鋁電解工藝技術(shù)優(yōu)化措施及發(fā)展方向

張素芬

（東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

在現(xiàn)代化的鋁工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，最常見的制備方法是利用冰晶石的氧化鋁融鹽電解法，主要用到的設(shè)備是鋁電解槽。制備原理是將冰晶石作為電解質(zhì)，利用碳素材料作為陰極和陽極，通過強大的直流電將電流從陽極導(dǎo)入，陰極倒出，中間經(jīng)過電解質(zhì)和鋁液層。通入直流電的目的是為讓冰晶石達(dá)到熔融的狀態(tài)，同時保證恒定不變的電解溫度，另一方面，也是為了實現(xiàn)冰晶石的電化學(xué)反應(yīng)，從而得到鋁液[1]。在陰極上獲取到的鋁液會隨著電解工藝的不斷進(jìn)行，產(chǎn)生大量的鋁，再經(jīng)過電解槽中周期性的真空抬包被吸出，并運送到鑄造車間當(dāng)中，再經(jīng)過配料和進(jìn)化等工序，最終得到商品鋁錠。目前，電解鋁的生產(chǎn)中，數(shù)量、規(guī)模、資金等方面都存在著較大的差異，因此對于生產(chǎn)企業(yè)來說，其升級和改造正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。同時由于生產(chǎn)技術(shù)管理的落后，也嚴(yán)重制約著電解鋁的生產(chǎn)和發(fā)展。

1 鋁電解工藝技術(shù)優(yōu)化措施

1.1 鋁電解工藝原材料優(yōu)化

為了使鋁電解工藝的生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定，保證其各項技術(shù)指標(biāo)能夠達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求，對于其原材料氧化鋁來說，除了要對其雜質(zhì)含量進(jìn)行嚴(yán)格的把控外，還要對其物理性能進(jìn)行特殊的要求[2]。隨著鋁電解工藝規(guī)模的逐漸擴大，鋁電解槽的容量也在逐漸增加，并且點式加料的電子計算機控制技術(shù)也得到了更加廣泛的應(yīng)用，因此對于氧化鋁材料的物理性能要有更加優(yōu)化的選擇方法。表1為不同氧化鋁類型及其對應(yīng)特征。

在鋁電解工藝生產(chǎn)過程中，盡可能選用砂狀和粉狀兩者之間的氧化鋁，其次是砂狀氧化鋁。通常情況下，對于氧化鋁的化學(xué)組成限制只要求氧化鋁中的雜質(zhì)氧化硅和氧化鐵的含量在生產(chǎn)工藝的規(guī)定范圍內(nèi)即可。氧化硅的含量為0.008 ～ 0.05%，氧化鐵的含量為0.007 ～ 0.02%。將完全符合要求的氧化鋁作為一級品，雜質(zhì)中氧化硅和氧化鐵的含量達(dá)到規(guī)定上限的成為二級品，超出規(guī)定的氧化鋁不能進(jìn)行鋁電解工藝上產(chǎn)。

1.2 鋁電解槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了讓鋁電解工藝技術(shù)能夠滿足其自身發(fā)展，對于建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟效益高的大規(guī)模、大容量的鋁電解槽是十分必要的。因此對于鋁電解槽的電、磁、電、力等進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的。鋁電解槽陽極的斷面是由經(jīng)濟電流的密度決定的，其密度的大小直接影響著鋁電解槽的生產(chǎn)成本[3]。由于電能資源的費用較高，因此不宜選用電流密度較高的陽極。而陽極和陰極的碳塊尺寸選擇要做到合理匹配、結(jié)構(gòu)緊湊，從而保證鋁電解槽的內(nèi)部有足夠的保溫層厚度。大規(guī)模的鋁電解槽的陽極電流密度應(yīng)選擇在 0.75 ～ 0.78A/cm2。

為了使鋁電解槽的內(nèi)部保溫結(jié)構(gòu)不被破壞，要在耐熱磚與保溫磚之間鋪設(shè)一層耐火的顆粒材料，且厚度應(yīng)在1.5mm到2mm之間，以此提高更好的防護(hù)屏障效果。由于耐火材料中，圖耐火磚的性能較為良好，但價格十分高昂，因此選用一種泡沫混凝土搗制而成的圈梁結(jié)構(gòu)，該材料具有較好的耐熱性，且價格相對較低。

從圖1可以看出，在電解的溫度下，導(dǎo)熱性能最好的為石墨化碳塊，其導(dǎo)熱率高出其它材料的2 ～ 4倍。該材料的缺點在于價格相對較高，但通過研究發(fā)現(xiàn)，即使是在電解槽表面積較小的情況下，石墨化碳塊也可以生成爐幫結(jié)殼[4]。因此，又可以大幅度的降低鋁電解槽的制作成本，并且有助于提高電流的效率，使得鋁電解工藝獲取到的經(jīng)濟效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石墨化碳塊的成本，因此石墨化碳塊可以作為鋁電解槽中最好的陰極材料。

2 鋁電解工藝發(fā)展方向

目前，綠色化的環(huán)保生產(chǎn)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域中的一項硬性指標(biāo)，尤其是在“供測給”的經(jīng)濟改革實施以來[5]。為了使鋁電解工藝的生產(chǎn)條件能夠符合相關(guān)環(huán)保的規(guī)定，對于鋁電解企業(yè)的升級和改造是十分必要的，同時這也將成為鋁電解工藝未來發(fā)展的目標(biāo)和方向。通過對近幾年的鋁產(chǎn)品市場進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，鋁電解的消費量以及市場需求正在不斷的擴大，而存在的問題在于鋁電解工藝中的生產(chǎn)方式和相關(guān)技術(shù)存在嚴(yán)重的不足，因此很難保證在綠色環(huán)保的要求下達(dá)到規(guī)定的生產(chǎn)量。只有找到了正確的突破口，才能真正做到將環(huán)保與生產(chǎn)同時達(dá)標(biāo)的良性發(fā)展。而突破口就在與要將經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整作為契機，對于已經(jīng)落后的生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行逐步的淘汰，并積極研發(fā)新的鋁電解工藝技術(shù)，以此才能真正實現(xiàn)鋁電解工藝生產(chǎn)、環(huán)保等效益上的豐收，同時還可以實現(xiàn)鋁電解企業(yè)的全面轉(zhuǎn)型。

3 結(jié)束語

通過本文的研究可以得出，在鋁電解工藝技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，企業(yè)要積極響應(yīng)并落實相關(guān)政策，樹立起可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)觀念，積極研發(fā)新的鋁電解工藝技術(shù)，只有這樣才能在生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展規(guī)模等方面，得到質(zhì)的飛躍，真正實現(xiàn)鋁電解工藝生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。