【導讀】年產16萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書

　　

【正文】 118公里，距百色市 129 公里，是南寧至百色政治、文教、科技交流及經濟發(fā)展的橋梁，是南寧中心城市向桂西北地區(qū)年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 輻射的重鎮(zhèn)。 中鋁廣西分公司坐落在廣西壯族自治區(qū)百色市平果縣城西郊的右江之濱，建廠初期距平果縣城 7 公里 。平果曾是鄧小平領導創(chuàng)建的右江革命根據(jù)地的組成部分，東距南寧和西往百色城均約為 120 公里，南百（南寧－百色）二級公路和南昆鐵路從此經過，加上右江的水運，交通條件十分優(yōu)越。 地形地貌 百色地區(qū)東西長 320 公里，南北寬 230 公里，地形為南北高中間低，地勢走向由西北向東南傾斜，屬于典型的山區(qū) ，在總面積中，山區(qū)占%，丘陵、平原緊占 %。 區(qū)位優(yōu)勢 平果是我國大西南出海通道上的重鎮(zhèn)，為滇、黔、桂三省區(qū)的交通要沖，桂西重要的商貿物資集散地。在廣西宏觀經濟戰(zhàn)略布局中，平果處于桂東南開放與桂西開發(fā)的結合部，是右江河谷經濟開發(fā)帶的重要組成部分，是國家大型骨干企業(yè) 平果鋁 及西南、華南電力系統(tǒng)重要樞紐 50 萬伏超高壓變電站所在地。縣城駐地處在廣西首府南寧市和桂西中心城百色市之間，與兩地距離約為 120km，成為承接并發(fā)揮南寧中心城市向桂西山區(qū)經濟輻射與吸引的 二傳手 。區(qū)位優(yōu)勢十分突出。 水文地址 平果鋁廠位于廣西山字型構造前弧西冀外的北西向右江構造帶（右江系）中，右江大斷裂在果化復向斜中通過，形成長條形斷陷槽地～巖溶準平原地貌（簡稱溶原），按巖溶的埋藏條件分類，屬裸露型巖溶。 該區(qū)域地處濕熱氣候區(qū)， 多 年平均降水量 1356 毫米， 平均氣溫 176。 ，極適合于巖溶發(fā)育。其地下水由大氣降水補給。低山～峰叢區(qū)是補給區(qū)，溶原區(qū)是徑流 ——排泄區(qū)，右江是泄水道。在枯水季節(jié)，地下水通過巖灘期地下水通道穿越溶原區(qū)直接泄入右江。但在雨季，峰叢區(qū)的巖溶水可以大量地在邊緣部沿著準平原期巖溶通道以年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 暗河 出口或上升泉形式涌出地面，再沿溶原中的 “ 干溝 ” 流動一段或長或短距離后又與溶原區(qū)本身接受的降水 — 道沿落水洞或溶蝕裂隙下滲，再次轉化為地下徑流，再沿巖灘期暗河通道泄入右江，形成地面 —— 地下 —— 地面 —— 地下多次轉化的徑流景觀。 溶原中的地下水主要是以管道流形式沿巖灘的巖溶通道存在和運動。地面以下至右江巖灘期巖溶頂面為垂直巖溶帶，右江巖灘期巖溶以下為水平循環(huán)帶。長期觀測獲得的水位年變化幅度達 10 米左右，豐水期高水位可接近地表。初勘期間有過遇到大雨后一天之內落水洞中水位從 15 米深度涌出地面的記錄，但不會發(fā)生右江水沿地下通道倒灌廠區(qū)的現(xiàn)象。巖溶初期查明，當?shù)貛r溶發(fā)育的基本特點是受巖性、構造、地下水、右江（區(qū)域巖溶水排泄基面）和新構造運動等因素的綜合控制，由于這些因素存在多種多樣的組合形態(tài)，才導致了復雜多樣的巖溶現(xiàn)象 。 氣候條件 地處北回歸線西側的低緯度地帶，屬高溫多雨亞熱帶季風氣候，光照充足，雨量充沛，全縣各地年平均氣溫為 C，年無霜期長達 345 天以上，多年平均降雨量為 1356 毫米，一年四季均宜耕作。全縣以石山丘陵為多，發(fā)展林業(yè)、畜牧業(yè)有廣闊天地。主要糧食作物有水稻、玉米、大豆等，主要經濟作物有甘蔗、 木薯等，主要林木有杉木、松木、竹子等。 政策優(yōu)勢 《鋁工業(yè)產業(yè)發(fā)展政策》提出，無論是電解鋁企業(yè)還是氧化鋁企業(yè)都應重點向西部發(fā)展。氧化鋁企業(yè)應在靠近礦產資源豐富的地區(qū)建廠，今后重點發(fā)展的地區(qū)是山西、廣西、貴州等省份；電解鋁生產要向水電和煤電資源豐富的西部地區(qū)轉移，逐步關閉東部電力供應短缺、發(fā)電成本昂貴地區(qū)的電解鋁生產能力；在東部沿海地區(qū)大力發(fā)展廢雜鋁的回收利用，建設鋁工業(yè)循環(huán)經濟基地。 從 20xx 年起國家就規(guī)定：凡設在西部地區(qū)、以國家鼓勵類產業(yè)項目為主營業(yè)務，且主營收入占企業(yè)總收入 70％以上的企業(yè)，在 20xx 年至 20xx 年期間，按 15％的稅率減征企業(yè)所得稅。民族自治地區(qū)政府在一定范圍內享有對本地區(qū)企業(yè)減征或免征企年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 業(yè)所得稅的權利。 隨著國家 “西部大開發(fā) ”戰(zhàn)略的實施和 “中國一東盟自由貿易區(qū) ”的建立，廣西已將鋁工業(yè)定為自治區(qū)的支柱產業(yè)，計劃把百色建成全國乃至亞洲重要的鋁工業(yè)基地，力爭到 “十一五 ”中期，百色鋁工業(yè)形成年產 500 萬噸氧化鋁、 100 萬噸電解鋁、 70 萬噸鋁加工的規(guī)模。為了實現(xiàn)這一目標，百色市委、市政府出臺了一系列鼓勵鋁工業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策。《關于進一步擴大對外開放的決定》《關于工 業(yè)立市的決定》《關于加快非公有制經濟發(fā)展的決定》《關于整治投資環(huán)境二十條規(guī)定》等 “六個決定 ”和《關于促進個體私營經濟加快發(fā)展的實施辦法》《關于支持非公有制經濟發(fā)展若干用地政策的實施辦法》等加快非公有制經濟發(fā)展的 17 個配套文件，為百色工業(yè)經濟的發(fā)展創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境。 為了鼓勵工業(yè)特別是鋁工業(yè)的發(fā)展，百色市政府已經在百色市建立了 “百色工業(yè)園區(qū) ”，平果縣政府也建立了 “平果工業(yè)園區(qū) ”，對工業(yè)園區(qū)的企業(yè)實行優(yōu)惠政策。例如：對入園企業(yè)，執(zhí)行《國務院關于實施西部大開發(fā)若干政策措施的通知》 (國發(fā)[20xx]33 號 )并享受國家西部大開發(fā)的各種優(yōu)惠政策和執(zhí)行《廣西壯族自治區(qū)人民政府關于貫徹實施國務院西部大開發(fā)政策措施若干規(guī)定的通知》 (桂政發(fā) [20xx]100 號 )。新辦企業(yè)從項目投產之日起，兩年內免征企業(yè)所得稅，從第三年至第五年，按 15％的稅率減半征收企業(yè)所得稅。 能源優(yōu)勢 資源優(yōu)勢 廣西是有色金屬之鄉(xiāng)，尤其是鋁土礦儲量巨大。而百色市的鋁土礦、銅礦、水晶、褐煤等儲量居廣西首位，其中，鋁土礦探明量為 億噸，遠景儲量超過 10 億噸；煤炭儲量達 7 億多噸，擴大勘探后，預計儲量超過 10 億噸。百色煤的產量 在廣西超過 60％，廣西最大的煤礦之一右江礦務局距平果鋁廠僅 60 公里，廣西另一個主要煤礦合山礦務局距平果鋁廠也不過 200 多公里。在平果縣境內已探明的鋁土礦達 億噸，三氧化二鋁含量高達 ％，品位全國第一，是世界上少有的堆積型鋁土礦，可全部露天開采。 廣西煤炭資源相對比較匱乏，質量不太好。但是， 我國西南著名煤都貴州省興義年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 市距平果鋁廠僅 300 公里，那里蘊藏著非常豐富的煤炭資源。百色還有較豐富的水力發(fā)電資源，可開發(fā)利用的水電資源約 600 萬千瓦，占全自治區(qū)的 1/3，已開發(fā)和正在開發(fā)的水電資源約 450 萬 千瓦，現(xiàn)在還有 20％的水電沒有開發(fā)。右江不但常年川流不息，落差巨大，水流湍急，而且穿越平果鋁廠區(qū)，在右江上建設自備水力發(fā)電廠可最大限度地縮短輸電距離，減少輸電成本。 水能電力資源 全縣雨量充沛，溪河眾多，多年平均降雨量 1356 毫米，徑流量 億立方米，流域面積 50平方公里以上的河流有 6條，河道長度共 公里，水能理論蘊藏量 萬千瓦，可開發(fā)量 萬千瓦，年發(fā)電量 3500 萬千瓦小時。境內有中、小型水庫49 座，塘壩 174 處，有效庫容 億立方米；有 3 座水電站，年發(fā)電量為 959 萬 度。此外，平果是廣西重要輸電走廊通過的重鎮(zhèn)，三回天廣 500 千伏輸電線路穿城而過，縣城有 1 座 500kv變電站、 2 座 220kv變電站 2 座 110kv變電站，可以便利地下載電能，電力充足。 綜上所述，本設計的廠址選在平果縣，原平果鋁廠的位置上是合理的。 總而言之，平果縣依托平果鋁，以氧化鋁帶動電解鋁，以電解鋁帶動鋁材深加工，建立 “氧化鋁——電解鋁 ——鋁材深加工 ”一體化的鋁產業(yè)集群，拉長鋁產業(yè)鏈，并大力發(fā)展碳素、氟化鹽、硫酸、燒堿、鋼球、石灰、水泥等配套產業(yè)以及有色金屬加工回收、零配件供應、輔助材料供應、模具制造、包 裝材料生產等配套附屬產業(yè)。 平果縣在它帶動下一定會贏得飛速的發(fā)展。 年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 第三章 技術經濟指標 電解方案的選擇與論證 對于制鋁的方法很多，目前比較常見的有冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法、氯化鋁熔鹽電解法以及電熱法。鋁工業(yè)生產主要采用冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法。 氯化鋁電解法是以氯化鋁為原料，以堿金屬和稀土金屬為電解質進行電解制鋁的方法，氯化鋁電解工藝主要包括兩個過程，一是氯化鋁的制備；二是氯化鋁的電解，氯化鋁電解法較之于霍爾－埃魯特法在電解溫度、極距、電解質粘度、生產能力以及電能消耗等一些指標上有一些優(yōu)點，但是氯 化鋁需要工業(yè)氧化鋁制取，而且每產一噸鋁需要 5 噸氧化鋁，就整體而言，能耗不會低于傳統(tǒng)的霍爾－埃魯特法。氯化物對設備的腐蝕又是它的另一個顯著缺點；此外，氯化鋁的水解容易使電解槽中產生沉淀，即降低電流效率，又因必須撈渣而對正常生產有所影響，這些都是氯化鋁電解法所存在的嚴重問題。由此可見氯化鋁電解法目前無法得到工業(yè)上大規(guī)模應用。 電熱法煉鋁是一種非電解煉鋁方法，它和傳統(tǒng)電解法相比，有流程簡單，設備投資少，產能大，能量利用率高，不用整流設備；對原料要求不高，不需要氟化鹽等優(yōu)點，但此法只能得到鋁硅合金，得不到純鋁，必須 又要從鋁硅合金中提取純鋁，此方法又過于麻煩，能耗也同樣不低于傳統(tǒng)法。 硫化鋁電解法最早是由布赫耳于 1892 年提出，他建議，把 Al2S3 3Na2S 化合物深解在堿金屬和堿土金屬氟化物進行熔鹽電解以制取純鋁。到目前為止，這種研究工作都是實驗室規(guī)模的。由于自然界中缺少天然的硫化鋁，不得不用合成的方法去制造，這就有經濟上的問題，因此也就無法在工業(yè)上大規(guī)模的應用。 現(xiàn)代鋁工業(yè)生產，采用冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法。熔融冰晶石是熔劑，氧化鋁作溶質被溶解在其中，以碳素體作為陽極，鋁業(yè)作為陰極，在溫度 950C ? ~980C? 之下通入直流電，通入直流電后，在電解槽的兩極上進行電化學反應，即電解。陽極產物主要是二氧化碳和一氧化碳，但其中含有一定量的 HF 和 CF4 等有害氣體和固體粉塵。陽極產物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內經凈化澄清之后，澆鑄成鋁錠，或直接加工成坯和型材等。采用冰晶石－氧化鋁熔鹽電年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 解法有以下特點：原料氧化鋁易制備、電解槽容量大、電解技術發(fā)展快，可得到高純鋁，而且通過技術改造可以降低能耗、環(huán)境 污染減少。 綜上幾種方法的論述，冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法是最成熟、應用最廣泛的電解法，此電解法在其能耗、操作等方面比以上的方法具有優(yōu)勢，一次本設計選用冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法進行鋁的電解是合理的。 主要技術經濟指標的選擇與論證 正常生產的技術經濟指標包括有：電流效率、電解溫度、 電流密度、陽極 電流密度、極距、鋁水平、電解質水平、陽極效應系數(shù)、電能消耗率、平均電壓、氧化鋁單耗、陽極炭塊單耗、冰晶石單耗、氟化鋁單耗、氟化鎂單耗、分子比、單槽日產量等。其中其主要技術經濟指標包括有：電流效率、電解溫度、極距 、 分子比 、陽極電流密度、鋁液水平、電解質水平、陽極效應系數(shù)等。他們之間相互影響、相互關聯(lián)。總的來說，在一定時期內盡可能地保持其相對穩(wěn)定，下面我分別對他們進行選擇與論證。 電流效率 電流效率是鋁電解生產過程中的一項非常重要的技術經濟指標。它在一定程度上反映著電解生產的技術和管理水平。電流效率的大小是用實際鋁產量和理論鋁產量之比來表示的，即： 電流效率 =實際產鋁量（ M 實際 ） /理論上應產鋁量 （ M 理論） 或者，在獲得一定量產品時， 電流效率 =理論上所需的電量（ Q 理論 ） /實際上供給的電量（ Q 實際 ） 二 式是等價的。 ? 在電解生產過程中，一方面金屬鋁在陰極析出，另一方面又以各種原因損失掉，故電流效率總是不能達到百分之百。目前，全世界電解煉鋁的電流效率一般都在 90%以上。 經研究表明，電流效率降低的原因有：鋁的溶解和再氧化損失，鋁的不完全放電，其他離子放電以及諸如水的電解、碳化鋁的形成等其他損失。降低電流效率的年產 16 萬噸鋁錠的鋁電解車間畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 原因中，除機械損失外，都與鋁電解的技術條件有關，其中影響較大的主要是電解溫度、電解質組成、極距、電流密度以及鋁液的高度等作業(yè)參數(shù)。 國外的大型預焙鋁電解的電流效率比較高，在 94%左右，而國內大多數(shù)是低于 94%的，但隨著我國鋁工業(yè)技術的進步和管理機制的改善，和國外先進水平的差距將會日漸減少。綜合有關條件考慮，我的設計選取的電流效率為 94%。 電解質溫度 所謂電解質溫度，即電解槽在正常生產狀態(tài)時的溫度。它是鋁電