电解铝节能技术发展及应用浅议

电解铝节能技术发展及应用浅议

[摘要]本文基于电解铝生产工艺，对电解铝生产的主要能耗以及降低能耗的主要途径做了分析。同时基于现阶段电解铝生产节能减耗的主要技术方向做了探讨，并重点对电解铝“低温低压节能技术”做了说明和应用分析。

[关键词]电解铝；节能技术；低温低压

中图分类号：f279 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-0050-02

“十二五”（2011-2015年）是我国经济社会发展的重要战略机遇期，也是转变发展方式，加快建设资源节约型和环境友好型工业体系的关键时期。工业化、城镇化快速发展，经济增长的能源资源和环境约束日益强化，工业作为能源消耗的主要领域，是节能工作的重点和难点，编制并实施好工业节能“十二五”规划，对于促进工业转型升级，实现工业可持续发展，确保完成节能减排约束性目标具有重要意义[1]。电解铝工业是我国重要的基础产业，占世界的40%。然而电解铝产业历来被称为“高耗能产业”，2012年全国总耗电量4.75万亿千瓦时，仅电解铝一个行业耗电量就占去5.4%。所以研究和开发电解铝产业的节能技术对我国产业结构调整以及社

会转型发展具有重要的价值。

一、电解铝生产工艺简介

目前电解铝企业普遍采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法进行生产。其原理是以氧化铝为原料，冰晶石等氟化盐为溶剂，炭素材料为阳

极和阴极，通入直流电，在阳极和阴极间发生电化学反应，使电解质中的铝离子在阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体。定期用真空抬包将电解槽中铝液吸出运往铸造工序铸造成铝锭。

电解铝生产的主体设备是铝电解槽，预焙阳极电解槽为当今铝工业发展的主流槽型，我国预焙电解槽槽型种类较多，槽容量包括从70ka～400ka多种槽型。

电解铝企业能源消耗，主要是电力，包括直流电、交流电两部分，电解槽生产工艺用电是直流电。还有燃料油、煤气、天然气、蒸汽、压缩空气、煤、新水、循环水等。电解铝综合交流电耗是在铝液交流电耗的基础上加上焙烧启动、停槽、铸造工序和辅助附属工序及线路损失等部分电耗。

二、电解铝工业节能降耗的主要途径

电解铝工业节能降耗的主要途径包含几个方面，一是提高供电系统效率，主要是推广采用晶闸管整流装置，对现有二极管整流系统进行技术提升改造，提高整流效率，降低供电过程中的电能损耗。二是降低电解槽平均电压，减少无功能耗。主要包括降低e反，即主要是降低过电压（阳极过电压随电流密度升高而升高，随电流密度降低而减小。此外，过电压也与a1zo；浓度有关，随a1zo：浓度的增加而减小。）提高电解质电导率，即减少电解质电压降。提高电解槽控制水平，降低阳极效应系数。降低阴极电压降。电解槽上阳极压降。三是提高电流效率，降低电耗[2]。四是淘汰能耗较

高的小型预焙铝电解槽生产能力。五是合理延伸产品链。六是优化工艺制度，提高作业效率。包括综合优化铝电解槽焙烧、启动和正常生产工艺技术。优化阳极更换作业，尽可能缩短作业时间。集成创新电解槽大修技术，提高槽寿命。加强资源计量管理。

在对节能降耗主要途径认识的基础上，更要确保节能技术的主要发展方向。一是坚持自主创新，实现跨越发展。大力推广应用“赛尔”开关技术，保持生产系统稳定。二是开发铝电解槽余热回收与利用技术，如余热回收铝电解槽温度场的优化设计；合理选择换热介质、电解槽钢壳材料以及换热介质容器。尽量使电解槽的能源利用率由目前的48%提高到60%左右。三是集成创新低温型铝电解新工艺。要充分掌握低温铝电解过程特性，采用数学模拟方法，研究分析低温铝电解槽温度场、电磁场和流动场的变化规律，从而使电解温度由目前的950℃左右降到电解温度900℃以下，直流电耗降至12000-12400kwh/tal。四是优化配置低电压低排放电解铝新工艺。创新开发全石墨化碳/新型阴极制备技术。如抗氧化、高电导、电催化型炭素阳极制备技术。要尽可能优化配置新型电解槽上部集气装置，使集气效率由目前的不足98%提高到99%以上。积极探索低极距铝电解工艺和低电压电解条件下的过程控制技术，实现低工作电压条件下的稳定运行，阳极效应系数小于0.05，cfn温室气体减排50%以上。

三、低温低电压铝电解新技术应用发展

由于电解铝企业的产品种类较多，而且各个企业产品品种产量不

一，生产装备工艺差别较大，铸造损耗和能耗各有不同，部分企业在生产过程中还加有再生铝。生产1吨电解铝需要多少度电？需要多高温度？在我国铝业一些知名企业中，这两个数字过去分别是13235千瓦时和950℃。而目前，这两个数字分别下降了1377千瓦时和23.5℃，电耗直降10.7%。这一切都源于“低温低电压铝电解新技术”。这一技术的应用标志着我国电解铝工业节能减排工作取得历史性突破。

生产电解铝的能耗取决于电解槽的电压和电流效率，电压每降低0.1v，吨铝节电约320千瓦时；电解温度每降低10℃，吨铝可节电约140千瓦时。但由于电解铝生产过程中磁场的强烈作用，电解槽的工作电压很难降低；同时，由于难以找到适合工业使用的低熔点电解质材料，电解温度一直维持在950℃以上的高温[3]。因此，研究开发低温、低电压新技术是电解铝工业节能降耗的发展方向，也是世界铝工业共同面对的重大技术难题。

为攻克这一技术难题，在中国有色金属工业协会领导下，一些业内知名企业牵头联合行业内高校、科研单位和优势企业成立了“高效节能铝电解技术创新战略联盟”，被列为科技部首批17个重点战略联盟。2009年，该战略联盟以“低温低电压铝电解新技术”向科技部申报了国家科技支撑计划项目，获批复立项。历时2年多跨地区、跨部门、跨学科的联合攻关，终于解决了低温低电压领域多项技术难题，在世界上首次开发成功电磁及磁流体稳定技术，低温低电压电解槽结构，低温低电压工艺运行技术，首创世界领先的400ka

“静流式”铝电解槽，实现了规模化工业生产及系列高电流密度下的低温、低电压长周期高效稳定运行；取得了全系列电解槽平均电压3.74伏、每吨铝直流电耗11819千瓦时和阳极效应系数每槽日0.027次的先进技术经济指标，节能减排效果显著，整体技术达到国际领先水平。

该技术指标与2008年立项前的国内先进指标对比，槽工作电压降低0.336伏；电解温度降低23.5℃，吨铝直流电耗降低了1377千瓦时，降幅达10.7%；比目前国际铝电解领先技术——力拓法铝ap30电解槽12700千瓦时低881千瓦时，减少6.6%；比工信部《铝工业“十二五”发展专项规划》提出的“到2015年吨铝直流电耗降低到12500千瓦时”的目标还低600多千瓦时。

低温低电压技术的推广应用，将产生巨大的经济效益和社会效益。按2012年国内电解铝产量2000万吨计算，此项技术全行业推广后，可实现我国电解铝工业年节电275亿千瓦时，直接创造经济效益145.75亿元，同时减少co2等温室气体排放1566万吨。据中国有色金属工业协会会长陈全训介绍，从项目取得的成果让我们看到了电解铝节能的希望和信心，随着科技的进步，吨铝电耗降低到接近理论能耗，达到1万千瓦时是有可能的。

参考文献

[1] 佘海波，张廷安.科技进步推进电解铝工业的循环经济和节能减排[j].轻金属，2010，（2）：3-6.

[2] 佘海波，张廷安.面向循环经济的电解铝和再生铝生产与技