Celdas electrolíticas para aluminio con bloques catódicos de carbono con estructura heterotípica.

Una celda electrolítica de aluminio con bloques catódicos de carbono perfilados,

que comprende: una caja para lacelda (1), un ánodo de carbono, un revestimiento interno de carbono en el fondo, y materiales refractarios y aislantestérmicos (3) proporcionados entre el revestimiento interno de carbono en el fondo y la caja de la celda, elrevestimiento interno de carbono en el fondo está compuesto de una pluralidad de bloques catódicos de carbono (4),en donde la dirección longitudinal del bloque catódico de carbono es perpendicular a la dirección longitudinal de lacaja de la celda,

cada bloque catódico de carbono comprende una parte conectora en el extremo inferior del bloque catódico decarbono y la parte protuberante en el extremo superior del bloque catódico de carbono, la parte conectora estáformada integralmente con la parte protuberante, las partes conectoras de los bloques catódicos de carbonoadyacentes están conectados por compactación de las pastas de carbono, y se forman surcos que se extienden en ladirección longitudinal del bloque catódico de carbono entre las partes protuberantes adyacentes de los bloquescatódicos de carbono, caracterizado porque

cada parte protuberante del bloque catódico de carbono comprende 2-8 porciones protuberantes las cuales estáncolocadas a intervalos predeterminados en la dirección longitudinal del bloque catódico de carbono para formar entrelas porciones protuberantes adyacentes una ranura que se extiende en la dirección longitudinal de la caja de la celda,y

la altura del aluminio fundido en la celda electrolítica desde la superficie superior de las porciones protuberantes esaproximadamente de 30-200mm después que se genera el aluminio.

Celdas electrolíticas para aluminio con bloques catódicos de carbono con estructura heterotípica Campo de la invención La presente invención se refiere al campo técnico de la electrólisis de aluminio, más en particular, a una celda electrolítica de aluminio para producir aluminio a través de un proceso de electrólisis de sal fundida.

Antecedentes de la invención Actualmente, el aluminio puro industrial se produce principalmente por un proceso de electrólisis en sal fundida de criolita y alúmina. Un dispositivo dedicado usualmente empleado en el proceso anterior incluye una celda electrolítica cuyo interior está forrado con materiales de carbono. Los materiales refractarios y ladrillos aislantes térmicos se proporcionan entre una caja de acero y un revestimiento de carbono de la celda electrolítica. El revestimiento de carbono dentro de la celda electrolítica se estructura generalmente mediante la colocación de ladrillos de carbono (o bloques) hechos de antracitas o materiales de grafito o el compuesto de estos, que tiene una mejor corrosividad anti-sodio o anti-electrolítica. Las pastas de carbono fabricadas de los materiales de carbono anteriores se compactan en una junta entre los ladrillos o bloques. Una barra de acero se dispone en el fondo de los bloques de carbono en el fondo de la celda electrolítica y se extiende fuera de la caja de la celda de electrólisis. Tal barra de acero se refiere usualmente a una barra del cátodo de acero de la celda de electrólisis. Un ánodo de carbono fabricado de coque de petróleo se suspende por encima de la celda de electrólisis. Una barra guía del ánodo fabricada de metal se dispone encima del ánodo de la celda de electrólisis, a través de la cual se conduce la corriente. El aluminio fundido y la fusión del electrolito de criolita y alúmina que tiene una temperatura entre 940970 °C se proporcionan entre el cátodo de carbono y el ánodo de carbono de la celda de electrólisis. El aluminio fundido y el electrolito se funden el uno con el otro, y la densidad del aluminio es más grande que la del electrolito que se funde, por lo tanto, el aluminio se pone en contacto con el cátodo de carbono por debajo del electrolito que se funde. Cuando se conduce una corriente directa desde el ánodo de carbono de la celda electrolítica y se conduce fuera del cátodo de carbono de esta; ya que el electrolito se funde es un conductor iónico, la criolita fundida con alúmina se hace reaccionar electroquímicamente en el cátodo y el ánodo. En consecuencia, se lleva a cabo una reacción en la que el oxígeno producido por el ion de transporte de oxígeno se descarga en el ánodo y reacciona con el carbono del ánodo de carbono, y el electrolito resultante de la reacción en forma de CO2 se escapa de la superficie del ánodo. El ión portador de aluminio se descarga en el cátodo con el fin de obtener tres electrones para generar aluminio metálico. Esta reacción del cátodo se lleva a cabo en la superficie del aluminio fundido dentro de la celda electrolítica. La distancia entre los electrodos se refiere a la distancia entre la superficie del cátodo y la superficie inferior del ánodo de carbono dentro de la celda electrolítica. Típicamente, en la celda electrolítica de aluminio industrial, la distancia entre los electrodos dentro de la celda electrolítica es de 4-5 cm. La distancia entre los electrodos generalmente es un parámetro técnico crucial en la producción electrolítica industrial de aluminio, la distancia entre los electrodos con un valor demasiado alto o demasiado bajo impondrá gran influencia a la producción electrolítica de aluminio.

Más específicamente, la distancia entre los electrodos con valor demasiado bajo puede aumentar una reacción secundaria entre el aluminio metálico fundido desde la superficie del cátodo hacia el electrolítico que se funde y el gas del ánodo, por lo que la eficiencia de la corriente se reduce.

La distancia entre los electrodos con valor demasiado alto puede aumentar el voltaje de la celda dentro de la celda electrolítica, por lo que se incrementa el consumo de energía de la corriente directa de la producción de aluminio por electrólisis.

Para la producción de aluminio por electrólisis, se desea que la celda electrolítica tenga la eficiencia de corriente más alta y el consumo de energía más bajo, durante la electrólisis de aluminio, el consumo de energía para la corriente directa puede ser presentado por la siguiente fórmula:

W (kilowatt-hora/ton de aluminio) = 2980 * Va/CE

En donde el Va es un voltaje promedio de celda (V) dentro de la celda electrolítica, CE es la eficiencia de corriente de la celda electrolítica (%) .

Se puede observar de la fórmula anterior, que el objetivo de reducir el consumo de energía para la producción de aluminio por electrólisis se puede materializar mediante el aumento de la eficiencia de la corriente de la celda electrolítica y la reducción del voltaje de celda promedio dentro de la celda electrolítica.

La distancia entre los electrodos de la celda electrolítica es un proceso importante y un parámetro técnico para determinar la magnitud del voltaje de la celda. Para la celda electrolítica industrial convencional existente, el voltaje de la celda se reduce a aproximadamente 35-40 mV mediante la reducción de 1 mm de distancia entre los electrodos, por lo tanto, se puede observar a partir de la fórmula (1) , que mientras que la eficiencia de la corriente de la celda electrolítica no se reduce, el consumo de energía de corriente continua para la producción de aluminio por electrólisis puede disminuir más de 100 kilovatio-hora por tonelada de aluminio. Por lo tanto, se puede observar que reduciendo la distancia entre los electrodos se beneficia ventajosamente el consumo de energía para la producción de aluminio por electrólisis bajo la circunstancia de que la eficiencia de la corriente no se afecte. Típicamente, la distancia entre los electrodos de las celdas electrolíticas del aluminio industrial es aproximadamente 4.0-5.0cm, que se mide llevando el cable de arrastre de acero frío desde la celda electrolítica después que el cable de arrastre de acero frío que tiene un gancho de aproximadamente 15 mm verticalmente extendido hacia el electrolito fundido de la celda electrolítica y se engancha hacia arriba en la elevación superior del fondo del ánodo en aproximadamente 1 min. Es decir, la distancia es la que existe entre la superficie de aluminio fundido y la elevación superior del fondo del ánodo que se obtiene por el uso de la interfase entre el aluminio y el electrolito. Obviamente, tal distancia no es la distancia real entre los electrodos de la celda electrolítica debido a que la superficie de aluminio fundido es ondulada o fluctúa cuando la superficie de aluminio fundido dentro de la celda electrolítica se somete a la fuerza electromagnética dentro de la celda electrolítica o el gas del ánodo se escapa del ánodo.

Se puede encontrar en la literatura que la altura de la cresta de la onda de la superficie del aluminio fundido en el cátodo de la celda electrolítica es de aproximadamente 2.0 cm. Si el aluminio fundido en la celda electrolítica no es ondulado, la celda electrolítica puede realizar la producción por electrólisis cuando la distancia entre electrodos es de 2.0 a 3.0 cm. Por lo tanto, el voltaje de la celda puede reducirse a 0.7-1.0 V, por lo que se puede lograr el objetivo de ahorrar el consumo de energía de la celda electrolítica de 2000 a 3000 kilovatio-hora/ton de aluminio. En base a estos fundamentos, varios tipos de celdas electrolíticas catódicas de drenaje aéreo tipo TiB2/C sin aluminio fundido ondulado en el cátodo se han desarrollado y puesto en los experimentos industriales, la intensidad de la corriente más alta de celdas electrolíticas catódicas de drenaje aéreo tipo TiB2/C se alcanza a 70 KA, la densidad de corriente catódica se alcanza a 0.99A.cm-2, y el consumo de energía es de 1280 kilovatio-hora/ton de aluminio. Sin embargo, de acuerdo con la información obtenida de la Sexta Conferencia Internacional técnica de Electrólisis de Aluminio en Australia, tal experimento sólo se pone a prueba durante 70 días. No hay más información acerca tales experimentos y aplicaciones desde el experimento mencionado anteriormente hace 8 años.

De acuerdo con el resultado experimental para la celda electrolítica catódica de drenaje aéreo tipo TiB2/C auto-calentada 1350-2000 soportada por Fondo de China de Ciencias Naturales, tal celda electrolítica tiene un defecto inesperado. Es decir, el sobre voltaje del cátodo de la celda electrolítica catódica de drenaje aéreo de tipo TiB2/C es demasiado alto, es decir, más alto que lo normal de aproximadamente 0.5 v. Aunque los fundamentos y mecanismos de los... [Seguir leyendo]

1. Una celda electrolítica de aluminio con bloques catódicos de carbono perfilados, que comprende: una caja para la celda (1) , un ánodo de carbono, un revestimiento interno de carbono en el fondo, y materiales refractarios y aislantes térmicos (3) proporcionados entre el revestimiento interno de carbono en el fondo y la caja de la celda, el

revestimiento interno de carbono en el fondo está compuesto de una pluralidad de bloques catódicos de carbono (4) , en donde la dirección longitudinal del bloque catódico de carbono es perpendicular a la dirección longitudinal de la caja de la celda, cada bloque catódico de carbono comprende una parte conectora en el extremo inferior del bloque catódico de carbono y la parte protuberante en el extremo superior del bloque catódico de carbono, la parte conectora está

formada integralmente con la parte protuberante, las partes conectoras de los bloques catódicos de carbono adyacentes están conectados por compactación de las pastas de carbono, y se forman surcos que se extienden en la dirección longitudinal del bloque catódico de carbono entre las partes protuberantes adyacentes de los bloques catódicos de carbono, caracterizado porque cada parte protuberante del bloque catódico de carbono comprende 2-8 porciones protuberantes las cuales están colocadas a intervalos predeterminados en la dirección longitudinal del bloque catódico de carbono para formar entre las porciones protuberantes adyacentes una ranura que se extiende en la dirección longitudinal de la caja de la celda, y la altura del aluminio fundido en la celda electrolítica desde la superficie superior de las porciones protuberantes es aproximadamente d.

3. 200mm después que se genera el aluminio.

2. La celda electrolítica de aluminio que tiene bloques catódicos de carbono perfilados de la reivindicación 1 en donde la porción protuberante comprende una porción superior y una porción inferior, y en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del bloque catódico de carbono, la anchura de la porción inferior es mayor que la anchura de la porción superior,

polvos o bultos peletizados fabricados d.

3. 70% de alúmina en polvo .

70. 30% de criolita en polvo se rellenan entre los huecos formados entre las porciones inferiores de las partes adyacentes protuberantes de los bloques catódicos adyacentes de carbón 3. La celda electrolítica de aluminio que tiene bloques catódicos de carbono perfilados de la reivindicación 1 en donde los polvos o bultos peletizados fabricados d.

3. 70% de alúmina en polvo .

70. 30% de criolita en polvo se rellenan entre los huecos formados entre las secciones inferiores de las partes adyacentes protuberantes de los bloques catódicos adyacentes de carbono.