【正文】 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300800Kwh；電解鋁用陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程能耗相差3Gj/t左右；電解鋁陽(yáng)極消耗相差3060Kg（折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75150Kg）；電槽槽壽命相差1000天左右；。中國(guó)礦資源稀缺，鋁礦資源只能維持10年，中國(guó)的資源不可能再支撐電解鋁行業(yè)年均20%左右的擴(kuò)張速度。 電解鋁的市場(chǎng)供應(yīng)狀況全球電解鋁產(chǎn)量平穩(wěn)增長(zhǎng)，增產(chǎn)動(dòng)力依然來(lái)自于中國(guó)。較五月份日平均產(chǎn)量增長(zhǎng)了1975噸，%。2006年電解鋁生產(chǎn)能力達(dá)1160萬(wàn)噸，2007年達(dá)1250萬(wàn)噸。電解鋁行業(yè)的購(gòu)買(mǎi)方即鋁消費(fèi)商，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)城市化進(jìn)程中基礎(chǔ)設(shè)施、公共事業(yè)、住房和汽車(chē)等消費(fèi)品，極大地帶動(dòng)中國(guó)電解鋁消費(fèi)需求。 我國(guó)電解鋁技術(shù)存在的問(wèn)題 電解槽壽命我國(guó)鋁電解槽壽命比國(guó)外電解槽壽命短。多年前，我國(guó)電解鋁廠引進(jìn)了國(guó)外的鋁電解槽焦粒焙燒干法啟動(dòng)的技術(shù)，取代了落后鋁液焙燒技術(shù)。由此可見(jiàn)，就我國(guó)電解鋁廠來(lái)說(shuō)，僅僅以焦粒焙燒干法啟動(dòng)取代鋁液焙燒，想大幅度提高我國(guó)鋁電解槽的壽命的目的不能實(shí)現(xiàn)。在談及提高電解槽的壽命時(shí)，過(guò)去聽(tīng)到比較多的建議是使用石墨化和半石墨化的陰極炭塊、硼化鈦陰極涂層等技術(shù)。由于我們沒(méi)有健全的、與國(guó)外可供比較的質(zhì)量檢測(cè)方法、技術(shù)，也沒(méi)有可信、可比的數(shù)據(jù)，很難對(duì)這一問(wèn)題作出準(zhǔn)確、定量的結(jié)論。評(píng)價(jià)鋁電解槽炭陽(yáng)極的質(zhì)量指標(biāo)有多個(gè)方面，如密度、孔隙度、強(qiáng)度、電導(dǎo)率、導(dǎo)熱率、抗氧化性能、對(duì)CO2的反應(yīng)性能、透氣率、抗熱沖擊性能等等。 對(duì)工業(yè)鋁電解槽來(lái)說(shuō)，比較直觀的是看重炭陽(yáng)極的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和抗氧化性能。目前世界上最大的最先進(jìn)的法國(guó)AP50(500kA)電解槽的陽(yáng)極電流密度為0．8A／cm2，新西蘭迪拜新系列的200kA電解槽的陽(yáng)極電流密度為0．88 A／cm2。實(shí)踐證明我國(guó)電解鋁廠，使用優(yōu)良的國(guó)產(chǎn)陽(yáng)極炭塊，可以承受0．8A/cm2的陽(yáng)極電流密度。應(yīng)該說(shuō)，在這4種方法中，前兩個(gè)是與電解槽的設(shè)計(jì)和電解槽操作的穩(wěn)定性有關(guān)的，第三種方法則完全是鋁電解槽操作的工藝條件，即對(duì)電解成份和溫度的選擇有關(guān)的，而最后一種方法，即與電解槽的設(shè)計(jì)和電解槽的操作的穩(wěn)定性有關(guān)，也與電解槽工藝條件的選擇有關(guān)。Al)。我國(guó)同類(lèi)型的300kA電解槽的電流效率一般在93％左右，系列年平均電流效率很難突破94％，對(duì)于其它類(lèi)型的大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽的電流效率也一般都徘徊在93．5％左右[6]。而不容易使低溫、低分子比操作達(dá)到理想的提高電流效率的目的。一般認(rèn)為，最好的電流效率是在不失去電解槽的穩(wěn)定性的情況，用盡可能低的電解溫度實(shí)現(xiàn)的。國(guó)際著名的鋁冶金專(zhuān)家豪平(Haupin)對(duì)大量的電流效率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，電解槽的電流效率更依賴(lài)于過(guò)熱度，而不是電解質(zhì)溫度，其原因現(xiàn)在尚未搞清。然而過(guò)熱度太低時(shí)也會(huì)引起過(guò)多的冰晶石沉積和沉淀，而導(dǎo)致電解槽的不穩(wěn)定。目前國(guó)外大型預(yù)焙陽(yáng)極電解槽的過(guò)熱度一般在8～10℃，法國(guó)彼斯涅AP50電解槽的電解質(zhì)過(guò)熱度為9．7℃，電解質(zhì)的初晶溫度953℃，電解質(zhì)的分子比2．15，電流效率95．9％；AP35(350kA)電解槽，電解質(zhì)分子比2．1～2．2，平均電解質(zhì)初晶溫度953．7℃，過(guò)熱度7．8℃，電流效率96．0％?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)電解鋁廠電解質(zhì)的初晶溫度較低，而過(guò)熱度較大，系列電解槽的平均電流效率在93．5％左右。而電解槽的物料平衡是通過(guò)對(duì)氧化鋁和AlF3的合理加料制度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果極距增加，輸入到電解槽中的能量就會(huì)增加，直接的影響就是使電解質(zhì)的溫度增加和過(guò)熱度增加。電解槽的物料平衡的穩(wěn)定(Al2O3加料和AlF3成份穩(wěn)定)和熱平衡穩(wěn)定(溫度的穩(wěn)定)的控制是可以通過(guò)正確的電解質(zhì)初晶溫度和過(guò)熱度的控制戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的。而最終達(dá)到的目標(biāo)是，電解質(zhì)成份的穩(wěn)定和電解溫度的穩(wěn)定，即真正的電解質(zhì)分子比控制和溫度控制。 工業(yè)鋁電解槽電解質(zhì)初晶溫度和過(guò)熱度的測(cè)量一種由國(guó)內(nèi)代理商代理，國(guó)外生產(chǎn)制造的工業(yè)鋁電解槽電解質(zhì)熔體初晶溫度和過(guò)熱度的測(cè)定儀已在我國(guó)的個(gè)別電解鋁廠演示?，F(xiàn)在一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型鋁電解槽電解質(zhì)熔體初晶溫度和過(guò)熱度測(cè)量?jī)x在沈陽(yáng)面世，這種新型的測(cè)量?jī)x器具有與上述一樣的測(cè)定原理，且溫度傳感器可多次使用，多次測(cè)量，測(cè)量方法也簡(jiǎn)便，測(cè)一個(gè)電解槽的電解質(zhì)初晶溫度和過(guò)熱度僅需一分鐘左右的時(shí)間，其成本僅是國(guó)外產(chǎn)品的1／60～1／30，價(jià)格不到國(guó)外產(chǎn)品的1／3，性?xún)r(jià)比極高，適合我國(guó)國(guó)情，可望能在國(guó)內(nèi)電解鋁廠推廣使用。木章詳細(xì)論述正常生產(chǎn)階段中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和病槽治理等。 鋁電解槽的預(yù)熱 鋁工業(yè)上有3種預(yù)熱方法。在焦粒預(yù)熱法中，采用適當(dāng)厚的焦粒層和適當(dāng)大小的焦粒，鋪在槽底上。所用的陽(yáng)極要經(jīng)過(guò)仔細(xì)挑選，要求沒(méi)有外部的和內(nèi)部的裂縫，這可用鐵錘敲擊陽(yáng)極而判定。陽(yáng)極母線梁、軟母線和陽(yáng)極導(dǎo)桿三者之間的接觸面要洗刷干凈。此種并聯(lián)電阻體用鋼制作，具有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度和截面積，換言之，它有一定的電阻值。槽電壓在起始時(shí)略高于3v，在通電后槽電壓逐漸降低，拆除第一段并聯(lián)電阻之前，降低到3v以下。通電24h后，達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷電流I。在焙燒終了時(shí)要把各個(gè)陽(yáng)極炭塊擰緊到陽(yáng)極母線大梁，然后拆除用來(lái)連接陽(yáng)極導(dǎo)桿的軟母線?？v向中縫處呈現(xiàn)淺紅色，表示焙燒得很好，并未過(guò)熱。在預(yù)熱過(guò)程中，底糊先軟化，黏結(jié)劑分解出其中的揮發(fā)分，隨后焦化，炭結(jié)晶出來(lái)，故底糊先膨脹后收縮。％[8]。在鋁液預(yù)熱法的實(shí)施中，先往槽膛內(nèi)灌入鋁液，成鋁板，然后在其上進(jìn)行陽(yáng)極鑄型，通電焙燒。加熱陰極時(shí)，依靠傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，熱量傳輸?shù)狡渌课簧?。?jīng)過(guò)氧化的碳，對(duì)鈉的親和力較大，因此體膨脹率大，結(jié)果造成破裂，電解質(zhì)更多地滲透進(jìn)來(lái)。 預(yù)焙槽的啟動(dòng)鋁電解槽啟動(dòng)是緊接著焙燒之后的一道工序，其任務(wù)是在槽內(nèi)熔化電解質(zhì)，同時(shí)開(kāi)始鋁電解。在安放陽(yáng)極之前要仔細(xì)洗刷干凈陰極表面，然后用真空吸塵器清理，表面還要平整，使二者接觸良好。開(kāi)始通人全電流的1／3。當(dāng)陰極溫度逐漸升高時(shí)，槽電壓自然降落，此時(shí)要逐漸提升電流。當(dāng)槽內(nèi)熔融電解質(zhì)達(dá)到適當(dāng)高度時(shí)，可引發(fā)陽(yáng)極效應(yīng)以加速熔化電解質(zhì)，同時(shí)撈出炭渣，最后熄滅陽(yáng)極效應(yīng)。通常在啟動(dòng)之前要仔細(xì)檢查電解槽的上部結(jié)構(gòu)，其中包括；陽(yáng)極母線梁的升降裝置和行程，擰緊夾具，檢測(cè)各部位的絕緣性能。當(dāng)電解質(zhì)覆蓋在整個(gè)陰極表面上時(shí)，稍稍提升陽(yáng)極。當(dāng)灌注液體電解質(zhì)結(jié)束以后，加入少量氧化鋁，其加入量一般是按照啟動(dòng)結(jié)束后2h發(fā)生頭一次陽(yáng)極效應(yīng)來(lái)估計(jì)。啟動(dòng)時(shí)所用的電解質(zhì)組成，按照慣例，含有2％過(guò)量NaF。此種電解質(zhì)組成有益于延長(zhǎng)電解槽的使用壽命。確切的時(shí)間往往由廠房?jī)?nèi)的出鋁時(shí)間決定。標(biāo)準(zhǔn)的做法是，灌入量大約占最終的金屬量的50％(指正常生產(chǎn)期內(nèi)所宜保持的金屬量)。系列中的所有電解槽，通過(guò)技術(shù)參數(shù)的逐漸調(diào)整，最終達(dá)到各自的熱平衡和電磁平衡。同時(shí)，加人的氧化鋁量逐漸趨于正常。調(diào)整時(shí)用碳酸鈉，然后逐漸降到正常值。如果鋁液水平低于預(yù)定的目標(biāo)則不必出鋁。反之，電磁場(chǎng)平衡較差的電解槽，即使電流較小，也要取較高的鋁液水平20cm[9]。每次熄滅陽(yáng)極效應(yīng)后要扒撈炭渣，然后調(diào)整電壓。(5)在啟動(dòng)后的前4個(gè)班內(nèi)，每個(gè)班應(yīng)發(fā)生l～2次陽(yáng)極效應(yīng)。添加冰晶石，有助于在電解液表面上生成結(jié)殼[12]。由于自動(dòng)添加氧化鋁的程序具有充分的彈性，足以防止電解槽內(nèi)的氧化鋁濃度不致過(guò)多。換下來(lái)的陽(yáng)極多數(shù)仍然可用于生產(chǎn)作業(yè)。所以，預(yù)熱時(shí)采用長(zhǎng)陽(yáng)極是一種權(quán)宜之計(jì)。（1）結(jié)殼槽處理處理程序?yàn)?(1)將槽溫壓在950～965℃ 間；(2)將電解質(zhì)補(bǔ)到正常值，并維持?。?3)逐步加大出鋁量，將鋁水平降至18～；(4)～，以防止針振，同時(shí)延長(zhǎng)氧化鋁下料間隔5～10s，減少下料量，此時(shí)槽溫會(huì)有一定幅度的上揚(yáng)；(5)待槽溫微微上揚(yáng)時(shí)，縮短氟化鹽下料間隔，中和因槽溫上揚(yáng)使部分槽幫、面殼化開(kāi)及槽底結(jié)殼而上升電解質(zhì)含堿量，使分子比維持不變或變動(dòng)量少。如果采用停料等效應(yīng)提溫的辦法，爐幫會(huì)大量熔化，此后新的穩(wěn)定熱平衡在短時(shí)間內(nèi)難以形成:采用添加純堿提升分子比的方法，成本高，而且純堿含結(jié)晶水，高分子比結(jié)殼直接添加在出鋁口，有一定危險(xiǎn)性，出鋁口也易生成難以熔化的物質(zhì)。有兩種形式：～，～%；，～% ，還伴有大量沉淀的出現(xiàn)。第二種形式的熱槽是因?yàn)榘l(fā)生下料器大漏料，導(dǎo)致槽底大量積料，或電壓長(zhǎng)時(shí)間低運(yùn)行，人工未提起電壓，導(dǎo)致極距過(guò)短，鋁發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)導(dǎo)致的。槽運(yùn)行以來(lái)，高硅槽斷斷續(xù)續(xù)一直產(chǎn)生，嚴(yán)重影響后續(xù)鑄造產(chǎn)品電工鋁桿的質(zhì)量。這種槽膛內(nèi)型直接導(dǎo)致三個(gè)后果:電流效率下降。高硅槽爐幫薄，伸腿短小，槽自我平衡能力減弱，也影響了鋁液及電解質(zhì)的正常循環(huán)流動(dòng)，使電解質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生紊流或波動(dòng)，且有趨于激烈的傾向。高硅槽的處理：處理高硅槽的基本原則就是如何能生成規(guī)整爐幫、如何使?fàn)t幫不被繼續(xù)熔化。Ⅲ. 同時(shí)逐步減少出鋁量，～20cm，～，以保持極距。 低溫鋁電解低溫鋁電解的目標(biāo)是要降低工業(yè)槽的電解溫度，即從950～970℃，逐步降低到850～900℃，仍然得到液體鋁。以后撫順?shù)X廠在60000A工業(yè)電解槽上采納此項(xiàng)技術(shù)，用MgF2作添加劑，結(jié)果提高電流效率2％。但是，這些都是實(shí)驗(yàn)室的研究，當(dāng)然不可能在短期內(nèi)就在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)，而是需要很長(zhǎng)時(shí)間逐步實(shí)現(xiàn)的。盧惠民、高炳亮分別和邱竹賢研究了純氟化物、氯—氟化物和純氯化物電解。沒(méi)有這種先決條件，槽電壓無(wú)法降低。故不得不轉(zhuǎn)而尋求新的途徑——降低電解溫度。當(dāng)然，在較低的溫度范圍內(nèi)，提高電流效率的幅度會(huì)稍小些。研究表明：隨著溫度降低，分解氧化鋁所做的電功增多；但由于能耗量中的另外兩部分能耗均隨溫度降低而減少，特別是束縛能降低甚多，而且減少的能量足以抵消電功所增多的部分，所以，總的說(shuō)來(lái)，鋁電解的理論能耗量隨著溫度的降低而稍稍減少。一百多年以來(lái)，鋁工業(yè)不斷地尋求增加單槽鋁產(chǎn)量，節(jié)省電能消耗量，改善勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)成本的各種途徑。(2)目前鋁工業(yè)上正在積極研制各種惰性電極材料，將來(lái)惰性陽(yáng)極、惰性陰極和絕緣側(cè)壁三者如果在工業(yè)鋁生產(chǎn)上應(yīng)用，配合以低溫電解質(zhì)，則這些材料的抗腐蝕性將增大。(4)值得強(qiáng)調(diào)指出，用氧化鋁作為原料生產(chǎn)鋁的電解溫度，并不是愈低愈好，因?yàn)樵诤艿偷臏囟认拢娊赓|(zhì)中的Na3A1F6也會(huì)沉積在電極上，使陰極過(guò)電壓升高，不能維持正常的電解過(guò)程。我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)很艱難的課題，而不希望這僅僅是一種猜想。 基礎(chǔ)計(jì)算(1)基礎(chǔ)計(jì)算電解槽日產(chǎn)原鋁量按下式計(jì)算 Q=（t/d）,式中： ———鋁的電化學(xué)當(dāng)量, g/（Ah/t)式中 :V———電。天〕(2)電解槽槽數(shù)的確定1）工作槽數(shù)的確定年產(chǎn)鋁15萬(wàn)噸，則電解槽臺(tái)屬N計(jì)算如下N=α式中：Q———電解槽日產(chǎn)原鋁量 〔t/臺(tái)本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)電解槽槽型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算，對(duì)電解槽能量平衡及物料平衡計(jì)算，以及對(duì)電解相關(guān)的處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，在計(jì)算的基礎(chǔ)上，掌握電解車(chē)間設(shè)計(jì)的基本原理，為今后從事相關(guān)的技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。因?yàn)殇X工業(yè)是一種大規(guī)模的生產(chǎn)，必須謹(jǐn)慎從事，穩(wěn)步前進(jìn)。(3)氧化鋁來(lái)源廣泛，自然界中儲(chǔ)存量巨大。鋁電解的溫度總是趨向于降低，這需要時(shí)間并不斷探索。h／t(A1)。此外，降低電解溫度還能延長(zhǎng)電解槽的壽命，這也是節(jié)能的一種形式。降低電解溫度對(duì)于節(jié)電的另外一個(gè)重要作用是提高電流效率。為了減少電解槽的熱量損失，目前在鋁工業(yè)上一般采取加強(qiáng)保溫的辦法，例如增加槽面氧化鋁覆蓋層的厚度，以及加強(qiáng)槽體的保溫能力。電解與節(jié)能的關(guān)系保持鋁電解槽能量平衡的基本原理是：在減少電解槽能量收入之時(shí)，必須同時(shí)減少其能量支出。何鳴鴻和李慶峰在此項(xiàng)研究中系統(tǒng)地測(cè)量了低熔點(diǎn)電解質(zhì)體系的物理化學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)以及電解的電流效率。1978年他用Na3A1F6十A1F3十A12O3三元共晶點(diǎn)組成的電解質(zhì)，％％％的混合物，在750℃下電解，得到一顆5g重的電解質(zhì)。低溫鋁電解中選用的原料仍然是氧化鋁，而不是氯化鋁，因?yàn)檠趸X價(jià)格較低，而且吸水性較?。阌谶\(yùn)輸和貯存，電解時(shí)產(chǎn)生C02氣體(用炭陽(yáng)極時(shí))和O2(用情性陽(yáng)極時(shí))，而不是Cl2。整個(gè)處理過(guò)程需8～12天時(shí)間，原鋁硅含量可持續(xù)下降直到正常值。事中處理程序：Ⅰ. 先將氧化鋁NB適當(dāng)加大至5～15S，若槽溫高于980℃，則考慮脫離槽控系統(tǒng)控制而采用定時(shí)下料120～150S一段時(shí)間后，再恢復(fù)聯(lián)機(jī)，讓槽控曲線走正。爐幫薄或沒(méi)有則無(wú)法有力保護(hù)側(cè)部氮化硅磚，無(wú)法有效地防止由于電解質(zhì)的沖刷而造成的機(jī)械磨損，特別是對(duì)焙燒效果相對(duì)差的“人造伸腿”及底部扎縫。槽運(yùn)行不穩(wěn)定，自我平衡能力弱。高硅槽產(chǎn)生的原因：所有硅槽的硅含量快速升高方式并非是均勻持續(xù)升高，而是分一、兩個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段只有2到5天，～%間，其余時(shí)間基本維持不變。④ 減少出鋁量，按1000～1200kg/日出，直到槽溫回到960℃以下；⑤ % 內(nèi)，槽溫降到970℃以下后，恢復(fù)聯(lián)機(jī)控制。第一種形式是由于工藝參數(shù)調(diào)控不當(dāng)，槽走熱行程，熔化部分槽幫及面殼所致，因此氧化鋁濃度也偏高。～，維持這種情況1418h，槽溫就已提起，待槽溫提到955℃時(shí)，再恢復(fù)聯(lián)機(jī)控制。控制得好可以達(dá)到槽溫基本不變，槽幫也不化開(kāi)，結(jié)殼卻己消失的效果。 病槽及病槽治理 鋁電解槽在生產(chǎn)過(guò)程中，由于外界的影響和自身的原因，使正常生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)和熱平衡遇到破壞，便產(chǎn)生病槽，病槽使電流效率和鋁的質(zhì)量下降、電能和原材料消耗增加、電解槽壽命縮短、工人勞動(dòng)強(qiáng)度增加，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故，因此在日常生產(chǎn)中，必須精心操作，注意各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的變化，認(rèn)真觀察電解槽的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況要及時(shí)調(diào)整和消除，維護(hù)好電解槽的熱平衡，盡可能避免病槽的產(chǎn)生，一旦病槽產(chǎn)生，就要用最有效、最快捷手段，將其恢復(fù)正常生產(chǎn)?，F(xiàn)代的中部下料電解槽，為使陽(yáng)極間的中縫得到充分的焙燒，焙燒時(shí)必須用長(zhǎng)陽(yáng)極覆蓋到中縫附近。(6)啟動(dòng)后，槽上的陽(yáng)極宜盡早按照常規(guī)的程序逐漸更換。在此種程序中，“供料不足”和“供料過(guò)量”周期輪換執(zhí)行，用來(lái)控制氧化鋁濃度。在陽(yáng)極效應(yīng)的熄滅程序中，要求下料迅速，但要避免陽(yáng)極做上下移動(dòng)。在兩星期以?xún)?nèi)達(dá)到最終的電壓目標(biāo)。在偶爾發(fā)生的長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)，它可以防止結(jié)殼的熔化，從而避免液體電解質(zhì)的組成和溫度急劇的改變，以及由此而來(lái)的生產(chǎn)失常。最終的金屬高度，取決于電解槽的熱場(chǎng)和電磁場(chǎng)的狀況。(3)在啟動(dòng)后期中要逐漸提高槽內(nèi)鋁液水平。酸度大的電解質(zhì)不能很好地溶解氧化鋁，氧化鋁容