电解铝生产工艺的优化探讨

电解铝生产工艺的优化探讨

张义明

新疆众和股份有限公司   新疆乌鲁木齐   830000

摘要：虽然中国是世界上大型的铝生产、出口国家之一，但是，我国的铝生产技术还比较落后。在实际铝生产中，传统方法不但浪费了大量的能耗，而且对环境也有一定的影响。为此，本文在对目前我国电解铝业发展状况进行了简要的介绍，对目前我国电解铝业存在的技术不足进行了分析，并提出了电解铝生产优化的策略。

关键词：电解铝；生产工艺；策略

前言

我国从20世纪50年代开始，铝业技术得到了长足的发展，并已初步建立起一条较为完善的铝业链条，为我国经济和社会的各方面提供了持续的铝业供给。我国是铝土矿资源最丰富的国家之一，但我国铝土矿的生产工艺还比较落后，能耗高，对环境的影响也比较大。为此，需要在实际应用中采取有目标地优化措施，以提升电解铝生产的能源效率和环境保护水平。

1、我国电解铝业的发展状况

我国电解铝工业的发展，特别是规模较小、资本较少的电解铝企业，都面临着能耗过高的问题。一般情况下，要制造一吨的铝材所需的电量很大。与此同时，部分企业在技术优化上遭遇了巨大的“瓶颈”，在节能降耗的前提下，很难保证产品质量达到相应的标准。在实际生产中，有些厂家采取了增强电流的措施，有效地解决了高压差的问题。但是，整流器的工作效率往往达不到预期的要求。并且当系统的电压下降时，系统的电流效率也会随之下降，这就要求电解铝业人员必须正确认识二者的关系，并在二者间找到一个平衡点。但是，要想达到均衡状态，还需要借助更加复杂的数字化模型。另外，也有不少公司从强化管理的角度对电解铝制造过程进行了优化，虽然有了一些效果，但是还没有从根本上突破。

2、电解铝的基本理论

图 1电解流程

2.1用于电解铝的原料

电解铝生产所用的原材料有三类：（1）氧化铝；其熔点为2050℃，沸点为3000℃，具有良好的流动性，在晶体中溶解，在水中不溶解；(2）溶剂；一种以氟化铝，氟化镁，氟化钠，氟化钙，为主要成分的氧化盐；(3）一种阳极物质，也就是一种预先煅烧过的炭块。

2.2电解铝制法的基本理论

当前，在电解生产中，采用的还是晶态氧化铝熔盐电解法[1]。采用了以铝电解为主的生产设备。化学反应方程式可归纳为：

2Al2O3+3C固=4Al液+3CO2

3、电解铝工艺中的技术缺陷

3.1对技术的要求

当前，国内在电解铝工艺方面的研究还处在起步阶段，缺少相应的技术条件，缺少实际应用的经验。大型铝电解槽技术相关联的有关科研人员，还需要对其进行进一步的探索。这就造成了目前电解铝生产技术在电解铝生产中的运用并不理想，电解铝生产工艺还不够完善，没有达到国际工业标准。

3.2工艺装备陈旧

当前，在电解铝生产企业中，新的工艺装备和技术的应用还需要进一步地完善，尤其是在电解铝生产的某些重要环节，由于对有关阴极的破坏机理和规律还缺乏足够的了解，很难有效地延长电解槽的使用时间，这就导致了电解槽的正常生产很难达到一定的使用寿命，而且设备的损坏率很高。另外，由于多维度的电流分布不均匀，还会造成较大的能量消耗，造成电解槽运行时的物理场效应不稳定，从而影响到热量的有效调控。

3.3.电流效率不足

在市场化进程中，铝制品的价格在近几年呈现出下跌的态势。在此背景下，为了降低用电成本，更多的电解铝企业在实际应用中采用了低电流工艺，并且电解槽设计不合理，工艺不完善，工作标准不完善，目前，该技术的应用存在着较大的瓶颈问题，尤其是在长周期运行条件下，槽底状态不断恶化、阴极磨损加剧、石墨抗腐蚀性能下降等问题，极大地制约了该技术的应用[2]。

4、电解铝生产的工艺流程优化策略

图 2电解物质分布

4.1自动化技术

当前，我国电解铝的实际生产，多采用将多个电解池拼装起来，组成一个生产序列，然后进行生产。在直流电流作用下，电解过程中会发生一系列的电化学、物理化学等反应，并产生电场、磁场、温度场、电流场等相互关联的、变化的物理场。但因其极强的腐蚀性，使得对其浓度、温度等相关参数的实时监测难以实现，无法得到准确的信息。在实际的应用中，电解铝生产企业应对电解质状况及热量、物质平衡等各项指标进行有效的调节。在这一进程中，自动技术能够为其提供强大的支撑。也就是说，在目前的信息时代，企业可以通过先进的网络信息技术，来有效地提升绩效管理能力，从而达到节约劳动力成本、节能减排、减少环境污染的目的。以这一点为前提，企业要持续地推动自己的信息化和自动化生产建设，提高员工的信息化意识，提高他们的实际工作能力，充分地将信息技术自动化在控制重要指标中的功能充分地发挥出来，保证电解铝生产的安全、有序。

4.2改善电压与电流的使用

最佳化电压是指通过调节运行电压，使节点及配电网的电压维持在一个比较平稳的水平上。第一个步骤是对电解的时间进行调解，使电解的时间间隔变长，从而使电解的影响因子变小。同时，该电槽的形状与母线的电压有关，所以可以从接触面上进行切割。在保证切断母线、卡钳等接触表面的前提下，可以将电源电压调整到10 MV以上。另外，在进行电压优化时，由于对整个装置的运行有较大的影响，因此，在整个装置的运行中，宜选用低分子比操作。在此基础上，首先在保证电解铝液稳定的前提下，将电解铝液中2.70左右的 分子比由逐步调整至2.35-2.50 从而在实际电解铝液中，有效地提升电解铝液的使用效率，同时也减少了能耗。第二，对电流的利用率进行最佳化。此最佳化程序应先以指示性调整为基础，再以智能型自动调温机器为控制手段，使其维持在一个较为合理的温度区间。在较高的温度下，分子间的比例应该降至最小。根据电解过程中的冷、热冲程变化规律，通过调节氟离子的用量，使其与电解液的分子比例保持在一个合适的值。

4.3降低用电消耗

在电解过程中，除了电解槽之外，还要用到许多辅助设施，而辅助设施也是消耗电能的。在对加工过程进行优化时，也要对其功率消耗进行考虑。减少能耗，全面提升节能效果。辅助设施的功率消耗主要来源于阳极组装与浇铸、电解电能转化、进料清洗等工序[3]。在对原料清洁工艺进行优化时，应注意调整操作模式，对有关参数进行管理，并增强其稳定性；在对阳极板的装配过程进行优化时，炉温的变化是一个重要的影响因素。从总体上看，采用中频加热炉可以获得较好的节能效果，所以，在实际生产中应尽量采用中频加热炉；在对电解槽及压气机的动力进行优化时，必须对其工作方式进行合理的调节，同时要考虑到实际的工作条件及设备的温度，对其进行动态调节，使之能够一直保持在最优的工作状态。

4.4采用磷铁浇铸全石墨化阴极的工艺应用

电解槽原阴极内衬采用双钢棒半石墨阴极炭块技术，阴极钢棒和阴极炭块的组装方式为扎糊方式。此型阴极压降偏高，阴极电流空耗过大。采用磷铁浇筑全石墨阴极电解槽，在筑炉材料的选择、筑炉、启动以及后期的日常管理上要求更加严格，由于石墨化阴极 的电阻率较低，加之其热导率较大，引起电解槽散热增加，在生产过程中易出现冷槽、槽角过大、生成炉底沉淀的现象，需要改进电解槽槽底的保温，选用保温性能更加优越的保温材料;另一方面也要增加电解槽槽底保温材料的厚度和槽壳角部外保温，这样才能减少电解槽底部和角部散热，确保电解槽运行过程中的热量平衡。

良好的筑炉材料和筑炉质量，精细化焙烧、启动及电解槽后期管理是电解槽运行平稳和长寿的基本要素，因此要严把筑炉材料质量关，严格按设计标准和施工方案进行砌筑； 采用燃气焙烧设定合理升温曲线，逐步升温符合技术标准，确保焙烧期间电解槽受热均匀。           正常生产槽根据全石墨阴极 特点调整技术条件，适当降低铝水平减少电槽侧部和底部散热，有利于电解槽能量及热量平衡的保持;也可以加快炉底沉淀的溶解， 有利于电解槽平稳运行及低阴极压降控制；应适当提高电解质水平，增加液态电解质的量，确保氧化铝能够充分溶解；适当降低分子比降低电解质体系的初晶温度，确保合理的过热度，有利于电解槽平稳、高效运行 。磷生铁浇筑全石墨化阴极技术对电解铝行业中节能降耗效果突出，磷生铁浇筑全石墨化阴极技术工艺、  技术，具有良好的导热性、导电性和磁流体稳定性。对比半石墨化阴极，在降低电解槽生产能耗，提高电流效率，节约运行成本，延长内衬寿命有着更为突出的特点。 

5、结语

综上所述，本文针对目前电解铝实际中所面临的技术水平较低，工艺设备落后，电流效率较低等问题，提出了相应的对策。在实际操作过程中，要从生产管理自动化着手，提升电压、电流效率，采用新型结构电池技术，才能对电解铝生产工艺进行优化，从而创造出更大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]赵成.电解铝生产工艺的优化研究[J].现代盐化工,2022,49(06):46-48.

[2]徐谋.电解铝生产工艺的优化方式分析[J].世界有色金属,2021(17):7-8.

[3]冯冰.电解铝生产工艺的优化分析[J].世界有色金属,2021(15):124-125.