高电流密度下铝电解阳极行为的基础研究

摘要

近年来铝电解工业在产量和生产技术上得到了飞速的发展，但随着世界能源危机的来临，限制了铝电解工业的进一步发展，因此利用可再生的风能能源成为世界关注的焦点。本论文针对风电系统的高电流强度、高波动性的特点，研究了高电流密度下的铝电解的阳极过程，为适应风电系统的铝电解工艺技术提供条件。
　　 本论文设计了铝电解液面波动测试系统，利用该系统测定了不同形状的阳极在不同电流密度下电解过程中电解质液面的波动状况，分析了电解质液面波动频率和幅度与阳极气体析出行为的关系。利用槽电压测试系统测定了不同形状的阳极在不同电流密度下电解过程槽电压的波动状况，分析了槽电压波动周期和压降与阳极气体析出行为的关系，并在此基础上研究了阳极气体对阳极冲刷所造成的掉渣和侵蚀规律。
　　 结果表明：随着阳极电流密度的增加，阳极气体的析出速度增大，且析出时气泡的体积呈逐渐增大的趋势。碳素阳极在电流密度在1.3-2.5A/cm2范围内，释放气泡的体积跟电流密度关系不大，并且阳极气体易在直角处逸出。在相同的电解条件下，正方形阳极有利于阳极气体的析出，降低电解槽的压降，减小槽电压的波动，有利于电解，如在正方形阳极的基础上添加合适的倒角，效果更佳。现行铝电解工业使用的碳素阳极可以承受4.0A/cm2高电流密度的冲击，在高电流密度下电解过程中，阳极的冲刷消耗所占比重较大，而且随着电流密度的增大，阳极的冲刷消耗量也呈增长的趋势，因此抗冲刷能力较差，为了适应风能条件下的新型铝电解工艺，还需进一步改进。