200kA大型预焙铝电解槽的节能降耗工艺初探

付瑞云

摘要：在进行电解生产的时候，如何尽可能的提高电流的利用率，减少电耗是铝企业一直关注的问题，也是其努力的目标，本文就200kA大型预焙铝电解槽的节能降耗工艺略谈，以期对铝行业的发展有所帮助。

关键词：200kA大型预焙铝电解槽 节能降耗工艺

如今，我国的铝工业正在不断的发展壮大，需要更多的能源、资源和更好的环境，现今，影响铝工业发展的主要因素就是电耗和环保。根据相关研究，200kA大型预焙铝电解槽的能量耗损中，热量耗损占了百分之七十六的比例，电流效率的损失占到了百分之十，电压降占占到了百分之十三的比重，可见电耗是一个非常重要的技术经济指标。

一、降低电解槽的电压

降低电解槽电压的方式主要有以下几种：第一，减小电解质的电阻，进而增强电解质的导电性；第二，减少阳极效应以分摊电压；第三，减小阴阳两极的过电压；第四，降低炉底的压降。降低电解槽的电压实质上是降低电解质的电压，电解质的压降主要与极距、电流的密度、电解质的电阻率以及阳极被进入电解液里面的深度有关系，电解质的压降在电解槽中的电压所占比重是百分之三十五到百分之四十，将极距缩短、将电流密度减小、选用具有更强导电性的电解质以及增加阳极在电解液中的深度都可以有效的降低电解质的压降。考虑到经济效益，减小电流的密度和增加阳极在电解液中的深度会影响铝的产量和质量，所以最好的方法是把极距进行适当的缩短和选取具更强导电性的电解质。缩短极距的方法是下调工作电压，这会对电流的效率以及电解槽的稳定造成负面影响，因此同时要选取具有更强导电性的电解质共同使用，这样才可以实现降低电压而不会产生负面影响的目的。

二、减少热消耗

前文中已经提到过热消耗占到了百分之七十六的比例，这是相当大的比重，其中上部结构的热消耗占到了大约百分之五十一，氧化铝的表面和炭表面一共占大约百分之二十八，在上部结构的热消耗中占百分之五十五的比重，所以减少热消耗的最有效措施就是降低壳面上的热消耗，方法就是在更换阳极添加保温料，或者在大面整形的时候加强进行对壳面的保温工作，具体的做法是在新极和阳极之间加入大约两百千克至两百五十千克的极上保温材料，并且给将阳极上的保温料补足，然后用铝耙整平，露出二到四厘米的钢爪窗口，然后盖好槽盖板；大面整形的方法是把比较高的老壳敲下去，但是注意不可以破坏侧部，接下来用碎块填补好冒火的地方，再加入大约十六厘米到十八厘米的保温材料，并且在阳极外侧边沿和炉面制造出一个自然的斜面，来清除含有二价铁离子的化合物。

三、采取措施延长电解槽的使用寿命

电解槽的阴极上的材料会与高温的电解质溶体和铝液进行直接的接触，阴极材料上的内衬材料的质量和砌筑工艺会对电解槽的运行效果和使用寿命产生直接的影响，所以选择内衬材料的时候，要选择抗腐蚀性强、氧化性强、耐高温和导电性强的内衬材料能够有效延长电解槽的使用寿命，另外，尽可能的改善筑炉工艺，优化电解技术都能够有效提高电流效率、延长电解槽的使用寿命，具体的做法就是这样：首先，在底块中加入大约百分之二十的无烟煤和石墨，能够改善底块的质量，原因是它们在钠的作用下是最稳定的；第二，提高槽底的质量，尤其是捣固缝的质量，这里是电解槽底最弱的地方；第三，保证均匀加热，在启动之前，槽底的温度要维持在九百五十度以上，因为在这样的温度条件下，钠和碳的化合物分解最有效果，可以有效减少钠对槽底的负面影响；第四，启动的时候，添加一些氟化钙和氟化钠，能够起到浸润槽底的作用；第五，加强槽壳的强度，尤其是上部翼缘位置，还有无底槽基础的强度和热稳定性能，能够有效减少甚至防止槽底出现变形的情况。

四、提高电解液的导电性

在电解槽里面，总会不可避免的有碳渣的存在，有的在电解质表面，有的在电解质内部，碳渣主要来自阳极，碳渣越细，就会容易留在电解质中，对电解质的导电性产生负面影响。要想提高电解液的导电性，除了选择更加具有导电性的电解质以外，还可以增强现有电解质的导电性，提高电解质的导电性有以下方法：第一，选择合适的添加剂，比如氟化锂和氯化钠，也可以在装炉时添加二氟化镁和二氟化钙，其中虽然二氟化镁对于熔体的导电性有一定的负面影响，但是却可以有效的对熔体的碳渣起到极大的净化作用，添加比例是加入0.6吨的二氟化钙和0.8吨的二氟化镁；第二，进行换极工作时的操作要更加精细。在换极之前，要扒好阳极表面的浮料，及时处理掉槽底的沉淀物，如果沉淀物过多，会使得电流的分布不均匀，使得电压升高，而如果清除掉沉淀物，就可以减小电压的波动甚至使电压不波动，进而有效的提高生产效率；最后，尽量的将人为的干扰降到最低，绝对不可以人工操作，采取措施提高智能模糊控制系统的能力和精確度，同时注意及时清理碳渣，能够降低电解质的电阻，进而增强导电性。

五、提高电流的效率

主要从以下几个方面来提高电流的效率：第一，降低电解质的温度，比如冰晶石的温度每降低十度，电流效率就会提高百分之二至百分之三，主要方式为下调电解质的分子比（本质是增加三氟化铝的含量，改变了电解质的成分）、降低阳极的电流密度；第二，提高电解质成分的纯度，现在随着技术的进步，电解质的纯度已经已经有了很大程度的提高，从百分之五十至六十提高到了百分之八十甚至九十，稳定了电解槽的温度，极大的提高了经济效益；第三，保证阳极电流的均匀分布，一般情况下，电解槽的极距大约是四厘米到六点五厘米之间，电流的效率会随着极距的增加而随之提高，同时电压也会增加，极距过小的情况下，会加快二次反应，极大的降低电流的效率，如果电流分布不均匀，会使得电流效率明显下降，所以相关工作人员要及时进行检查并妥善处理。200kA的大型预焙铝电解槽有28个阳极，要想保证极距的一致存在一定的难度，这样有一些炭块的极距就会比较低，导致电流分布不均匀，局部会发热，进而降低电流的效率。

六、降低效应系数

绝大部分阳极反应的发生都与氧化铝的浓度有关，电解槽发生阳极反应的主要因素是氧化铝浓度的偏低或者电解质浓度的偏低。氧化铝浓度的控制是铝电解生产中非常重要的一个环节。就目前电解铝厂的状况来看，用到的氧化鋁主要是中间状的氧化铝。中间状的氧化铝溶解速率比较慢，从而有利于氧化铝落到炉底形成沉淀，经过长期的积累沉淀之后就会使得炉底的压降不断增加，由于不可以添加氧化铝的缺失，那么就会发生效应。

对氧化铝浓度的算法进行完善之后，我们可以利用“激励—反馈”这一机制来控制氧化铝的浓度。“激励”就是通过刺激电解槽来解决电解槽下料采取欠量或过量的方案，而“反馈”就是槽电阻R的变化情况。欠量和过量所对应的就是电解槽中氧化铝浓度的减少和增加。此外，出来欠量和过量这两种变化形式之外，还有呈过欠量阶梯式变化的。这种阶梯式的变化要比长时间的欠量和过量要好，这能够在一定程度上减少电解槽化炉膛的情况出现，并且在台阶的变化中存在优先的机制，敏感的电解槽台阶变化比较快，而不敏感的就变化的比较慢。这种阶梯式形式的变化可以保证电解槽长期的处于低浓度，当浓度发生变化后也可以及时的调整回来，最终使得氧化铝的浓度控制工作顺利的进行。

七、 结束语

随着我国经济和科技的稳定进步和快速发展，我们要充分运用现代科技优化预焙铝工作的进行，实现降低成本、提高产量、质量和工作效率的目的，同时要以节能、节源和减少损耗为原则，总而言之，优化工作条件是减少损耗的根本手段。另外，为了达到节能降耗的目的，我们也可以充分运用创新的先进技术、更为先进的配套设备以及新的焙烧方法等，还有很多的方式方法，本文只是给出了一些比较基础的改善方法，皆作抛砖引玉之用，以期对我国的炼铝事业有所帮助，只要用心，就会找到更好的方法达到节能减耗的目的。

参考文献

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（作者单位：中国铝业股份有限公司兰州分公司）