三层液法75KA精铝电解生产节能实践

罗星 白洋 敖春平

摘 要：随着近年来高纯度电解铝工业的迅猛发展，国家宏观经济的不断调控，高纯度电解铝市场竞争日趋激烈，如何采取有效措施节能降耗从而降低成本是企业发展的必经之路。本文就如何对高纯度电解铝用电矛盾突出，原材料价格过高且纯度不足等不利因素，以节能降耗为中心，分别从如何降低槽电压、提高电流效率和通过原材料加入的改进等新技术来达到节能降耗的目的，粗略浅谈了生产高纯度铝节能降耗的几种途径。

关键词：槽电压;电流效率;节能降耗;高纯度铝;保温措施

众所周知，三层液电解精炼法是一种目前工业生产高纯度铝的最主要方法。

三层液电解精炼法的基本原理为：利用精铝、电解质和阳极合金的密度差形成液体分层，在直流电的作用下，熔体中发生电化学反应即阳极合金中的铝进行电化学溶解，生成 Al3+离子：Al-3e=Al3+

Al3+离子进入电解液以后，在阴极上放电，生成金属铝（即高精铝）：Al3+3e=Al

而合金中Cu、Si、Fe等元素不溶解，在一定浓度范围内仅积聚于阳极合金中，这是由于其电位均正于铝，且在合金中还有足够量铝的缘故。

而合金中夹杂的Na、Ca、Mg等几种电位负于铝的元素同铝一起溶解，生成Na+、Ca2+、Mg 2+进入电解液并积聚起来，在一定濃度、温度与电流密度下，这些杂质不会在阴极上放电。因此在阴极上得到纯度较高的精铝。

随着能源价格的飞涨和环保要求的日趋严格，如何节能降耗已成为当今高纯铝生产行业研究的重点。目前75KA电解槽电流效率一般都在97%左右，理论电流效率一般认为是98%，而槽电压一般都在4.30-4.55V之间，由此可见，挖掘节能降耗的潜力巨大。因此，研究探讨节能降耗工作就显得特别重要，在实际生产实践中，我们摸索总结出了几点节能的方法和措施。

1 降低槽电压

槽电压的组成：E槽=E分解+E过+E电解质+E阳极+E阴极+E其他

逐步降低槽电压是维护槽热平衡最主要的因素，它决定着电能消耗率。槽电压偏高，则电能消耗越高，且容易破坏规整的炉膛，甚至导致热行程运行，增加在产铝的二次氧化损失，俗称为烧损，导致电流效率的降低，又会影响单槽原铝质量。

2 提高电流效率

2.1 规整的炉膛

（1）规整的炉膛内型，会使电、热、磁、三场分布均匀，防止侧部漏电;

（2）铝水液面波动小，工作电压平稳;

（3）减少换极、及频繁操作产生对铝水的波动;

（4）创造较稳定的生产工艺条件，有利于持续高效率生产。

2.2 降低空耗电流

（1）降低短路口电压;

（2）降低母线接口电压;

（3）降低平衡母线与阴极导杆接触面电压;

（4）降低过路各接口黑电压;

（5）降低阳极炉底电压;

（6）降低电解质电压等。

3 电解质层的作用

三层液电解法中的电解质层属于发热层，它的高低决定了电解槽电耗的指标，如果电解质的高度保持区间为8-10公分之间，在电解槽两侧料室不渗漏的情况下，电解质层铝水及合金的中间挥发性基本很小，所以调电解质的间隔时间可以酌情考虑，极距越低电解槽的电耗指标越低，但必须适当有度，否则会导致混层事故发生，劳民伤财，得不偿失。

4 开展保温措施

可以利用石棉被覆盖于盖板表面进行保温，根据实际生产证明，当电解槽铝表面温度介于750-760℃之间时，覆盖石棉被可提高槽温5-10℃，进而电流效率提高0.5%-1%;电解槽两侧料室中合金浓度在38%-42%时，料室中的合金温度在591℃，两侧料室利用石棉罩保温，可提高5-8℃，对于融化固体铝起到了重要作用。

根据实际生产情况，精铝槽本身为保温槽，建立其稳定的电热平衡，才能保持稳定高效的生产，电解槽两侧散热孔以及料室两侧的散热孔，利用石棉纤维板堵住进行保温，电压从4.2V直接降低到4.05V，降低了0.15V，节省了电耗456 kwh。

5 利用阴极节能

铝阴极肩负着电极导电的作用，其导电大小也决定着电解槽是否平稳生产的因素。根据实际经验表明，在清极三天之内的电解槽，阴极导电大小可调，本着调低不调高的原则进行操作，使电解槽导电处于平衡状态，在稳定生产的基础条件下，对电解槽操作因素进行干预，尽量不破坏自身建立的电热平衡，可以保持优质高产。

阴极与母线之间的压降称为铝-铝压降，处理铝-铝压降也可降低生产槽的电耗，12根铝阴极铝-铝压降处理前电压为69.8mv，处理后为42.36 mv，电压共计降低27.44mv，电耗降低834.4kwh，立柱母线进行定期紧固也可降低电耗，根据实际情况测量，紧固前为26.2mv，紧固后为17.2mv，降低电耗273.6kwh。

6 中心罩门的方式与作用

三层液电解槽的中心罩门必须设计为可调式罩门，根据近几年的实践表明，中心罩门离铝水表面介于15-20cm时的高度为最佳保温高度，可以更有效的对三层液电解槽开展保温。

7 新技术对75KA精铝电解生产节能的贡献

一般三层液法提取高纯度铝，均采用普铝水加入，而往往普铝水的纯度不足，造成生产出的高纯度铝质量不稳定，部分微量元素偏高，且耗能过大，而通过我们的实践和研究，尽量使用纯度在99.70铝锭，可以大幅度提高高纯度铝的质量。

另外液体普铝的添加也可以降低电耗的指标，加固体铝在融化的过程中需要吸收热量，电解槽建立的热平衡必将放热融化铝锭，本身槽内温度降低，电解质的导电度降低，导电性变差，电压升高，但普铝水的温度在进厂时在940-960摄氏度之间，高于精铝槽的本身温度，普铝水多余热量将传递到槽内，不但能提高槽温，也能增加导电率，所以普铝水的添加也是降低电耗指标的一项措施。

目前，中国是世界产铝的第一大国，而提取高纯度铝也属于重点耗能项目，因此，节能减排降耗工作是我们的重大目标追求。我们一方面要加强生产的控制操作和精细化管理技术，优化电解槽本身技术条件、发挥最佳性能和延长使用寿命;另一方面要继续开展各种节能降耗工作的深入研究。为我国提取高纯度电解铝的技术进步和节能减排做出更大更突出的贡献。