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4 8 轻金属 2 0 0 1年第 8期 碳 素 降低炭阳极消耗对铝厂经济效益的影响 路忠胜 ( 东北大学 辽宁 沈 阳 1 1 0 0 0 4 ) 摘要 ：击文不但 l 理诧 上， 说 明降抵铝 用炭阳极消耗鲁捉 高电漉拉卓 、 增加铝产 量和辟低 电耗 ， 而且 列举 舀 内外 钟实 例 证 日 月 上 述 理 论 。 关键词 炭阳极 ； 电解轺： 蛀济拉苴 中田分类号 ：tq1 7 5 7 1 4 文献标诅码 ：a文章编号 ：1 0 0 2 1 7 5 2 ( 2 0 0 1 ) o s一0 0 4 8 0 3 re d u c t i n g ano d e ca r b o n co n s u m p t i o n ha s i nf l u e nc e o n ec o no mi c a l be n e f i t o f al umi n i u m pl a n t s lu zh o n g s he n g ( no r t h e a s t e r un i e r s u t y ， s h e n y a n g l i a o n i n g 1 1 0 0 0 4 ， c h i n a ) ab s l r a c t th a r t i c l en o t o n 】 y e x p 【 dt h e 拙 t y r e d u i t de c b o n。 。 n 叽 t 啪如rdu r a i r d u m c 啦 i 【 s et e f fg e n c y i 啡 e b 9 e 一 u m ou t pu t a r id d e c r e a s e e l e c t r i c a l c o n s u mp t i o n， b u t a ls o li s t e d t he p l 丑 c d c e e x p e s a t h o me a n d a b r dwh i c h p r o v e d a b o v er a l t io n e d t he o t) “ ke y wo r d s ： a d o d e c b 0 r l a m】 u m e t m ly s 1 ,e d u e t io n b e n e bt 1 9 9 9年 中国的铝产量居世界第三位 ； 某些新 预焙槽型的总体技术水平 已接近或达到了世界先进 水平( 2 3 ； 在技 术基础研 究、 生产工艺、 过程 控制、 配 套技术与辅助设备 以及大容量铝 电解槽开发方面均 取得了空前的发展【 。 然而 一个不容忽视的问题是 中国阳极质量不 高， 基本保持贵州铝厂引进 日本 1 6 0 k a预焙槽用 阳 极质量的水平， 阳极净消耗一般为 4 5 0 k g t ai 少 数铝厂阳极净 消耗 达到 4 2 0 k g t a1 而国际先进 水平阳极净消耗 为 4 0 0 2 0 k g t a l ( 见表 1 ) 。 表 l 各国铝厂主要技术经济指标 收稿 日 期 ： 2 0 0 0 0 2 0 2 维普资讯 2 0 0 1 年第 8期 路忠胜 ： 降低炭阳极消耗对铝厂经济效益的影响 据 了解。 中国预焙 阳极最多使 用 2 7 2 8天， 瑞 典的预焙阳极可使用 3 0天。 由此看来， 阳极是制约 中国电解铝技术进步的主要因素之一。铝厂要进一 步节能降耗以提高经济效益的一个重要方面是提高 阳极质量或降低阳极消耗。因为降低阳极消耗可提 高电流效率、 降低电耗和增加铝产量。设计单位希 望提高 阳极 电流密 度以降低新建铅 厂的投资。然 而， 中国阳极质量实际上并不高， 通常预焙槽 阳极 电 流密度保持在 0 7 2 a c m 的水平上。因此。 必须把 改进阳极质量或降低阳极净消耗放在高度优先的地 位 1 理论基础 1 1 降低阳极消耗可提高电流效率 1 9 9 1 年， 瑞士 w k f i s h e r 等推导 了下列阳极 净消耗 与 电解 工艺 参 数和 阳 极质 量 参数 的 关 系 式 【 ： no =c + 3 3 4+1 2 ( b t一9 6 0 ) 一1 7 c rr+9 3 ap+ 8 t c一1 5 a rr ( 1 ) 式中： n 阳极净消耗， k g t a i ； c 一电解槽系数 ； c e 电流效率， ； b t 电解温度， ； c r r 阳极 c c h反应率余数。 ； a p 阳极空气渗透率， n p m； tc 阳极热导率， w m， k ； ar r 阳极空气反应率余数， 。 由( 1 ) 可知： 阳极净消耗( n ) 与电流效率( c e ) 呈 反比关系， 即降低 n 可提高 c e 。 1 2 降低阳极消耗会增加铝产量 铝产量与 电流效率的关系如下式所示( 1 5 j ： p=8 0 5 2i c e( nt ) 1 0 ( 2 ) 式中： p 一电解槽系列的铝产量， t ； 8 0 5 2 铝电化学常数与每昼夜时数的乘 积 ， g a， d ； i 平均 电流强度， a； c e 电流效率， ； ( t ) 槽昼夜总数 ； n槽数 ； t 槽运行的昼夜数 。 由( 2 ) 可知： 电解槽的铅产量与 电流效率成正比， 即 c e越高 p越大。 已知 n 降低可提高 c e， 由此 可推知 ： 降低 n 会提高 p 。 由( 2 ) 还知： 在 c e和( nt ) 不变 的前提下， 提高 i 也会增加 p 。这就 是通 常所说 的以强化 电流或提 高阳极 电流密度的方法提高铝产量。国内不少铅厂 也试图通过强化电流来提高铝产量， 均不理想， 原固 是阳极质量差满足 不 了要 求。解决 了阳极质量 问 题 铝 电解槽强化 电流 问题届时就不成问题。两者 是相辅相成 的关系， 并且 以阳极质量高为前提。 1 3 降低阳极消耗会降低电耗 铅 电解 电耗与槽平均 电压和 电流效率的关系如 下式所 示 1 4 j ： w =2 9 8 0 u ( 3 ) 式中 ： w 电耗， k wh t a i ； u槽平均电压 ， v； c e 电流效率， ； 2 9 8 0 常数。 由( 3 ) 可知， 当 u不变时， 提高 c e会降低 w。根 据( l ) ， c e与 n 呈反 比关系。则可推知， 降低 n 可 降低 w。 2 降低阳极消耗提 高铝厂经济效益的 实例 2 1 贵州铝厂 贵州铅厂把两种理化指标不同的阳极炭块在相 同的电解条件下试验跟踪下列内容 ： 测定两种阳极 的电流分布与时间关系； 用残极测量结果计算阳极 净耗； 最后统计并比较试验时的技术经济指标。比 较的主要结果列于表 2中。 维普资讯 轻金属 2 0 0 1年第 8期 表 2 两种阳极试 验期间主要技术经济指标 由表 2可见， 阳极理化指标较好的 1 阳极的主 要技术经济指标高于理 化指标稍差的 2 阳极。 电 流效率提高 1 9 5 ； 电耗降低 3 0 6 k wh t a1 ； 阳极 净耗降低 2 2 8 k g t a 1 。这证 明阳极消耗 降低会 提高 电流效率和 降低电耗的基础理论。 2 2 中国长城铝业公司 在 7 5 k a预焙槽上试验氟化铝阳极与普通 阳极 块， 试验结果列于表 3中。 表 3 两种 阳极块试验结果 从表3可知， 当氟化铝阳极净消耗降低 7 8 k g t a 1 时， 电流效率提 高 0 6 5 ， 电耗 降低 9 5 k wh t a1 。这也证明了上述基础理论。 2 3 美国欧迈特( o r me t 】 公司 【 ” 该公司有两个铝 厂， 1 厂和 2 厂。1 厂 下 列公式为指导降低阳极净消耗 。 n =k+3 3 4+9 3 a p一3 7 c r r ) 式中 ： n 阳极净消耗 ， k g t a 1 ； k系数， k g t ai ； c e 铝 电解 电流效率 ， ； a p 阳极空气渗透率 ， mp m c r r 阳极 c o 2反应率余数， 。 1 厂用 8年 多时间把阳极净捎耗 降低 1 2 。 2 厂( 1 ) 为 指 导， 用 2年 时 间使 阳极 净 消 耗 降低 1 0 。1 厂 降低 4 4 2 k g t a 1 ， c e提高 4 1 ， 电解质中含碳量从 0 2 8 降低至 0 0 7 。2 厂的 n 降低 3 9 6 k g t a 1 ， c e提高 1 。 两个厂每年 因降低 n。 和提 高 c e而获得的经 济效益约 1 0 0 0 万美元。 3 小结 中国铝工业发展中的重要挑战之一是炭阳极的 质量问题。在中国要解决阳极质量 问题 首先是领 导者的认识与重视。 降低阳极消耗可为铝 厂带来如下几个方面 的经 济效益 ： 阳极本身具有价值 目前国内炭 阳极 的价格为 2 8 0 0元 t 。降低 阳 极消耗意味着降低铝生产成本， 又节省资源。 提 高电流效率 可提高铝产量。 降低电耗 可降低铝生产成本和节 省资源。 增加铝产量 除降低阳极消耗可提高 电流效率进而增加铝产 量之外， 阳极质量高可提高阳极电流密度， 通过强化 电流提高铝产量。 提高 阳极质量和 降低阳极消耗 ， 不但会给老厂 带来上述经济效益 而且给 新建 铝厂带来额外的经 济效益， 即降低基建投资。 参考文献 ： 1 王祝堂 轻金属 j j 2 0 0 0 ( 3 ) ： l 6 2 扬晓东等 我国预培铝电解槽技术的进展 轻金属： j 2 0 0 0 ( 7 ) 3 6 3 粱学民等 九十年代我国铝 电解技术新进展 轻金j 一 j ： 2 0 0 0 ( 2 ) ： 3 3 3 3 4 殷毓符等 大型预培槽技术管理浅谈 轻金属 j 1 9 9 8 ( 9 ) ： 2 4 28 5 j 李赦生 铝工业废渣利用与开发 轻金属i j 1 9 9 5 ( 1 ) ： 2 6 -2 8 6 ： 张毓海 轻金属 u i 9 9 4 ( i 0 ) ： 2 2 ， 7 j 郭 搏国联音铝业公司铝电解工艺技术 轻金属 j 1 9 9 6 ( 2 ) ： 3 l 36 3 j 黄永忠 访美之启迪 轻金属 j 1 9 9 6 ( 1 0 ) ： 2 9 3 3 9 王醒钟 ， 瑞典 挪威铝电解工艺技术及环 境治理 轻金属 j 1 9 9 5 ( 1 ) ： 2 9 3 6 1 0 韦藕光 a p 3 0电解 技 术及 新系 列起 动经验轻 金属 j 1 9 9 5 ( 3 ) ： 1 3 2 5 1 1 吕增旭等 预焙阳极添加氟化铝试验 轻金属 j 1 9 9 9 ( 1 1 ) ： 3 4 3 6 1 2 ： 周铁托替 铝电解槽低电解温度稳定控制技术和综合研究 轻垒 儡u 1 9 9 9 ( i 1 ) ： 3 7 4 i 1 3 ： ( 有色冶金炉设计手册 编委会编 有色i 白 金炉设计手册 m 冶 金工业出版杜， 2 0 0 0 ， 9 4 9 i 4 j w k f l 5 c h 盯 g t i n te r de p e nde n c e b e twe e n a no de net c ons um pt1 0n and p0t desi gn， p ot operati ng p a ra me t e r s a nd a node p rop e rt i e s l egh t me t a h j 1 9 9 1 6 81 6 8 6 1 5 邱竹贤 铝电解 m 冶金工业出版杜， 1 9 8 8 1 6 戚隽 阳楹质量对电解生产的影响 轻金属 j 1 9 9 7 ( 1 2 ) ： 3 0 3 3 1 7 z e n o d e mo r i p p ac t i c &l e xp e ri e nc e wi t h a f o rmul a f or the p re0i ct1 0n 0f the anode net cons omp t