一种用于废铝/废铝合金电解回收的电解槽及方法

本发明属于废金属回收，尤其涉及一种用于废铝/废铝合金电解回收的电解槽及方法。

背景技术：

1、金属铝是产量仅次于钢铁的第二大金属，铝的抗腐蚀性强，在使用过程中损耗程度极低，且在多次重复循环利用后不会丧失其基本特性，具有极高的再生利用价值。根据国际铝业协会的统计，2021年全球铝供应量(包括原铝与再生铝)接近1亿吨，其中约三分之一为再生铝产量。近年来我国再生铝行业发展也较快，年均复合增长率超过12％，2022年，中国再生铝产量达到了865万吨。2022年起，2007年前消费的铝产品已经开始进入报废期，根据历史资料统计，我国1981～2007年原铝表观消费量累计达7471.4万吨。《有色金属行业碳达峰行动方案》预计到2025年，我国废铝资源量将达到1150万吨/年，成为废铝资源大国。

2、尽管铝是一种回收利用率很高的金属，但由于现行的废铝回收技术中合金元素不能被去除，再生铝中合金元素增加，使大部分的再生铝只能降级使用。根据iai统计，目前全球有超过15亿吨铝产品仍处于使用状态，在不久的将来这些铝产品会逐渐进入报废期，废铝的产量会大幅度增加。再生铝的产量将超过其用量，越来越多的再生铝合金将不适合应用，变为废物，但其主体元素仍为铝。开发新的废铝回收技术，实现铝合金中铝与合金元素的分离，使回收的铝达到原铝的质量水平，可实现废铝的彻底再生，是废铝再生的最好途径。

3、以废铝为可溶阳极的熔盐电解法是一种非常有发展前景的废铝回收技术，该技术又分为低温熔盐电解和高温熔盐电解法，低温熔盐电解法废铝为固态，电解提纯的铝也为固态，电解温度低，但电解效率也低，回收的铝不易收集。而高温熔盐电解法废铝为液态，回收的铝也为液态，生产效率高，但电解槽结构不容易解决，目前主要是三层液电解法，但三层液电解法成本较高。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于废铝/废铝合金电解回收的电解槽及方法。

2、一种用于废铝/废铝合金电解回收的电解槽，包括槽壳、电解槽盖板、保温层、阳极室和阴极室，阳极室位于电解槽中间，阳极室上方充有电解质，阳极室与阴极室间为阴极纯铝，阳极室壁内部为废铝/废铝合金形成的废铝阳极；

3、所述槽壳上部为电解槽盖板，电解槽盖板上留有阴极导杆口，阴极导杆安装完成后，在阳极导杆口处设置绝缘体进行密封绝缘。

4、所述电解槽盖板由保温材料和钢板组成，上层为钢板，下层为保温材料，保温材料材质为氧化铝、莫来石、硅酸钙、粘土中的一种或几种，电解槽盖板厚度为5cm-20cm，其中钢板厚度为0.5cm-2cm，保温材料层厚3cm-18cm。

5、所述槽壳为钢板材质制作的电解槽钢壳，钢板厚度为3mm-10mm；

6、紧靠钢板内侧设置有保温层，厚度为10cm-30cm；该保温层由莫来石砖、粘土砖、氧化铝砖、硅酸钙板中的一种或几种砌筑而成。

7、所述电解槽盖板上留有废铝加入口和纯铝出铝口，废铝加入口设置有废铝加入口盖板，纯铝出铝口设有纯铝出铝口盖板，在不加废铝和出铝时，废铝加入口盖板、纯铝出铝口盖板处于封闭状态，当需加入废铝/废铝合金液或出纯铝时，废铝加入口盖板、纯铝出铝口盖板可打开进行加废铝和出铝操作。

8、所述阴极室包括阴极底部绝缘层、炭阴极和阴极导杆，阴极底部绝缘层紧贴保温层底部布置，隔绝电流从底部流出；炭阴极沿保温层侧壁布置在阴极底部绝缘层上方，阴极导杆穿过电解槽盖板的阴极导杆口与炭阴极通过螺纹或磷铁浇铸的方式连接；

9、所述阴极底部绝缘层材质为刚玉或碳化硅结合的氮化硅，厚度为0.5cm-3cm；

10、炭阴极为长方形或正方形或圆形结构，其材质为石墨或煅后石油焦，厚度为1cm-10cm；

11、阴极导杆为铁质或铜质材料，截面积为5cm2-100cm2，数量为2-6个。

12、所述阴极室中炭阴极内表面到阳极室壁外表面的距离为10cm-100cm，阴极纯铝铝液高度为20cm-100cm。

13、所述的废铝/废铝合金不仅包括所有回收的废铝/废铝合金，也包括其他行业产生的铝含量大于35％的合金。

14、所述阳极室包括阳极底板、阳极导杆和阳极室壁，阳极底板布置在阴极底部绝缘层中部，阳极底板中部穿过保温层凸出于电解槽钢壳外部，阳极导杆与阳极底板连接，筒状的阳极室壁设置在阳极底板与阴极纯铝和阴极底部绝缘层之间；

15、所述阳极室壁由不导电的刚玉板、碳化硅结合的氮化硅板或氧化铝板砌筑而成，厚度为2cm-10cm；

16、阳极底板为导电的碳质材料加工而成，石墨材料或是煅后石油焦或煅后无烟煤材料，厚度为2cm-20cm；

17、阳极导杆为铝或钢或铜质材料，圆形或方形结构，截面积为5cm2 -100cm2，个数为1-5个，通过螺纹或磷铁浇铸的方式与阳极底板连接；

18、阳极室内径为50cm-300cm，高度为20-100cm。

19、所述电解质为熔盐电解质，为nacl-kcl-cacl2-mgcl2-alf3或nacl-kcl-cacl2-mgcl2-na3alf6体系，其中电解质中各物质质量百分含量为nacl 10～50％，kcl 0～20％，cacl2 5～50％，mgcl2 0～20％，alf3 5～20％，na3alf6 5～20％，阳极室上表面距离电解槽盖板50cm-150cm，即此处熔盐电解质高度为50cm-150cm。

20、一种废铝/废铝合金电解回收方法，采用上述的一种用于废铝/废铝合金电解回收的电解槽，具体如下：

21、电解槽砌筑完成后，首先通过燃气加热对电解槽进行焙烧，将电解槽中的水分排出，焙烧过程中利用燃气将槽壳内壁温度加热到700℃以上，将700℃的熔融废铝倒入阳极室，将700℃的纯铝液倒入阴极室；然后倒入700℃的熔融电解质；将燃气加热装置撤出，启动辅助加热装置，电解槽通电进行正常电解，电解过程中采用直流电进行电解；

22、电解过程中，电流通过阳极导杆经阳极底板进入阳极废铝中，然后经电解质熔体进入阴极纯铝中，再经炭阴极和阴极导杆导出；电解过程中，阳极废铝/废铝合金液中的铝通过电化学溶解以离子形式进入电解质熔体中，然后运动到阴极铝熔体的表面重新析出为纯铝；阳极电流密度为0.2-1.0a/cm2，阴极电流密度为0.2-1.0a/cm2；电解过程中，每隔4-32h向阳极室中加入一次废铝/废铝合金熔体，每隔10-48h从阴极室中通过真空抬包出纯铝一次，保证阳极室内废铝/废铝合金液上表面距离阳极室壁顶端在0-5cm，阴极室内纯铝液上表面距阳极室壁顶端在1-10cm；

23、阴极室中的纯铝纯度达到99.70％以上。

24、本发明的有益效果是：采用本发明的电解槽进行废铝回收，阳极中的废铝/废铝合金为液态，阴极获得的铝也为液态，电解过程中生产效率高，回收的铝纯度高。通过采用该电解槽进行电解可实现废铝中铝与合金元素和杂质的彻底分离，实现纯铝的再生，阴极获得的铝可达到原铝的纯度，整个电解回收过程能耗只相当于原铝生产的40％左右，具有很好的应用前景。