【正文】 氟化鹽鋁電解熔劑包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰等，氧化鋁可溶于由冰晶石和其他幾種氟化物組成的熔劑中，構(gòu)成氟鹽氧化鋁熔液。中間型氧化鋁介乎兩者之間。~35176。另外，氧化鋁要有良好的流動(dòng)性。所以鋁工業(yè)對(duì)于氧化鋁的純度提出了嚴(yán)格的要求。(1)化學(xué)純度%的氧化鋁以及二氧化硅、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化鈉、氧化鈣和水等少量雜質(zhì)。 鋁電解原料——氧化鋁氧化鋁是當(dāng)前冰晶石氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來(lái)的有一定粒度要求的白色粉料，流動(dòng)性很好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，熔點(diǎn)2050℃，~ g/cm3， g/cm3。對(duì)于可望替代現(xiàn)有霍爾埃魯特電解法的一些煉鋁新工藝方法，如炭熱還原法、氯化鋁雙極多室電解法等長(zhǎng)遠(yuǎn)課題還在繼續(xù)進(jìn)行研究。優(yōu)化電解質(zhì)組成，降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效率?？刂扑较冗M(jìn)，控制效應(yīng)系數(shù)向零目標(biāo)發(fā)展。(3)分子比、氧化鋁和陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)低，說(shuō)明其設(shè)計(jì)操作和控制技術(shù)水平高。法國(guó)彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認(rèn)為代表當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先水平。600~740 kA超大容量電解槽也在開(kāi)發(fā)研究中。最近，俄羅斯鋁業(yè)啟動(dòng)了電流強(qiáng)度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。167。焙燒啟動(dòng)過(guò)程中電流分布不均的問(wèn)題更突出且焙燒啟動(dòng)過(guò)程中的能耗大；投入運(yùn)行后電解槽的物理場(chǎng)(電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng))容易波動(dòng)，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動(dòng)，陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動(dòng)或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。導(dǎo)致這些問(wèn)題的深層次原因是，我國(guó)尚缺乏對(duì)鋁電解槽破損(常稱為陰極破損)機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。鋁電聯(lián)營(yíng)是我國(guó)電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一，但同時(shí)在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問(wèn)題。然而由于我們?cè)诟檱?guó)際電解鋁技術(shù)發(fā)展過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點(diǎn)，大型槽技術(shù)尚未經(jīng)過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的逐步完善的過(guò)程，在生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)領(lǐng)域缺乏應(yīng)有的技術(shù)積累和支撐，因此仍存在國(guó)際水平仍有較大差距[5]。167。目前，法國(guó)有6臺(tái)電流強(qiáng)度達(dá)500kA的電解槽在進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。與化學(xué)法相比，電解法成本比較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，故沿用至今。這就是歷來(lái)所稱的Hall Heroult(霍爾埃魯)法，簡(jiǎn)稱HH法。但那時(shí)的試驗(yàn)是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價(jià)格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗(yàn)。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。 鋁電解簡(jiǎn)史鋁在地殼中的含量高達(dá)8%，幾乎占地殼中全部金屬總量的三分之一。目前以大型的倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)槽、容缸到小型的食品罐頭盒子及零用包裝鋁箔都有鋁的應(yīng)用。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)輕，導(dǎo)電又好，所以鋁在電力輸配、器件制造等方面已成為制造電線、電纜、電容器、整流器、母線以及無(wú)線電器材的主要材料。另外，火車(chē)車(chē)廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲(chǔ)能綠色環(huán)保型金屬。(8)鋁易于加工，可用一般的方法把鋁切割、焊接或黏接，鋁易于壓延和拉絲。(5)鋁具有良好的導(dǎo)熱能力，鋁的導(dǎo)熱性能差不多是不銹鋼的十倍，在20℃時(shí), W/(cm(3)密度小，鋁的密度只有鋼的1/3，~，隨溫度升高，鋁的密度隨之降低，在950℃ g/cm3。 第一章 鋁電解簡(jiǎn)介167。400kA級(jí)鋁電解車(chē)間設(shè)計(jì)，是適應(yīng)了我國(guó)鋁電解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及十二五規(guī)劃總體要求：淘汰100千安及以下電解鋁預(yù)焙槽，確立綠色發(fā)展的理念，提升工業(yè)節(jié)能發(fā)展水平，推廣新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽(yáng)極電流密度超大型鋁電解槽，到2015年，新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽普及率將達(dá)到80%以上[4]。同時(shí)SY400電解技術(shù)具備是世界領(lǐng)先水平的電解技術(shù)，是當(dāng)前世界系列生產(chǎn)電流強(qiáng)度最大，單槽產(chǎn)量最大，綜合指標(biāo)最先進(jìn)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋁電解槽。先進(jìn)的300kA~350kA大型預(yù)焙槽及其配套技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，從而減少了能量消耗和環(huán)境污染，但與國(guó)外先進(jìn)電解槽相比較，我國(guó)電解槽在設(shè)計(jì)、制作、電解槽單位面積產(chǎn)鋁量及噸鋁直流電耗等方面還存在一定差距[1]。 勞動(dòng)定員 53167。 40167。 焊點(diǎn)壓降 37167。 陰極電壓降 36167。 陽(yáng)極電壓降 34167。. 陰極母線 31167。 槽殼 27167。 物料平衡列表 24第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26167。 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇論證 18167。. 電力供應(yīng) 16167。 陰極裝置 13167。 鋁電解熔劑——氟化鹽 10167。 6167。 鋁的性質(zhì) 3167。該設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量為22萬(wàn)噸，電流效率高達(dá)94%。在現(xiàn)有的320kA~350kA大型鋁電解槽基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)并建設(shè)高效、穩(wěn)定和更為節(jié)能的400kA大型鋁電解槽技術(shù)是當(dāng)今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標(biāo)。并且我國(guó)已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級(jí)鋁電解生產(chǎn)線。經(jīng)過(guò)多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。 鋁的用途 3167。 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀 7167。 鋁電解預(yù)焙陽(yáng)極炭塊 11167。 陽(yáng)極裝置 13167。. 運(yùn)輸系統(tǒng) 16167。 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算 19167。 概述 26167。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu) 28167。 短路母線 32第六章 電壓平衡 33167。 陽(yáng)極大母線電壓降 34167。 槽底電壓降 36167。 陽(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航?37167。 40167。 成本核算 53第九章 環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn) 55167。我國(guó)自主研發(fā)的400kA級(jí)大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽技術(shù)，于08年由中國(guó)鋁業(yè)蘭州分公司、沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院研制開(kāi)發(fā)獲得成功。與之前的300kA和350kA級(jí)的電解槽相比，400kA級(jí)大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：優(yōu)化設(shè)計(jì)了合理的母線配置，提高了大型槽磁流體穩(wěn)定性；采用5段上煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于提高集氣效率和改善環(huán)境；采用電解廠房通風(fēng)和電解槽整體熱平衡相結(jié)合、搖籃架與槽殼整體焊接、槽殼外部焊接散熱片、電解槽小面采用搖籃架與槽殼焊接、電解槽槽殼和內(nèi)襯整體位于操作面下等技術(shù)，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動(dòng)環(huán)境；采用陰極炭塊與陽(yáng)極炭塊投影相對(duì)應(yīng)的技術(shù)，有利于陽(yáng)極和陰極的電流分布均勻；采用了電解槽全面控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開(kāi)發(fā)了適應(yīng)大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動(dòng)技術(shù)，形成了400kA電解槽生產(chǎn)操作管理技術(shù)；采用四種不同品質(zhì)陰極炭塊進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，均達(dá)到了400kA電解槽試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。本設(shè)計(jì)具有投資省、容量大、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，單槽年產(chǎn)鋁量可增加100多噸，并且有利于提高集氣效率和改善環(huán)境。 鋁的性質(zhì)及用途167。(4)電阻率小，純度為99%~%的鋁電阻率為(~)108Ω?m，在常用金屬中鋁的導(dǎo)電性僅次于銀和銅居第三位?！?。鋁的再生利用率高，易與多種金屬構(gòu)成合金。167。(1)輕型結(jié)構(gòu)材料因鋁及其合金質(zhì)輕，機(jī)械性能好，易加工，所以已成為當(dāng)今制造各種交通運(yùn)輸工具的不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。此外，國(guó)防工業(yè)、宇宙航空航天工業(yè)的用鋁量也在日益增長(zhǎng)。(4)耐腐蝕材料由于鋁表面有一層很堅(jiān)硬、致密的氧化鋁薄膜，所以它有很好的耐腐蝕性。同時(shí)，它還是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ么毒吆鸵恍┭b飾品的主要原材料。金屬鋁最初用化學(xué)法制取。1865年, 俄國(guó)別開(kāi)托夫(Векетов)提議用鎂還原冰晶石來(lái)生產(chǎn)鋁。直到1867年發(fā)明了發(fā)電機(jī)，并在1880年加以改進(jìn)之后，實(shí)現(xiàn)了三相交流輸電，這才給實(shí)現(xiàn)工業(yè)性的電解法煉鋁提供了前提條件。電解法原理就是將氧化鋁溶解在熔融的冰晶石電解質(zhì)中，通入直流電，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)得到金屬鋁。電解法早期采用小型預(yù)焙電解槽，1923年側(cè)插陽(yáng)極棒自焙陽(yáng)極電解槽發(fā)明后，電解槽的電解容量增大，生產(chǎn)指標(biāo)隨之好轉(zhuǎn)，促進(jìn)了鋁工業(yè)的發(fā)展，1952年上插陽(yáng)極棒連續(xù)自焙陽(yáng)極電解槽系列投產(chǎn)并取得良好的生產(chǎn)指標(biāo)。我國(guó)第一個(gè)500kA系列的288臺(tái)電解槽于2011年在甘肅連城建成、投產(chǎn)。許多突出的技術(shù)問(wèn)題，與我國(guó)鋁電解技術(shù)自70年代末引進(jìn)160kA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國(guó)外技術(shù)開(kāi)始，揭開(kāi)了我國(guó)現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過(guò)程控制及配套技術(shù)等方面展開(kāi)了廣泛深入的研究工作。 ——實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)差。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大(一個(gè)系列產(chǎn)能可達(dá)20萬(wàn)噸以上)，巨大的用電負(fù)荷集中在一個(gè)生產(chǎn)系列上(一般達(dá)40萬(wàn)kW以上)，電解系列生產(chǎn)的任何波動(dòng)都會(huì)造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問(wèn)題就更加突出。總的來(lái)說(shuō)，目前就我國(guó)電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國(guó)際先進(jìn)水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：電流效率相差23個(gè)百分點(diǎn)；噸鋁電耗相差300~800kwh；電解鋁用陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程能耗相差30kg/t左右；噸電解鋁陽(yáng)極消耗相差3060kg(折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75~150kg)；電槽槽壽命相差1000天左右； 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀目前，電解鋁工業(yè)仍以改善和提高霍爾埃魯法電解槽技術(shù)水平為主，著力于節(jié)能減排，降低能耗、物耗和原鋁成本，在從源頭上就減少氣固廢物料污染的同時(shí)，加強(qiáng)廢物料廢鋁的無(wú)害化和資源化處理，實(shí)現(xiàn)資源再生和循環(huán)利用，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大產(chǎn)品種類。該系列是在原300 kA電解槽技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的第二代超大型電解槽，該槽日產(chǎn)量3t，電流效率94%，電耗13800 kW國(guó)外大容量(300 kA以上)，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：電流效率93%~95%，直流電耗13000~13500 kW其具有如下幾個(gè)特點(diǎn)[6]：(1)陽(yáng)極電流密度較高，單位陰極面積產(chǎn)能大。國(guó)外鋁電解的數(shù)學(xué)模型、傳感器、控制和新材料等功能化技術(shù)水平較高。在高電流密度、高槽電壓、高電解溫度條件下，通過(guò)槽電壓、分子比和過(guò)熱度的軟件程序控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電解槽的能量平衡、物料平衡和液固相平衡，即過(guò)熱度和爐幫伸腿構(gòu)成的固相電解質(zhì)槽膛內(nèi)型穩(wěn)定合理。對(duì)鋁電解產(chǎn)生的廢渣、廢槽襯等廢物料實(shí)行有價(jià)成分再生回收并循環(huán)利用，或?qū)ζ渥鰺o(wú)害化處理，減輕鋁電解工業(yè)廢物對(duì)環(huán)境污染。167。氧化鋁有7種晶型，最常見(jiàn)的是αAl2O3，又稱剛玉型氧化鋁。在電解過(guò)程中，那些電位比鋁正的元素的氧化物雜質(zhì)，如二氧化硅、三氧化二鐵都會(huì)優(yōu)先還原，還原出來(lái)的 Si 和 Fe等雜質(zhì)進(jìn)入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低，且降低電流效率；而那些電位比鋁負(fù)的元素的氧化物雜質(zhì)，如氧化鈉、氧化鈣會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。(2)物理性能工業(yè)氧化鋁的物理性能，對(duì)于保證電解過(guò)程正常進(jìn)行和提高氣體凈化效率，關(guān)系很大。這些物理性能取決于氧化鋁晶體的晶型、形狀和粒度。其中α Al2O3含量少于10%~15%，γAl2O3含量較高，具有較大的活性，適于在干法凈化中用來(lái)吸附 HF 氣體，在半連續(xù)下料的電解槽上載氟氧化鋁可用作原料，故砂型氧化鋁得到廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)每噸鋁所需的Al2O3量，從理論上計(jì)算等于1889 kg。(1)冰晶石冰晶石分天然和人造兩種。冰晶石的分子式為Na3AlF6，或?qū)懗?NaF目前，冰晶石是鋁電解生產(chǎn)中最理想的一種熔劑。因氟化鋁用量也較大，它沒(méi)有熔化溫度，只有升華溫度，沸點(diǎn)為183℃，易揮發(fā)和飛揚(yáng)，故在向槽內(nèi)添加時(shí)應(yīng)注意操作方法。新槽啟動(dòng)時(shí)多添加氟化鈣，它的作用主要是對(duì)爐幫的形成有好處，可使?fàn)t幫比較堅(jiān)固，同時(shí)也可降低電解質(zhì)的初晶溫度，從而降低電解溫度。167。采用預(yù)焙陽(yáng)極的好處是避免了自焙陽(yáng)極在電解過(guò)程中有瀝青煙和其他有害氣體的散發(fā)，同時(shí)使用預(yù)焙陽(yáng)極后槽電壓降低，更有利于電解槽大型化和自動(dòng)化控制。 鋁電解過(guò)程描述 現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)主要采取冰晶石氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽(yáng)極和炭素陰極。陽(yáng)極氣體中含有70%~80% CO2和20%~30%CO，還含有少量氟化物和SO2等氣固混合物，經(jīng)過(guò)凈化之后，廢氣排放入大氣，收回的固體氟化物返回電解槽[5]。 鋁電解槽與電解槽系列工業(yè)鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)主要包括陰極裝置、陽(yáng)極裝置、母線裝置和氣體回收裝置等[8]。槽殼用型鋼和鋼板焊成。陰極碳?jí)K組由陰極碳?jí)K同埋設(shè)其中的導(dǎo)電鋼棒(陰極棒)組成。有些電解槽為提高爐底導(dǎo)電性和減去縱向中縫，特意采用通長(zhǎng)陰極碳?jí)K，其中放置一根通長(zhǎng)陰極棒。近年來(lái)，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的側(cè)部保溫層有所減薄，以利于凝結(jié)固體電解質(zhì)作為保護(hù)層。(1)側(cè)插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽的陽(yáng)極裝置。角度插入陽(yáng)極糊內(nèi)。陽(yáng)極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電片來(lái)與陽(yáng)極大母線聯(lián)接。陽(yáng)極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽(yáng)極糊。陽(yáng)極有兩套提升機(jī)構(gòu)。由陽(yáng)極碳?jí)K組和陽(yáng)極升降機(jī)構(gòu)組成。鋁導(dǎo)桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳?jí)K上的洼穴(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。下料機(jī)構(gòu)包括4～6個(gè)打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉(cāng)。大容量鋁電解槽的陽(yáng)極升降，一般選用蝸輪絲杠或滾珠絲杠搖板式機(jī)構(gòu)。鋁母線的配置方式，視電解槽的排列方式和容量的不同而異。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽(yáng)極鋁電解槽帶有鋼質(zhì)卷簾或吊門(mén)，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導(dǎo)出。 使用壽命鋁電解槽的陰極內(nèi)襯在使用一段時(shí)期后就會(huì)破損，這時(shí)候便需停槽大修。同時(shí)碳陰極下部的耐火磚和保溫材料中也發(fā)生嚴(yán)重變化，鋼質(zhì)槽殼也伴有嚴(yán)重變形或破裂。鈉是由兩種反應(yīng)產(chǎn)生的，一種是鈉離子在陰極上放電生成的，另一種是鋁和電解質(zhì)中氟化鈉起反應(yīng)置換出鈉。建造時(shí)要采用高質(zhì)量的砌筑材料和進(jìn)行精確的施工。評(píng)選出經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益最優(yōu)的廠址，總結(jié)過(guò)去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，廠址選擇應(yīng)遵循一定的基本原則：符合鋁工業(yè)的總體布局；充足的電、水能源供應(yīng)；靠近原料生產(chǎn)基地或產(chǎn)品消費(fèi)主要地點(diǎn)；發(fā)達(dá)的交通運(yùn)輸基礎(chǔ)；合適的建設(shè)場(chǎng)地條件；滿足環(huán)境保護(hù)的要求；良好的外部協(xié)作環(huán)境；良好的地理?xiàng)l件[10]。 同時(shí)廉價(jià)的煤電供應(yīng)，保證了鋁電解的長(zhǎng)久地經(jīng)濟(jì)效益[11]。伊川縣地貌特殊，為了提高土地使用效率，該縣將產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)分為東西兩園。167。同時(shí)，洛陽(yáng)市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國(guó)內(nèi)唯一以有色金屬加工行業(yè)規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備研制、科研開(kāi)發(fā)及工程總承包為主的綜合性機(jī)構(gòu)）、洛銅（國(guó)家級(jí)重有色金屬檢測(cè)試驗(yàn)