【正文】 氟化鋁(AlF3)是一種白色的細微粉末，屬菱形六面體結(jié)構(gòu)，其顆粒比氧化鋁稍大, 流動性次之，它是冰晶石氧化鋁熔液的一種添加劑。(5)氟化鎂氟化鎂(MgF2)和氟化鈣的作用基本相似，對爐幫形成起礦化劑作用，但在降低電解質(zhì)溫度，改善電解質(zhì)性質(zhì)，分離炭渣，提高電流效率和電解質(zhì)導電率方面比氟化鈣的作用更為明顯，實踐證明這是一種較好的添加劑。因預焙陽極的消耗使得其中的雜質(zhì)被還原后以硅、鐵、鈦、釩等元素雜質(zhì)進入到鋁液中，故對預焙陽極的理化指標要求嚴格，在化學成分上要求灰分越低越好，尤其是對硅、鐵、鎳、釩、鈉、硫等的控制，在物理性能上要求比電阻和氣孔率要小。圖11 鋁電解槽系列配置圖為了減少鋁工業(yè)溫室氣體的排放，全球鋁工業(yè)也致力于研制惰性陽極和惰性陰極等鉛電解新工藝，一旦成功，將在節(jié)能減排上取得新進展。槽膛底部是一層陰極碳塊，其下面依次是炭素墊、耐火磚層和保溫磚層，有的用氧化鋁或其他保溫材料取代保溫磚層或部分保溫磚層。槽膛側(cè)壁有一層或兩層陰極碳塊。陽極框架由鋼板和型鋼焊接而成。(2)上插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。與此同時靠輔助升降機構(gòu)以精確的相等速度提升陽極框套的位置，其結(jié)果是陽極框套的位置移動等于零，它相對于槽殼并未作任何移動，但陽極可以下降，補償其消耗。陽極碳塊表面噴一層鋁液以防止其氧化，也有不噴鋁液的。 母線裝置由陽極母線、陰極母線和立柱母線組成。預焙陽極鋁電解槽用帶有筋板的鋁板構(gòu)成多片單槽罩或整體槽罩，將電解槽密封。這些破損現(xiàn)象彼此相互聯(lián)系，可能會同時出現(xiàn)。第二章 廠址選擇與論證廠址的選擇不僅直接影響基建投資、生產(chǎn)經(jīng)營和發(fā)展，還影響地區(qū)的交通運輸、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)等的發(fā)展。一般來說，如果廠址有方便的、低成本的外部運輸系統(tǒng)，如鐵路運輸系統(tǒng)，則可以大大地降低運輸費用?，F(xiàn)代化大型電解鋁廠是一個技術(shù)密集型企業(yè)，需要各種高素質(zhì)人才。 ，土地資源充足，而且位于郊外，避免對中心城市的影響。(2) 電解質(zhì)成分本設(shè)計400kA電解槽的電解質(zhì)成分為：~，%%，%~%。陽極效應發(fā)生后的持續(xù)時間約定為5min左右比較合適。本設(shè)計所采用的槽膛深度為550mm。陽極炭塊間距取40mm，陽極行間距為200mm。7. 水、電、空氣等根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)實踐，一般生產(chǎn)用水量為4642m3/d，生產(chǎn)用水173m3/d，循環(huán)水40695m3/d，生產(chǎn)排水2068m3/d，生活排水173m3/d，二次水重復利用率為90%。h） (43) Al2O3實際單耗為：1930103=（槽 C實=450103=(槽h1）/%項目/（kg電解槽電氣絕緣:在電解槽系列上，系列電壓達數(shù)百伏甚至上千伏。炭塊頂部有四個裝配爪頭的碳孔，其直徑為200mm，深為100mm。167。保溫磚與耐火磚的周邊充填有耐火顆粒。另外所設(shè)計的母線占電解槽基建費用的25%左右，確定合理的母線配置和結(jié)構(gòu)是十分重要的。如表列出了槽周陰記母線電流的分配。采用炭陽極進行電解時，～。2=8380mm。(3) 卡具電壓降11mV。 陰極軟母線電壓降陰極軟母線長度取1000mm，截面，共43片，母線平均溫度90℃，： (617)167。日； ——陽極效應發(fā)生時的槽電壓（V）； ——平時的槽電壓（V）； t——陽極效應延續(xù)時間（min）取為5min。計算體系可以任意選擇，但必須包括生產(chǎn)設(shè)備的基本部分，否則所進行的計算就失去了實際意義。 熱量支出計算1. Al2O3反應熱 Al2O3(s)→ 2Al(l)+(g)電解溫度為950℃即1223K下查的Al2O3分解的自由能計算公尺為：ΔFt=405760+可得Al2O3的分解熱為：ΔFt=405760+12231223=每槽1h可分解Al2O3 ，QAl2O3==2. 氣體帶走的熱電解槽氣體流量：14600m3/h；排煙管煙氣溫度 ：85℃；氣體(空氣、CO、CO2等)平均比熱：Cp=a. 正對槽膛底的槽殼損失槽殼底面積：S==電解質(zhì)溫度：950℃，槽殼溫度：90℃，Δt=95090=860℃底部炭塊：δ1=45cm，取平均溫度為925℃。保溫磚：65mm。h陽極氣體中CO2占75% CO占25%，CO，CO2的生成量可按以下反應方程式計算： Al2O3+12/7C→2Al+9/7CO2+3/7CO則： 電解溫度為940℃~950℃。167。 陽極效應分攤電壓降 陽極效應分攤的電壓降按下式計算： (618)式中 ——陽極效應次數(shù)（次/槽由公式可計算： (613)式中 ——電流通過陰極炭塊路徑的長度，cm； ——半石墨質(zhì)炭塊的電阻率，槽底炭塊溫度為850℃時，； A——槽膛寬度的一半3900/2=1950mm S——澆鑄時陰極鋼棒， B——炭塊寬度與炭縫之和，660+40=700mm，70cm； a——結(jié)殼厚度，取100mm； ——陽極電流密度，為。得到陽極立柱母線電壓降(包括軟母線電壓降)：167。 陽極大母線電壓降取大母線平均溫度t=66℃，=，α=，由此計算得： (64)前面計算得到陽極導桿50根，每根導桿的電流負荷為： (65)采用功率法求電壓降，設(shè)陽極大母線長為： (66)式中660為陽極塊寬，40為預焙陽極間距。電解槽的平均電壓： (61)167。(3) 立柱母線根據(jù)立柱母線電流密度可計算立柱母線橫截面積，則立柱母線橫截面積為： (511)立柱母線規(guī)格取為400mm580mm時，取一根，則它的電流密度校驗值為： (512) 表51 陽極母線規(guī)格表母線類型斷面規(guī)格面積電流陽極橫母線580mm260mm陽極軟母線600mm2mm立柱母線460mm630mm167。在大型預焙槽的設(shè)計中，母線不僅被看成把電流導入的導體，而且更重要的是它產(chǎn)生的磁場，母線磁場是影響槽內(nèi)鋁液穩(wěn)定的重要因素，直接制約著鋁的氧化損失和電流效率指標的高低。干式防滲料下面是2層保溫磚，每層厚65mm，中間用2mm厚的氧化鋁粉填縫和整平，最底部是1層65mm厚的硅酸鈣特種絕緣板。 槽殼槽殼采用搖籃式結(jié)構(gòu)，搖籃架是彈性變形體，這種槽殼受力不產(chǎn)生應力集中，在電解槽的端角部位，不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象，這是搖籃式槽殼最大的優(yōu)點。(3) 鋼爪鋼爪頭直徑為160mm，長為280mm。上部結(jié)構(gòu)可分為承重架、陽極提升裝置、打殼下料裝置、陽極母線和陽極組、集氣和排煙裝置、氧化鋁超濃相輸送管道。h) 167。h） (48) 氟化鈣消耗量為：4103=（槽h）2. Al2O3消耗量(1)根據(jù)化學反應方程式Al2O32Al+3/2O2計算理論消耗量 (42)(2)實際消耗量 %—%，取其值為1930kg/t。 6. 耐火材料與炭糊所選用的耐火材料必須能夠保證側(cè)部能夠良好散熱，底部保溫效果好且能夠防止電解質(zhì)和鋁液的滲透。a. 陽極斷面尺寸陽極總面積為：S陽=400000/=故需陽極炭塊數(shù)：n=(15566)=取48塊陽極，分兩行排列，每行24組炭塊。綜合各種因素的考慮，本設(shè)計陽極尺寸設(shè)計為1550mm660mm540mm，采用四個鋼爪，?個1。(7) 陽極效應系數(shù)每日分攤到每槽的陽極效應次數(shù)稱為陽極效應系數(shù)。目前電解煉鋁的電流效率一般在88%~95%。因此，要求廠址區(qū)域有較大的環(huán)境容量。167。 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]。建造時要采用高質(zhì)量的砌筑材料和進行精確的施工。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(zhì)槽殼也伴有嚴重變形或破裂。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽帶有鋼質(zhì)卷簾或吊門，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導出。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(gòu)。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。陽極有兩套提升機構(gòu)。陽極棒用銅質(zhì)導電片來與陽極大母線聯(lián)接。(1)側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。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。槽殼用型鋼和鋼板焊成。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]。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。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(zhì)的初晶溫度，從而降低電解溫度。目前，冰晶石是鋁電解生產(chǎn)中最理想的一種熔劑。(1)冰晶石冰晶石分天然和人造兩種。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。(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(guān)系很大。氧化鋁有7種晶型，最常見的是αAl2O3，又稱剛玉型氧化鋁。對鋁電解產(chǎn)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?qū)ζ渥鰺o害化處理，減輕鋁電解工業(yè)廢物對環(huán)境污染。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(shù)水平較高。國外大容量(300 kA以上)，主要經(jīng)濟技術(shù)指標：電流效率93%~95%，直流電耗13000~13500 kW 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，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(chǎn)品質(zhì)量和擴大產(chǎn)品種類。隨著電解槽容量的不斷擴大，槽壽命問題就更加突出。 ——實際運行指標差。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(chǎn)。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，進行電化學反應得到金屬鋁。1865年, 俄國別開托夫(Векетов)提議用鎂還原冰晶石來生產(chǎn)鋁。同時，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。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。167?！?。 鋁的性質(zhì)及用途167。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(shù)具有以下創(chuàng)新點：優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(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，改善了勞動環(huán)境；采用陰極炭塊與陽極炭塊投影相對應的技術(shù)，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(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)陰極炭塊進行工業(yè)試驗，均達到了400kA電解槽試驗目標。 成本核算 53第九章 環(huán)境保護和安全生產(chǎn) 55167。 陽極效應分攤電壓降 37167。 陽極大母線電壓降 34167。 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu) 28167。 綜合經(jīng)濟技術(shù)指標的計算 19167。 陽極裝置 13167。 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀 7167。經(jīng)過多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。在現(xiàn)有的320kA~350kA大型鋁電解槽基礎(chǔ)上，進一步開發(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)是當今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標。 鋁的性質(zhì) 3167。 鋁電解熔劑——氟化鹽 10167。. 電力供應 16167。 物料平衡列表 24第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計 26167。. 陰極母線 31167。 陰極電壓降 36167。 40167。先進的300kA~350kA大型預焙槽及其配套技術(shù)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(shè)計、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]。400kA級鋁電解車間設(shè)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(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽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到80%以上[4]。(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。(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。它的應用主要表現(xiàn)在下面幾個方面。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)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。 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。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。與化學法相比，電解法成本比較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，故沿用至今。167。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(shù)上也存在相應的問題。焙燒啟動