铝电解槽节能技术

1、    铝电解槽节能技术剖析         铝电解槽的电耗，只与电解槽的平均电压和电流效率两个因素有关，若要降低吨铝直流电耗，必须降低电解槽工作电压或者提高电解槽电流效率，在两者之间取个平衡点，在尽量不降低电流效率的情况下，电压最低，能耗最小。铝电解槽电压、电流效率和直流电耗具有以下关系：若槽平均电压相同，电流效率每提高1%，吨铝直流电耗降低130kW·h140kW·h；若电流效率相同，槽平均电压每降低42mV，吨铝直流电耗降低130kW·h1

2、40kW·h。降低电解槽平均电压电解槽的平均电压由工作电压、效应均摊电压和母线均摊电压组成，工作电压由分解电压、电解质电压、气泡电压、阳极组电压、阴极电压和母线电压组成。1.电解槽分解电压。电解槽的分解电压由电解反应的反电动势、阳极表面过电压、阳极浓差过电压、阴极浓差过电压组成。电解槽分解电压一般在1.65V1.7V之间。前三者主要和极距、电解温度、氧化铝浓度、电解质成分、阳极电流密度等相关，一般变化不大，几乎无人为可操作的下降空间。阳极表面过电压受气泡、阳极形状、阳极电流密度影响较大，阳极电流密度增大，阳极表面过电压会增大；在特定的阳极电流密度下，阳极开槽会有效降低阳极表面过电压。

3、2.电解槽电解质电压。电解槽的电解质电压，即极距电压，一般在1.3V1.8V之间，主要受电流强度、电解质温度、电解质成分、极距高低影响。电流强度。在极距、电解质成分和电解温度恒定的情况下，电解质的电阻率和电阻是恒定的，电流强度越大，极距压降越高。电解质温度。在极距、电解质成分和电解强度恒定的情况下，电解质温度越高，电解质的电阻率越小，极距压降越低。电解质成分。电解质成分主要影响电阻率。在我国，由于氧化铝矿石的生产工艺技术不同，不同电解铝厂的电解质成分也不同。北方的大部分电解铝厂，电解质中LiF最多可富集到3%，KF也可富集到3%，这对提高电解质的导电率，降低极距压降有益，但LiF和KF的存在，

4、也会大大降低电解质的初晶温度，还会影响到分子比的化验分析，对热平衡控制影响很大。极距高低。极距越高，电解槽越易操作和受控，但电解质电阻大，极距压降高。我国电解槽极距一般控制在4.5cm5.5cm，国外铝电解槽极距一般控制在3.5cm4.5cm。在电流效率不变的情况下，极距越低，电解槽节能效果越明显。国内90年代后期开始设计的160kA400kA电解槽，一般采用大面多点进电、非对称母线配置，对槽内熔池的磁场进行充分的平衡。应用阻挡技术降低电解槽极距压降。2008年，国内南方某厂进行了铝电解槽新型阴极内衬结构的试验，主要是对阴极炭块的结构进行了改变，目的是阻挡铝液的流动，抑制铝液的波动，降低铝液的

5、流速，从而有效降低极距。从试验公布结果来看，3台槽电压可长期控制在3.8V以下，电流效率约93%，效果较理想。但阻挡铝液流动的阴极炭块会磨损，影响其槽寿命。沈阳院最近在某厂大型预焙槽上进行了不改变阴极内衬结构，在生产槽上直接进行降极距的试验，通过在生产槽上应用阻挡、抑制铝液波动的技术，调整电解槽的工艺参数、对电解槽适时进行保温处理，控制电解槽的热平衡，优化电解槽低电压控制程序，目前多台试验槽槽电压已经降低至3.9V以下，该阻挡技术还在优化中，期望将槽电压降至3.8V以下，节能效果明显。国外应用导流技术降低极距压降。据介绍，采用预焙阳极工艺、霍尔一埃鲁法生产金属铝，极距最低的电解槽应为可湿润性阴

6、极导流槽，极距一般可控制在25mm左右。3.电解槽气泡电压。一般来说，阳极下的气泡压降约为150mV250mV。4.电解槽阳极组电压。电解槽的阳极组电压包括：夹具压接压降、阳极导杆压降、阳极爆炸焊块连接压降、钢爪压降、铁炭压降以及阳极炭块压降。阳极夹具压接压降，主要和阳极母线及导杆压接面的平整度、光洁度、阳极夹具设计、压紧力有关，一般可控制在10mV以下，阳极导杆压降，主要和设计的电流密度有关，一般在20mV以下；阳极爆炸焊块连接压降，主要和焊接质量有关，一般在15mV以下；钢爪压降，主要和设计电流密度有关，一般在50mV左右，铁炭压降，主要和炭碗的形状、磷铁的成分、磷铁浇铸的温度，钢爪与炭碗

7、中心的对位有关。国内一般控制在180mV左右，国外一般控制在120mV左右，差距较明显。实践证明，优化炭碗的形状，提高铁炭的接触面积，适当降低磷铁的厚度，适当提高磷铁中炭的含量，提高磷铁的浇铸温度至1450度，可有效降低铁炭压降至120mV左右，节能效果明显阳极炭块压降，主要和阳极质量、电解操作及控制有关，一般可控制在100mV左右。提高阳极质量，降低电阻率；优化电解工艺和操作，控制过热度，优化控制覆盖料添加和操作，从而减少阳极氧化，尽量提高阳极炭块的有效导电面积，可有效降低阳极炭块压降30mV左右。5.电解槽阴极电压。电解槽的阴极电压包括：阴极炭块压降、炭块与阴极钢棒连接压降、阴极钢棒压降。

8、电解槽的阴极压降一般为300mV左右，上述三部分压降约各占炉底压降的13。阴极炭块压降在阴极无破损的情况下主要和阴极类型有关，当前国内300kA以下电解槽一般应用10%30%石墨质的阴极炭块，个别电解系列(300kA以上，阳极电流密度达到0.8Acm2以上)，也有应用全石墨化阴极的，炉底压降约降低30mV50mV。阴极炭块与阴极钢棒连接压降一般在100mV左右，国内普遍应用的是扎糊技术，随着时间的推移，该处压降不断增高，最多可升高至300mV。国外普遍应用磷铁浇铸技术，连接压降一般比较平稳。阴极钢棒连接压降只和设计的电流密度有关。此外，阴极压降还应包括沉淀压降，电解槽工艺控制失调，炉底会产生硬

9、沉淀，阴极压降升高50mV左右，对电解槽的生产和技术指标有害，必须严格控制。6.电解槽母线电压。电解槽母线压降包括：钢棒与阴极母线过渡压降、阴极母线压降。当前，国内铝电解槽阴极钢棒和阴极母线的软带过渡方式一般应用铝钢爆炸焊块，过渡压降一般小于15mV，这主要受先天设计和后天焊接质量影响。个别铝厂也曾应用铜铝爆炸焊块压接技术，从实践结果来看，并不理想，压降很难控制，影响到电解槽的阴极电流分布和技术指标。阴极母线压降主要受先天设计、后天焊接质量和压接质量影响，国内一般为190mV220mV (不考虑强化电流)，几乎无调整空间，降低效应均摊电压，就是尽量控制阳极效应系数和缩短阳极效应时间。降低母线均

10、摊电压。这部分压降，一旦设计定型投入生产后，调整空间不大。提高电解槽电流效率影响铝电解槽电流效率的因素主要有：氧化铝质量、阳极质量、电解质中过剩氟化铝量、电解质温度、过热度、电解质中炭渣、氧化铝浓度控制、阳极电流密度、极距、电解槽稳定性、铝电解槽几何形状设计、铝电解槽阴极设计等。1.氧化铝质量。氧化铝对电流效率有直接影响的主要是其杂质中的多价元素，如磷和钒，将会降低电流效率。2.阳极质量。阳极质量对电流效率的影响大部分是间接的。国内阳极易氧化，电解质中炭渣过多，会降低电流效率，阳极氧化还能造成阳极有效工作电流密度增高，即阳极压降增高，在恒电压控制下，相当于降低了极距，对提高电流效率不利。另外，

11、阳极炭块中的钒会降低电流效率。3.电解质中过剩氟化铝量。电解质中过剩氟化铝含量越高，铝在电解质中的溶解度越低，也就是电流效率越高。国外专家分析证明，在保证氧化铝溶解不发生困难的前提下，过剩氟化铝应保持在12%14%，这时电解质与铝液的密度差最大，有利于提高电流效率。电解质每降低0.02的摩尔比，可提高电流效率0.55%。4.电解质温度。电解质温度降低，铝液在电解质中的溶解度就会降低，有利于提高电流效率。5.过热度。过热度降低，炉帮会增厚，铝液镜面会收缩，可以提高电流效率。适合的过热度宜保持在815。6.电解质中炭渣。炭渣的存在，会和溶解在电解质中的铝液产生炭化铝，炭化铝在电解质中的溶解度约为2

12、%，炭化铝又和C02反应生成氧化铝和炭渣，造成电流效率损失。7.氧化铝浓度控制。电解质中氧化铝浓度降低，可使C02在电解质中的溶解度明显降低，减少二次反应，有利于提高电流效率，另外，氧化铝浓度降低，可使阳极下气泡的表面积减少，一可使C02在电解质中的溶解量减少，二可以降低气泡压降和阳极过电压，提高了极距，有利于提高电流效率。据分析，氧化铝浓度在2%5%的区间，每降低1%氧化铝浓度，可提高电流效率0.4%。对于应用开槽阳极的电解槽来说，氧化铝浓度可控制在1.5%2.5%，对于未应用开槽阳极的电解槽来说，氧化铝浓度可控制在2%3%。8.阳极电流密度。阳极电流密度越高，单位阳极和阴极面积的产铝量就越多，电流效率就越高，提高阳极电流密度，一定要在提高阳极质量的前提下进行。9.极距。从理论上来说，电解槽的极距越高，铝液向电解质扩散，和C02接触的机会就越少，二次反应就越少，电流效率会提高。10.电解槽稳定性。电解槽电压振幅越小，电解槽稳定性就越好，铝液界面就越平稳，电流效率就越高；反之，电流效率会下降。11.铝电解槽几何形状设计。实践证明，适当缩小电解槽两个加工面的尺寸，缩小中缝的尺寸，会提高电流效率。12.铝电解槽阴极设计。一是应用TiB2对阴极表面涂层或处理，可有效增加铝液对阴极表面的湿润性，提高电流效率1%2%，但是其性价比及耐磨性值得考虑；二是国内最近普遍兴起的在大修槽上修改