鋁電解工藝的發(fā)展與分析探究

◎甄鵬

前言：鋁電解工藝產(chǎn)生于二十世紀(jì)五十年代，在技術(shù)上予以不斷進(jìn)步和發(fā)展。通過對(duì)鋁電解工藝的發(fā)展分析，我們可以窺探到更多的技術(shù)問題，也能夠探索更好地鋁電解工藝發(fā)展路徑。

一、鋁電解工藝概況

電解鋁就是通過電解得到鋁?，F(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。鋁電解過程是在鋁電解槽中進(jìn)行，電解所用的原料為氧化鋁，電解質(zhì)為熔融的冰晶石，采用碳素陽極。電解作業(yè)是在950～980℃下進(jìn)行的，氧化鋁由濃相輸送系統(tǒng)供應(yīng)到槽上料箱，按計(jì)算機(jī)控制的速率通過點(diǎn)式下料器經(jīng)打殼下料均勻加入到電解質(zhì)中。電解的結(jié)果是陰極上得到熔融鋁和陽極上析出CO2。熔融鋁定期用真空抬包從槽中抽吸出來，裝有金屬鋁的抬包運(yùn)往鑄造車間。電解槽的槽況是指電解槽所具有的電解能力的指標(biāo)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，電解槽本身的物理特性時(shí)刻變化，同時(shí)電解槽的電解能力也會(huì)隨之發(fā)生變化。不同的操作對(duì)于槽生產(chǎn)能力、槽壽命的影響非常大，而在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中主要是通過熱量平衡和物料平衡來維持槽的穩(wěn)定。當(dāng)物料平衡或者熱量平衡遭到破壞，槽內(nèi)的病況積累，鋁電解的各項(xiàng)技術(shù)條件無法正常保持，就會(huì)導(dǎo)致能耗和物料的增加和槽壽命的降低，同時(shí)影響生產(chǎn)指標(biāo)和成本。為了保持電解槽的平衡以避免病槽的出現(xiàn)，對(duì)影響物耗、能耗的因素進(jìn)行挖掘分析，進(jìn)而應(yīng)用到日常生產(chǎn)活動(dòng)中，指導(dǎo)生產(chǎn)。

二、鋁電解工藝發(fā)展優(yōu)化路徑

1.改進(jìn)供電系統(tǒng)，提高供電技術(shù)。

在鋁電解的生產(chǎn)方法和工藝流程中，直流電流供應(yīng)和相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的的安全穩(wěn)定是保證鋁電解正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)。如果供電系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)了隱患和故障，就會(huì)對(duì)鋁電解生產(chǎn)造成嚴(yán)重不良的影響，對(duì)企業(yè)造成較大的效益損失。目前供電系統(tǒng)面臨的技術(shù)難題是對(duì)瞬時(shí)間恒定電流的供給難以控制在穩(wěn)定范圍。針對(duì)此難題，應(yīng)該引進(jìn)并應(yīng)用智能控制技術(shù)來有效緩解供電的恒定電流穩(wěn)定性。安排專人利用浮動(dòng)門技術(shù)等方式負(fù)責(zé)做好恒定電流的監(jiān)控，這樣能夠有效減少電流波動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。而且還可以大幅度提高供電的整流效率和質(zhì)量，從而滿足鋁電解生產(chǎn)對(duì)供電穩(wěn)定性的要求。此外，由于我國鋁電解生產(chǎn)的企業(yè)，尤其是中小企業(yè)，供電的條件環(huán)境依然比較落后，因此，應(yīng)將供電設(shè)備的升級(jí)改造作為長期工作規(guī)劃盡快予以解決。

2.降低能源消耗，減少環(huán)境污染。

十九大以來，綠色環(huán)保已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的硬性任務(wù)指標(biāo)，尤其是“供測給”經(jīng)濟(jì)改革實(shí)施以來，為了使鋁行業(yè)的生產(chǎn)條件符合環(huán)保要求和滿足市場鋁需求，對(duì)鋁生產(chǎn)行業(yè)升級(jí)改造是極為必要的。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國的電解鋁消費(fèi)量和市場需求會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，鋁市場的發(fā)展前景比較樂觀，而我國鋁電解企業(yè)的生產(chǎn)方法和工藝存在的缺陷和不足，在保證環(huán)保的前提下難以保證足夠的產(chǎn)量。這種看似矛盾的問題，只要找準(zhǔn)正確的突破口，就能夠得到合理的解決。而這個(gè)突破就是：以經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整為契機(jī)，對(duì)生產(chǎn)工藝落后的技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行逐步的淘汰，以技術(shù)創(chuàng)新為抓手，緊緊圍繞節(jié)能降耗、提質(zhì)增效經(jīng)營目標(biāo)，加大對(duì)新設(shè)備、新技術(shù)的投入應(yīng)用力度，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、產(chǎn)量、環(huán)保等效益的豐收，帶動(dòng)鋁電解生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)全面的轉(zhuǎn)型。在此過程中，企業(yè)要積極落實(shí)國家政策，樹立可持續(xù)發(fā)展觀，認(rèn)真在技術(shù)創(chuàng)新上下功夫，相信通過以上方法的落實(shí)與努力，我國的鋁電解企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展規(guī)模、市場效應(yīng)等方面，肯定會(huì)有質(zhì)的飛躍和提高，我國的鋁工業(yè)產(chǎn)生加工水平也會(huì)邁入世界領(lǐng)先的步伐。

3.降低陽極效應(yīng)次數(shù)的措施。

（1）加強(qiáng)自控系統(tǒng)的預(yù)報(bào)?，F(xiàn)代鋁電解槽的自動(dòng)控制中已經(jīng)有陽極效應(yīng)預(yù)報(bào)程序，它是根據(jù)氧化鋁濃度和電解槽電壓的關(guān)系曲線進(jìn)行控制的。與此同時(shí)，同點(diǎn)式下料技術(shù)配合，可以做到陽極效應(yīng)的預(yù)報(bào)，并控制每天的效應(yīng)次數(shù)為最低。、在氧化鋁濃度同槽電壓的關(guān)系曲線中，槽電壓除受氧化鋁濃度因素影響外，還受其它因素的影響，因此該曲線不能精確反映出電解槽中氧化鋁濃度的真實(shí)變化。因此還需作進(jìn)一步改進(jìn)。

（2）規(guī)范現(xiàn)場操作。現(xiàn)場操作過程中，提高換極精度，減少異常物料落入電解槽，加強(qiáng)炭渣和殼面塊打撈，減少換極操作時(shí)間，做好電解槽保溫。同時(shí)加強(qiáng)巡視力度，隨時(shí)保證打殼下料系統(tǒng)正常，避免因設(shè)備等問題造成電解槽氧化鋁濃度偏低，引發(fā)突發(fā)效應(yīng)。特別是加強(qiáng)夜班巡視力度（設(shè)備穩(wěn)定性）。

（3）合理保持參數(shù)設(shè)定?，F(xiàn)場工程技術(shù)人員，勤看監(jiān)控曲線，并在掌握現(xiàn)場情況的前提下，及時(shí)準(zhǔn)確的修改下料間隔等參數(shù)，減少因參數(shù)設(shè)定不合理引發(fā)效應(yīng)。

4.對(duì)電解鋁液中氧化鋁夾雜物進(jìn)行電磁分離。

這種電磁分離技術(shù)是通過將電磁力場加入到電解鋁液的方法，利用電磁場來深入、全面的清理電解鋁液當(dāng)中存在的其他雜質(zhì)，其主要的功能是去除電解鋁液當(dāng)中不帶電的一部分雜質(zhì)，其產(chǎn)生的凈化效果十分明顯。雖然這種方法能夠有效的分離電解鋁液中的雜質(zhì)，對(duì)電解鋁液起到凈化作用，但是也在存在一些弊端，比如當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，電解鋁液所包含的雜質(zhì)含量極高，如果利用這種方法進(jìn)行凈化，需要大量的電能支持，這會(huì)大大提升企業(yè)的生產(chǎn)成本。我國很多鋁制品企業(yè)當(dāng)前將更多的精力放在結(jié)合以上三種凈化方式上，希望能在日后實(shí)現(xiàn)電解鋁液凈化的流水線操作，在充分結(jié)合以上技術(shù)的同時(shí)，提升凈化工作的質(zhì)量。

5.加強(qiáng)低電壓技術(shù)管理。

（1）異型陰極節(jié)能技術(shù)。這一技術(shù)的應(yīng)用方式在于，在進(jìn)行電解槽的維修管理過程中，應(yīng)用陰極帶有凸臺(tái)的異型陰極，對(duì)鋁電解生產(chǎn)環(huán)節(jié)鋁液的流動(dòng)起到阻隔作用，以此緩解鋁液界面變形以及鋁液的流動(dòng)速度，進(jìn)而達(dá)到降低電解槽工作電壓的作用。

（2）阻流塊節(jié)能技術(shù)。在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用中，要求在生產(chǎn)槽中加入阻流塊，緩解鋁液界面變形以及鋁液的流動(dòng)速度，同時(shí)降低電解極距以及電解質(zhì)電壓。

（3）雙陰極鋼棒節(jié)能技術(shù)。在該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，要求在陰極鋼棒的位置加一個(gè)貫穿槽，在槽中加入絕緣材料，增加槽中部陰極鋼棒與炭塊的接觸面積，這樣就會(huì)造成槽中部向陰極鋼棒導(dǎo)電增多，進(jìn)而達(dá)到降低磁場的作用。

結(jié)語：面對(duì)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，鋁電解行業(yè)應(yīng)當(dāng)順勢而為，積極正視和探索鋁電解在生產(chǎn)工藝技術(shù)等方面存在的問題和不足，在技術(shù)、設(shè)備方面進(jìn)行大力的引入和創(chuàng)新，不斷改進(jìn)生產(chǎn)方法和工藝流程，這樣才能使企業(yè)發(fā)展符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場的要求，從而促進(jìn)鋁電解生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)又快又好的發(fā)展。