三層液法75KA精鋁電解生產(chǎn)節(jié)能實踐

羅星 白洋 敖春平

摘 要：隨著近年來高純度電解鋁工業(yè)的迅猛發(fā)展，國家宏觀經(jīng)濟的不斷調(diào)控，高純度電解鋁市場競爭日趨激烈，如何采取有效措施節(jié)能降耗從而降低成本是企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。本文就如何對高純度電解鋁用電矛盾突出，原材料價格過高且純度不足等不利因素，以節(jié)能降耗為中心，分別從如何降低槽電壓、提高電流效率和通過原材料加入的改進等新技術(shù)來達到節(jié)能降耗的目的，粗略淺談了生產(chǎn)高純度鋁節(jié)能降耗的幾種途徑。

關(guān)鍵詞：槽電壓;電流效率;節(jié)能降耗;高純度鋁;保溫措施

眾所周知，三層液電解精煉法是一種目前工業(yè)生產(chǎn)高純度鋁的最主要方法。

三層液電解精煉法的基本原理為：利用精鋁、電解質(zhì)和陽極合金的密度差形成液體分層，在直流電的作用下，熔體中發(fā)生電化學反應即陽極合金中的鋁進行電化學溶解，生成 Al3+離子：Al-3e=Al3+

Al3+離子進入電解液以后，在陰極上放電，生成金屬鋁（即高精鋁）：Al3+3e=Al

而合金中Cu、Si、Fe等元素不溶解，在一定濃度范圍內(nèi)僅積聚于陽極合金中，這是由于其電位均正于鋁，且在合金中還有足夠量鋁的緣故。

而合金中夾雜的Na、Ca、Mg等幾種電位負于鋁的元素同鋁一起溶解，生成Na+、Ca2+、Mg 2+進入電解液并積聚起來，在一定濃度、溫度與電流密度下，這些雜質(zhì)不會在陰極上放電。因此在陰極上得到純度較高的精鋁。

隨著能源價格的飛漲和環(huán)保要求的日趨嚴格，如何節(jié)能降耗已成為當今高純鋁生產(chǎn)行業(yè)研究的重點。目前75KA電解槽電流效率一般都在97%左右，理論電流效率一般認為是98%，而槽電壓一般都在4.30-4.55V之間，由此可見，挖掘節(jié)能降耗的潛力巨大。因此，研究探討節(jié)能降耗工作就顯得特別重要，在實際生產(chǎn)實踐中，我們摸索總結(jié)出了幾點節(jié)能的方法和措施。

1 降低槽電壓

槽電壓的組成：E槽=E分解+E過+E電解質(zhì)+E陽極+E陰極+E其他

逐步降低槽電壓是維護槽熱平衡最主要的因素，它決定著電能消耗率。槽電壓偏高，則電能消耗越高，且容易破壞規(guī)整的爐膛，甚至導致熱行程運行，增加在產(chǎn)鋁的二次氧化損失，俗稱為燒損，導致電流效率的降低，又會影響單槽原鋁質(zhì)量。

2 提高電流效率

2.1 規(guī)整的爐膛

（1）規(guī)整的爐膛內(nèi)型，會使電、熱、磁、三場分布均勻，防止側(cè)部漏電;

（2）鋁水液面波動小，工作電壓平穩(wěn);

（3）減少換極、及頻繁操作產(chǎn)生對鋁水的波動;

（4）創(chuàng)造較穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝條件，有利于持續(xù)高效率生產(chǎn)。

2.2 降低空耗電流

（1）降低短路口電壓;

（2）降低母線接口電壓;

（3）降低平衡母線與陰極導桿接觸面電壓;

（4）降低過路各接口黑電壓;

（5）降低陽極爐底電壓;

（6）降低電解質(zhì)電壓等。

3 電解質(zhì)層的作用

三層液電解法中的電解質(zhì)層屬于發(fā)熱層，它的高低決定了電解槽電耗的指標，如果電解質(zhì)的高度保持區(qū)間為8-10公分之間，在電解槽兩側(cè)料室不滲漏的情況下，電解質(zhì)層鋁水及合金的中間揮發(fā)性基本很小，所以調(diào)電解質(zhì)的間隔時間可以酌情考慮，極距越低電解槽的電耗指標越低，但必須適當有度，否則會導致混層事故發(fā)生，勞民傷財，得不償失。

4 開展保溫措施

可以利用石棉被覆蓋于蓋板表面進行保溫，根據(jù)實際生產(chǎn)證明，當電解槽鋁表面溫度介于750-760℃之間時，覆蓋石棉被可提高槽溫5-10℃，進而電流效率提高0.5%-1%;電解槽兩側(cè)料室中合金濃度在38%-42%時，料室中的合金溫度在591℃，兩側(cè)料室利用石棉罩保溫，可提高5-8℃，對于融化固體鋁起到了重要作用。

根據(jù)實際生產(chǎn)情況，精鋁槽本身為保溫槽，建立其穩(wěn)定的電熱平衡，才能保持穩(wěn)定高效的生產(chǎn)，電解槽兩側(cè)散熱孔以及料室兩側(cè)的散熱孔，利用石棉纖維板堵住進行保溫，電壓從4.2V直接降低到4.05V，降低了0.15V，節(jié)省了電耗456 kwh。

5 利用陰極節(jié)能

鋁陰極肩負著電極導電的作用，其導電大小也決定著電解槽是否平穩(wěn)生產(chǎn)的因素。根據(jù)實際經(jīng)驗表明，在清極三天之內(nèi)的電解槽，陰極導電大小可調(diào)，本著調(diào)低不調(diào)高的原則進行操作，使電解槽導電處于平衡狀態(tài)，在穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎條件下，對電解槽操作因素進行干預，盡量不破壞自身建立的電熱平衡，可以保持優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

陰極與母線之間的壓降稱為鋁-鋁壓降，處理鋁-鋁壓降也可降低生產(chǎn)槽的電耗，12根鋁陰極鋁-鋁壓降處理前電壓為69.8mv，處理后為42.36 mv，電壓共計降低27.44mv，電耗降低834.4kwh，立柱母線進行定期緊固也可降低電耗，根據(jù)實際情況測量，緊固前為26.2mv，緊固后為17.2mv，降低電耗273.6kwh。

6 中心罩門的方式與作用

三層液電解槽的中心罩門必須設計為可調(diào)式罩門，根據(jù)近幾年的實踐表明，中心罩門離鋁水表面介于15-20cm時的高度為最佳保溫高度，可以更有效的對三層液電解槽開展保溫。

7 新技術(shù)對75KA精鋁電解生產(chǎn)節(jié)能的貢獻

一般三層液法提取高純度鋁，均采用普鋁水加入，而往往普鋁水的純度不足，造成生產(chǎn)出的高純度鋁質(zhì)量不穩(wěn)定，部分微量元素偏高，且耗能過大，而通過我們的實踐和研究，盡量使用純度在99.70鋁錠，可以大幅度提高高純度鋁的質(zhì)量。

另外液體普鋁的添加也可以降低電耗的指標，加固體鋁在融化的過程中需要吸收熱量，電解槽建立的熱平衡必將放熱融化鋁錠，本身槽內(nèi)溫度降低，電解質(zhì)的導電度降低，導電性變差，電壓升高，但普鋁水的溫度在進廠時在940-960攝氏度之間，高于精鋁槽的本身溫度，普鋁水多余熱量將傳遞到槽內(nèi)，不但能提高槽溫，也能增加導電率，所以普鋁水的添加也是降低電耗指標的一項措施。

目前，中國是世界產(chǎn)鋁的第一大國，而提取高純度鋁也屬于重點耗能項目，因此，節(jié)能減排降耗工作是我們的重大目標追求。我們一方面要加強生產(chǎn)的控制操作和精細化管理技術(shù)，優(yōu)化電解槽本身技術(shù)條件、發(fā)揮最佳性能和延長使用壽命;另一方面要繼續(xù)開展各種節(jié)能降耗工作的深入研究。為我國提取高純度電解鋁的技術(shù)進步和節(jié)能減排做出更大更突出的貢獻。