目前, 电解铝工业仍以改善和提高霍尔-埃鲁法电解槽技术水平为主, 着力于节能减排, 降低能耗、 物耗和原铝成本, 在从源头上就减少气固废物料污染的同时, 加强废物料废铝的无害化和资源化处理, 实现资源再生和循环利用, 进一步提高产品质量和扩大产品种类。
现代化预焙电解槽的电流强度继续向超大型化发展。继法国AP18和AP30型电解槽技术后, AP50技术已问世。最近, 俄罗斯铝业启动了电流强度为400 kA的RA400槽型电解槽系列两条。该系列是在原300 kA电解槽技术基础上开发的第二代超大型电解槽, 该槽日产量3 t, 电流效率94%, 电耗13800 kW·h/t, 减少33%污染物。目前正在开发450~500 kA电解槽, 预计将开展RA500电解槽试验。600~740 kA超大容量电解槽也在开发研究中。
国外大容量(300 kA以上)电解槽阳极电流密度为0.8 A/cm2以上, 主要经济技术指标: 电流效率93%~95%, 直流电耗13000~13500 kW·h/t(Al); 最先进的技术指标电流效率可达96%, 电耗略低于13000 kW·h/t(Al)。表1-2为彼斯涅AP30—AP50电解槽发展过程中的主要设计参数和技术经济指标。
法国彼斯涅AP系列电解技术被公认为代表当今国际领先水平。从AP电解系列技术中不难看出其具有如下几个特点:
(1)阳极电流密度较高, 可达0.8 A/cm2以上, 单位阴极面积产能大。
(2)槽电压和电解稳定性均较高, 电解质过热度都较低, 不超过10℃, 槽膛内形中炉帮和伸腿的固相结壳厚度稳定合理, 因此电流效率高, 可达95%~96%, 电耗可低到13000 kW·h/t(Al), 槽寿命达2000天。
(3)分子比、 氧化铝和阳极效应系数低, 说明其设计操作和控制技术水平高。
国外铝电解的数学模型、 传感器、 控制和新材料等功能化技术水平较高。采用的物理场数学模型精确有效, 电解槽结构设计质量高, 槽电解运行稳定性好, 电流效率可达95%~96%。应用了半连续传感器实时在线检测控制温度、 过热度、 分子比、 熔体高度和氧化铝浓度。
控制水平先进, 控制效应系数向零目标发展。在高电流密度、 高槽电压、 高电解温度条件下, 通过槽电压、 分子比和过热度的软件程序控制技术, 实现电解槽的能量平衡、 物料平衡和液固相平衡, 即过热度和炉帮伸腿构成的固相电解质槽膛内型稳定合理。这样不仅电流效率高、 炭耗低, 而且电解槽寿命长。
表1-2 彼斯涅AP30—AP50电解槽发展过程中的主要设计参数和技术经济指标表
开发应用抗熔体渗透的槽衬耐火材料、 热电偶套管、 优质炭素阴阳极、 可湿润阴极和惰性阳极等新型材料。
优化电解质组成, 降低电解质电压降和提高电流效率。
对铝电解产生的废渣、 废槽衬等废物料实行有价成分再生回收并循环利用, 或对其做无害化处理, 减轻铝电解工业废物对环境污染。美国铝电解工业总排氟量达到0.7 kg/t(Al)水平。
为了大幅度提高电解法能量效率和减少二氧化碳排放量, 国外开展力求降低阴阳极之间电压降的工业试验, 采用炭阳极开沟槽、 TiB2可湿润阴极、 惰性阳极、 导流式或双极多室式新型结构电解槽等新工艺新技术新材料新设备。
对于可望替代现有霍尔-埃鲁特电解法的一些炼铝新工艺方法, 如炭热还原法、 氯化铝双极多室电解法等长远课题还在继续进行研究。
