【正文】 設(shè)計(jì)內(nèi)容與目的我國是當(dāng)今世界的產(chǎn)鋁大國，鋁的性能優(yōu)越，并且可以與其他多種金屬構(gòu)成各式各樣的合金，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門廣泛應(yīng)用，成為不可缺少的金屬材料。從950℃降低到800℃，鋁電解的理論能耗量可節(jié)省70kW至今我們?nèi)栽谘芯?，因而對低溫鋁電解有了較多的認(rèn)識(shí)。Ⅳ. 在槽溫下降的同時(shí)逐步縮回氧化鋁NB，待硅含量不再上升時(shí)，再次縮短氧化鋁NB5～1OS ，加大下料量，提供其生成爐幫的需要。對于高硅槽的產(chǎn)生原因及處理對策，目前還有許多技術(shù)細(xì)節(jié)尚未解決。這樣的做法可以使整體槽溫不明顯上升，槽波動(dòng)幅度小，爐底結(jié)殼清理完畢。當(dāng)電解質(zhì)完全清除掉炭渣之后，就可以用計(jì)算機(jī)操縱的自動(dòng)供給氧化鋁的程序。隨著鋁液水平的逐漸提高，在電解槽槽膛內(nèi)壁上逐漸形成結(jié)殼，它是熱和電的絕緣體，起著保護(hù)作用。具體操作時(shí)視電解槽的實(shí)際狀況而定。用青木棒熄滅陽極效應(yīng)；短木捧插在每塊陽極之下，長木棒插在中縫處。在24h之內(nèi)達(dá)到全電流，以后保持72h。要想防止其氧化是困難的，所以有些工廠寧愿采用較低的預(yù)熱溫度(600℃)[9]。在預(yù)熱的全過程中，％。拆除第一段電阻后。典型的焦層厚度10mm，炭粒小于6mm，焦層中不能含有細(xì)于lmm的焦粉，以免與陰極和陽極接觸不良，因?yàn)楹芗?xì)的焦粉具有較大的電阻率，而且在啟動(dòng)時(shí)不便于清除。這種儀器的原理是基于一個(gè)內(nèi)插有熱電耦的金屬容器，置入電解槽熔體中，待容器中熱電耦傳感器指示的溫度達(dá)到穩(wěn)定后，即為電解質(zhì)熔體的實(shí)際溫度時(shí)，將容器連同內(nèi)部的電解質(zhì)熔體取出讓其降溫冷卻，在冷卻過程的降溫曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)，此拐點(diǎn)的溫度即為電解質(zhì)的初晶溫度，而電解質(zhì)熔體溫度與電解質(zhì)熔體初晶溫度之差即為電解質(zhì)熔體的過熱度。但是對鋁電解槽來說，熱平衡和物料平衡是相互關(guān)聯(lián)，相互配合的。最初，人們把較低過熱度對電流效率提高所取的效益歸結(jié)于，適當(dāng)?shù)倪^熱度會(huì)使電解槽形成較好的槽幫結(jié)殼。目前世界上最大的500kA電解槽AP50，長18m，寬5m，陽極電流密度0．8A／cm2，電流效率95．0％，2003年4月公布的電流效率為95．9％，也接近96％。因?yàn)檫@些性能好的陽極可以承受更大的電流密度，陽極電壓降低，抵抗高溫氧化的能力強(qiáng)，陽極消耗少。另一方面也說明了提高電解槽壽命是一個(gè)系統(tǒng)的工程。電解鋁建設(shè)工藝簡單技術(shù)含量低建設(shè)周期短，有充足資金投入，從開工到建成投產(chǎn)僅需要了9個(gè)月。中國電解鋁行業(yè)從2002年開始，電解鋁產(chǎn)量開始過剩，受下游行業(yè)需求下降影響，中國2008年電解鋁過剩預(yù)計(jì)達(dá)到50萬噸。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以發(fā)展現(xiàn)狀及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320KA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人注目?！　∥覈X土礦的最后一個(gè)特點(diǎn)是，地質(zhì)工作程度比較高，截至1994年底，%，%，兩者合計(jì)，%?！?995年鋁土礦保有儲(chǔ)量和A+B+C級儲(chǔ)量增長狀況。鐵路車輛 鋁用于制造鐵路底卸年、冷凍車和槽車鋁亦廣泛用于鐵路客車，特別是那些公共交通系統(tǒng)的車輛。但廢雜鋁的利用，仍以小型企業(yè)為主，無一大型企業(yè)，缺乏行業(yè)龍頭[3]。我國近十余年來，鋁質(zhì)飲料罐的生產(chǎn)和消費(fèi)量增長極快。因此，廢棄鋁的回收、再利用，無論從節(jié)約地球上資源、節(jié)約能耗、成本，縮短生產(chǎn)流程周期，還是從環(huán)境保護(hù)、改善人類生態(tài)環(huán)境等各方面都具有十分巨大的意義[2]。1980年代未期以來，世界鋁價(jià)就不斷重挫，其中最大的原因就是蘇聯(lián)瓦解后為換取外匯而對西方大量輸出鋁，最明顯的影響就是LME的庫存量由1990年底的315，600噸暴升到144萬噸以上。世界上的產(chǎn)鋁量集中于美國、前蘇聯(lián)、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列國家的產(chǎn)鋁量占全球產(chǎn)量的60%以上。 可成形性: 這是鋁及許多鋁合金較重要的特性之一。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學(xué)和很多化學(xué)體系中，鋁能顯示優(yōu)良的抗腐蝕性[1]?，F(xiàn)代鋁工業(yè)有三個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：（1）從鋁土礦提取純氧化鋁（2）用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁（3）鋁加工。它的化合物用途非常廣泛, 不同的含鋁化合物在醫(yī)藥、有機(jī)合成、石油精煉等方面發(fā)揮著重要的作用。在現(xiàn)代生活中，鋁已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在建筑行業(yè)中。鋁最大的用途是在運(yùn)輸和建筑業(yè)。世界上的產(chǎn)鋁量集中于美國、前蘇聯(lián)、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列國家的產(chǎn)鋁量占全球產(chǎn)量的60%以上。鋁從礦石到成金屬，再到制成品成本極高、耗能巨大。 我國1990年后原鋁工業(yè)獲得高速發(fā)展，產(chǎn)量持平，消費(fèi)市場看好，自行車、我國電工部門用鋁量約占全國鋁耗量的確/3, 我國近十余年來，鋁質(zhì)飲料罐的生產(chǎn)和消費(fèi)量增長極快。一般來說，鋁錠所占比重大，部分廢鋁（來自俄、美）也占據(jù)部分市場?？ㄜ囉捎谥亓康南拗萍叭藗兿朐黾佑行лd重量的愿望，制造商已增加鋁在駕駛室、拖車和卡車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 我國鋁土礦分布狀況 我國鋁土礦資源概況及分布我國有310處鋁土礦產(chǎn)地，主要為：山西省的克俄、石公、相王、西河底、太湖石、郭偏梁一雷家蘇、寬草坪；河南省的曹窯、馬行溝、賈溝、石寺、竹林溝、夾溝、支建；山東省的淄博；廣西壯族自治區(qū)的平果那豆；貴州省的遵義(團(tuán)溪)、林歹、小山壩等鋁土礦區(qū)。鋁土礦礦石中還伴生有鎵、釩、鋰、稀土金屬、鈮、鉭、鈦、鈧等多種有用元素。AlF?）共熔電解制得。又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)（這些經(jīng)驗(yàn)也有很大局限性）。中國電解鋁行業(yè)發(fā)展的狀況決定中國國內(nèi)電解鋁供應(yīng)一直較為充裕，2005年電解鋁平均產(chǎn)能1070萬噸，產(chǎn)能利用率75%，從6月份國內(nèi)數(shù)據(jù)看，中國的產(chǎn)能已經(jīng)得到了一定程度的釋放。值得關(guān)注的是，盡管我國引進(jìn)和使用了這一較為先進(jìn)的鋁電解槽焙燒技術(shù)，但槽壽命沒有明顯的提高。陽極炭塊導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性的好壞，同陽極炭塊和石油焦本身的煅燒溫度、炭塊密度和孔隙度大小有關(guān)。Al，炭陽極凈耗0．397kg／kg有些文獻(xiàn)報(bào)道，電解溫度每降低10℃，可使電流效率提高2％～3％。如果全國鋁廠都能將過熱度作為個(gè)重要的工藝技術(shù)參數(shù)加以控制并確定在8～10℃的范圍內(nèi)，可以預(yù)見，我國電解鋁廠電解槽的電流效率將會(huì)打破現(xiàn)在的水平，上升到一個(gè)新水平[7]。 通過上述電解質(zhì)成份(分子比)和電解溫度的穩(wěn)定控制，可以肯定，我國鋁電解槽的電流效率的提高，電耗指標(biāo)的下降，效應(yīng)系數(shù)減少，陽極和氟化鹽消耗的降低，都將是明顯的。其原理是在電解槽的陰極上鋪設(shè)一層焦粒(冶金焦的顆粒)作為電阻體。再經(jīng)過72h后結(jié)束預(yù)熱。陰極炭塊的溫度在焙燒終了時(shí)，稍高于900℃。其缺點(diǎn)是操作比較復(fù)雜，為了放入燃燒器不得不在陰極和陽極之間留出較大的空當(dāng)；其次，燃燒時(shí)所用的過量空氣會(huì)使陰極和陽極表面氧化。陽極導(dǎo)桿經(jīng)軟母線與母線梁連接。灌完電解質(zhì)之后、陽極效應(yīng)電壓宜穩(wěn)定地保持在20v以下。避免過早往新槽中灌注鋁液的用意在于：讓陰極中的細(xì)小裂縫先被冰晶石填充滿，讓內(nèi)襯中的底糊繼續(xù)焙燒好并且體積膨脹，而不讓鋁液先進(jìn)去。(3)在啟動(dòng)后期中要逐漸提高槽內(nèi)鋁液水平。在陽極效應(yīng)的熄滅程序中，要求下料迅速，但要避免陽極做上下移動(dòng)。 病槽及病槽治理 鋁電解槽在生產(chǎn)過程中，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)。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。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。何鳴鴻和李慶峰在此項(xiàng)研究中系統(tǒng)地測量了低熔點(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。此外，降低電解溫度還能延長電解槽的壽命，這也是節(jié)能的一種形式。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)。 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/（A一百多年以來，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。沒有這種先決條件，槽電壓無法降低。 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。這種槽膛內(nèi)型直接導(dǎo)致三個(gè)后果:電流效率下降。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)。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多。反之，電磁場平衡較差的電解槽，即使電流較小，也要取較高的鋁液水平20cm[9]。系列中的所有電解槽，通過技術(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。啟動(dòng)時(shí)所用的電解質(zhì)組成，按照慣例，含有2％過量NaF。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，最后熄滅陽極效應(yīng)。 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)開始鋁電解。％[8]。通電24h后，達(dá)到滿負(fù)荷電流I。所用的陽極要經(jīng)過仔細(xì)挑選，要求沒有外部的和內(nèi)部的裂縫，這可用鐵錘敲擊陽極而判定?，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)熔體初晶溫度和過熱度測量儀在沈陽面世，這種新型的測量儀器具有與上述一樣的測定原理，且溫度傳感器可多次使用，多次測量，測量方法也簡便，測一個(gè)電解槽的電解質(zhì)初晶溫度和過熱度僅需一分鐘左右的時(shí)間，其成本僅是國外產(chǎn)品的1／60～1／30，價(jià)格不到國外產(chǎn)品的1／3，性價(jià)比極高，適合我國國情，可望能在國內(nèi)電解鋁廠推廣使用。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)的溫度增加和過熱度增加。然而過熱度太低時(shí)也會(huì)引起過多的冰晶石沉積和沉淀，而導(dǎo)致電解槽的不穩(wěn)定。我國同類型的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％，對于其它類型的大型預(yù)焙陽極電解槽的電流效率也一般都徘徊在93．5％左右[6]。目前世界上最大的最先進(jìn)的法國AP50(500kA)電解槽的陽極電流密度為0．8A／cm2，新西蘭迪拜新系列的200kA電解槽的陽極電流密度為0．88 A／cm2。在談及提高電解槽的壽命時(shí)，過去聽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)。電解鋁行業(yè)的購買方即鋁消費(fèi)商，在中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國城市化進(jìn)程中基礎(chǔ)設(shè)施、公共事業(yè)、住房和汽車等消費(fèi)品，極大地帶動(dòng)中國電解鋁消費(fèi)需求。中國礦資源稀缺，鋁礦資源只能維持10年，中國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。由于開發(fā)時(shí)間短，對中國大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國際先進(jìn)水平還有較大差距?！　∥覈X土礦資源還是比較豐富的，華北地臺(tái)、揚(yáng)子地臺(tái)、華南褶皺系及東南沿海四個(gè)成礦區(qū)都具有較好的鋁土礦成礦條件，尤以晉中晉北、豫西晉南、黔北黔中三個(gè)成礦帶成礦條件較好，資源遠(yuǎn)景也大；桂西滇東及川南黔北等成礦帶也有一定的遠(yuǎn)景。鋁因其高強(qiáng)度/密度之比率、抗腐蝕性和重量功效而得到廣泛應(yīng)用，特別是用在壓縮的設(shè)計(jì)中。 鋁可用于橋梁與公路的輔助結(jié)構(gòu)上，如橋梁欄桿、公路護(hù)欄、照明標(biāo)準(zhǔn)件、交通指揮塔、交通標(biāo)志和連接圍欄等。 中國鋁工業(yè)正處于快速發(fā)展階段, 中國廢鋁回收率目前為32%,但不久將快速提升至70%。正因如此，廢棄Al的回收再生已成為世界各國的十分重視的工作，并已成為一項(xiàng)重要的產(chǎn)業(yè)。在有色金屬中，鋁無論在儲(chǔ)量、產(chǎn)量、用量方面均屬前位。1980年代未期以來，世界鋁價(jià)就不斷重挫，其中最大的原因就是蘇聯(lián)瓦解后為換取外匯而對西方大量輸出鋁，最明顯的影響就是LME的庫存量由1990年底的315，600噸暴升到144萬噸以上。這些額定值在作金屬加工特性的定性對照中僅能起大致的指導(dǎo)作用，即不能定量地作為成形性的極值。 鋁通常顯示出優(yōu)良的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用於如高轉(zhuǎn)榘的電動(dòng)機(jī)中。本文也介紹了電解過程物理化學(xué)反應(yīng)，鋁電解質(zhì)體系的性質(zhì)，電解槽的啟動(dòng)和常規(guī)作業(yè)流程以及電解車間設(shè)計(jì)的基本原理。泰國當(dāng)時(shí)的國王曾用過鋁制的表鏈；1955年巴黎國用博覽會(huì)上，展出了一小塊鋁，標(biāo)簽上寫到：“來自粘土的白銀”，并將它放在最珍貴的珠寶旁邊，直到1889年，倫敦化學(xué)會(huì)還把鋁和金制的花瓶和杯子作為貴重的禮物送給門捷列夫。它的自然表面狀態(tài)具有宜人的外觀。雖然純鋁極軟且富延展性，但仍可靠冷加工及作成合金來使它硬化，常用的合金元素是銅、鎂、錳、鉻、矽、鐵。鋁最大的用途是在運(yùn)輸和建筑業(yè)。而且，許多鋁制品都是一次性使用，從制成產(chǎn)品至產(chǎn)品喪失使用價(jià)值時(shí)間較短。全球原鋁的消費(fèi)已近2200萬噸，美、歐和日本是消費(fèi)增長最快、市場開發(fā)最為活躍的地區(qū)。 珠江三角洲以廣東南海地區(qū)最為集中，南海是中國最大的鋁型材生產(chǎn)基地，在全國型材產(chǎn)區(qū)中，廣東占70%，在廣東型材產(chǎn)區(qū)中，南海占65%，在中國型材加工工業(yè)中仍占據(jù)絕對優(yōu)勢地位。鋁箔頗適用于包裝，箔制盒，包用于盛食品與藥劑，并可作家用。具有軸對稱的設(shè)計(jì)件特別適合于用擠壓形式生產(chǎn)?！　∨c國外紅土型鋁土礦不同的是，我國古風(fēng)化殼型鋁土礦常共生和伴生有多種礦產(chǎn)?！　〈送?，在海南、廣東、福建、云南、江西、湖北、湖南、陜西、四川、新疆、寧夏、河北等省(區(qū))，也有鋁土礦礦床產(chǎn)出[4]。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。2006年6月份全球日平均產(chǎn)量（不包括中國），較5月份日均產(chǎn)量增長了700噸，%。應(yīng)該說，上述各個(gè)過程和環(huán)節(jié)的好壞，都會(huì)影響電解槽的壽命。 鋁電解槽炭陽極之所以用石油焦做陽極，是因?yàn)樵谒衼碓磸V、成本低且純度高的炭素材料中，非石油焦莫屬。理論上如果在磁場影響和其它設(shè)計(jì)參數(shù)不變的情況下，大槽子應(yīng)該比小槽子有更高的電流效率；③減少鋁在電解質(zhì)中的飽和溶解度，這與電解質(zhì)的成份和溫度有關(guān)；④降低陰極鋁向