高純鋁電解槽母線配置對熔體區磁場影響的研究

周愛平,胡紅武,杜立波,王旋,孫康建

(沈陽鋁鎂設計研究院有限公司,遼寧 沈陽 110001)

本世紀以來,我國電子工業發展較為迅速,行業需用的電子鋁箔產量逐年增加。電子鋁箔需要用純度高達99.99%(4N)甚至99.999%(5N)的高純鋁(也稱精鋁)來生產。據統計,2022年國內高純鋁總生產能力約為15萬噸。目前工業生產上生產高純鋁有兩種方法,分別為電解精煉法和偏析熔煉法。電解精煉法主要包括定期補充粗鋁錠、添加熔融態電解質、抽出精鋁、更換陰極、撈渣等過程。為避免陰極純鋁與陽極粗鋁混合,需保障必要的極距。因此電解精煉法的電能消耗較高,使得高純鋁的生產成本也較高。偏析熔煉法是物理提純方法,其原理是熔體在凝固過程中,利用雜質元素在液固兩相間的分配比不同,對原鋁進行凈化,使得雜質富集于液相之中,鋁以較純的晶體結晶析出,重復該過程可以得到高純鋁[1-2]。

高純鋁電解精煉中,高純鋁電解槽內熔體區域的熔體靠自身比重分為上、中、下三層,分別為精鋁液層、電解質層和陽極合金層(一般為銅鋁合金層),槽內物質均為熔融態[2-3]。電解精煉過程中,電流通過槽周圍母線從最下層陽極合金層導入,電流穿過中間電解質層,從最上層通過精鋁陰極從精鋁液層導出。普鋁電解槽(常被稱為鋁電解槽)內物質分布從上往下依次為固態電解質,熔融態電解質層和鋁液層。電解過程中,電流通過陽極炭塊導入到電解質層中并發生化學反應生成鋁,再通過鋁液層從陰極炭塊鋼棒處導出。……