我国大型预焙铝电解槽工艺技术发展

大型预焙槽工艺技术发展
一、我国大型预焙电解槽的发展
我国现代大型预料电解槽的发展起步较晚。

国外在六十年代较快发展了大型预焙槽生产，而我国于1973年才开始于抚顺铝厂进行大型预焙槽的开发研究工作，经两年的筹建，1975年4月10日我国第一台135kA预焙槽投入工业试验。

经过二十年的努力，至1995年，通过引进和消化引进技术，我国已形成大型预焙槽各具特色的生产系列，拥有135kA、140kA、155kA、160kA、180kA、280kA 大型预焙槽，总槽数达近1600台，产能为60万吨。

至2002年底，我国电解铝企业已达136家，生产能力达到5300kt/a，居世界首位；其中年产100kt/a生产规模的企业已达17家，产能2650kt/a，占总产能的50%；电解槽容量在160kA 以上的企业有35家，能力达2800kt/a，占总产能的53%。

我国电解铝企业技术改造、扩建和新建的项目，一直以200～240kA电解槽为投资主流，对于300kA级电解槽的三场、槽寿命等问题，许多人一直持有怀疑态度。

随着我国第一个200kt/a规模300kA级电解系列在河南豫港龙泉铝业有限公司的顺利建成投产，不但使SY300（300kA）电解槽在国内外得到广泛认可，而且它还标志着中国电解铝工业的综合技术已达到世界先进水平。

SY300电解槽已成为国内众多新建的200～250kt/a规模电解铝项目的主要槽型。

西方发达国家的原铝生产主要集中于加铝、美铝、俄铝、法铝、海德鲁、科马尔科等大型企业集团，主要槽型为AP18、AP21、AP30、Hydro23和CD200等，单系列产量为100～250kt/a。

在20世纪90年代，建成的电解铝系列（除中国外）80%采用了法国彼施涅公司的电解铝技术，特别是300kA级预焙阳极电解槽技术几乎全部采用AP30技术，单系列产能达到250kt/a。

加入WTO后，中国电解铝工业面临进一步发展，做大做强的机遇，为了满足中国电解铝工业全球发展战略的需求，建设一批规模大、技术起点高、有竞争能力的现代化的企业势在必行。

2000年，沈阳铝镁设计研究院在总结SY系列电解槽的设计和实践经验的基础上，开发了SY300预焙电解槽。

它是目前中国已投产的产能最大的电解系列。

二、我国大型预焙电解槽的槽型及主要技术参数
大型预焙槽中，从进电方式上分为：两点进电、四点进电和五点进电三种；从电解槽槽壳结构上分为：摇篮式和臂撑式两种，其中摇篮式约占94%；从下料方式上分为：现我国大多数电解槽都采用中间下料方式，它包括点式下料、插板式下料和闸刀式下料三种方式，后两种方式正在逐步地进行改造成先进的点式下料方式；从电解槽容量上分为：135kA、140kA、155kA、160kA、180kA、
280kA、300kA、360kA等级别的槽型。

各种电解槽的主要技术参数见下面表1。

三、2000年前我国大型预焙电解槽生产的主要技术条件及技术经济指标
我国的大型预焙电解槽的生产，由70年代发展到90年代，已取得了显著的进步，设备装备水平明显提高，如多功能联合机组的应用和电子计算机控制系统的开发；引进的供电整流设备技术先进、整流效率高、供电平衡可靠；供料系统的现代化和筒式下料器的开发成功。

为实现大型预焙槽更准确的控制打下基础；生产经验日趋成熟，无论是大型预焙电解槽的焙烧启动操作技术，还是正常生产操作技术和日常管理技术，均已走出低谷，正向更高水平迈进，大型预焙槽的阳极制做新工艺，保证了预焙阳极质量等等。

所做出的一系列努力，最终体现在技术经济指标的提高上，由于我国各种大型预焙槽结构及其它条件上的差异，其技术条件的保持与达到的技术经济指标不同，现汇总于表2和表3。

四、大型电解槽的工艺设计及应用技术研究方向
大型电解槽在工艺技术的发展下，通过增加设计上的变化转向了更大型槽，彼施涅的180kA发展到300kA，现在是500kA，代表了当今大型电解槽的先进技术。

但在关键的性能方面如：电流密度、能耗、阳极消耗和阴极寿命等方面仍有较大的技术限制和缺陷。

如果这方面的技术不能够得到解决，那么在槽型的扩大上将难以进行。

1、连续预焙阳极技术与导流型阴极技术
连续预焙阳极技术与导流型阴极技术应该是近期新建或升级改造电解槽系列时应用的一个新方向。

非连续性阳极，正如目前我们大多数铝厂所应用的阳极，其更换过程是使工艺条件波动的主要原因，因为在更换作业过程中散发的难以收集的粉尘和烟气造成了电解的职业卫生和安全隐患，定期进行阳极的更换也抑制了槽子的密封能力，造成有害气体的排放，导致槽不能有效地保温。

而连续性阳极能够避免这方面的问题，通过取消更换阳极，不仅大大减轻了电解工人的劳动强度，而且加强了生产过程的稳定性，置换阳极的添加不会波及槽子或槽盖板，电解厂可以得到简化，如可以取消残极的再利用和电解质的再利用。

但这一项技术的难点在于：（1）用于把阳极联接到一个垂直架子上的粘接系统必须能经受住电解的环境腐蚀；（2）电气接触系统必须高效地运行，最好是允许阳极能相对移动，并且接触系统无需人工干涉。

表22000年前我国各类型电解槽的主要技术指标
表4目前我国各主要大型预槽的对比
连续预焙阳极，充分地消除了由于更换阳极而引起的问题。

导流型（可湿润）阴极将能提供一个稳定的极距，降低能耗。

这两者结合将可能产生非水平配置的电极。

硼化钛已经被当作是理想的阴极材料，自从1954年英国最早获得这项专利起，它已经得到广泛的应用。

它可由铝液湿润的特性意味着传统的碳阴极用硼化钛加以涂层就可以得到一层很薄的铝液膜的保护，就能够实现在更低的极距下运行电解槽，其工艺能耗比正常的节约15～20%。

导流型阴极是很有发展方向和应用前途的，但在目前，因为技术上的原因，它还不能得到更加广泛的应用。

2、惰性阳极材料的研究
惰性阳极材料在这方面将具有巨大的应用潜力，它不仅可以用于改进现有的槽子，而且还可以作为工艺设计的一个全新的方法。

该新工艺将使用小型化的槽子，电解厂将以立式电极配置为基础，在复杂的感应和控制系统下，清洁、高效地运行。

在报道过的研究中，金属陶瓷，比如铜镍铁素体可以用作惰性阳极的材料，但也有技术上的缺陷。

目前尚未有成功的惰性阳极材料出现。

如果惰性阳极研究成功的话，电解槽将可能变为垂直电极的槽子，这样的槽子将比水平电极的电解槽小三分之二左右。

惰性阳极的应用进一步可以扩展到双极槽的应用上。

在同样的容量下，双极槽相当于电解系列中的几个电解槽，双电极一面是阴极，反面则是阳极。

每台槽的产能将根据安装的双电极的数目成比例地增加，一般数目在2～3个双电极。

这样的双极槽已经在加铝的镁电解中得到了工业化的应用，双极槽的应用潜力是很大的。

3、其它目前在电解槽上应用的新技术
目前在电解槽上应用的新技术，有许多已经相当成熟，如：
✧槽子日常运行的机械化，如氧化铝下料和换极。

✧用于槽控的微处理器的应用，特别是电阻调节和氧化铝下料速度的控
制。

✧应用先进的计算机模型（热场和磁液体动力学）设计更大和电流效率
更高的槽子。

4、目前世界上最先进的电解槽
目前世界上最先进的铝电解槽是法国彼施涅公司设计和开发的：
1、位于加拿大魁北克的Deschambault电解生产线，电流325kA。

这座
电解铝厂原来由美国Alumax拥有和经营，现属于美铝公司，该生产
线1997年其指标达到电流效率96.0%，单位能耗13.0kwh/kg铝，净
碳耗0.397kg铝。

2、最大和产量高的电解槽是三台法国彼施涅公司的AP50电解槽，槽长
度18m，电流500kA，槽日产量3825kg铝，阳极效应为0.04～0.05/
日，这种电解槽投资成本比一般电解槽高出15%，生产成本降低10%，
每位雇员的劳动生产率提高36%。

5、国外大型电解槽的改造：
国外电解槽从300kA改造到350kA一般改造的内容如下：
1、极距由5cm减小到4cm；
2、阳极长度由1.6m增加到1.7m；
3、AlF3过剩量由10.9%增加到13.5%；
4、将阴极炭块材质由HC3（半石墨化）替代为HC10（石墨化）；
5、阴极长度由3.47m增加到3.67m；
6、将侧部炭块由HC3炭块替代为炭化硅；
7、侧块厚度由15cm减小到10cm；
8、将阳极覆盖料厚度由16cm增加到19cm。

后来对350kA槽的改进延伸到了400kA槽，这时槽子长度增加1.7m，由14.4m变为16.1m。

6、国内电解槽的对比
为与国外进行对比，下表4列出了国内部分工程大型铝工业电解槽的有关设计参数。

从对比可以看出，国外采取的是高产出（高电流效率）高电耗的技术路线，与我国的情况有些差异。

国外阴极均石墨化且在两端做绝缘处理，这对降低阴极压降，增加槽寿命，减小水平电流均有好处。

参考文献：
1、《SY300电解槽技术的开发与生产实践》·任必军等·《轻金属》·2003.9·国家有色金属工业局编。

2、《我国大型预焙槽炼铝工业的现状及展望》·姜玉敬·《中国铝工业》·全国有色轻金属冶炼统计信
息学会编印。

3、《300KA以上大型铝电解槽的设计理念》·陈廷贵等·《轻金属》·2003.12·国家有色金属工业局编。

4、《目前世界上最先进的铝电解槽》·摘自《中国有色金属参考》2003年第1期。