新型阴极结构高效节能电解槽.ppt

1、新型阴极结构高效节能电解槽 铝电解的若干技术问题,铝电解槽新结构新技术研讨,阴极碳块纵向方向单凸起，一个间断。凸起高度915cm，宽1735cm,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,阴极碳块纵向方向一个间断。凸起高度915cm，宽度1735cm,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,第二种凸起与阴极碳块的纵向方向一致， 三个间断。凸起高度915cm，宽度1735cm,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,第三种：横向凸起与纵向凸起交叉排列,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,第四种：在同一个阴极碳块上有一排横向凸起的阴极结构铝电解槽排与排之间的凸起相互

2、交错,第四种：在同一个阴极碳块上有两排横向凸起的阴极结构铝电解槽排与排之间的凸起相互交错,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,新型阴极结构高效节能电解槽阴极结构的设计原则。要使阴极铝液具有最小的铝液波动，为此：1）阴极碳块上的凸起结构，应使铝液能在竖立的凸起之间有流动性，且铝液的流速平稳，速度较小。2）凸起上表面的铝液层的高度不能太高，也不能太小。如太小容易使凸起展露于电解质熔体中，引起凸起的电化学腐蚀；太高，使减波的效果降低。比较适宜的应在高出凸起上表面5cm左右。,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,各种阴极结构的比较：每种阴极结构都有减波和减少铝液流速的功能，但：第一种阴极结构：在阴

3、极碳块的纵向方向和阴极周边有较大的铝液流速；第二种、第三种和第四种阴极结构无论是x方向还是y方向，铝液流速大大被减小，减波功能效果更好。,展望：后两种新型阴极结构电解槽的阴极结构可能是未来的应用和发展方向。,一、关于新型阴极结构电解槽的阴极结构,目前，全国有一半的电解铝厂，使用和开始使用新型阴极结构高效节能的铝电解技术。所有已使用新型阴极结构电解槽技术的电解槽都取得了明显节电效果，大多数电解铝厂的新型阴极结构电解槽的节电效果为电耗降低8001000 kWh/t-Al，有的达到和1000 kWh/t-Al以上。其节电效果的差别与电解槽的工艺技术条件、操作方法和电解槽的设计有关 。 华东铝业200

4、kA系列新型阴极结构电解槽于2009年6月份陆续启动和投产至今已经有一年了，其指标为： 平均直流电耗为12043kWh/t-Al，平均原铝可比交流电耗为12545kWh/t-Al。平均铝锭综合交流电耗为12790kWh/t-Al。2009年，国内铝厂平均铝锭综合交流电耗为14171kWh/t-Al，华东铝业系列新型阴极结构电解槽的平均铝锭综合交流电耗为12790 kWh/t-Al，比全国水平低1381 kWh/t-Al。,二、新型阴极结构电解槽的应用情况,三、关于新型阴极电解槽热平衡问题，以及槽内衬保温结构设计的原则,新型阴极结构电解槽在槽电压降低以后，要按照如下的技术原则，实现给定电解工艺技

5、术条件下的热平衡： 在保证良好的工艺技术条件下，适当地降低电解槽内的铝液水平，以便于达到减少电解槽侧部散热损失的目的。 铝水平下降后，阳极高度下降，槽膛上部空间增加，因此可增加上部保温氧化铝料层的厚度，以达到增加槽面保温，减少电解槽上面的热损失的目的。 槽膛的侧部不宜过于保温，适当的电解槽侧部散热型结构有利于形成较厚的槽帮结壳，减少阴极铝液的界面面积，减少铝的溶解损失，提高电解槽的电流效率，但在电解槽的四个角部，可在原设计的基础上，加强保温。 为了减少电解槽的散热损失，可在电解槽阴极钢棒以下槽底以上的腰带形内衬处加强保温。,要采取槽底适度保温的原则。槽底过度保温的后果是，阴极碳块上由铝水散发出

6、的热量不能有效地从底部散出，而是将其传给铝水。科学合理的电解槽槽底内衬的保温，要满足如下的两个基本条件： 1）紧贴阴极碳块下表面防渗料的温度在正常生产时约880左右。 2）阴极铝水上表面温度要高于底部的温度，从铝水到阴极碳块，再到阴极碳块下部的耐火材料，再到槽底钢板，要形成一个从上到下逐渐降低的温度梯度，要绝对防止阴极碳块上表面温度大于阴极内铝水的温度。 新型阴极结构电解槽当槽电压降低采取上述保温措施后仍觉得电力不够，可适当强化一些电流，以增加电解槽的能量。,三、关于新型阴极电解槽热平衡问题，以及槽内衬保温结构设计的原则,四、关于新型阴极结构电解槽的电流效率问题,使电流效率降低的因素很多，其中

7、，阴极铝液面稳定性好坏对电流效率的高低有重要影响。新型阴极结构电解槽由于能使电解槽阴极铝液面的稳定性有所改善，因此，有利于提高铝电解的电流效率。但是由于新型阴极结构电解槽极距的降低，又有使电流效率降低的一面。极距越低对电流效率的影响越大，因此，电解槽的电流效率要看二者的综合效果。 重庆天泰铝业170kA新型阴极结构3台试验槽2年多的平均数据，在3.76伏左右的槽电压工作状态下，电流效率仍比系列对比传统电解槽电流效率高1左右。华东铝业200kA新型阴极结构电解槽系列6个月的考核指标给出的电流效率在3.72伏的平均槽电压情况下，与阴极未加改进的对比电解槽的电流效率略高一点。 有的电解铝厂采用新型阴

8、极结构电解槽后，虽然槽电压降低了很多，电解槽也比较稳定，并实现了很大的节电效果，但电解槽的电流效率并没有提高，反而有些降低。 这种差别，反映了有的电解铝厂还没有完全掌握新型阴极结构电解槽工艺和操作上的特点和规律性。另一方面，在电解槽内衬结构的设计上也可能存在某些方面的不足。,四、关于新型阴极结构电解槽的电流效率问题,1、铝电解槽可在适当高一些的电解温度下进行，但过热度不要大于10。人们的思想观念不要进入电解温度越低越好的误区。在低过热度、较高温度条件下的电解是最节能的好办法。过低的电解温度如下缺点： 过低的电解温度，使电解质的粘度增加，氧化铝的溶解度和溶解速度降低，电解质导电性变差。 过低的电

9、解温度使电解槽的阳极过电压和阴极过电压升高。 过低的电解质分子比，常常造成电解质过热度的增加，槽帮不长壳，槽膛宽。 法国彼斯涅电解槽的电解温度都在960以上。但电解质的过热度要严加控制。电解质的过热度一般在810最好，对于电解质中氟化锂和氟化钾含量较多的电解槽而言，电解质的电解温度可以低一些。 对电解质中KF的存在对电流效率的影响有待进一步的研究。,对提高CE的几点建议：,四、关于新型阴极结构电解槽的电流效率问题,法国彼斯涅电解槽的电解温度都在960以上。但电解质的过热度要严加控制。电解质的过热度一般在810最好，对于电解质中氟化锂和氟化钾含量较多的电解槽而言，电解质的电解温度可以低一些。 对

10、电解质中KF的存在对电流效率的影响有待进一步的研究。,2、电解槽要具有尽可能少的阳极投影区以外的阴极铝液面面积。 3、新型阴极结构电解槽不要求槽底有过强的保温。,五、关于新型阴极结构电解槽阴极铝液内的磁场,出电侧,出 铝 端,B14,B13,B12,B11,B10,B9,B2,B1,B8,B7,B6,B5,B4,B3,A14,A13,A12,A11,A10,A9,A2,A1,A8,A7,A6,A5,A4,A3,9,10,11,12,13,14,15,16,1,8,7,6,5,4,3,2,烟 道 端,进电侧,垂直磁场：,六、关于新型阴极结构电解槽阴极凸起的寿命问题,华东铝业200kA系列94台电

11、解槽的近1年的运行数据，凸起高度的消耗速度1.0cm/年左右。,重庆天泰铝厂的3台170kA试验槽的运行数据。这3台试验槽其阴极碳块上凸起的消耗平均在34cm/年。原因：,凸起的高度设计为11cm。如果按照1cm/年的消耗速度，新型阴极结构电解槽运行67年是不存在问题的。,这是一个大家都很关心的问题：,七、关于电解质成份在降低铝电解槽槽电压上的作用问题,一般公式,是冰晶石熔体种氧化铝的理论分解电压， 对 有影响的因素：T、CR、 ；,阳极反应过电压 影响阳极过电压的因素：Ia、T、CR；,阴极过电压 影响阴极过电压的因素：Ia、T、CR；,阳极电压降。I 为系列电流，Ra为阳极电阻 从表面上看

12、，I与Ra之间没有关系，实际上,阴极电压降。Rc为阴极电阻 从表面上看， I与Rc之间没有关系，实际上,是电解质电压降。Re为电解质电阻。,由上述公式可以看出：槽电压是 的函数,确定后，槽电压即可确定。,七、关于电解质成份在降低铝电解槽槽电压上的作用问题,要想使槽电压降低，则必须降低,在 I 不变的情况下， 都使 减小； 如果电解槽保持原槽电压不变，这些数值降低，这时必须使极距增加。,I 增加，如果不是增加很大，基本上不会使 有很大的变化。,电解质中添加LiF、KF可使Re降低，在槽电压不变的情况下会使电解槽的极距增加。,极距与电解质电阻的关系 电解质的电阻大小，代表电解质导电性的好坏，文献中

13、常以电导表示。电导是电阻率的倒数，即,意义是 x 越大，导电越好。,国内外广泛使用的电解质熔体导电率的公式是：,七、关于电解质成份在降低铝电解槽槽电压上的作用问题,表1 不同温度不同分子比和不同LiF、KF含量电解质熔体的电导率 （Li3AlF6=0，Al2O3=2%，CaF2=5%，MgF2=0）,下面以例说明极距与电解质分子比、温度、电解质中LiF和KF组份含量的关系，CR、T、LiF、KF对电解电导的影响列于表1所示。,目前尚无KF对电解质熔体电导影响的数据，在此计算式中，把KF和NaCl对电导影响看成是相同的。 在表中将LiF和KF对电解质电导的影响加以重点说明，是因为我国河南等地区的

14、铝土矿含Li和K，导致用其所生产Al2O3中含K2O和Li2O，从而使电解质熔体中富集LiF和KF 。,七、关于电解质成份在降低铝电解槽槽电压上的作用问题,假定，在电解质分子比为2.4，电解温度为940， Al2O3=2%，CaF2=5%时的极距为4.5cm。 则：CR2.6，t965，LiF6，CaF2=5%时，极距为5.6cm。 因此，对这样的电解槽，将极距降低1cm（约0.3伏电压），即槽电压从4.1伏降低到3.8伏是完全可能的。 如果新型阴极结构电解槽使用这样的电解质组分和电解工艺技术条件，二者的综合作用，将极距进一步降低到4.0cm，实现槽电压3.65伏完全是可能的。 如果做得好，使用上述的后几种新型阴极结构电解槽的结构，槽电压降低到3.6伏，也是可能的。我对此充满信心。但此时要很好地解决电解槽内衬保温层设计问题，且电解槽的温度和过热度等方面的工艺控制需要更加严格。,七、关于电解质成份在降低铝电解槽槽电压上的作用问题,八、关于铝电解槽强化电流