淺談鋁電解過程中的節能降耗措施

王興云 任靜云 劉昆鵬 韓健文

（河南神火鋁業電力公司永城鋁廠，河南 永城 476600）

2011年中國電解鋁以1806萬噸的產量連續11年居世界第一!與此相對應的是：高能耗、高污染是電解鋁行業的典型特征，已被列為國家產能過剩行業。如何在行業殘酷競爭和國家產業政策調整的環境中更好地存活和發展，挖掘內潛、節能降耗、減少污染排放成為企業最為關注的課題。

一、 制約我國鋁電解業能耗、污染水平降低的因素

1 企業規模。我國共有130余家鋁電解企業，2011年廠均年產13.89萬噸原鋁，可以看出規模小且生產率低。

2 電解鋁工藝參數一低三高。國內鋁電解工藝參數是一低三高： 低電流密（0.15A/cm2）、高氧化鋁濃度0.5～1.0%）、過程溫度高（ 10～20℃） 和高電解質分子比（0.1～0.2）。

3 電耗高且電流效率低。國內預焙槽平均電流效率同國際先進水平相比低1～4%，直流電單耗高300～500kW/t-Al。

4 陰、陽極質量差。國內較低的炭陽極質量標準導致陽極質量差，噸鋁陽極消耗量比國際先進水平高40～60kg/t-Al。碳陽極是鋁電解生產中的消耗性導電介質，在電解生產過程中不可避免地會產生了碳渣，碳渣漂浮在電解質表面或溶解在電解質中，惡化電解質體系，使電解質電阻升高，導致電耗上升。陰極碳素壽命短。

5 電解槽壽命短。我國當前采用的預焙槽平均壽命大約在1500天，而國外先進技術則可以保證壽命至2500～3000天。

二、主要的節能技術

通過分析找出導致我國鋁電解業高能耗高污染的因素，結合我國鋁電解業的實際生產情況，不斷探索發現新的生產鋁的節能方法，則可以大力提升鋁電解業清潔高效生產水平。槽控系統改進、惰性陰極、惰性陽極、室溫離子液體鋁電解、低溫熔鹽鋁電解等技術的研究均受到研究人員的廣泛關注。

1 槽控系統的改進。計算機技術高速發展的成果，已滲透到各個行業領域。計算機控制技術已被廣泛應用于大型預焙槽生產運行過程中。計算機利用模擬技術、智能控制程序，在線采集鋁電解槽的相關運行信息，并離線錄入數據，然后進行信息處理后，發出控制和操作指令。對于已屬技術集合的電解槽技術體系，每項技術都會影響生產體系的故障診斷效率和平穩運行態勢。生產槽體系平穩運行就意味著高效生產，高效生產就是節能。

2 惰性陰極技術。可潤濕性陰極可以有效提升陰極和鋁水之間的潤濕性能，延長槽壽命，節能降耗，同時配合惰性陽極，可以開發出新的電解槽和電解工藝。TiB2能被金屬鋁液良好潤濕，是當前發現的可潤濕性陰極中最理想的鋁電解材料。以無機物溶膠或樹脂作為粘結劑，利用TiB2與鋁液的良好潤濕性以及良好的導電性，利用電化學技術在鋁電解槽炭陰極表面涂覆TiB2，降低爐底壓降，改善陰極工作狀態，可以實現節能增效、延長電解槽壽命。此外，由于TiB2能夠增強鋁液和陰極表面的濕潤性，降低陰極炭塊的化學、電化學腐蝕，這些均有利于電解槽的運行穩定性，也能有效延長槽壽命，這些都能直接達到節能增效。惰性陰極材料的主要優點：有優良的導電性使鋁離子直接在惰性陰極材料上放電而生成鋁。此時將不再需要保證槽內一定的鋁液液位水平，由于鋁液涌動減弱了波峰，陽極和陰極之間距離可以明顯縮小到 2～3cm，從而降低了在電解質中的電壓損耗，最終節省電能。抵抗熔融電解質滲透能力強，導熱系數小，同時結合實用惰性陽極和惰性陰極，可以重新設計電解槽，惰性陰極的使用可以提高電流效率和電能效率，進而大幅度降低了鋁電解生產對電能的消耗。

3 惰性陽極技術。惰性陽極是指在目前通用的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解中不被消耗或微量被消耗的陽極材料。針對惰性陽極材料的研究報道很多，目的都是為了取代現在通用的碳陽極。惰性陽極電極材料不參與電解反應過程，陽極氣體O2為非有害氣體，能做到無公害排放，不僅節省至少20%電能，生產工藝得到穩定。由此可以看出，將惰性電極材料參與電解鋁生產，將在有效降低能耗的同時減少污染。

4 室溫離子液體鋁電解研究。離子液體作為金屬電沉積的電解質，有許多優良的理化性質，其優點為：（1）離子液體有著可到達4V的很寬的電化學窗口；（2）離子液體熔點低，所以其操作溫度可以在室溫左右，比高溫熔鹽更節能；（3）由于沒有析氫反應等副反應，許多水溶液中難沉積的金屬可通過此方法而被沉積出來，包括堿金屬、過渡區金屬及其合金。于先進等利用溴化1-丁基-3-丁基甲基咪唑（BMIM）Br和AlCl3制成（BMIM）Br- AlCl3鋁基離子液體，采用三電極體系進行鋁的電沉積應用研究，鋁基離子液體將開辟嶄新的鋁電解領域。

5 低溫熔鹽鋁電解研究。低溫鋁電解工業可以在較低鋁的溶解度下，擁有較高的電流效率。處于一定的溫度范圍內的工業電解槽，溫度每降低10℃，其電解電流效率將提高1%。目前研究出的很多降低鋁電解溫度的方法：（1）使用輕電解質，即低分子比電解質，鋁液下沉。（2）鋁液上浮低溫鋁電解法，利用鋇鹽的重電解質體系。（3）采用氧化鋁懸浮的電解質，鋁液下沉。

氧化鋁作為煉鋁的原料，電解溫度降低到900℃以下，配合惰性陽極、惰性陰極和絕緣側壁，每噸鋁電耗可降低到12000kW·h以下是可行的。

結語

總之，綠色環保節能鋁電解是電解鋁行業的未來發展方向。我國鋁行業具有巨大的發展潛力，注重在鋁電解生產中高效利用能源，最大限度的減少能源損耗，有利于鋁行業的可持續發展。我國必須高度重視鋁電解技術的開發和引進，采用國際的先進技術推動自身發展。鍋電解槽節能技術直接和電解鋁廠的生產成本及鋁電解生產能耗掛鉤。鋁電解過程中的節能降耗問題依舊是一個長遠的戰略目標，節能降耗刻不容緩。

[1]邱竹賢.預培槽煉鋁[M].北京：冶金工業出版社，2005：466.

[2]余樹良.鋁電解槽節能技術淺析[J].甘肅冶金，2013，35（06）：38-39.