铝电解工业现状与发展 z

1、铝电解工业现状与发展第六小组：李莹，张建鑫， 陈永祥，李强主讲人：李强主讲人：李强铝电解工业现状中国铝电解工业的发展中国铝电解工业的发展 1954年：第一家铝电解厂（抚顺铝厂）投产 1983年：贵州铝厂引进日本轻金属株式会社160kA中间下料预焙槽技术 2000年： 2001年原铝产量已居世界第一位，2013年铝产能近3000万吨/年，年产量为2200万吨，占全球产量的47.8%； 整体技术装备水平已跻身世界先进行列，电解铝企业约70家，产能近100万吨的电解铝企业超过了10家； 2004年起开始向国外作铝电解全套工程技术出口，目前正在引领世界电解铝产业的发展方向； 350kA及以上槽型的原铝

2、产量已达到全国总量的23%，自主研发的400kA大型预焙铝电解系列生产线已形成规模，世界上第一条500kA级生产线和600kA试验槽系列投产运行中国电解铝技术发展历程中国电解铝技术发展历程中国原铝产量和消费量变化中国原铝产量和消费量变化 电解铝生产工艺电解铝生产工艺Al2O3+CAl+CO2碳素材料碳素材料 4.5cm 3.84.2V920960 13000 kWh50% 400 kg 10.7t（电解（电解过程过程4.9t，发电过程，发电过程5.8t）现代现代Hall-Heroult 铝电解槽示意图铝电解槽示意图C C阴极阴极C C阳极阳极Al2O3C C阳极阳极铝电解槽分类铝电解槽分类铝电

3、解槽是铝冶炼的核心设备，铝电解槽是铝冶炼的核心设备，120多年以来，电解槽结构不断多年以来，电解槽结构不断优化改进，其中阳极结构变化最为显著，按阳极结构发展顺序，铝优化改进，其中阳极结构变化最为显著，按阳极结构发展顺序，铝电解槽可分为：电解槽可分为： 小型预焙电解槽小型预焙电解槽 侧插自焙阳极电解槽侧插自焙阳极电解槽 上插自焙阳极电解槽上插自焙阳极电解槽 大型不连续预焙阳极和连续预焙阳极电解槽大型不连续预焙阳极和连续预焙阳极电解槽 中间下料大型预焙阳极电解槽中间下料大型预焙阳极电解槽预焙阳极电解槽预焙阳极电解槽预焙阳极电解槽可分为不连续士预焙阳极电解槽和连续预焙阳极电预焙阳极电解槽可分为不连续

4、士预焙阳极电解槽和连续预焙阳极电解槽。预备电解槽的发展由最早的铝电解槽型解槽。预备电解槽的发展由最早的铝电解槽型小型预备槽，不久就被自小型预备槽，不久就被自焙电解槽取代，在五十年代又东山再起，发展为大型不连续和连续预焙槽焙电解槽取代，在五十年代又东山再起，发展为大型不连续和连续预焙槽。现在已成为铝电解发展的主流，占世界产能的。现在已成为铝电解发展的主流，占世界产能的40%。连续预焙阳极铝电解槽连续预焙阳极铝电解槽不连续预焙阳极铝电解槽不连续预焙阳极铝电解槽 自焙阳极电解槽自焙阳极电解槽上插棒式自焙铝电解槽上插棒式自焙铝电解槽侧插棒式自焙铝电解槽侧插棒式自焙铝电解槽1920年代，为增大阳极尺寸，

5、简化阳极操作，铝业界借鉴铁合金年代，为增大阳极尺寸，简化阳极操作，铝业界借鉴铁合金电弧炉自焙电极的启发，发展应用了侧插棒式自焙阳极电解槽；电弧炉自焙电极的启发，发展应用了侧插棒式自焙阳极电解槽；1940年代进一步发展出上插棒式自焙阳极电解槽年代进一步发展出上插棒式自焙阳极电解槽预焙阳极电解槽预焙阳极电解槽 VS 自焙阳极电解槽自焙阳极电解槽自焙槽自焙槽 阳极可连续使用阳极可连续使用 不需专门工厂进行阳极成型，不需专门工厂进行阳极成型，焙烧，组装等焙烧，组装等 烟害大烟害大 槽电压比预焙槽约高槽电压比预焙槽约高0.10.2V，电耗比预焙槽高约，电耗比预焙槽高约1000kWh 上插棒槽的上部金属结

6、构比上插棒槽的上部金属结构比较复杂，机械化程度低，投较复杂，机械化程度低，投资大资大预焙槽预焙槽 电耗低，槽电压低电耗低，槽电压低 电解槽造价少电解槽造价少 可大型化，操作的机械化程可大型化，操作的机械化程度高度高 烟害小烟害小 非连续式预焙阳极电解槽需非连续式预焙阳极电解槽需定期更换阳极，操作难度大定期更换阳极，操作难度大 需成套的阳极制备工厂，投需成套的阳极制备工厂，投资多资多铝工业的主流是大型预焙电解槽，但正开发采用惰性阳极和可润铝工业的主流是大型预焙电解槽，但正开发采用惰性阳极和可润湿性阴极的新型铝电解槽湿性阴极的新型铝电解槽铝电解新工艺进展现行Hall-Heroult铝电解工艺弊病(

7、1)碳素阳极消耗(2)碳素阴极与铝液不润湿(3)碳素内衬材料：Na的析出和渗入导致阴极膨胀，开裂。(4) Hall-Heroult电解槽水平结构：高极距作业，热量散失大，电能效率低。消耗优质碳素阳极导致环境污染影响电解槽操作稳定性惰性阳极研究（1）优点：环保、节能、简化操作及降低成本。 缺点：可逆分解电压较高。（2）研究分类（3）最新研究方向耐火硬质合金阳极气体燃料阳极金属阳极氧化物阳极金属氧化物陶瓷阳极合金阳极金属陶瓷阳极 其他Cu-Al合金阳极Ni-Fe合金阳极 其他惰性可润湿阴极研究（1）优点：铝离子可直接在阴极上放电生成铝；铝液膜形成平整 稳定阴极，缩短极距,节能潜力大；阴极电流分布均

8、匀，降低压降；防止Na渗透，保护阴极。（2）研究进展 基于惰性电极的新型铝电解槽（1）单独采用惰性阳极的电解槽 优点：便宜对现行Hall-Heroult电解槽改造，投资相对较少。 缺点：两极上下排布有效电解面积小，电解槽空间利用率低， 难以通过增大电极有效面积提高单位体积铝产量；难 以解决铝液不稳定问题，电流效率低；对氧化铝浓度 要求高浓度，氧化铝沉淀严重。（2）单独采用惰性阴极的电解槽 阳极仍采用炭素阳极，仅采用可润湿性阴极的铝电解槽，除 了在阴极炭块表面涂覆可润湿性TiB2材料的Hall-Heroult铝电 解槽外，还有多种对阴极进行改进的新型铝电解槽。（3）联合使用惰性阴阳极的电解槽 几

9、种新型采用可润湿性阴极电解槽（1）“蘑菇状”阴极电解槽（2）导流槽联合使用惰性阳极和可润湿性阴极 的电解槽（1）单聚铝沟、多聚铝沟和复杂结构惰性阳极导流槽（2）竖式电极电解槽新法炼铝-氯化铝熔盐电解（1）氯化铝熔盐电解法的优势与技术关键）氯化铝熔盐电解法的优势与技术关键 与传统Hall-Heroult熔盐电解法相比，氯化物熔盐电解法具有系列经济与技术优势。氯化铝熔盐电解法的操作温度更低；相对于氟化盐体系，氯化物体系的采用能更好地解决熔盐腐蚀问题，使得电解槽内衬及电极材料选择更加灵活；阳极效应的临界电流密度很高，电解过程可采用更高的电流密度，生产效率大大提高；碳素阳极在电解过程中不消耗，节约了碳

10、素阳极消耗的成本，从而也消除了由此带来的温室气体排放；无氟化物排放，环境更加友善；电极间距更低，电解槽结构更加紧凑，电解质熔体的导电性能更好，因而被认为可大幅度降低原铝生产的能耗，有报道认为吨铝能耗可降低30165。与其它铝冶炼工艺相比，氯化铝熔盐电解法也具有大幅度降低能耗和投资成本的重要优势。尽管无水氯化铝生产过程增加了生产成本，但双极性电解槽的采用，可达幅度提高生产效率，降低电解槽投资成本和电解过程生产成本。新型铝电解槽的未来发展 经过长期的努力，惰性阳极、可润湿性阴极和基于惰性电极的新型结构电解槽等方面都取得了很大进展。目前，分别使用或联合使用惰性阳极与可润湿性阴极的新型电解槽都相继推出了试验槽。从以上分析可知这些槽型尽管具备节能、环保与提高产能的潜在优势，但也存在各自的弊端与不足，各种电解槽结构有待进一步优化，电极材料和电解工艺方面的系列工程技术问题也有待解决。 低温铝电解惰性阳极的必由之路 低温铝电解是指实现铝电解工业在800900甚至更低的温度下进行，被认为是最具潜力的节能降耗技术，