铝电解阳极气泡行为的实验研究

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近些年铝电解槽技术改造主要有新型阳极和新型阴极。其中新型阳极主要有沟槽阳极及开孔阳极;新型阴极主要有沟槽阴极及凸台阴极结构。采用新技术后,可进一步降低极距,进而减小槽电阻,使电流效率得以显著提高。国内外学者对产生这种现象的原因进行了理论研究,但由于铝电解槽内熔体的流动极为复杂,且此过程是在一个高温、密闭的环境中进行的,因此研究成果较少。为了能够对铝电解槽进行进一步的技术改造,继续挖掘其节能潜能,有必要对引起这种现象的原因进行深入研究。在铝电解过程中,阳极气体以气泡的形式在阳极底掌长大、合并和脱离。由于气泡有很大的电阻,所以当气泡附着于阳极底部时会使槽电阻增加;当气泡从阳极底掌脱离时,会对熔体(熔融的电解质和铝液)产生扰动。铝液的波动一方面会使铝液与阳极产生的气体发生二次反应而降低原铝质量;再有,当铝液的波动极为剧烈时,会在短极距下接触阳极发生短路,而铝液中由于通入强大的直流电后会产生极大的热量而发生“飞溅”现象,从而降低电流效率。另一方面,电解质的扰动有利于电解槽中氧化铝的溶解和扩散,减小电解槽内氧化铝的浓度梯度;有利于电解质和炉帮间的对流换热。综上所述,为了能够对电解槽进行进一步的技术改造,了解把握阳极气泡行为是极为重要的。为此,本文设计了铝电解的模型实验,并欲通过阳极电流的变化情况来判断阳极气泡行为。通过实验研究得出:1)电解槽内气泡的行为受到浓度、极距、倾斜角度和阳极是否开槽的影响,气泡的最大横向尺寸约为20mm,在阳极倾斜和阳极开槽后气泡的尺寸都在5mm以下。2)气泡的尺寸和脱离速度之间成反比。3)电流信号的波动频率随着气泡脱离速度的增大而增大,电流信号的最大频率约为0.05Hz,最小频率约为0.025Hz。通过阳极气泡行为的观测及阳极电流的小波分析,初步得出阳极电流信号与阳极气泡行为之间的联系。为今后的技术改造效果提供参考判据。
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