浅谈铝电解工艺发展分析

浅谈铝电解工艺发展分析

田占伟

华云新材料有限公司电解二厂，内蒙古包头市，014010

摘要：铝电解工艺产生于二十世纪五十年代，在技术上予以不断进步和发展。通过对铝电解工艺的发展分析，我们可以窥探到更多的技术问题，也能够探索更好地铝电解工艺发展路径。热量平衡和物料平衡是电解槽赖以正常运行的两大条件，当物料平衡或者热量平衡遭到破坏时，电解槽就会出现病槽，物耗、能耗增加，槽寿命降低等问题，影响生产指标和成本。基于此，本文主要对铝电解工艺发展进行了简要的分析，以供参考。

        关键词：铝电解；工艺发展；分析

1、铝电解工艺概况

        电解铝就是通过电解得到铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。铝电解过程是在铝电解槽中进行，电解所用的原料为氧化铝，电解质为熔融的冰晶石，采用碳素阳极。电解作业是在950～980℃下进行的，氧化铝由浓相输送系统供应到槽上料箱，按计算机控制的速率通过点式下料器经打壳下料均匀加入到电解质中。电解的结果是阴极上得到熔融铝和阳极上析出CO2。熔融铝定期用真空抬包从槽中抽吸出来，装有金属铝的抬包运往铸造车间[1]。电解槽的槽况是指电解槽所具有的电解能力的指标，在实际生产过程中，电解槽本身的物理特性时刻变化，同时电解槽的电解能力也会随之发生变化。不同的操作操作对于槽生产能力、槽寿命的影响非常大，而在实际生产活动中主要是通过热量平衡和物料平衡来维持槽的稳定。当物料平衡或者热量平衡遭到破坏，槽内的病况积累，铝电解的各项技术条件无法正常保持，就会导致能耗和物料的增加，槽寿命的降低，同时影响生产指标和成本。为了保持电解槽的平衡以避免病槽的出现，对影响物耗、能耗的因素进行挖掘分析，应用到日常生产活动中，指导生产。

2、铝的性质及用途

　　铝是自然界中分布极为广范的元素之一，地壳中铝的含量为7.5%，仅次于氧和硅而居第三位。由于铝是化学性质极为活泼的元素，所以在自然界中未发现单质的金属铝，而是以铝的各种化合物形式存在。

　　2.1 铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶、航天航空等。

　　2.2 铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途[2]。

　　2.3 铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。

2.4 铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在100℃～150℃时可制成薄于0.01mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品[3]。

　　2.5 铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。

　　2.6 铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉末状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。

　　2.7 铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药、燃烧混合物和照明混合物。

　　2.8 铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。铝粉和石墨、二氧化钛按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。

　　2.9 铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。

3、铝电解工艺发展优化路径

        3.1改进供电系统，提高供电技术

        在铝电解的生产方法和工艺流程中，直流电流供应和相关设备运行的的安全稳定是保证铝电解正常生产的基础。如果供电系统的运行出现了隐患和故障，就会对铝电解生产造成严重不良的影响，对企业造成较大的效益损失。目前供电系统面临的技术难题是对瞬时间恒定电流的供给难以控制在稳定范围。针对此难题，应该引进并应用智能控制技术来有效缓解供电的恒定电流稳定性。安排专人利用浮动门技术等方式负责做好恒定电流的监控，这样能够有效减少电流波动现象的发生。而且还可以大幅度提高供电的整流效率和质量，从而满足铝电解生产对供电稳定性的要求。此外，由于我国铝电解生产的企业，尤其是中小企业，供电的条件环境依然比较落后，因此，应将供电设备的升级改造作为长期工作规划尽快予以解决。

        3.2降低能源消耗，减少环境污染

        十八大以来，绿色环保已经成为工业生产领域的硬性任务指标，尤其是“供测给”经济改革实施以来，为了使铝行业的生产条件符合环保要求和满足市场铝需求，对铝生产行业升级改造是极为必要的。据有关统计显示，我国的电解铝消费量和市场需求会继续扩大，铝市场的发展前景比较乐观，而我国铝电解企业的生产方法和工艺存在的缺陷和不足，难以在保证环保的前提下难以保证足够的产量。这种看似矛盾的问题，只要找准正确的突破口，就能够得到合理的解决。而这个突破就是：以此次经济结构调整为契机，对生产工艺落后的技术、设备进行逐步的淘汰，以技术创新为抓手，紧紧围绕节能降耗、提质增效经营目标，加大对新设备、新技术的投入应用力度，从而实现质量、产量、环保等效益的丰收，带动铝电解生产企业实现全面的转型。在此过程中，企业要积极落实国家政策，树立可持续发展观，认真在技术创新上下功夫，相信通过以上方法的落实与努力，我国的铝电解企业在生产技术、发展规模、市场效应等方面，肯定会有质的飞跃和提高，我国的铝工业产生加工水平也会迈入世界领先的步伐。

        3.3降低阳极效应次数的措施

        3.3.1加强自控系统的预报

        现代铝电解槽的自动控制中已经有阳极效应预报程序，它是根据氧化铝浓度和电解槽电阻的关系曲线进行控制的。与此同时，同点式下料技术配合，可以做到阳极效应的预报，并控制每天的效应次数为最低。由于氧化铝浓度同槽电阻的关系曲线中，槽电阻除氧化铝浓度因素外，还受其它因素的影响，因此该曲线不能精确反映出电解槽中氧化铝浓度的真实变化。因此还需作进一步改进。

 3.3.2规范现场操作

        现场操作过程中，提高换极精度，减少异常物料落入电解槽，加强炭渣和壳面块打捞，减少换极操作时间，做好电解槽保温。同时加强巡视力度，随时保证打壳下料系统正常，避免因设备等问题造成电解槽氧化铝浓度偏低，引发突发效应。特别是加强夜班巡视力度（设备稳定性）。

        3.3.3合理保持参数设定

        现场工程技术人员，勤看监控曲线，并在掌握现场情况的前提下，及时准确的修改下料间隔等参数，减少因参数设定不合理引发效应。

        3.4对电解铝液中氧化铝夹杂物进行电磁分离

        这种电磁分离技术是通过将电磁力场加入到电解铝液的方法，利用电磁场来深入、全面的清理电解铝液当中存在的其他杂质，其主要的功能是去除电解铝液当中不带电的一部分杂质，其产生的净化效果十分明显[4]。虽然这种方法能够有效的分离电解铝液中的杂质，对电解铝液起到净化作用，但是也在存在一些弊端，比如当前的工业生产当中，电解铝液所包含的杂质含量极高，如果利用这种方法进行净化，需要大量的电能支持，这会大大提升企业的成山成本。我国很多铝制品企业当前将更多的精力放在结合以上三种净化方式上，希望能在日后实现电解铝液净化的流水线操作，在充分结合以上技术的同时，提升净化工作的质量。

        3.5加强低电压技术管理

        1）异型阴极节能技术。这一技术的应用方式在于，在进行电解槽的维修管理过程中，应用阴极带有凸台的异型阴极，对铝电解生产环节铝液的流动起到阻隔作用，以此缓解铝液界面变形以及铝液的流动速度，进而达到降低电解槽工作电压的作用。2）阻流块节能技术。在该项技术的应用中，要求在生产槽中加入阻流块，缓解铝液界面变形以及铝液的流动速度，同时降低电解极距以及电解质电压。3）双阴极钢棒节能技术。在该项技术的实际应用中，要求在阴极钢棒的位置加一个贯穿槽，在槽中加入绝缘材料，增加槽中部阴极钢棒与炭块的接触面积，这样就会造成槽中部向阴极钢棒导电增多，进而达到降低磁场的作用[5]。

4、结束语

        综上所述，面对严峻的挑战，铝电解企业应当顺势而为，积极正视和探索铝电解在生产工艺技术等方面存在的不足核问题，在技术、设备方面进行大力的引入和创新，不断改进生产方法和工艺流程，这样才能使企业发展符合国家经济发展和市场的要求，从而促进铝电解生产企业实现又快又好的发展。

        参考文献：

        [1]陈婷婷.铝电解过程中电流密度与添加剂用量的数学建模分析[J].世界有色金属，2016（23）：42-43.

        [2]陈利生，徐征，黄卉，杨志鸿.电解铝业清洁生产案例分析及对策[J].昆明冶金高等专科学校学报，2013，29（01）：21-25.

        [3]冯兴春.铝电解生产工艺节能途径[J].金属世界，2010（04）：9-12+8.

        [4]贺永东.铝电解过程对电解铝液的净化作用探讨[J].轻金属，2007（09）：32-36.

        [5]李振中，袁维金.优化铝电解工艺技术条件，提高电流效率[J].甘肃冶金，2005（02）：36-37.