、摇摆筛等。
电解质清理设备
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铝导杆校直机
辽宁省机械研究院
1.2 电解工艺
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1.2.1电解工艺流程图
1.2.1铝电解生产流程
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电解法生产金属铝所用主要设备是电解槽 电解槽由阳极和阴极组成。 阴极是一个长方形金属外壳，底部铺砌保温砖和耐火砖绝热， 耐火砖上面铺以炭块，炭块中间插一钢棒并伸出壳体外，并与 阴极母线连接。阳极是用碳素（石油焦）粉粒作骨料，用沥青 做粘结剂混捏成糊经冷却制成块状阳极。
生产规模以及在自动化程度上均取得了突飞猛进的发展；尤其在近30年间，铝电 解生产的电流效率由 80％多提高到现在最高水平的96%，电解直流电耗由过去的 16000多kWh/吨铝降低到现在的13000kWh/吨铝以下；在生产规模方面，铝电解槽 由几仟安培的规模扩大到现在的320KA，甚至500KA。一个多世纪以来，工业铝电 解槽经历了由小型预焙阳极电解槽、侧插式自焙阳极电解槽、上插式自焙阳极电 解槽到大型预焙阳极电解槽的发展阶段；在自动化控制程度上，成功地开发出了

铝电解生产过程是： 直流电从架在电解槽上部的阳极母线3，通过阳极铝导杆
导入阳极6，经过电解质进入阴极，从阴极棒9汇集到阴极母线，
再送到下一下一台的阳极上，所以电解车间的的电解槽是串联 的，阳极浸在电解质中，与阴极保持一定距离（约40mm）该距 离叫极距。当有电流通过时便对溶解在电介质中的氧化铝 （AI2O3）进行电解。三价铝离子沉积在阴极（底槽）上，氧
电解反应消耗为原有高度的25%左右时， 为了避免钢爪熔化，就必须将旧的一组 阳极炭块吊出，用新的炭块组替换。取 出的炭块称为“残极”。 预焙阳极的操作主要有吊出殘极，清理 殘极，新炭块组组装，安装新炭块组等。
由于预焙阳极操作简单，没有沥青烟害，
易于实现机械化、自动化，可使电解槽 大型化，和获得高效益，因此国内外新 建大型铝厂多采用此种阳极。
以阳极糊为主体所构成的连续自焙阳极可以连续工作而不必更换，其 利用电解槽热量焙烧阳极，节省能量，不需建压型、焙烧设备、节省投 资。但由于沥青烟直接在电解槽上部散发，环境污染严重，给铝电解生 产烟气净化和自动化操作带来困难，此外自焙阳极横截面积的局限限制 了电解槽容量的提高，阳极操作比预焙阳极复杂，阳极电阻率较高，电 耗较大。 以阳极炭块为本体构成的预备阳极操作比较简单，阳极电压降比自焙 阳极低，易于实现机械化、自动化，且消除了电解过程中的沥青烟害，
控制精度高、系统鲁棒性好、具有明显的增产节能效果的电解过程控制系统。全
世界年铝产量由二十世纪初期的6000吨/年发展到二十世纪末期的2000多万吨/年。 这些进展可以说是基于人们对于高温熔盐电解炼铝法的基本原理有了更加深入的 了解和认识。
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吨铝： 氧化铝2吨； 冰晶石 24kg 炭阳极500kg 直流电耗： 15000kWh/吨铝
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电解铝厂平面布置图
1.2.2高温熔盐电解炼铝法发展过程
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高温熔盐电解炼铝法是 1886年由美国的Hall和法国的Heroult发明炼铝的基本方
法，高温熔盐电解炼铝法发展到现在，铝电解工业无论在工艺技术水平，还是在
焙烧工艺及设备
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焙烧工艺 焙烧工艺因炉型不同而有所区别，但基本工序包括：装炉、点火升温、
保温、冷却、出炉、清砂、检测。
上述工序都不难理解，只是对清砂工序稍作解释。 在炭素阳极被焙烧的过程中，因粘接剂沥青的软化，有可能使炭素阳
极变形，因此，在生块入炉时，在其周围缝隙中填满一些细颗粒的炭
1.3 电解槽设备及分类
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电解槽分类：
电解槽由于阳极的成型方法不同，也有不同名称，即自焙阳极电解槽和预焙阳 极电解槽 自焙阳极电解槽，是在电解槽槽壳上部一个钢制框套，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，焙烧成坚硬 的块状。故名自焙阳极电解槽。阳极棒插入的方向不同派生出侧插、和和上插 槽。 预焙阳极电解槽，是先把阳极糊用成型机（振动或挤压）制成块状，预先在焙 烧炉中焙烧，再与导杆、钢爪等构件组成阳极组，然后直接挂在电解槽的阳极 母线上。
有利于电解槽向大容量方向发展。但是，制造阳极炭块需经过成型、焙
烧工序，工艺流程长，成本高，投资也远大于阳极糊生产的投资。
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铝电解预焙阳极由预先焙制的阳极炭块、 导杆及钢爪等组成。 预焙阳极多为间断式。每组阳极可使用
18—28天（换极周期）。当阳极炭块被
素填充料（称其为焙砂）来支撑阳极，同时，填充料还可以阻止炭块 与空气接触，以免在高温焙烧过程中被空气氧化。在阳极焙烧完毕出
炉时，阳极表面会附着一些填充料颗粒，须对其进行清除才能成为最
终的焙烧熟块。
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焙烧设备
铝用炭素阳极的焙烧设施有隧道
窑、导焰窑和多室环式焙烧炉
块库，由堆垛天车堆放暂存，或经该机直接放到另一输送机上送至焙
烧车间，经焙烧炉用多功能机组装入焙烧炉进行焙烧；再由机组从焙
烧炉取出焙烧后的阳极炭块经输送机送入炭块库存放或运送到阳极组
装车间。
1.5 碳素阳极制备技术
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对于自焙阳极和预焙阳极，他们的制备技术基本一致，所不同 的是预焙阳极的制备流程比自焙阳极要长，增加了阳极成型、
（三）破碎设备
破碎筛分 破碎和筛分是指将煅烧石油焦破碎,按照配方要求筛分和磨粉分成 不同粒级的料,装入各自的料仓内的过程 .破碎机械通常用鄂式、对辊、锤击、反击等形式的破碎机.磨粉通常采用球 磨机、雷蒙磨等. （四）配料
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