电解技术

6月1日，中国铝业公司副总经理敖宏代表中铝公司对外宣布，该公司已首次在世界上成功开发出具有国际领先水平的160kA级新型结构电解槽技术，实现直流电耗低于12500千瓦时的目标。

“新型结构电解槽技术”是世界公认的最有希望实现直流电耗低于12500千瓦时目标的前沿重大节能技术。一直以来，其技术堡垒始终没有被攻破。中国铝业郑州研究院、中铝国际工程有限责任公司等单位对此技术展开联合攻关，经过6年的不懈努力，最终在世界上首次开发成功新型结构的电解槽，破解了这一世界性的技术难题。

日前，由中国工程院院士张国成、邱定蕃，中国有色金属学会副理事长钮因健等组成的专家组对该技术进行了现场鉴定。专家们称，该技术是支撑我国铝工业科学发展的革命性重大关键技术，是具有自主知识产权的原创性节能铝电解技术，整体达世界领先水平。

据了解，该技术突破了传统大型铝电解槽的设计和运行模式，通过提高能量的利用率，将铝电解槽从散热型转变为保温节能型，实现了铝电解大幅度节能和稳定高效。新型结构电解槽技术可以将铝电解过程的电能利用率提高5%—7%，吨铝节电1300千瓦时以上，节能效益十分显著。同时，新型结构电解槽可实现真正意义上的零阳极效应，基本不排放强温室气体（多氟化碳），环境效益巨大。

该新型结构电解槽设计新颖，可成功实现铝液的流动及汇集。新型结构槽阴极表面实现了零铝水平高效率运行，大幅度降低了极距和槽电压，其电解过程受磁场的影响较小，降低了电解槽磁场设计难度。

9月10日，由东北大学冯乃祥教授发明、东北大学和重庆天泰铝业有限公司共同试验的《新型阴极结构高效节能铝电解槽试验与研制》及与此相配套的《铝电解槽火焰—铝液二段焙烧新技术》两个项目研究成果通过了中国有色金属工业协会组织的鉴定。

2008年初，重庆天泰铝业有限公司与冯乃祥教授合作，在168千安大型预焙槽系列上，采用冯乃祥教授的专利技术，构筑三台新型阴极结构电解槽进行试验。到目前为止，已稳定运行半年以上。从5月1日至8月31日，对四个月稳定运行的技术经济指标进行考核：槽电压比对比系列电解槽的槽电压降低0.3伏，达到3.80伏（包括效应分摊电压）；电流效率平均提高1.36％；直流电耗达到12281千瓦时/吨铝，比系列127台电解槽的平均直流电耗13393千瓦时/吨铝降低了1112千瓦时/吨铝，节能效果十分显著。同时，三台试验槽在四个月的运行期间，氟化物减排2吨多，二氧化碳减排580多吨，二氧化硫减排0.23吨。该项技术国内专家鉴定意见是：国内外首创，整体技术达到国际领先水平。

与此技术相配套的铝电解槽火焰—铝液二段焙烧新技术也获得试验成功，并顺利通过专家鉴定。该项技术国内专家鉴定意见是：该技术属国内外首创，整体技术达到国际先进水平。该技术集中了铝液和火焰焙烧的优点，不仅提高了电解槽的焙烧质量，而且大大缩短了焙烧时间，降低了能耗和焙烧费用。对168千安电解槽该方法火焰焙烧24小时，天燃气消耗约2500立方米，铝液全电流焙烧24小时，消耗电能约12400千瓦时，按电价0.45元/千瓦时，天然气2元/立方米计算，共计焙烧费用10580元，比焦粒焙烧节省1万元以上；如果再将

焦粉和电解槽打捞炭渣所造成的电解质损失计算在内，则比焦粒焙烧节省2万元以上，节能效果显著。同时，二氧化碳减排50％以上。

铝电解生产20多年来取得了重大的技术进步，传统落后、污染重、能耗高的自焙阳极电解槽炼铝技术基本已被淘汰，取而代之的是大型预焙阳极电解槽炼铝技术，预焙阳极电解槽的容量从上世纪七八十年代的100—200千安发展到现在的300—500千安。电解槽的基础理论、设计技术、工艺技术以及自动化控制技术都有了很大的提高，但铝电解生产的直流电耗一直徘徊在13000—13300千瓦时/吨铝之间。工业铝电解生产大幅度节能减排技术久攻不破，已成为制约铝电解工业发展的瓶颈。

降低铝电解生产的电能消耗，需要从两个方面入手：一是通过提高铝电解槽电流效率来实现铝电解生产电耗的降低，电流效率每提高1％，可使铝电解生产的直流电耗降低150千瓦时/吨铝左右。目前，国内外先进的铝电解技术已经使电解槽的电流效率从过去的88％—90％提高到现在的94％—95％。二是通过降低电解槽的槽电压实现电耗降低，按照铝电解生产的理论，如果电解槽的槽电压降低0.1伏，对目前的铝电解槽而言，直流电耗可降低320—330千瓦时/吨铝。目前我国电解铝厂电解槽的阳极电流密度较低，槽电压一般在

4.05—4.15伏，国外电解铝厂铝电解槽的阳极电流密度较高，槽电压一般在4.15—4.25伏之间。

法国皮施涅500千安大型槽铝电解技术被世界公认为最先进的铝电解技术，其电解槽的电流效率为95.9％，槽平均电压为4.31伏，直流电耗为13390千瓦时/吨铝。可能会有人说，电解槽槽电压降低0.1伏，就可使电耗降低320—330千瓦时/吨铝，要实现铝电解生产能够有较大幅度地降低，比如降低1000千瓦时/吨铝，将槽电压降低0.3伏不就可以了吗？但这对铝冶金工作者来说并非易事，他们将毕生精力都投入到这项研究工作中，昼思夜想，在不影响电流效率的情况下将槽电压再降低一些，哪怕是0.1伏也好，但都不敢奢望在现行的工业铝电解槽上能将槽电压降低0.3伏。在熔盐电解炼铝的现行工业铝电解槽上降低槽电压何以如此之难，原因在于，现行的工业铝电解槽经过长期的基础研究和技术攻关，已使槽电压达到了极限，再降低将会严重影响铝电解槽的电流效率和电解槽的操作。原因是电解槽的槽电压是与电解槽的极距相一致的，降低槽电压就是降低极距，极距的降低会引起槽电压的摆动并增加铝的二次反应，使电流效率降低。但是，东北大学冯乃祥教授发明的新型阴极结构电解槽在重庆天泰铝厂实现了这个目标，解决了这个重大技术难题，这令我国铝厂和铝冶金工作者甚为震惊。

铝是仅次于铁的第二大金属。目前，全世界的铝都是用熔盐电解法生产。中国是世界产铝第一大国，其生产能力已经达到1500万吨/年，占世界铝产量的1/3左右。铝电解生产消耗大量电能，其直流电耗在13000—13300千瓦时/吨铝之间。在我国有色金属的生产中，铝电解生产所消耗的电能占整个有色金属生产总能耗的86％以上，占全国电力消耗的5.5％左右。因此，铝电解工业的节能减排对实现有色金属乃至全国的节能减排目标具有举足轻重的作用，是国家节能减排的重大需求。冯乃祥教授发明的国内外首创的新型阴极结构高效节能