一种制备高纯铝的联体‑多级铝电解装置及其使用方法与流程

本发明涉及铝冶金、铝及铝合金熔铸领域，尤其涉及一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置及其使用方法。

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等。在航空航天领域 用来开发制作等离子帆。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）和喷镀材料等。

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、钠等夹杂物。该方法无法脱除金属中硅、铁等杂质，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。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置及其使用方法。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种制备高纯铝的联体-多级铝电解装置及其使用方法，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）等部分组成；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）等部分组成；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）等部分组成。

根据上述装置，其特征在于，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）等部分组成。

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)、普铝电解区与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)等部分组成。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)、分隔墙(3e)、(4g)、(5g)等均为整体砌筑结构，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)、分隔墙(3e)、(4g)、(5g)等将联体-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）围成密闭区域(1A)；碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、分隔墙(3e)、分隔墙(4g)、一级高纯铝碳素阴极(3e)、人造炉帮（未标注）等围成密闭区域(1B)；碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、分隔墙(4g)、分隔墙(5g)、二级高纯铝碳素阴极(5e)、人造炉帮（未标注）等围成密闭区域(1C)；碳素内衬(8b)、刚玉质耐火内衬(8c)、分隔墙(5g)、三级高纯铝碳素阴极(6e)、人造炉帮（未标注）等围成密闭区域(1D)。

根据上述装置，其特征在于，(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；(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。(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。(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，双层液电解区与一级高纯铝电解区分隔墙(3e)的基座区域开设双层液-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)。一级高纯铝电解区与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)。二级高纯铝电解区与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(4a)、(5a)、(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，双层液-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。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。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。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-多级铝电解装置的使用方法，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。

本发明提出的联体-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%等四种品级的高纯铝产品。

本发明采用普通冰晶石-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。本发明的联体-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%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。本发明在一套装置上，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；

图4为联体-多级高纯铝电解槽槽体布置与电流走向示意图。

具体实施方式

本发明所述的制备高纯铝的联体-多级铝电解装置及其使用方法，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等部分组成。联体-多级高纯铝电解槽结构示意图见图1。

本发明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等部分组成。

本发明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等部分组成。

本发明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等部分组成。

本发明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等部分组成。

本发明所述的联体-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、普铝电解区与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等部分组成。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、分隔墙3e、4g、5g等均为整体砌筑结构，作为铝液、电解液盛放的容器和电解工作区域。

本发明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、分隔墙3e、4g、5g等将联体-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、分隔墙3e、分隔墙4g、一级高纯铝碳素阴极3e、人造炉帮（未标注）等围成的密闭区域1B为一级高纯铝电解区。碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、分隔墙4g、分隔墙5g、二级高纯铝碳素阴极5e、人造炉帮（未标注）等围成的密闭区域1C为二级高纯铝电解区。碳素内衬8b、刚玉质耐火内衬8c、分隔墙5g、三级高纯铝碳素阴极6e、人造炉帮（未标注）等围成的密闭区域1D为三级高纯铝电解区。

本发明所述的装置，其特征在于，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；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。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。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。

双层液电解区与一级高纯铝电解区分隔墙3e的基座区域开设双层液-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。一级高纯铝电解区与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。二级高纯铝电解区与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4a、5a、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。

双层液-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。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。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。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。

本发明所述的联体-多级铝电解装置的使用方法为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。

本发明提出的制备高纯铝的联体-多级铝电解装置及其使用方法，其电解槽的焙烧、启动过程包括：

（1）烘炉：采用传统燃料、传统方法，包括粉煤、燃气、燃油或者阳极气体等烘烤联体-多级铝电解槽下部槽体炉衬，烘炉采用还原气氛。烘炉温度为250-1100℃，保温时间72h。

（2）灌铝：待槽膛温度达到250-1100℃，待刚玉质炉衬4c温度达到700-880℃，向联体-多级铝电解槽槽膛1A、1B内灌入品级为99.70%以上的铝液，灌入的铝液量超过铝液联通通道3d以上50mm；向联体-多级铝电解槽槽膛1C、1D内灌入品级为99.95%以上的铝液，灌入的铝液量超过铝液联通通道5f以上50mm。随炉冷却铝液，待铝液凝固，上表面温度降低到550-650℃即进行高温装炉作业。

（3）装炉：按工艺位置要求在双层铝阴极铝3c1上部安放阳极3a，在阳极四周均匀铺设氟化铝、氟化钠、冰晶石、电解质块、槽达（碳酸钠）、氟化钙、氟化镁、氧化铝等物料。在一级高纯铝电解槽阳极铝4b1上部安放碳素阴极4e，四周铺设冰晶石，上部安设人造炉帮。在二级高纯铝电解槽阴极铝5b1上部安放碳素阳极5e，四周铺设冰晶石，上部安设人造炉帮。在三级高纯铝电解槽阳极铝6b1上部安放碳素阴极6e，四周铺设冰晶石，上部安设人造炉帮。

在双层铝普铝电解槽阳极3a与二级高纯铝电解槽阳极铝液5d1之间安装分流片和分流钢带。在二级高纯铝电解槽阴极5b1与联体-分级铝电解槽出电母线7之间安装分流片和分流钢带。

（4）通电焙烧：根据双层铝普铝电解槽阳极3a、一级高纯铝阴极4e、二级高纯铝阳极5e、三级高纯铝阴极6e温度上升情况，分阶段拆除分流片和分流钢带，待阳极3a、阴极4e、阳极5e、阴极6e温度上升至400-960℃，阳极3a、阴极4e、阳极5e、阴极6e周围冰晶石、电解质块熔化，电解液联通，电解槽具备启动条件。

（5）联体-多级铝电解槽启动：分别向双层铝普铝电解槽3、一级高纯铝电解槽4、二级高纯铝电解槽5、三级高纯铝电解槽6中灌入液体电解质，电解槽中液体电解质高度超过阳极导流板上沿50mm，向双层铝普铝电解槽3阳极四周、阳极中缝添加氧化铝-氟化铝混合料，向一级高纯铝电解槽4、二级高纯铝电解槽5、三级高纯铝电解槽6阳极或者阴极四周添加洁净的冰晶石。随后，开始提升阳极3a、阴极4e、阳极5e、阴极6e，进行效应启动，各单体槽效应电压2-45V，每次效应时间控制在2-50minutes之间。

效应期间，视普铝电解槽3、一级高纯铝电解槽4、二级高纯铝电解槽5、三级高纯铝电解槽6阳极或者阴极四周物料熔化情况，及时补充电解质块、冰晶石、氧化铝物料。利用高温效应、提升普铝电解槽3、一级高纯铝电解槽4、二级高纯铝电解槽5、三级高纯铝电解槽6电解液水平、构建槽四周炉帮。随后，普铝电解槽3、一级高纯铝电解槽4、二级高纯铝电解槽5、三级高纯铝电解槽6逐次转入启动后期管理，逐步转入正常电解维护工艺条件。普铝电解槽3、一级高纯铝电解槽4、二级高纯铝电解槽5、三级高纯铝电解槽6可以分开独自焙烧、独自启动，其启动与后期维护、管理制度与前述同时启动相同。

（6）双层铝普铝电解槽3电解、加料：电解采用传统冰晶石-氧化铝电解质体系，电解质组分包括：氟化铝、氟化钠、冰晶石、氟化钙、氟化镁、氯化钠、氯化钾，氯盐占电解质质量百分比10%-60%之间，电解质中氟盐分子比控制在1.5-2.6之间。以氧化铝为原料，采用点式下料方法，下料量严格控制不得产生炉底沉淀，根据电解槽电流效率、依据法拉第定理计算电解槽产铝量，反推计算氧化铝的下料量。

本发明提出的制备高纯铝的联体-多级铝电解装置及其使用方法的工作过程如下：

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%等四种品级的高纯铝产品。

本发明采用普通冰晶石-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。本发明的联体-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%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。本发明在一套装置上，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。