【正文】 電解槽 ↑ ↓ ↓ 廢氣 ← 氣體凈化 鋁液 ↓ ↓ 回收氟化物 凈化澄清 ↓ ↓ ↓ 返回電解槽 澆注 軋制或 鑄造 ↓ ↓ 鋁錠 線(xiàn)坯或型材 方程： 電解鋁就是通過(guò)電解得到的鋁 . 重要通過(guò)這個(gè)方程進(jìn)行： 2Al2O3==通電4Al+3O2。為保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康需對(duì)陽(yáng)極氣體進(jìn)行凈化處理，除去 4 有害氣體和粉塵后排入大氣 。 陽(yáng)極： 2O2ˉ4eˉ=O2↑陰極 :Al3 3eˉ=Al。熔融冰晶石是 溶劑， 氧化鋁 作 為溶質(zhì)， 以碳素體作為陽(yáng)極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在 950℃ 970℃下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電 化學(xué)反應(yīng) ，既電解。當(dāng)今世界鋁工業(yè)被迫向 電力充裕廉價(jià)的地區(qū)轉(zhuǎn)移，向鋁土礦資源豐富區(qū)域和發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移。日本鋁工業(yè)的衰落，除資源貧乏之外，最主要的是能源短缺，鋁用石油電價(jià)高達(dá) 美分 /kWh，超過(guò)國(guó)際鋁業(yè)平均用電價(jià)格 美分 /kWh 數(shù)倍。 雖然日本是鋁的消費(fèi)大國(guó)，但 鋁產(chǎn)量卻一直下降。 （ 3）電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽和低污染的方向加快進(jìn)步 西方國(guó)家先進(jìn)電解鋁技術(shù)的發(fā) 展，體現(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性上： a、槽型大，電流強(qiáng)度達(dá)到 300kA 以上； b、電流效率高，一般達(dá)到 94%95%，個(gè)別企業(yè)已經(jīng)提高到96%； c、噸鋁直流電耗低，一般為 1320013400kWh，個(gè)別企業(yè)已經(jīng)降低到 13000kWh。擴(kuò)大產(chǎn)能的目的是節(jié)約成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。如加拿大鋁業(yè)公司投資 19 億美元正在建設(shè)的阿爾瑪 （ Alma）鋁廠， 3 年產(chǎn)能 40 萬(wàn)噸； 2021 年 6 月，由比利頓（ Billiton） 礦業(yè)公司控股的莫桑比克鋁冶煉公司，投 資 10 億美元建設(shè)與一期相同的原鋁能力 萬(wàn)噸；法國(guó)普基鋁業(yè)公司計(jì)劃在委內(nèi)瑞拉建設(shè)一個(gè)年產(chǎn)能達(dá) 46 萬(wàn)噸的電解鋁廠；幾內(nèi)亞擬在未來(lái) 45 年內(nèi)投資 25 億美元新建一個(gè)年產(chǎn)能達(dá) 30 萬(wàn)噸的電解 鋁廠 及相關(guān)項(xiàng)目。 鋁電 解工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) （ 1）世界鋁工業(yè)的組織結(jié)構(gòu)日趨規(guī)?；?、集團(tuán)化、國(guó)際化 目前世界上新建鋁企業(yè)的規(guī)模都比較大。 為了大幅度提高電解法能量效率和減少二氧化碳排放量 , 國(guó)外開(kāi)展力求降低陰陽(yáng)極之間電壓降的工業(yè)試驗(yàn) , 采用炭陽(yáng)極開(kāi)溝槽、 TiB2可濕潤(rùn)陰極、 惰性陽(yáng)極、 導(dǎo)流式或雙極多室式新型結(jié)構(gòu)電解槽等新工藝新技術(shù)新材料新設(shè)備。 對(duì)鋁電解產(chǎn) 生的廢渣、 廢槽襯等廢物料實(shí)行有價(jià)成分再生回收并循環(huán)利用 , 或?qū)ζ渥鰺o(wú)害化處理 , 減輕鋁電解工業(yè)廢物對(duì)環(huán)境污染。 表 12 彼斯涅 AP30— AP50電解槽發(fā)展過(guò)程中的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表 2 開(kāi)發(fā)應(yīng)用抗熔體滲透的槽襯耐火材料、 熱電偶套管、 優(yōu)質(zhì)炭素陰陽(yáng)極、 可濕潤(rùn)陰極和惰性陽(yáng)極等新型材料。在高電流密度、 高槽電壓、 高電解溫度條件下 , 通過(guò)槽電壓、 分子比和過(guò)熱度的軟件程序控制技術(shù) , 實(shí)現(xiàn)電解槽的能量平衡、 物料平衡和液固相平衡 , 即過(guò)熱度和爐幫伸腿構(gòu)成的固相電解質(zhì)槽膛內(nèi)型穩(wěn)定合理。應(yīng)用了半連續(xù)傳感器實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)控制溫度、 過(guò)熱度、 分子比、 熔體高度和氧化鋁濃度。 國(guó)外鋁電解的數(shù)學(xué)模型、 傳感器、 控制和新材料等功能化技術(shù)水平較高。 h/t(Al), 槽壽命達(dá) 2021天。從 AP 電解系列技術(shù)中不難看出其具有如下幾個(gè)特點(diǎn) : (1)陽(yáng)極電流密度較高 , 可達(dá) A/cm2以上 , 單位陰極面積產(chǎn)能大。表 12為彼斯涅AP30— AP50電解槽發(fā)展過(guò)程中的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)電流效率可達(dá) 96%, 電耗略低于 13000 kW 國(guó)外大容量 (300 KA 以上 )電解槽陽(yáng)極電流密度為 A/cm2以上 , 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) : 電流效率 93%~95%, 直流電耗 13000~13500 kW目前正在開(kāi)發(fā) 450~500 KA 電解槽 , 預(yù)計(jì)將開(kāi)展 RA500電解槽試驗(yàn)。該系列是在原 300 KA 電解槽技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的第二代超大型電解槽 , 該槽日產(chǎn)量 3 t, 電流效率 94%, 電耗 13800 kW繼法國(guó) AP18和 AP30型電解槽技術(shù)后 , AP50技術(shù)已問(wèn)世。 1 第一章 概述 鋁電解工業(yè)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(shí) , 加強(qiáng)廢物料廢鋁的無(wú)害化和資源化處理 , 實(shí)現(xiàn)資源再生和循環(huán)利用 , 進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大產(chǎn)品種類(lèi)。 現(xiàn)代化預(yù)焙電解槽的電流強(qiáng)度繼續(xù)向超大型化發(fā)展。最近 , 俄羅斯鋁業(yè)啟動(dòng)了電流強(qiáng)度為 400 KA 的 RA400槽型電解槽系列兩條。 h/t, 減少 33%污染物。 600~740 KA 超大容量電解槽也在開(kāi)發(fā)研究中。 h/t(Al)。 h/t(Al)。 法國(guó)彼斯涅 AP 系列電解技術(shù)被公認(rèn)為代表當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先水平。 (2)槽電壓和電解穩(wěn)定性均較高 , 電解質(zhì)過(guò)熱度都較低 , 不超過(guò) 10℃ , 槽膛內(nèi) 形 中 爐 幫 和 伸 腿 的 固 相 結(jié) 殼 厚 度 穩(wěn) 定 合 理 , 因 此 電 流 效 率 高 , 可達(dá)95%~96%, 電耗可低到 13000 kW (3)分 子比、 氧化鋁和陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)低 , 說(shuō)明其設(shè)計(jì)操作和控制技術(shù)水平高。采用的物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型精確有效 , 電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量高 , 槽電解運(yùn)行穩(wěn)定性好 , 電流效率可達(dá) 95%~96%。 控制水平先進(jìn) , 控制效應(yīng)系數(shù)向零目標(biāo)發(fā)展。這樣不僅電流效率高、 炭耗低 , 而且電解槽壽命長(zhǎng)。 優(yōu)化電解質(zhì)組成 , 降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效率。美國(guó)鋁電解工業(yè)總排氟量達(dá)到 kg/t(Al)水平。 對(duì)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(zhǎng)遠(yuǎn)課題還在繼續(xù)進(jìn)行研究。西方新建或改造電解鋁的起步規(guī)模平均在2550 萬(wàn)噸之間。年 產(chǎn) 50 萬(wàn)噸電解鋁的海灣巴林鋁廠擬擴(kuò)產(chǎn)到 70 萬(wàn)噸規(guī)模。 （ 2）鋁電解槽日趨大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越來(lái)越高 冰晶石 氧化鋁電解法發(fā) 明 110 多年來(lái)，電解槽設(shè)計(jì)逐漸合理，容量大幅度增加，其科技含量、智能化程度越來(lái)越高，發(fā)展大型或超大型高效率、智能化的鋁電解槽已經(jīng)成為當(dāng)今電解鋁企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志和趨 勢(shì)，世界鋁電解工業(yè)的技術(shù)及裝備水平已經(jīng)有了很大提高，在生產(chǎn)規(guī)模、電解槽容量、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)械化和自動(dòng)化 程度以及煙氣治理等方面都有了 較大的進(jìn)步變化。 （ 4）世界鋁工業(yè)向電力充裕廉價(jià)、鋁土礦資源豐富的地區(qū)轉(zhuǎn)移 目前，世界原鋁生產(chǎn)成本中電費(fèi)占據(jù)相當(dāng)大的比重，因此，如何降低發(fā)電成本和電價(jià)，降低原鋁生產(chǎn)電耗，是 工業(yè)生存和發(fā)展的重要研究課題。日本現(xiàn)在主要靠在海外投資來(lái)獲取金屬鋁，仍保持人均年耗鋁 28kg 的高水平。日本鋁工業(yè)的興衰發(fā)人深思，電價(jià)漸漸變成左右鋁工業(yè)發(fā)展的制約因素。