淺論大型鋁電解槽異型陰極可行性

韓有成

摘 要：該文敘述了我國的大型鋁電解槽的發(fā)展情況，對異型陰極鋁電解槽進(jìn)行了簡單介紹。該文探討了異型陰極鋁電解槽的優(yōu)點與不足，認(rèn)為它具有較大的可行性，并且為異型陰極鋁電解槽的更好的推廣和發(fā)展提出的建議。

關(guān)鍵詞：異型陰極 鋁電解槽 可行性

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（a）-0092-01

近年來我國電解鋁的產(chǎn)能持續(xù)快速的增長，電解鋁產(chǎn)業(yè)是一個高耗能的產(chǎn)業(yè)，因此如何節(jié)省和降低能耗一直以來是電解鋁行業(yè)研究的重點與難點。在這種背景下，異型陰極電解槽應(yīng)運而生。異型電解電解槽的應(yīng)用在一定程度上降低了生產(chǎn)工藝的能耗，提高了工藝的安全性，取得了比較大的成果；但是異型陰極鋁電解槽也存在一定的不足。該文就大型鋁電解槽異型陰極推行的可行性展開研究。

1 國內(nèi)大型鋁電解槽的發(fā)展情況

20世紀(jì)70年代末，我國從國外引入160 kA的中間瞎聊預(yù)焙槽技術(shù)，這拉開了我國現(xiàn)代的鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕。20世紀(jì)90年代，我國成功的開發(fā)了280 kA、320 kA以上的特大型的電解槽技術(shù)，使得我國的鋁電解的技術(shù)基本上達(dá)到了國際水平。此后，我國的設(shè)計和制造鋁電解槽的能力和水平越來越成熟，與國外的產(chǎn)品相比，我國的價格相對低，因此受到國內(nèi)許多中小型企業(yè)的青睞。

目前我國的鋁電解技術(shù)一方面向著大型化的方向發(fā)展，例如增加電流強(qiáng)度，這樣能夠提高能量效率。目前我國的主流鋁電解槽的電流為200～300 kA之間，占全國鋁電解槽總量的33%；其次是300～400 kA的鋁電解槽，占全國的31%；處于第三的是400～500 kA，占全國的24%；其余的是大于500 kA的鋁電解槽以及小于200 kA的鋁電解槽。低于200 kA正在淘汰中。而大于500 kA的鋁電解槽是目前最先進(jìn)的能耗最低的，主要用于我國的新疆和甘肅兩地新建的電解鋁項目中。我國鋁電解技術(shù)的一個方向發(fā)展，即開發(fā)和研究新的工藝和技術(shù)，例如異型陰極結(jié)構(gòu)、鋁電解槽的鋁液的流態(tài)的優(yōu)化節(jié)能技術(shù)等。總而言之，在全球能源資源越來越緊張的情況下，鋁電解槽技術(shù)正在向高功率、低能耗的方向發(fā)展。

2 異型陰極鋁電解槽的簡介、優(yōu)點與缺點

2.1 異型陰極鋁電解槽的的原理簡介

傳統(tǒng)的電解槽的陰極主要采用普通的炭塊、半石墨或者全石墨的陰極以及復(fù)合陰極，電解槽的陰極表面光滑平整。在生產(chǎn)過程中，電解槽的內(nèi)側(cè)陰極上電解質(zhì)會形成很硬的焦結(jié)狀的爐幫，雖然陰極的材質(zhì)不同，但是都會導(dǎo)致陰極壓降有一定的降低。在電解過程中直流電會產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁場，這對電解槽內(nèi)的鋁液和液態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致他們形成了很強(qiáng)的流動狀態(tài)。為了維持電解槽的正常運行，就需要通過增大電壓來實現(xiàn)。與此同時，高電壓和鋁液的高速流動會帶來大量的熱量，就會引起二次反應(yīng)以及電流的空耗等情況。鋁電解槽采用異型陰極，就是對陰極表面進(jìn)行幾何圖形的改變來達(dá)到降低能耗的要求。

2.2 異型陰極鋁電解槽的優(yōu)點

（1）降低電壓，提高電流效率。異型陰極表面的幾何形狀的改變能夠降低鋁液的流動速度，改善電解槽內(nèi)鋁液的狀態(tài)，使得鋁液的表面比較平穩(wěn)，在這種情況下比較低的電壓就能夠維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行，提高了電流的效率，也減少了在電解槽中產(chǎn)生的熱量。同時異型陰極鋁電解槽的側(cè)面由原先的散熱功能轉(zhuǎn)換成為保溫功能，這樣能夠維持電解槽的熱平衡，降低了能量消耗。（2）延長了電解槽的使用壽命。異型陰極鋁電解槽運行比較穩(wěn)定，具有比較好的電解效果。傳統(tǒng)的鋁電解槽容易產(chǎn)生爐幫，而爐幫的導(dǎo)熱性比較差，大量的爐幫會導(dǎo)致電解槽的溫度逐步的升高，當(dāng)長期積累之后又沒有得到及時的清理時，就會影響電解槽的質(zhì)量，危及生產(chǎn)安全。異型陰極電解槽的鋁液比較平穩(wěn)，而且比較低的電壓下就能運行，產(chǎn)生的爐幫比較少，因此能夠延長電解槽的使用壽命。

2.3 異型陰極鋁電解槽的缺點

（1）會增加撈炭渣的工作量 使用異型陰極鋁電解槽開展生產(chǎn)時，撈炭渣的工作量會增加。工作人員需要及時的講炭渣打撈干凈，保證生產(chǎn)的安全正常的進(jìn)行。（2）電解池的陰極槽溝容易掉塊.異型陰極電解池的槽溝比較容易掉塊，槽中的焦粒的鋪設(shè)的厚度比較厚，焦粒密度的控制比較困難，可變性比較大。

3 異型陰極在大型鋁電解槽上運用的可行性

異型陰極鋁電解槽具有比較大的可行性，原因如下：

（1）能夠降低企業(yè)的能耗，增加企業(yè)的效益；電解鋁產(chǎn)業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的能耗約占電解鋁產(chǎn)業(yè)成本的40%，高昂的能耗成本導(dǎo)致許多電解鋁企業(yè)舉步維艱。而異型陰極電解鋁技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的提高電解槽中鋁液的穩(wěn)定性，提高電流的效率；提高了有效極距，實現(xiàn)了低電壓的運行，有效的延長了電解槽的壽命，因而能夠降低電解鋁產(chǎn)業(yè)的能耗。能耗成本降低，企業(yè)的效益就會增加。（2）能夠減少廢氣污染，符合我國環(huán)境保護(hù)的要求.

4 建議

（1）異型陰極鋁電解槽在投入使用后要注重監(jiān)控與管理。異型陰極鋁電解槽投入使用后，現(xiàn)場工作人員在進(jìn)行更換電極、工人在打撈沉淀、炭塊以及進(jìn)行其他維護(hù)工作等工作時需要更加精細(xì)，以保護(hù)異型陰極電解槽比較脆弱的熱平衡。要根據(jù)實際的生產(chǎn)情況來確定合適的電壓，不能夠盲目的追求低電壓。對生產(chǎn)過程要進(jìn)行實時監(jiān)控和管理，及時的發(fā)現(xiàn)問題并且解決問題。（2）加強(qiáng)異型陰極鋁電解槽的智能化。目前異型陰極電解槽技術(shù)還處于比較初級的階段，許多工藝參數(shù)和流程都有待完善，整體智能化水平不高，現(xiàn)場工作人員的工作環(huán)境比較差。因此研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)積極的開發(fā)研究，提高異型陰極電解槽技術(shù)的自動化水平和智能化水平，從而提高工作的效率，改善工作環(huán)境。

5 結(jié)語

異型陰極電解鋁技術(shù)的應(yīng)用和推廣能夠有效的降低電解鋁產(chǎn)業(yè)的能耗，減少企業(yè)的運行成本，提高企業(yè)的競爭力，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有效的緩解了能源供應(yīng)壓力；同時能在一定程度上降低對環(huán)境的污染。雖然目前異型陰極電解技術(shù)還存在一些問題，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，異型陰極電解技術(shù)會越來越完善，它的應(yīng)用也會更加廣泛。

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