【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性。所以鋁工業(yè)對于氧化鋁的純度提出了嚴格的要求。(1)化學純度%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。 鋁電解原料——氧化鋁氧化鋁是當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的有一定粒度要求的白色粉料，流動性很好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，熔點2050℃，~ g/cm3， g/cm3。對于可望替代現(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遠課題還在繼續(xù)進行研究。優(yōu)化電解質組成，降低電解質電壓降和提高電流效率。控制水平先進，控制效應系數(shù)向零目標發(fā)展。(3)分子比、氧化鋁和陽極效應系數(shù)低，說明其設計操作和控制技術水平高。法國彼斯涅AP系列電解技術被公認為代表當今國際領先水平。600~740 kA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中。最近，俄羅斯鋁業(yè)啟動了電流強度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。167。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行后電解槽的物理場(電場、磁場、流場)容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復正常。導致這些問題的深層次原因是，我國尚缺乏對鋁電解槽破損(常稱為陰極破損)機理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎上的“精細設計”技術和提高槽壽命的綜合技術措施。鋁電聯(lián)營是我國電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢之一，但同時在技術上也存在相應的問題。然而由于我們在跟蹤國際電解鋁技術發(fā)展過程中實現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點，大型槽技術尚未經(jīng)過生產過程的逐步完善的過程，在生產實用技術領域缺乏應有的技術積累和支撐，因此仍存在國際水平仍有較大差距[5]。167。目前，法國有6臺電流強度達500kA的電解槽在進行工業(yè)應用試驗。與化學法相比，電解法成本比較低，而且產品質量好，故沿用至今。這就是歷來所稱的Hall Heroult(霍爾埃魯)法，簡稱HH法。但那時的試驗是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。 鋁電解簡史鋁在地殼中的含量高達8%，幾乎占地殼中全部金屬總量的三分之一。目前以大型的倉庫儲槽、容缸到小型的食品罐頭盒子及零用包裝鋁箔都有鋁的應用。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質輕，導電又好，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、母線以及無線電器材的主要材料。另外，火車車廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。它的應用主要表現(xiàn)在下面幾個方面。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲能綠色環(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)鋁具有良好的導熱能力，鋁的導熱性能差不多是不銹鋼的十倍，在20℃時, 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 鋁電解簡介167。400kA級鋁電解車間設計，是適應了我國鋁電解行業(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，推廣新型陰極結構鋁電解槽、新型導流結構鋁電解槽、高陽極電流密度超大型鋁電解槽，到2015年，新型結構鋁電解槽普及率將達到80%以上[4]。同時SY400電解技術具備是世界領先水平的電解技術，是當前世界系列生產電流強度最大，單槽產量最大，綜合指標最先進并具有自主知識產權的鋁電解槽。先進的300kA~350kA大型預焙槽及其配套技術得到了廣泛應用，從而減少了能量消耗和環(huán)境污染，但與國外先進電解槽相比較，我國電解槽在設計、制作、電解槽單位面積產鋁量及噸鋁直流電耗等方面還存在一定差距[1]。 勞動定員 53167。 40167。 焊點壓降 37167。 陰極電壓降 36167。 陽極電壓降 34167。. 陰極母線 31167。 槽殼 27167。 物料平衡列表 24第五章 電解槽結構的設計 26167。 主要技術經(jīng)濟指標的選擇論證 18167。. 電力供應 16167。 陰極裝置 13167。 鋁電解熔劑——氟化鹽 10167。 6167。 鋁的性質 3167。該設計的年產量為22萬噸，電流效率高達94%。在現(xiàn)有的320kA~350kA大型鋁電解槽基礎上，進一步開發(fā)并建設高效、穩(wěn)定和更為節(jié)能的400kA大型鋁電解槽技術是當今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標。并且我國已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級鋁電解生產線。經(jīng)過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)技術現(xiàn)狀 7167。 鋁電解預焙陽極炭塊 11167。 陽極裝置 13167。. 運輸系統(tǒng) 16167。 綜合經(jīng)濟技術指標的計算 19167。 概述 26167。 內襯及保溫絕熱結構 28167。 短路母線 32第六章 電壓平衡 33167。 陽極大母線電壓降 34167。 槽底電壓降 36167。 陽極效應分攤電壓降 37167。 40167。 成本核算 53第九章 環(huán)境保護和安全生產 55167。我國自主研發(fā)的400kA級大型預焙陽極鋁電解槽技術，于08年由中國鋁業(yè)蘭州分公司、沈陽鋁鎂設計研究院研制開發(fā)獲得成功。與之前的300kA和350kA級的電解槽相比，400kA級大型預焙陽極鋁電解槽技術具有以下創(chuàng)新點：優(yōu)化設計了合理的母線配置，提高了大型槽磁流體穩(wěn)定性；采用5段上煙道結構設計，有利于提高集氣效率和改善環(huán)境；采用電解廠房通風和電解槽整體熱平衡相結合、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、電解槽槽殼和內襯整體位于操作面下等技術，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動環(huán)境；采用陰極炭塊與陽極炭塊投影相對應的技術，有利于陽極和陰極的電流分布均勻；采用了電解槽全面控制和標準化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開發(fā)了適應大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動技術，形成了400kA電解槽生產操作管理技術；采用四種不同品質陰極炭塊進行工業(yè)試驗，均達到了400kA電解槽試驗目標。本設計具有投資省、容量大、經(jīng)濟效益高的特點，單槽年產鋁量可增加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，易與多種金屬構成合金。167。(1)輕型結構材料因鋁及其合金質輕，機械性能好，易加工，所以已成為當今制造各種交通運輸工具的不可缺少的結構材料。此外，國防工業(yè)、宇宙航空航天工業(yè)的用鋁量也在日益增長。(4)耐腐蝕材料由于鋁表面有一層很堅硬、致密的氧化鋁薄膜，所以它有很好的耐腐蝕性。同時，它還是人們日常生活中常用炊具和一些裝飾品的主要原材料。金屬鋁最初用化學法制取。1865年, 俄國別開托夫(Векетов)提議用鎂還原冰晶石來生產鋁。直到1867年發(fā)明了發(fā)電機，并在1880年加以改進之后，實現(xiàn)了三相交流輸電，這才給實現(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中，通入直流電，進行電化學反應得到金屬鋁。電解法早期采用小型預焙電解槽，1923年側插陽極棒自焙陽極電解槽發(fā)明后，電解槽的電解容量增大，生產指標隨之好轉，促進了鋁工業(yè)的發(fā)展，1952年上插陽極棒連續(xù)自焙陽極電解槽系列投產并取得良好的生產指標。我國第一個500kA系列的288臺電解槽于2011年在甘肅連城建成、投產。許多突出的技術問題，與我國鋁電解技術自70年代末引進160kA中間下料預焙槽技術之后，從消化國外技術開始，揭開了我國現(xiàn)代鋁電解技術發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術等方面展開了廣泛深入的研究工作。 ——實際運行指標差。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大(一個系列產能可達20萬噸以上)，巨大的用電負荷集中在一個生產系列上(一般達40萬kW以上)，電解系列生產的任何波動都會造成電網(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大，槽壽命問題就更加突出?？偟膩碚f，目前就我國電解鋁整體生產狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：電流效率相差23個百分點；噸鋁電耗相差300~800kwh；電解鋁用陽極生產過程能耗相差30kg/t左右；噸電解鋁陽極消耗相差3060kg(折合標準煤約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，加強廢物料廢鋁的無害化和資源化處理，實現(xiàn)資源再生和循環(huán)利用，進一步提高產品質量和擴大產品種類。該系列是在原300 kA電解槽技術基礎上開發(fā)的第二代超大型電解槽，該槽日產量3t，電流效率94%，電耗13800 kW國外大容量(300 kA以上)，主要經(jīng)濟技術指標：電流效率93%~95%，直流電耗13000~13500 kW其具有如下幾個特點[6]：(1)陽極電流密度較高，單位陰極面積產能大。國外鋁電解的數(shù)學模型、傳感器、控制和新材料等功能化技術水平較高。在高電流密度、高槽電壓、高電解溫度條件下，通過槽電壓、分子比和過熱度的軟件程序控制技術，實現(xiàn)電解槽的能量平衡、物料平衡和液固相平衡，即過熱度和爐幫伸腿構成的固相電解質槽膛內型穩(wěn)定合理。對鋁電解產生的廢渣、廢槽襯等廢物料實行有價成分再生回收并循環(huán)利用，或對其做無害化處理，減輕鋁電解工業(yè)廢物對環(huán)境污染。167。氧化鋁有7種晶型，最常見的是αAl2O3，又稱剛玉型氧化鋁。在電解過程中，那些電位比鋁正的元素的氧化物雜質，如二氧化硅、三氧化二鐵都會優(yōu)先還原，還原出來的 Si 和 Fe等雜質進入鋁內，從而使鋁的品位降低，且降低電流效率；而那些電位比鋁負的元素的氧化物雜質，如氧化鈉、氧化鈣會分解冰晶石，使電解質組成發(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，對于保證電解過程正常進行和提高氣體凈化效率，關系很大。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用。生產每噸鋁所需的Al2O3量，從理論上計算等于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，或寫成3NaF目前，冰晶石是鋁電解生產中最理想的一種熔劑。因氟化鋁用量也較大，它沒有熔化溫度，只有升華溫度，沸點為183℃，易揮發(fā)和飛揚，故在向槽內添加時應注意操作方法。新槽啟動時多添加氟化鈣，它的作用主要是對爐幫的形成有好處，可使爐幫比較堅固，同時也可降低電解質的初晶溫度，從而降低電解溫度。167。采用預焙陽極的好處是避免了自焙陽極在電解過程中有瀝青煙和其他有害氣體的散發(fā)，同時使用預焙陽極后槽電壓降低，更有利于電解槽大型化和自動化控制。 鋁電解過程描述 現(xiàn)代鋁電解生產主要采取冰晶石氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽極和炭素陰極。陽極氣體中含有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)鋁電解槽的基本結構主要包括陰極裝置、陽極裝置、母線裝置和氣體回收裝置等[8]。槽殼用型鋼和鋼板焊成。陰極碳塊組由陰極碳塊同埋設其中的導電鋼棒(陰極棒)組成。有些電解槽為提高爐底導電性和減去縱向中縫，特意采用通長陰極碳塊，其中放置一根通長陰極棒。近年來，大型鋁電解槽，特別是中部加料預焙陽極鋁電解槽的側部保溫層有所減薄，以利于凝結固體電解質作為保護層。(1)側插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。角度插入陽極糊內。陽極棒用銅質導電片來與陽極大母線聯(lián)接。陽極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內填充陽極糊。陽極有兩套提升機構。由陽極碳塊組和陽極升降機構組成。鋁導桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳塊上的洼穴(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。下料機構包括4～6個打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉。大容量鋁電解槽的陽極升降，一般選用蝸輪絲杠或滾珠絲杠搖板式機構。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 側插棒自焙陽極鋁電解槽帶有鋼質卷簾或吊門，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導出。 使用壽命鋁電解槽的陰極內襯在使用一段時期后就會破損，這時候便需停槽大修。同時碳陰極下部的耐火磚和保溫材料中也發(fā)生嚴重變化，鋼質槽殼也伴有嚴重變形或破裂。鈉是由兩種反應產生的，一種是鈉離子在陰極上放電生成的，另一種是鋁和電解質中氟化鈉起反應置換出鈉。建造時要采用高質量的砌筑材料和進行精確的施工。評選出經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益最優(yōu)的廠址，總結過去的實踐經(jīng)驗，廠址選擇應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；靠近原料生產基地或產品消費主要地點；發(fā)達的交通運輸基礎；合適的建設場地條件；滿足環(huán)境保護的要求；良好的外部協(xié)作環(huán)境；良好的地理條件[10]。 同時廉價的煤電供應，保證了鋁電解的長久地經(jīng)濟效益[11]。伊川縣地貌特殊，為了提高土地使用效率，該縣將產業(yè)集聚區(qū)分為東西兩園。167。同時，洛陽市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國內唯一以有色金屬加工行業(yè)規(guī)劃、工程設計、設備研制、科研開發(fā)及工程總承包為主的綜合性機構）、洛銅（國家級重有色金屬檢測試驗