电解槽技术

鸟瞰面向新世纪的全球预焙铝电解槽技术

北京安泰科信息开发有限公司董春明王祝堂

提要

●截止到1999年底，全球共有：

——总生产能力25950kt/a，其中中国2860kt/a，其他国家的为23090kt/a。

——70多种不同型式的预焙铝电解槽，其中中国的约13种，俄罗斯7种，其他国家50余种。

——电流强度最小的预焙槽为美国铝业公司的尼亚加拉铝厂的40kA与俄罗斯沃尔克霍夫铝厂的50kA的；最大的为320kA，属中国平果铝业公司与委内瑞拉铝业公

司。

——预焙阳极总面积已达38m2/槽。

——电流效率达95%-96%，电耗达13.5DCkWh/kg，1.1工时/t铝。

●现行的预焙槽面对两大挑战

——法国普基铝业公司AP-50预焙槽的投产。预焙槽将越来越大。

——美国铝业公司惰性阳极、可湿性阴极槽的试验成功，第一座使用这类槽的工业生产厂可于2002年前后试运转。

1 前言

目前，全世界有70多种不同型式的预焙铝电解槽在运转，其中中国约有13种，俄罗斯7种，其他国家50多种。预焙槽通常可分为两大类：边部加料槽和中间加料槽。现代化的大型铝厂多采用中间加料的大型预焙槽，图1为典型示意图，其特点是：单槽产能高，打壳加料可以自动化，适用计算机控制，可密闭程度高，集气效率可在95%以上。

自霍尔-埃鲁铝电解法问世（1886年）不久，于19世纪末即开始用小型预焙电解槽生产，电流还不到8kA，现在的已达到320kA，增加39倍，当时的直流电耗高达42000kWh/t 铝，现在已降到13500kWh/t铝以下，减少了约68%。1923年以后，这种小型预焙槽为侧插阳极棒自焙槽所代替。但自焙槽具有烟气处理比较困难、机械化程度较低、不易大型化等缺点。为此，自上世纪50年代以后又逐步改用预焙槽。现代大型预焙槽的电流已高达500kA。普通预焙槽的阳极总面积最大的已达38m2，先进槽的电流效率高达95%-96%，吨铝工时（work hour）达1.1。

1999年我国生产了2650kt原铝，在生产的116家铝电解厂的2860kt/a的产能中，自焙槽的占58.8%，预焙槽的仅占41.2%。这种不符合世界铝电解工业发展潮流的状况正在改变。西方国家铝电解工业的自焙槽已剩下不多了，预焙槽产能已占其总生产能力的80%左右，即使仍在运转的自焙槽的槽况与集气率也有了很大改进。

预焙阳极槽除了取得上述的一些重大成就外，自1960年以来还在设计与操作方面作了许多较大的改进：

●改进了母线设计（包括老预焙阳极槽的磁补偿），以降低磁流体动力学效应。

●点式击穿与氧化铝的点式添加。

●工艺过程计算机控制，改进的氧化铝与电压控制算法（algorithm）。

●可进行阳极拔出、更换等工作的多功能天车。

●低比例电解质，即AlF3大量过剩。

●集气罩有了很大改进，并采用氧化铝干烟处理系统。

●采用气流滑送与浓相系统将氧化铝输送到铝电解槽。

●阳极质量有很大提高。

●阴极设计取得长足进展，采用纯石墨化的阴极块与SiC侧槽衬。

●自动添加AlF3。

●铝电解厂的全盘机械化操作。

2 全球预焙槽技术一览

全球铝预焙电解槽概况汇总列于下表，其中包括铝企业名称，公司的槽名（型）与按统一命名法的槽名，电流强度，提升装置设计，氧化铝添加方式，阳极数，工厂所在地。表中所用缩写字：SW—侧面工作（Side work）与CW—中间工作（center work）即侧面加氧化铝与中间加氧化铝，PF—点式添加氧化铝（point feed）；EE—端对端（end-to-end），SS —侧对侧（side-to-side）。

目前，对铝预焙电解槽没有一个统一的命名系统（法），各个铝业公司各用各的名称，很不规范。为了规范起见，有关组织提出了预焙槽的统一命名法（Universal Prebake Cell Nomenclature——UPBN系统），希望各铝业公司于以采用。

按该命名法，遵照简而明了的原则，由于侧对侧与侧面提升装置预焙槽是目前用得最多与最普遍的电解槽，在代号中不于表述，电流强度以“KA/10”数字表达，如统一代号为“AP-18”预焙槽即普基铝业公司的180kA预焙槽。其他的规则为：

——用除“P”以外的一个或两个大写字母表示铝业公司；

——对开始电流强度除以10，结果如带小数，修约到最近的10kA；

——用“EE”表示端对端槽，侧对侧槽免标；

——以“SE”表示侧对侧、端部提升机槽，有侧部提升机的侧对侧预焙槽不于标记；

——阳极数一般免标，如果槽的设计相同则应标出，如AP-30-20及AP-30-40，即都是普基铝业公司的300kA预焙槽，但前者有20块阳极，而后者的为40块；

——以“M”表示母线系统有磁场补偿的；

——以“1、2、3……”表示同一槽型的不同等级；

——公司代号，以两个或两个以上的大写字母表示：

AC（Alcan） 加拿大铝业公司

AA（Alcoa） 美国铝业公司

AS（Alusuisse） 瑞士铝业公司

CD(Comalco and Dubal) 科马尔科公司及迪拜铝业公司

HAL(Hydro Aluminum) 海德鲁铝业公司

KA(Kaiser and Chemical) 凯撒铝及化学公司

AP(Pechiney Aluminum) 普基铝业公司

RY(Reynolds Metal) 雷诺兹金属公司

VAW(Vereinigate Aluminium Werke AG) 德国联合铝业公司

MS(Montecatini) 蒙特卡迪尼公司

EK(Elkem A/S) 挪威埃尔克姆公司

SM(Sumitomo) 住友轻金属公司

EG(Egyptalum) 埃及铝业公司

VN(Venalum) 委内瑞拉铝业公司

RU(Russia) 俄罗斯

CH(China) 中国

根据统一预焙槽命名法，过去的Kaiser P-69就变为KA-15-SE（凯撒铝及化学公司，150kA，侧对侧、端部提升机预焙槽），以前的Alcoa A-697便成为AA-18（美国铝业公司的