三層液法75KA精鋁電解生產節能實踐

羅星 白洋 敖春平

摘 要：隨著近年來高純度電解鋁工業的迅猛發展，國家宏觀經濟的不斷調控，高純度電解鋁市場競爭日趨激烈，如何采取有效措施節能降耗從而降低成本是企業發展的必經之路。本文就如何對高純度電解鋁用電矛盾突出，原材料價格過高且純度不足等不利因素，以節能降耗為中心，分別從如何降低槽電壓、提高電流效率和通過原材料加入的改進等新技術來達到節能降耗的目的，粗略淺談了生產高純度鋁節能降耗的幾種途徑。

關鍵詞：槽電壓;電流效率;節能降耗;高純度鋁;保溫措施

眾所周知，三層液電解精煉法是一種目前工業生產高純度鋁的最主要方法。

三層液電解精煉法的基本原理為：利用精鋁、電解質和陽極合金的密度差形成液體分層，在直流電的作用下，熔體中發生電化學反應即陽極合金中的鋁進行電化學溶解，生成 Al3+離子：Al-3e=Al3+

Al3+離子進入電解液以后，在陰極上放電，生成金屬鋁（即高精鋁）：Al3+3e=Al

而合金中Cu、Si、Fe等元素不溶解，在一定濃度范圍內僅積聚于陽極合金中，這是由于其電位均正于鋁，且在合金中還有足夠量鋁的緣故。

而合金中夾雜的Na、Ca、Mg等幾種電位負于鋁的元素同鋁一起溶解，生成Na+、Ca2+、Mg 2+進入電解液并積聚起來，在一定濃度、溫度與電流密度下，這些雜質不會在陰極上放電。因此在陰極上得到純度較高的精鋁。

隨著能源價格的飛漲和環保要求的日趨嚴格，如何節能降耗已成為當今高純鋁生產行業研究的重點。目前75KA電解槽電流效率一般都在97%左右，理論電流效率一般認為是98%，而槽電壓一般都在4.30-4.55V之間，由此可見，挖掘節能降耗的潛力巨大。因此，研究探討節能降耗工作就顯得特別重要，在實際生產實踐中，我們摸索總結出了幾點節能的方法和措施。

1 降低槽電壓

槽電壓的組成：E槽=E分解+E過+E電解質+E陽極+E陰極+E其他

逐步降低槽電壓是維護槽熱平衡最主要的因素，它決定著電能消耗率。槽電壓偏高，則電能消耗越高，且容易破壞規整的爐膛，甚至導致熱行程運行，增加在產鋁的二次氧化損失，俗稱為燒損，導致電流效率的降低，又會影響單槽原鋁質量。

2 提高電流效率

2.1 規整的爐膛

（1）規整的爐膛內型，會使電、熱、磁、三場分布均勻，防止側部漏電;

（2）鋁水液面波動小，工作電壓平穩;

（3）減少換極、及頻繁操作產生對鋁水的波動;

（4）創造較穩定的生產工藝條件，有利于持續高效率生產。

2.2 降低空耗電流

（1）降低短路口電壓;

（2）降低母線接口電壓;

（3）降低平衡母線與陰極導桿接觸面電壓;

（4）降低過路各接口黑電壓;

（5）降低陽極爐底電壓;

（6）降低電解質電壓等。

3 電解質層的作用

三層液電解法中的電解質層屬于發熱層，它的高低決定了電解槽電耗的指標，如果電解質的高度保持區間為8-10公分之間，在電解槽兩側料室不滲漏的情況下，電解質層鋁水及合金的中間揮發性基本很小，所以調電解質的間隔時間可以酌情考慮，極距越低電解槽的電耗指標越低，但必須適當有度，否則會導致混層事故發生，勞民傷財，得不償失。

4 開展保溫措施

可以利用石棉被覆蓋于蓋板表面進行保溫，根據實際生產證明，當電解槽鋁表面溫度介于750-760℃之間時，覆蓋石棉被可提高槽溫5-10℃，進而電流效率提高0.5%-1%;電解槽兩側料室中合金濃度在38%-42%時，料室中的合金溫度在591℃，兩側料室利用石棉罩保溫，可提高5-8℃，對于融化固體鋁起到了重要作用。

根據實際生產情況，精鋁槽本身為保溫槽，建立其穩定的電熱平衡，才能保持穩定高效的生產，電解槽兩側散熱孔以及料室兩側的散熱孔，利用石棉纖維板堵住進行保溫，電壓從4.2V直接降低到4.05V，降低了0.15V，節省了電耗456 kwh。

5 利用陰極節能

鋁陰極肩負著電極導電的作用，其導電大小也決定著電解槽是否平穩生產的因素。根據實際經驗表明，在清極三天之內的電解槽，陰極導電大小可調，本著調低不調高的原則進行操作，使電解槽導電處于平衡狀態，在穩定生產的基礎條件下，對電解槽操作因素進行干預，盡量不破壞自身建立的電熱平衡，可以保持優質高產。

陰極與母線之間的壓降稱為鋁-鋁壓降，處理鋁-鋁壓降也可降低生產槽的電耗，12根鋁陰極鋁-鋁壓降處理前電壓為69.8mv，處理后為42.36 mv，電壓共計降低27.44mv，電耗降低834.4kwh，立柱母線進行定期緊固也可降低電耗，根據實際情況測量，緊固前為26.2mv，緊固后為17.2mv，降低電耗273.6kwh。

6 中心罩門的方式與作用

三層液電解槽的中心罩門必須設計為可調式罩門，根據近幾年的實踐表明，中心罩門離鋁水表面介于15-20cm時的高度為最佳保溫高度，可以更有效的對三層液電解槽開展保溫。

7 新技術對75KA精鋁電解生產節能的貢獻

一般三層液法提取高純度鋁，均采用普鋁水加入，而往往普鋁水的純度不足，造成生產出的高純度鋁質量不穩定，部分微量元素偏高，且耗能過大，而通過我們的實踐和研究，盡量使用純度在99.70鋁錠，可以大幅度提高高純度鋁的質量。

另外液體普鋁的添加也可以降低電耗的指標，加固體鋁在融化的過程中需要吸收熱量，電解槽建立的熱平衡必將放熱融化鋁錠，本身槽內溫度降低，電解質的導電度降低，導電性變差，電壓升高，但普鋁水的溫度在進廠時在940-960攝氏度之間，高于精鋁槽的本身溫度，普鋁水多余熱量將傳遞到槽內，不但能提高槽溫，也能增加導電率，所以普鋁水的添加也是降低電耗指標的一項措施。

目前，中國是世界產鋁的第一大國，而提取高純度鋁也屬于重點耗能項目，因此，節能減排降耗工作是我們的重大目標追求。我們一方面要加強生產的控制操作和精細化管理技術，優化電解槽本身技術條件、發揮最佳性能和延長使用壽命;另一方面要繼續開展各種節能降耗工作的深入研究。為我國提取高純度電解鋁的技術進步和節能減排做出更大更突出的貢獻。