鋁電解工藝技術優化措施及發展方向

張素芬

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

在現代化的鋁工業生產當中，最常見的制備方法是利用冰晶石的氧化鋁融鹽電解法，主要用到的設備是鋁電解槽。制備原理是將冰晶石作為電解質，利用碳素材料作為陰極和陽極，通過強大的直流電將電流從陽極導入，陰極倒出，中間經過電解質和鋁液層。通入直流電的目的是為讓冰晶石達到熔融的狀態，同時保證恒定不變的電解溫度，另一方面，也是為了實現冰晶石的電化學反應，從而得到鋁液[1]。在陰極上獲取到的鋁液會隨著電解工藝的不斷進行，產生大量的鋁，再經過電解槽中周期性的真空抬包被吸出，并運送到鑄造車間當中，再經過配料和進化等工序，最終得到商品鋁錠。目前，電解鋁的生產中，數量、規模、資金等方面都存在著較大的差異，因此對于生產企業來說，其升級和改造正面臨著巨大的挑戰。同時由于生產技術管理的落后，也嚴重制約著電解鋁的生產和發展。

1 鋁電解工藝技術優化措施

1.1 鋁電解工藝原材料優化

為了使鋁電解工藝的生產過程更加穩定，保證其各項技術指標能夠達到相關的技術要求，對于其原材料氧化鋁來說，除了要對其雜質含量進行嚴格的把控外，還要對其物理性能進行特殊的要求[2]。隨著鋁電解工藝規模的逐漸擴大，鋁電解槽的容量也在逐漸增加，并且點式加料的電子計算機控制技術也得到了更加廣泛的應用，因此對于氧化鋁材料的物理性能要有更加優化的選擇方法。表1為不同氧化鋁類型及其對應特征。

在鋁電解工藝生產過程中，盡可能選用砂狀和粉狀兩者之間的氧化鋁，其次是砂狀氧化鋁。通常情況下，對于氧化鋁的化學組成限制只要求氧化鋁中的雜質氧化硅和氧化鐵的含量在生產工藝的規定范圍內即可。氧化硅的含量為0.008 ～ 0.05%，氧化鐵的含量為0.007 ～ 0.02%。將完全符合要求的氧化鋁作為一級品，雜質中氧化硅和氧化鐵的含量達到規定上限的成為二級品，超出規定的氧化鋁不能進行鋁電解工藝上產。

1.2 鋁電解槽結構優化

為了讓鋁電解工藝技術能夠滿足其自身發展，對于建設技術先進、經濟效益高的大規模、大容量的鋁電解槽是十分必要的。因此對于鋁電解槽的電、磁、電、力等進行優化是十分必要的。鋁電解槽陽極的斷面是由經濟電流的密度決定的，其密度的大小直接影響著鋁電解槽的生產成本[3]。由于電能資源的費用較高，因此不宜選用電流密度較高的陽極。而陽極和陰極的碳塊尺寸選擇要做到合理匹配、結構緊湊，從而保證鋁電解槽的內部有足夠的保溫層厚度。大規模的鋁電解槽的陽極電流密度應選擇在 0.75 ～ 0.78A/cm2。

為了使鋁電解槽的內部保溫結構不被破壞，要在耐熱磚與保溫磚之間鋪設一層耐火的顆粒材料，且厚度應在1.5mm到2mm之間，以此提高更好的防護屏障效果。由于耐火材料中，圖耐火磚的性能較為良好，但價格十分高昂，因此選用一種泡沫混凝土搗制而成的圈梁結構，該材料具有較好的耐熱性，且價格相對較低。

從圖1可以看出，在電解的溫度下，導熱性能最好的為石墨化碳塊，其導熱率高出其它材料的2 ～ 4倍。該材料的缺點在于價格相對較高，但通過研究發現，即使是在電解槽表面積較小的情況下，石墨化碳塊也可以生成爐幫結殼[4]。因此，又可以大幅度的降低鋁電解槽的制作成本，并且有助于提高電流的效率，使得鋁電解工藝獲取到的經濟效益遠遠超過石墨化碳塊的成本，因此石墨化碳塊可以作為鋁電解槽中最好的陰極材料。

2 鋁電解工藝發展方向

目前，綠色化的環保生產已經成為工業領域中的一項硬性指標，尤其是在“供測給”的經濟改革實施以來[5]。為了使鋁電解工藝的生產條件能夠符合相關環保的規定，對于鋁電解企業的升級和改造是十分必要的，同時這也將成為鋁電解工藝未來發展的目標和方向。通過對近幾年的鋁產品市場進行研究發現，鋁電解的消費量以及市場需求正在不斷的擴大，而存在的問題在于鋁電解工藝中的生產方式和相關技術存在嚴重的不足，因此很難保證在綠色環保的要求下達到規定的生產量。只有找到了正確的突破口，才能真正做到將環保與生產同時達標的良性發展。而突破口就在與要將經濟結構的調整作為契機，對于已經落后的生產工藝技術進行逐步的淘汰，并積極研發新的鋁電解工藝技術，以此才能真正實現鋁電解工藝生產、環保等效益上的豐收，同時還可以實現鋁電解企業的全面轉型。

3 結束語

通過本文的研究可以得出，在鋁電解工藝技術不斷發展的過程中，企業要積極響應并落實相關政策，樹立起可持續發展的生產觀念，積極研發新的鋁電解工藝技術，只有這樣才能在生產技術、發展規模等方面，得到質的飛躍，真正實現鋁電解工藝生產的可持續發展。