铝电解生产工艺节能途径探究

余华明  阿富林

中国铝业青海分公司  青海省西宁市  810100

摘要：由于经济社会的持续进步以及能源逐渐减少，全社会也慢慢将节能环保的发展理念作为重点方向，铝电解生产行业与其他行业的能耗对比来说数量较大，污染程度更严重，大部分工作人员逐渐考虑怎样实现铝电解生产工艺的节能化发展。在此基础，本文就对铝电解生产工艺的节能途径进行探讨，仅供相关人员进行借鉴与参考。

关键词：铝电解；生产工艺；节能途径

1铝电解的概述

    固体氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，产生导电性较好的均匀熔体，通过炭素材料制作成阴阳两阳，在连接直流电之后，就可以在两极之处发生电化学反应，在阳极得到气态物质，阴极得到液态铝，实际反应过程为：溶解的氧化铝－－液态铝(阴极)加气态物质(阳极)，铝的工业生产全部采用活性阳极(炭阳极)，通过炭阳极进行生产的时候，在电解实际过程中进行，阳极炭在电化学反应之中，可以生成碳的化合物——二氧化碳。

2铝电解生产工艺流程及能耗

    铝电解生产采用熔盐电解法，生产所需的原材料为氧化铝、氟化铝和阳极炭块。电解的结果是阴极上得到熔融铝和阳极上析出CO２。生产电解铝的设备称为电解槽，电解槽主要由炭素材料为主体的阳极、阴极以及钢结构组成。电解槽的能耗分为化学反应能耗（包括分解氧化铝等）和热损失能耗，热损失能耗包括导体热损、熔池热损及壳体热损等。一般大型预焙槽的能耗在13kW·ｈ/kg－Al左右，预焙槽能源有效利用率仅50％左右，具体数值为：有效能耗6.5kW·h/kg，导体热损失（包括阴极棒端）1.0kW·h/kg，熔池及壳体热损失5.5kW·h/kg。电解铝生产使用的能源有直流电、交流电，间接（或代用）能源有阳极块、压缩空气、水等。由于原铝生产消耗大量电能，素有“电老虎”之称，因而所有电解铝生产厂家都在积极采取有力措施，努力降低能耗。当今世界铝工业技术发展的特点之一就是槽型的大型化和预焙化。

3.工艺节能途径

3.1提高电流效率

    由计算吨铝电耗的公式可知，提高电流效率可以降低铝电解生产的电能消耗。电解电流效率每提高l％，可使铝电解生产的直流电耗降低150kW·h／tAl左右。在多年铝电解生产实践中，总结出提高电流效率的主要措施是：

（1）严格电解槽技术条件的保持。对于槽温或分子比偏高(偏低)的电解槽，及时采取措施进行控制，杜绝槽温、分子比长期偏离正常值范围的现象，避免技术条件变化对槽况平稳性造成干扰。

(2)坚持电解槽日评判制度。对电解槽实行全面综合分析，实时掌握电解槽运行趋势，对电解槽异常问题做到及早采取预防措施，确保平稳正常生产。

(3)加强换极、出铝等操作质量，提高电解槽稳定性。

(4)加强对电解槽计算机报表、丁艺曲线的综合分析能力，提高班组长(作业长)对异常曲线的独立判断、处理能力，对问题做到早发现、早处理。

(5)加强净化车间均衡、平稳供料，加大电解槽打壳一下料气缸的检查维修，确保电解质氧化铝浓度的稳定和槽况的稳定。

(6)合理控制电解槽分子比、槽温，勤打捞炭渣洁净电解质，以增强电解质的导电度，促进铝的析出，减少二次损失。

(7)加强电解槽焙烧启动期间及后期管理。建立规整炉膛，为电解槽正常生产期间提高电流效率等各项技术经济指标打好基础。

(8)加强人机配合，杜绝手动次数过多对电解槽槽控机的干扰，充分发挥计算机对电解槽科学、有效的控制，以提高电解槽自平衡能力，达到多产铝、产好铝的最佳运行状态。

3.2低温生产

    铝电解槽生产温度与环境温度之间的温度差越小，电解槽向外散失的热量就会越少，所以，采用酸性电解质较低初晶温度的特点，以降低电解生产温度，不失为铝电解生产节能的途径之一。某铝业公司根据其电解质体系的复杂性，尤其是高锂盐含量对初晶温度的影响。通过调整电解质成分、控制阳极效应系数和加强电解槽保温等措施，控制920～935℃较低电解温度进行生产，不仅电流效率随之提高(电解温度每降低10℃电流效率提高l％-2％)进而降低电能消耗，而且因槽温的降低，电解槽体系向外散失的热量也大大减少，大幅度地降低了槽电压进而降低了电能消耗。

3 .3减少散热

    铝电解槽体系任何形式的热量损失，都要由槽电压升高(补偿能量损失)来维持电解槽的能量平衡，进而才能确保生产工作的顺利、高效进行，电解槽的热损失即是电能的浪费，应越少越好。铝电槽热损失占能量空耗的76％，其中上部结构占51．09％，氧化铝壳面和炭块表面分别占13.52％和14.66％，它们的总和占上部散热损失的55％，因而降低壳面上的热损失是提高电能利用率的有效途径。严格电解槽槽盖板盖放管理，制定槽盖板管理制度，杜绝一个工区打开两台以上电解槽槽盖板同时作业的现象，加强电解槽密闭性以减少热量向外散失。提高换极作业、添加氧化铝料块、阳极保温料的作业速度，减少换极过程中电解槽温损，避免换极作业后电解槽温度下降、电解质发黏、噪声和附加电压的出现，是生产实践中行之有效的降低铝电解电能消耗的很好途径。另外，对阳极侧部钢窗(散热孔)用保温砖或石棉绝热板进行封堵，以减少电解槽侧部钢窗向外的热量传递。在电解槽大修砌筑时，可以在紧贴槽壳内壁加装20mm的复合硅酸锅镁绝热板，以减少电解槽通过槽内衬砌体材料向外散热。

2.4 优化能耗

    因为其他辅助设备能耗也是生产过程中不可忽视的能耗问题之一，所以在对直流电能耗问题进行处理的同时，还需要对电解性能以及阳极装置等辅助设备的能耗问题进行剖析。在对空气压缩机以及电解性能进行优化过程中，需要通过对其运行模式进行调整的方式，达到良好的能耗控制效果。而在对阳极装置进行处理过程中，由于其主要是受到炉频率的影响，所以需要对中频炉节能情况进行分析，如果炉的节能效果较为理想，可以继续进行使用，如果没有达到设计要求，可以通过更换炉的方式保证最终节能效果。在对进料进行清洁处理过程中，需要重点对齐运行参数以及运行模式做出调整，保证整体运行稳定程度。由于高浓度的氧化铝会造成沉积以及降低电产量等方面的问题，所以需要对氧化铝的浓度进行控制，确保能够在进行降低能耗的基础上，达到提升电解熔融平衡的目标。

2.5 优化固体废物污染

    在对固体废物污染进行治理过程中，一方面需要做好炉渣的清除工作，通过对阴极碳块以及耐火石的应用，通过运用石灰石固化的方式进行耐火石获取，在浮选酸浸出过程中，使用氟化钠和碳化手段进行阴极碳块的获取，并将两者用于固体废物处理之中；另一方面需要做好铝灰再利用与处理，利用重力分离工艺以及压缩回收等工艺进行铝灰的回收和利用处理。同时，需要对残留阳极进行喷砂操作，通过对残留电集中压力的释放，保证磷酸铁环中压力能够得到充分释放，并利用压碎系统进行残留电极清洗，保证电解液能够切碎到九毫米以下，进而将其返回到电解槽中继续进行应用。在残留电极压力作用之下，残留电极碳块会被压回到煤炭生产车间，并会将其作为阳极生产组成部分，实现对残留阳极的循环化应用。

2.6 优化自动化管理

    电解铝生产会通过对多台电解槽串联进行应用的方式展开相应电解处理，而在直流电流的作用之下，电解槽内会发生复杂电化学反应以及高温物理化学反应，会在生产体系中形成有关联且可变的电场以及磁场等物理场。在铝电解槽中的熔体温度相对较高，具有较强腐蚀性，其温度以及浓度等无法得到在线实时监测，而在线监测手段，只能对电流以及电压等内容进行监测。为做好技术经济指标的控制，需要对关键技术参数进行有效管控，保证能够通过对电解槽综合情况以及物料平衡等各项内容的分析，做好后续决策。鉴于此，需要进一步加大对自动化控制技术的研究和应用力度，需要推进电解铝生产向高效率、无污染、自动化方向进行发展，以便更好地实现对生产过程中的各项参数有效控制，保证生产状态能够始终控制在合理范围之内，进而实现理想化电解铝生产模式。需要通过对自动化控制技术的应用和不断调整，保证智能化控制手段可以得到充分性应用。

结语

    总而言之，要想在铝电解生产过程中寻求降低能源资源消耗的途径就必须要从电解槽的设计、安装、操作、维护、管理等各个环节入手，确保电解槽的安全、高效、平稳运行，同时积极运用各项新工艺、新技术降低电解槽的能耗，实现铝电解生产行业的可持续发展。

参考文献：

[1]董永江.关于铝电解生产工艺节能途径的探讨[J].科学技术创新,2019(36):164-165.