鋁電解工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展 z

1、鋁電解工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展第六小組：李瑩，張建鑫， 陳永祥，李強主講人：李強主講人：李強鋁電解工業(yè)現(xiàn)狀中國鋁電解工業(yè)的發(fā)展中國鋁電解工業(yè)的發(fā)展 1954年：第一家鋁電解廠（撫順鋁廠）投產(chǎn) 1983年：貴州鋁廠引進日本輕金屬株式會社160kA中間下料預焙槽技術 2000年： 2001年原鋁產(chǎn)量已居世界第一位，2013年鋁產(chǎn)能近3000萬噸/年，年產(chǎn)量為2200萬噸，占全球產(chǎn)量的47.8%； 整體技術裝備水平已躋身世界先進行列，電解鋁企業(yè)約70家，產(chǎn)能近100萬噸的電解鋁企業(yè)超過了10家； 2004年起開始向國外作鋁電解全套工程技術出口，目前正在引領世界電解鋁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向； 350kA及以上槽型的原鋁

2、產(chǎn)量已達到全國總量的23%，自主研發(fā)的400kA大型預焙鋁電解系列生產(chǎn)線已形成規(guī)模，世界上第一條500kA級生產(chǎn)線和600kA試驗槽系列投產(chǎn)運行中國電解鋁技術發(fā)展歷程中國電解鋁技術發(fā)展歷程中國原鋁產(chǎn)量和消費量變化中國原鋁產(chǎn)量和消費量變化 電解鋁生產(chǎn)工藝電解鋁生產(chǎn)工藝Al2O3+CAl+CO2碳素材料碳素材料 4.5cm 3.84.2V920960 13000 kWh50% 400 kg 10.7t（電解（電解過程過程4.9t，發(fā)電過程，發(fā)電過程5.8t）現(xiàn)代現(xiàn)代Hall-Heroult 鋁電解槽示意圖鋁電解槽示意圖C C陰極陰極C C陽極陽極Al2O3C C陽極陽極鋁電解槽分類鋁電解槽分類鋁電

3、解槽是鋁冶煉的核心設備，鋁電解槽是鋁冶煉的核心設備，120多年以來，電解槽結構不斷多年以來，電解槽結構不斷優(yōu)化改進，其中陽極結構變化最為顯著，按陽極結構發(fā)展順序，鋁優(yōu)化改進，其中陽極結構變化最為顯著，按陽極結構發(fā)展順序，鋁電解槽可分為：電解槽可分為： 小型預焙電解槽小型預焙電解槽 側插自焙陽極電解槽側插自焙陽極電解槽 上插自焙陽極電解槽上插自焙陽極電解槽 大型不連續(xù)預焙陽極和連續(xù)預焙陽極電解槽大型不連續(xù)預焙陽極和連續(xù)預焙陽極電解槽 中間下料大型預焙陽極電解槽中間下料大型預焙陽極電解槽預焙陽極電解槽預焙陽極電解槽預焙陽極電解槽可分為不連續(xù)士預焙陽極電解槽和連續(xù)預焙陽極電預焙陽極電解槽可分為不連續(xù)

4、士預焙陽極電解槽和連續(xù)預焙陽極電解槽。預備電解槽的發(fā)展由最早的鋁電解槽型解槽。預備電解槽的發(fā)展由最早的鋁電解槽型小型預備槽，不久就被自小型預備槽，不久就被自焙電解槽取代，在五十年代又東山再起，發(fā)展為大型不連續(xù)和連續(xù)預焙槽焙電解槽取代，在五十年代又東山再起，發(fā)展為大型不連續(xù)和連續(xù)預焙槽?，F(xiàn)在已成為鋁電解發(fā)展的主流，占世界產(chǎn)能的?，F(xiàn)在已成為鋁電解發(fā)展的主流，占世界產(chǎn)能的40%。連續(xù)預焙陽極鋁電解槽連續(xù)預焙陽極鋁電解槽不連續(xù)預焙陽極鋁電解槽不連續(xù)預焙陽極鋁電解槽 自焙陽極電解槽自焙陽極電解槽上插棒式自焙鋁電解槽上插棒式自焙鋁電解槽側插棒式自焙鋁電解槽側插棒式自焙鋁電解槽1920年代，為增大陽極尺寸，

5、簡化陽極操作，鋁業(yè)界借鑒鐵合金年代，為增大陽極尺寸，簡化陽極操作，鋁業(yè)界借鑒鐵合金電弧爐自焙電極的啟發(fā)，發(fā)展應用了側插棒式自焙陽極電解槽；電弧爐自焙電極的啟發(fā)，發(fā)展應用了側插棒式自焙陽極電解槽；1940年代進一步發(fā)展出上插棒式自焙陽極電解槽年代進一步發(fā)展出上插棒式自焙陽極電解槽預焙陽極電解槽預焙陽極電解槽 VS 自焙陽極電解槽自焙陽極電解槽自焙槽自焙槽 陽極可連續(xù)使用陽極可連續(xù)使用 不需專門工廠進行陽極成型，不需專門工廠進行陽極成型，焙燒，組裝等焙燒，組裝等 煙害大煙害大 槽電壓比預焙槽約高槽電壓比預焙槽約高0.10.2V，電耗比預焙槽高約，電耗比預焙槽高約1000kWh 上插棒槽的上部金屬結

6、構比上插棒槽的上部金屬結構比較復雜，機械化程度低，投較復雜，機械化程度低，投資大資大預焙槽預焙槽 電耗低，槽電壓低電耗低，槽電壓低 電解槽造價少電解槽造價少 可大型化，操作的機械化程可大型化，操作的機械化程度高度高 煙害小煙害小 非連續(xù)式預焙陽極電解槽需非連續(xù)式預焙陽極電解槽需定期更換陽極，操作難度大定期更換陽極，操作難度大 需成套的陽極制備工廠，投需成套的陽極制備工廠，投資多資多鋁工業(yè)的主流是大型預焙電解槽，但正開發(fā)采用惰性陽極和可潤鋁工業(yè)的主流是大型預焙電解槽，但正開發(fā)采用惰性陽極和可潤濕性陰極的新型鋁電解槽濕性陰極的新型鋁電解槽鋁電解新工藝進展現(xiàn)行Hall-Heroult鋁電解工藝弊病(

7、1)碳素陽極消耗(2)碳素陰極與鋁液不潤濕(3)碳素內襯材料：Na的析出和滲入導致陰極膨脹，開裂。(4) Hall-Heroult電解槽水平結構：高極距作業(yè)，熱量散失大，電能效率低。消耗優(yōu)質碳素陽極導致環(huán)境污染影響電解槽操作穩(wěn)定性惰性陽極研究（1）優(yōu)點：環(huán)保、節(jié)能、簡化操作及降低成本。 缺點：可逆分解電壓較高。（2）研究分類（3）最新研究方向耐火硬質合金陽極氣體燃料陽極金屬陽極氧化物陽極金屬氧化物陶瓷陽極合金陽極金屬陶瓷陽極 其他Cu-Al合金陽極Ni-Fe合金陽極 其他惰性可潤濕陰極研究（1）優(yōu)點：鋁離子可直接在陰極上放電生成鋁；鋁液膜形成平整 穩(wěn)定陰極，縮短極距,節(jié)能潛力大；陰極電流分布均

8、勻，降低壓降；防止Na滲透，保護陰極。（2）研究進展 基于惰性電極的新型鋁電解槽（1）單獨采用惰性陽極的電解槽 優(yōu)點：便宜對現(xiàn)行Hall-Heroult電解槽改造，投資相對較少。 缺點：兩極上下排布有效電解面積小，電解槽空間利用率低， 難以通過增大電極有效面積提高單位體積鋁產(chǎn)量；難 以解決鋁液不穩(wěn)定問題，電流效率低；對氧化鋁濃度 要求高濃度，氧化鋁沉淀嚴重。（2）單獨采用惰性陰極的電解槽 陽極仍采用炭素陽極，僅采用可潤濕性陰極的鋁電解槽，除 了在陰極炭塊表面涂覆可潤濕性TiB2材料的Hall-Heroult鋁電 解槽外，還有多種對陰極進行改進的新型鋁電解槽。（3）聯(lián)合使用惰性陰陽極的電解槽 幾

9、種新型采用可潤濕性陰極電解槽（1）“蘑菇狀”陰極電解槽（2）導流槽聯(lián)合使用惰性陽極和可潤濕性陰極 的電解槽（1）單聚鋁溝、多聚鋁溝和復雜結構惰性陽極導流槽（2）豎式電極電解槽新法煉鋁-氯化鋁熔鹽電解（1）氯化鋁熔鹽電解法的優(yōu)勢與技術關鍵）氯化鋁熔鹽電解法的優(yōu)勢與技術關鍵 與傳統(tǒng)Hall-Heroult熔鹽電解法相比，氯化物熔鹽電解法具有系列經(jīng)濟與技術優(yōu)勢。氯化鋁熔鹽電解法的操作溫度更低；相對于氟化鹽體系，氯化物體系的采用能更好地解決熔鹽腐蝕問題，使得電解槽內襯及電極材料選擇更加靈活；陽極效應的臨界電流密度很高，電解過程可采用更高的電流密度，生產(chǎn)效率大大提高；碳素陽極在電解過程中不消耗，節(jié)約了碳

10、素陽極消耗的成本，從而也消除了由此帶來的溫室氣體排放；無氟化物排放，環(huán)境更加友善；電極間距更低，電解槽結構更加緊湊，電解質熔體的導電性能更好，因而被認為可大幅度降低原鋁生產(chǎn)的能耗，有報道認為噸鋁能耗可降低30165。與其它鋁冶煉工藝相比，氯化鋁熔鹽電解法也具有大幅度降低能耗和投資成本的重要優(yōu)勢。盡管無水氯化鋁生產(chǎn)過程增加了生產(chǎn)成本，但雙極性電解槽的采用，可達幅度提高生產(chǎn)效率，降低電解槽投資成本和電解過程生產(chǎn)成本。新型鋁電解槽的未來發(fā)展 經(jīng)過長期的努力，惰性陽極、可潤濕性陰極和基于惰性電極的新型結構電解槽等方面都取得了很大進展。目前，分別使用或聯(lián)合使用惰性陽極與可潤濕性陰極的新型電解槽都相繼推出了試驗槽。從以上分析可知這些槽型盡管具備節(jié)能、環(huán)保與提高產(chǎn)能的潛在優(yōu)勢，但也存在各自的弊端與不足，各種電解槽結構有待進一步優(yōu)化，電極材料和電解工藝方面的系列工程技術問題也有待解決。 低溫鋁電解惰性陽極的必由之路 低溫鋁電解是指實現(xiàn)鋁電解工業(yè)在800900甚至更低的溫度下進行，被認為是最具潛力的節(jié)能降耗技術，