1、电解铝工艺电解铝 - 简介电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在 950-970下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。电解铝 - 工艺流程电解铝生产过程铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950-970下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。化学反应主要通过这个方程进行：2Al2O3=4Al 3O2。 阳极：2O2-4e=O2阴极:Al3 3e=A
2、l。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。其生产工艺流程如下图： 氧化铝 氟化盐 碳阳极 直流电 排出 阳极气体- 电解槽 废气 气体净化 铝液 回收氟化物 净化澄清 返回电解槽 浇注 轧制或铸造 铝锭 线坯或型材电解铝 - 产业特点电解铝世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂
3、，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中 Na2AlF6-Al2O3 二元系和 Na3AlF6-AlF3-Al2O3 三元系是工业电解质的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是 CO2，以及以 HF 气体为主的气-固氟化物等。CO2 是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而氟化物中的 CF4 和 C2F6 其温室作用效果是二氧化碳的 6500-10000 倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF 则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需 1.5g 便可以致死。电解铝 - 发展现状电解铝中国铝电解技术自 70 年代末引进 160KA
4、中间下料预焙槽技术之后，从消化国外技术开始，揭开了中国现代铝电解技术发展的序幕，以铝电解槽热电磁力特性及磁流体数学模型研究为核心，在工艺、材料、过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究工作。九十年代以来，在基础理论、大型铝电解槽开发以及工程应用取得了一系列成果，开发成功了280、320KA 以上的特大型电解槽技术，使铝工业的技术进步令人注目。大容量电解槽的开发，使中国铝电解技术总体上达到了国际先进水平，电解铝工业的面貌发生了根本的改变。实际运行指标差。由于开发时间短，对中国大型铝电解槽在生产领域的深层次开发明显不足，致使实际运行指标的生产指标与国际先进水平还有较大差距。多数在大负荷、小电网
5、环境下运行，安全隐患多。铝电联营是中国电解铝企业发展的趋势之一，但同时在技术上也存在相应的问题。由于大容量电解槽一般系列规模较大（一个系列产能可达 20 万吨以上），巨大的用电负荷集中在一个生产系列上（一般达 40 万 KW 以上），电解系列生产的任何波动都会造成电网或自备电厂较大的影响，甚至威胁供电安全。缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施，电解槽难以达到设计寿命，早期破损率高。影响中国大型槽槽寿命的问题除了中国普遍认为的阴极炭素材料质量方面的原因外，电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。导
6、致这些问题的深层次原因是，中国尚缺乏对铝电解槽破损（常称为阴极破损）机理与规律的深入掌握及在此基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施。随着电解槽容量的不断扩大，槽寿命问题就更加突出。缺乏先进的生产操作技术，作业成本高。中国 300KA 级的特大型预焙铝电解槽投入工业应用的时间短。又不能完全照搬以前在大型预焙槽上的相关经验（这些经验也有很大局限性）。焙烧启动过程中电流分布不均的问题更突出且焙烧启动过程中的能耗大；投入运行后电解槽的物理场（电场、磁场、流场）容易波动，热平衡的维持较困难；槽电阻极易受外界的干扰而波动，阳极效应发生后熄灭困难，且由于电解槽的惯性大，一旦出现槽况波动或槽况异
7、常现象，很难快速恢复正常。就中国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率要比国际先进水平低 15%左右，主要表现在：电流效率相差 2-3 个百分点；吨铝电耗相差 300-800Kwh；电解铝用阳极生产过程能耗相差 3Gj/t 左右；电解铝阳极消耗相差 30-60Kg（折合标准煤约 75-150Kg）；电槽槽寿命相差 1000 天左右；阳极效应系数国际先进为 0.1 次/天.槽以下，中国最好水平在 0.3次/天.槽左右。中国电解铝行业从 2002 年开始，电解铝产量开始过剩，受下游行业需求下降影响，中国2008 年电解铝过剩预计达到 50 万吨。电解铝需求增速放缓，受经济危机影响，来自房地产和汽
8、车行业的需求增速大幅下滑，而来自于电力设备行业的需求仍保持快速增长，包装行业对电解铝的需求量保持稳定，2008 年电解铝需求增速在 10%左右。中国铝土矿资源稀缺，产能扩张不可持续。中国矿资源稀缺，铝矿资源只能维持 10 年，中国的资源不可能再支撑电解铝行业年均 20%左右的扩张速度。电解铝的生产成本价在 15000 元/吨-17500 元/吨，而电解铝的价格仅为 13400 元/吨，行业亏损严重。原料进一步下跌，中国电解铝企业的平均生产本也在 15000 元左右，因此铝价大幅下跌的可能性很小。2009 年 6 月份左右铝价有可能回到 15000 元/吨。电解铝 - 供应状况电解铝用途广泛全球
9、电解铝产量平稳增长，增产动力依然来自于中国。2005 年世界电解铝产量 3191 万吨，同比增长了 6.45%，其中中国产量 767 万吨，同比增长了 15.07%。2006 年全球电解铝产量达到 3380 万吨。 2006 年 6 月份全球日平均产量（不包括中国）8.22 万吨，较 5 月份日均产量增长了 700 吨，环比增长 0.09%。6 月份国内电解铝产量 78.03 万吨，日均产量电解铝产量 2.6 万吨，较五月份日平均产量增长了 1975 吨，环比增长 7.59%。中国依然是全球电解铝增产的主动力，由于中国产量占全球产量的比重高到 24.9%，中国产量的变化趋势对全球电解铝供应起到
10、了决定性的作用。中国电解铝行业发展的状况决定中国国内电解铝供应一直较为充裕，2005 年电解铝平均产能 1070 万吨，产能利用率 75%，从 6 月份国内数据看，中国的产能已经得到了一定程度的释放。中国建电解铝项目 11 个，建设总能力 112 万吨，尚有 10 个拟建电解铝项目，总能力 140 万吨。2006 年电解铝生产能力达 1160 万吨，2007 年达 1250 万吨。电解铝建设工艺简单技术含量低建设周期短，有充足资金投入，从开工到建成投产仅需要了 9 个月。电解铝上游行业氧化铝产能迅速扩张，产业链向电解铝行业延伸，成为电解铝产能增长的主要动力。电解铝行业所处的成长发展阶段决定了产
11、量增长是主基调，电解铝企业竞争，重组购并，不断扩张，行业集中度提高，也将推动产能的增长。电解铝行业的购买方即铝消费商，在中国经济的快速发展，中国城市化进程中基础设施、公共事业、住房和汽车等消费品，极大地带动中国电解铝消费需求。电解铝行业处于高速发展成长期阶段，行业优胜劣汰，行业集中度不断提升。2003 年至 2005 年电解铝总产量从 554 万吨上升至 767 万吨，增产 213 万吨，其中仅中国十大电解铝厂实现增产 91 万吨。生产厂家从 141 家减少至95 家，单个厂家平均生产规模从 2003 年的 3.9 万吨上升至 2005 年 8 万吨。电解铝节能生产有了新思路找准电解铝节能方向
12、近年来,我国的电解铝行业飞速发展,取得了不俗的成绩,预计 2011年中国电解铝产能将达到 2460.2 万吨,成为世界最大的产铝大国。但是我国电解铝工业与国外先进电解铝工业,在电解槽过热度、电流效率、槽寿命等方面仍有着明显差距。改变这种状况的直接有效手段,是对现有生产工艺进行改进,这是提高电解铝电流效率、实现电解节能生产的直接方向。国内与国外电解生产工艺的对比如下表所示。通过上面的表格不难看出,生产工艺的差异是造成我国电解铝工业落后于国际先进水平的重要原因之一。国内各电解铝厂都以电解质分子比作为控制电解槽温度的首要因素。以分子比为控制依据,通过调整物料添加间隔,将电解温度控制在一个稳定值附近。
13、但是,在调整温度稳定的过程中,电解槽的过热度是在随着槽温升降不断变化的。经实验研究表明,在工业电解槽上,当过热度恒定时,电解温度的高低对电流效率几乎没有什么影响,电流效率更依赖于过热度。使用分子比作为控制依据,这种工艺体系存在一定弊端。首先,受到电解质成分复杂的影响,分子比的测试数据准确性无法保证,误差甚至达到 5%;其次,在控制过程中,将分子比换算后得到初晶温度,容易引入人为误差,造成初晶温度值不准确;最后,为了保证电解槽稳定运行,槽温(电解质温度)依据不准确的分子比数据进行控制,数据间偏析较大。基于初晶温度来控制过热度的生产工艺研究,将对电解生产带来革命性的意义。以铝电解质初晶温度为主要指
14、标,通过初晶温度来调整电解槽物料平衡、能量平衡,来控制电解槽过热度在 810,可以提高电流效率 0.5 到 1 个百分点,降低吨铝电耗,稳定电解槽槽况,具有较高的经济效益和环境效益。在当前生产条件下,需要改进电解工艺和化验分析体系,以电解质初晶温度作为电解铝生产控制过程中的核心参数。新旧工艺体系的对比如图所示。北京核心动力科技有限公司推出的自动初晶温度测量设备,与以往通过测量分子比计算初晶温度再控制电解槽温度的方法相比,通过直接测量电解质的初晶温度来控制电解槽过热度,简化了测量步骤,减少了测量环节,降低了测量过程中引入的误差。与传统工艺体系结构相比,以初晶温度为核心的工艺体系更直观、更清晰。通过实测初晶温度数据可以得到真实过热度,以初晶温度来控制过热度,可以消除传统工艺体系结构的弊端,改变过去一味追求低分子比、低电解温度的做法,以控制过热度为目标,对于电流效率有大幅提升,电解槽稳定性提高,寿命延长。综上所述,改变目前电解铝电流效率低,生产效率差的问题,剖析现有生产工艺的弊端,吸收国外电解铝生产先进工艺体系经验,建立以电解质初晶温度为依据,控制过热度的全新电解生产工艺,为我国电解铝工业发展进步提供了良好的契机。（来源：中国有色金属报 中铝网）
