浅谈铝电解过程中的节能降耗措施

学术论文 2018-07-10 08:31:09
  2011年中国电解铝以1806万吨的产量连续11年居世界第一!与此相对应的是:高能耗、高污染是电解铝行业的典型特征,已被列为国家产能过剩行业。如何在行业残酷竞争和国家产业政策调整的环境中更好地存活和发展,挖掘内潜、节能降耗、减少污染排放成为企业最为关注的课题。 
  一、 制约我国铝电解业能耗、污染水平降低的因素 
  1 企业规模。我国共有130余家铝电解企业,2011年厂均年产13.89万吨原铝,可以看出规模小且生产率低。 
  2 电解铝工艺参数一低三高。国内铝电解工艺参数是一低三高: 低电流密(0.15A/cm?)、高氧化铝浓度0.5~1.0%)、过程温度高( 10~20℃) 和高电解质分子比(0.1~0.2)。 
  3 电耗高且电流效率低。国内预焙槽平均电流效率同国际先进水平相比低1~4%,直流电单耗高300~500kW/t-Al。 
  4 阴、阳极质量差。国内较低的炭阳极质量标准导致阳极质量差,吨铝阳极消耗量比国际先进水平高40~60kg/t-Al。碳阳极是铝电解生产中的消耗性导电介质,在电解生产过程中不可避免地会产生了碳渣,碳渣漂浮在电解质表面或溶解在电解质中,恶化电解质体系,使电解质电阻升高,导致电耗上升。阴极碳素寿命短。 
  5 电解槽寿命短。我国当前采用的预焙槽平均寿命大约在1500天,而国外先进技术则可以保证寿命至2500~3000天。 
  二、主要的节能技术 
  通过分析找出导致我国铝电解业高能耗高污染的因素,结合我国铝电解业的实际生产情况,不断探索发现新的生产铝的节能方法,则可以大力提升铝电解业清洁高效生产水平。槽控系统改进、惰性阴极、惰性阳极、室温离子液体铝电解、低温熔盐铝电解等技术的研究均受到研究人员的广泛关注。 
  1 槽控系统的改进。计算机技术高速发展的成果,已渗透到各个行业领域。计算机控制技术已被广泛应用于大型预焙槽生产运行过程中。计算机利用模拟技术、智能控制程序,在线采集铝电解槽的相关运行信息,并离线录入数据,然后进行信息处理后,发出控制和操作指令。对于已属技术集合的电解槽技术体系,每项技术都会影响生产体系的故障诊断效率和平稳运行态势。生产槽体系平稳运行就意味着高效生产,高效生产就是节能。 
  2 惰性阴极技术。可润湿性阴极可以有效提升阴极和铝水之间的润湿性能,延长槽寿命,节能降耗,同时配合惰性阳极,可以开发出新的电解槽和电解工艺。TiB2能被金属铝液良好润湿,是当前发现的可润湿性阴极中最理想的铝电解材料。以无机物溶胶或树脂作为粘结剂,利用TiB2与铝液的良好润湿性以及良好的导电性,利用电化学技术在铝电解槽炭阴极表面涂覆TiB2,降低炉底压降,改善阴极工作状态,可以实现节能增效、延长电解槽寿命。此外,由于TiB2能够增强铝液和阴极表面的湿润性,降低阴极炭块的化学、电化学腐蚀,这些均有利于电解槽的运行稳定性,也能有效延长槽寿命,这些都能直接达到节能增效。惰性阴极材料的主要优点:有优良的导电性使铝离子直接在惰性阴极材料上放电而生成铝。此时将不再需要保证槽内一定的铝液液位水平,由于铝液涌动减弱了波峰,阳极和阴极之间距离可以明显缩小到 2~3cm,从而降低了在电解质中的电压损耗,最终节省电能。抵抗熔融电解质渗透能力强,导热系数小,同时结合实用惰性阳极和惰性阴极,可以重新设计电解槽,惰性阴极的使用可以提高电流效率和电能效率,进而大幅度降低了铝电解生产对电能的消耗。 
  3惰性阳极技术。惰性阳极是指在目前通用的冰晶石-氧化铝熔盐电解中不被消耗或微量被消耗的阳极材料。针对惰性阳极材料的研究报道很多,目的都是为了取代现在通用的碳阳极。惰性阳极电极材料不参与电解反应过程,阳极气体O2为非有害气体,能做到无公害排放,不仅节省至少20%电能,生产工艺得到稳定。由此可以看出,将惰性电极材料参与电解铝生产,将在有效降低能耗的同时减少污染。 
  4室温离子液体铝电解研究。离子液体作为金属电沉积的电解质,有许多优良的理化性质,其优点为:(1)离子液体有着可到达4V的很宽的电化学窗口;(2)离子液体熔点低,所以其操作温度可以在室温左右,比高温熔盐更节能;(3)由于没有析氢反应等副反应,许多水溶液中难沉积的金属可通过此方法而被沉积出来,包括碱金属、过渡区金属及其合金。于先进等利用溴化1-丁基-3-丁基甲基咪唑(BMIM)Br和AlCl3制成(BMIM)Br- AlCl3铝基离子液体,采用三电极体系进行铝的电沉积应用研究,铝基离子液体将开辟崭新的铝电解领域。 
  5 低温熔盐铝电解研究。低温铝电解工业可以在较低铝的溶解度下,拥有较高的电流效率。处于一定的温度范围内的工业电解槽,温度每降低10℃,其电解电流效率将提高1%。目前研究出的很多降低铝电解温度的方法:(1)使用轻电解质,即低分子比电解质,铝液下沉。(2)铝液上浮低温铝电解法,利用钡盐的重电解质体系。(3)采用氧化铝悬浮的电解质,铝液下沉。 
  氧化铝作为炼铝的原料,电解温度降低到900℃以下,配合惰性阳极、惰性阴极和绝缘侧壁,每吨铝电耗可降低到12000kW?h以下是可行的。 
  结语 
  总之,绿色环保节能铝电解是电解铝行业的未来发展方向。我国铝行业具有巨大的发展潜力,注重在铝电解生产中高效利用能源,最大限度的减少能源损耗,有利于铝行业的可持续发展。我国必须高度重视铝电解技术的开发和引进,采用国际的先进技术推动自身发展。锅电解槽节能技术直接和电解铝厂的生产成本及铝电解生产能耗挂钩。铝电解过程中的节能降耗问题依旧是一个长远的战略目标,节能降耗刻不容缓。 

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[责任编辑:花间一壶酒]