一种铝电解槽槽外配料加料装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝电解领域，尤其涉及一种铝电解槽槽外配料-加料装置与方法。
【背景技术】
[0002] 铝在国民经济与国防建设中具有极其重要的地位，氢是唯一能大量溶于铝熔体中 的气体，铝液凝固析出氢所产生的气孔、疏松等缺陷，直接影响铸锭性能和制品质量，妨碍 制品的加工性能，是退火处理铝合金中气泡缺陷原因。Al 2〇3夹杂破坏铝基体连续性、降低基 体强度，恶化铝材塑性加工性能，降低铝材耐腐蚀性能和抗断裂韧性，为疲劳裂纹萌生提供 核心(参见贺永东、张新明的论文《电解工艺对电解铝液质量的影响研究》）。
[0003] 电解铝液中氧化铝夹杂含量一般在1%_2%，贵铝实测电解铝液中含氢量平均为 0.34ml/100gAl，目前，直接利用高温电解铝液生产铸坯的工艺已经得到广泛应用，电解过 程中产生的氢和氧化夹杂物对铝熔体的污染，成为影响铝熔体冶金质量的主要根源(参见 贺永东的论文《铝及铝合金中氢和氧化夹杂的冶金遗传》）。
[0004] 铝电解过程定时向电解槽中补充Al2〇3物料，受电解液溶解能力的限制，加入的 ai2〇3仅有一部分迅续溶解人电解液中，来不及溶解的ai2〇 3或沉降在电解液一铝液界面上， 或沉淀到槽底，见图1。因为加料量超过了饱和ai2〇 3浓度，电解液一铝液界面上ai2〇3含量远 大于电解液层，部分A1 20进入铝液中污染电解铝液，氧化铝加料是导致铝液析氢、增杂的重 要原因（贺永东、张新明、陈明安的论文《电解铝液中Al 2〇3夹杂物的形成机理》）。
[0005] 生产It金属铝约须消耗1.93t氧化铝，砂状Al2〇3对水份和HF具有很强的吸附性能。 资料显示，α-Α?2〇3灼减值可以达至1」4.4%，结晶水需在300~1100°C范围内排除。根据氧化铝 浓相输送抽样检测数据：山东铝业自用氧化铝含水量(〇. 2 - 0.3) % ;南山铝业氧化铝平均 含水量为(〇. 3 - 0.4) % ;神火铝电集团氧化铝含水量为(0.3 - 0.5) %。国内AI2O3供应缺口 大，由海运进口的Al2〇3实际含水量达到（1.0 - 2.0) %左右，某铝业公司对进口Al2〇3进行检 测，曾经检出的最大含水量高达4.8 %。国标GB/T 24487-2009规定，电解铝所用的AI2O3酌减 0.8% -1.0 %。国标GB/T 4292-2007规定，氟化铝含水量不超过7.0 %。按一级料测算，氟化 铝带入电解槽水份约为:2.55Kg/tAl，冰晶石带入电解槽水份约为1.5Kg/t A1。载氟氧化铝 是利用ai2〇3作为吸附剂，对电解所产生的烟气进行干法净化后所获得的氧化铝(参见贺永 东的论文《铝及铝合金中氢和氧化夹杂的冶金遗传》）。干法除氟的反应原理为：
[0006] 表1.电解液-铝液界面及槽底沉淀物中的Al2〇3份数 Γηηητ?
[0008] Al2〇3+6HF^2AlF3+3H2〇----------------(1)
[0009] 由表2可知:载氟氧化铝平均含水量2.80 %。经测算:生产一吨铝，各种原料携带水 份分别为:Al2〇3为34.4kg/tAl，A1F3为2.55kg/tAl，冰晶石为:0.15kg/tAl。考虑处理效应带 入的水量〇. 8kg/tAl，原材料带入电解槽的水份总量为37.9kg/tAl，其中：14.23kg/tAl水份 进入电解液，1 〇. 23kg/tA1水份参加电解反应。参与电解过程的水份，在阳极析出C〇2，阴极 析出氢(参见贺永东、张新明的论文《电解铝液中氢形成机理探讨》）：
[0010] 表2典型载氟氧化铝化学成份分析：（wt % )
[0011]
[0012] 通电：C+2H20 = 4[H]+C〇2------------(2)
[0013] 生产It电解铝液析氢量为2.046kg H2/tAl。
[0014] 综上所述，加料沉淀造成铝液污染，氧化铝、氟化盐等原料加料带入电解槽的水 分，参与铝电解过程并产生氢，是电解铝液中氢的主要来源。
【发明内容】
[0015] 本发明针对现有技术中的缺点，提供提供一种铝电解槽槽外配料加料装置与方 法。
[0016] 本发明采取如下技术方案：
[0017] -种铝电解槽槽外配料加料装置，其特征在于，所述配料加料装置包括电解液配 料罐(6)、高氧化铝电解液储料罐（15)、阳极气体集气罩(3);所述阳极气体集气罩(3)的顶 部通过阳极气体输送管(4)连接到安装于所述电解液配料罐(6)上的阳极气体燃烧装置(5) 的进气口；所述电解液配料罐(6)的顶部安装有氧化铝料箱（9)、二氧化碳气体回收装置 (10)和烟气余热及氟尘回收装置(8)，所述电解液配料罐(6)的上部侧壁通过低氧化铝电解 液输送管（11)连接到电解槽内；所述高氧化铝电解液储料罐(15)通过电解液转流管（14)与 所述电解液配料罐(6)的连接，并且所述高氧化铝电解液储料罐（15)通过高氧化铝电解液 输送管（17)连接到电解槽内；安装在电解槽的槽罩(19)上的粉尘输送管(20)接入所述电解 液配料罐(6)。
[0018] 根据上述配料加料装置，其特征在于，所述低氧化铝电解液输送管（11 )、低氧化铝 电解液循环栗（12)内部均衬有隔热材料和石墨碳素材料，外部包覆保温材料;所述电解液 配料罐(6)、电解液转流管（14)、高氧化铝电解液储料罐(15)内衬均为碳素石墨内衬。
[0019] -种使用上述装置进行配料加料的方法，其特征在于，所述方法包括:定时抽取铝 电解槽中经过电解消耗贫化的电解液，经由所述低氧化铝电解液输送管（11)、低氧化铝电 解液循环栗（12)输送至所述电解液配料罐(6)中；所述氧化铝料箱(9)将氧化铝料按照氧化 铝配料要求输送至烟气余热及氟尘回收装置(8)，活性氧化铝回收烟气预热、吸附烟尘中含 氟气化物，含氟粉尘，获得载氟氧化铝，经过预热的载氟氧化铝被加入待配料的电解液中， 经过进一步加热-升温、熔化、溶解，获得高氧化铝电解液，高氧化铝电解液经所述电解液转 流管（14)转入所述高氧化铝电解液储料罐(15)中；所述高氧化铝电解液储料罐(15)中的待 用高氧化铝电解液，经由所述高氧化铝电解液输送管（17)、高氧化铝电解液循环栗（18)输 送回电解槽(1)中，补充电解过程中的氧化铝、氟化盐消耗。
[0020] 根据上述方法，其特征在于，所述氧化铝配料是根据电解槽电流强度、电流效率、 电解液组分工艺要求，配入满足法拉第定律要求的氧化铝量，配入满足电解工艺、补充电解 过程消耗的氟化盐量，配料要求按照每生产It铝配入1.92-1.9紅氧化铝，151^-601^氟化 盐，所配入氟化盐的质量百分比组分为0.5 %~30 %冰晶石、0.5 %~30 %氟化钠、40 %~ 85 %氟化铝。
[0021] 本发明通过电解操作粉尘捕集过程，阳极气体捕集-燃烧-回收燃烧产物气体余 热-回收燃烧产物气体中氟化物-回收燃烧产物气体二氧化碳过程，低氧化铝电解液抽取-输运过程，氧化铝原料配料-预热-溶解制备高氧化铝电解液过程，高氧化铝电解液转流-储 存-输运-返回电解槽过程等过程，通过铝电解烟气回收净化、阳极气体余热余能回收利用、 铝电解槽槽外配料-加料等作业，实现铝电解无污染、无排放作业。每生产It铝约可回收 1100kg、温度约为910°C的阳极气体余能，捕集1300kg的温室气体二氧化碳；由于氧化错、氟 化盐在配料-加料作业前进行了充分的预热除水处理，配料-加料作业过程在槽外进行，消 除了氧化铝、氟化盐等电解原料对电解铝液的污染，可以获得氢和氧化铝夹杂含量很低的 高品质电解铝液，具有很高的经济价值和社会效益。
【附图说明】
[0022]图1是电解槽中两液界面上及铝液中沉淀未溶Al2〇3示意图；
[0023]图2是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]参见图2,本发明的铝电解槽槽外配料加料装置包括电解液配料罐6、高氧化铝电 解液储料罐15、阳极气体集气罩3。阳极气体集气罩3的顶部通过阳极气体输送管4连接到安 装于电解液配料罐6上的阳极气体燃烧装置5的进气口；电解液配料罐6的顶部安装有氧化 铝料箱9、二氧化碳气体回收装置10和烟气余热及氟尘回收装置8,电解液配料罐6的上部侧 壁通过低氧化铝电解液输送管11连接到电解槽内；高氧化铝电解液储料罐15通过电解液转 流管14与电解液配料罐6的连接，并且高氧化铝电解液储料罐15通过高氧化铝电解液输送 管17连接到电解槽内；安装在电解槽的槽罩19上的粉尘输送管20接入所述电解液配料罐6。 低氧化铝电解液输送管11、低氧化铝电解液循环栗12内部均衬有隔热材料和石墨碳素材 料，外部包覆保温材料;电解液配料罐6、电解液转流管14、高氧化铝电解液储料罐15内衬均 为碳素石墨内衬。高氧化铝电解液储料罐15可以是电热保温、可以是燃料保温、也可以是阳 极气体保温。
[0025]由电解槽1、炉帮2、阳极气体集气罩3、槽罩19、操作粉尘输送管20组成两级集气 罩，分别对阳极气体、操作粉尘进行分类捕集。由电解槽1、炉帮2、阳极气体集气罩3组成一 级阳极气体集气罩，捕集铝电解过程中产生的阳极气体、氟的气化物、含氟粉尘，由槽罩19 组成二级粉尘集气罩，捕集阳极操作、出铝操作、阳极效应操作、槽面整理操作过程中产生 的粉尘。一级阳极气体集气罩捕集的阳极气体，由阳极气体输送管4输送至阳极气体燃烧装 置5,阳极气体燃烧装置5安装在电解液配料罐6上，阳极气体燃烧装置5将捕集的温度超过 900 °C的阳极气体(组成为30 %的C0+70 % C02)燃烧，产生的热量作为电解液配料罐6熔化物 料所需的能量。阳极气体燃烧过程可以采用工业纯氧、富氧空气或者空气，采用的氧浓度越 高、燃烧热效率越高，燃烧产物二氧化碳纯度越高。每生产It铝约需要将1.93t氧化铝、 0.05t氟化盐配入电解槽，同时产生1100kg、温度约为910°C的阳极气体，经过燃烧获得 1300kg的二氧化碳。二级粉尘集气罩捕集的操作粉尘，经由操作粉尘输送管20输送至电解 液配料罐6或者烟气余热回收-氟尘回收装置8,回收阳极操作、出铝操作、阳极效应操作、槽 面整理操作产生的氧化铝粉尘。
[0026] 本发明的配料加料的方法包括：定时抽取铝电解槽中经过电解消耗贫化的电