铝电解槽发展史

铝电解槽发展史从1886年到现在，Hall—Heroult的冰晶石—氧化铝熔盐电解法，已经快有120年历史了，在此期间，此电解炼铝的工艺和方法原理没有变化，然而期电解槽的结构发生了很大变化。铝电解生产由最初的电耗40kWh/kg.Al【】电流效率75%，（1889年Heroult槽）】和电耗31kWh/kg.Al【电流效率80%，（1892年Hall槽）】，降到现在的电耗12.5kWh/kg.Al（直流电耗），电流效率96%以上。电解槽的容量（电流）由最初的几千安培，增加到现在的500kA。电解槽结构按阳极特性来划分，经历了从预焙阳极到侧插自焙阳极，到上插自焙阳极，又到预焙阳极的阶段。期间也出现过连续预焙阳极试验电解槽，但未成功推广。电解槽初期阶段，是小型预焙阳极电解槽，图1.图11912年Heroult的12000A电解槽电耗25000kW·h/tAl,阴阳极电流密度1.0～1.2A/㎝2当时槽容量是12000A，电耗25000kw.h/t.Al，阳极电流密度1.0—1.2A/㎝2,特点是电流小，电压高，阳极电流密度大，电耗高，电流效率低。现代铝工业上有两类、共四种形式的电解槽：·自焙阳极电解槽侧插棒式上插棒式·预焙阳极电解槽不连续式连续式自焙槽起始于1923年，是由挪威人在生产铁合金电路连续自焙电极的基础上发展起来的。在20世纪60年代，侧插自焙槽最大电流达到100kA，上插自焙槽在20世纪50—70年代，在世界范围内得到了很大发展，其电解槽的最大电流达到了170—180kA，当时指标是：电流效率88～90%，电耗15000kw.h/t.Al。自焙槽特点有：①使用的阳极糊靠电解槽自身的热量使其焙烧成良好的导电体，使电解槽上部散热得到合理利用。综合节能。②由于直接使用阳极糊，节省了预制阳极过程的成型，被烧，加工，阳极组装等工艺与工序工程，以及该过程需要的燃料和各种消耗及劳动费用于投资。阳极的制造成本。③不需要定期更换阳极，工艺简单，劳动强度低，对电解正常运行干扰少。④机械化和自动化操作程度低，劳动强度大。⑤集气效率低，劳动条件差。⑥阳极糊产生的大量碳氢化合物等气体不能同电解产生的氟化氢等气体分开，混在一起，不容易回收，对环境污染。图2、图3、图4为各个时期铝电解槽简图图2连续式预焙阳极电解槽简图1—阳极炭块2—阳极棒3—阳极母线4—槽壳5—阳极炭块接缝6—阴极炭块7—阴极棒8—保温层图320世纪60～80年代以前广为使用现仍有少量存在的侧插阳极棒自焙阳极电解槽图420世纪80年代前广为使用的上插阳极棒自焙阳极电解槽图5当代的预焙阳极电解槽预焙阳极电解槽的优点是：阳极已经预先焙烧好，不再在电解槽上散发沥青烟气，电解厂房烟害少；阳极压降低；电解槽上部金属结构和阳极结构简单；可以大型化，操作的机械化和自动化程度较高，电流效率高，电耗率较低。当然，各种槽型各有优缺点。表1列出了从1890年以来100余年各种电解槽的发展概况，表2列出了现代率电解槽的技术参数和生产指标。表1工业铝电解槽的发展概况（表中η为电流效率，%；ω为电耗率，kw.h/kg）1988～1990年至1930年至1950年至1970年1980年以来不连续预焙阳极电解槽4000～8000A（1888年开始）η=70ω=4220000Aη=70～80ω=18～2550000Aη=88ω=18125000Aη=92ω=14～1518000～280000～300000η=92ω=13～14侧插棒自焙阳极电解槽8000～25000A（1923年开始）η=80ω=2080000Aη=87ω=16.0～16.5135000Aη=87ω=15～16135000Aη=90ω=14～15上插棒自焙阳极电解槽1940年开始试验100000Aη=86ω=14～15150000Aη=90ω=14～15连续预焙阳极电解槽1955年开始试验110000Aη=88ω=15～16120000Aη=88ω=15表2现代工业铝电解槽的技术参数和生产指标技术参数和生产指标280kA预焙槽110kA连续预焙槽60kA侧插棒槽150kA上插棒槽阳极电流密度，A/㎝20.700.70～0.800.80～0.850.65～0.70槽电压/V4.0～4.1—4.34.4～4.6温度/℃945～960960～970950～960960～970极距/㎝4.0—4.04.5～5.0NaF/AlF3摩尔比～2.22.6～2.82.6～2.82.6～2.8Al2O3浓度%2～43～53～53～5添加剂%CaF26CaF26CaF23MgF25LiF3CaF23～5MgF25电解质水平，㎝20～22—16～1818～20铝液水平，㎝12～15—24～2624～26效应系数，次/槽·日0.1—0.30.5电流效率，%908788～9088～90铝产量，kg/槽·日20307704301075电耗率，Kw·h/t13000150001420045000随着阳极碳块制造技术的发展，特别是能生产出性能更好的预焙阳极炭块，推动了预焙阳极电解槽的发展。点式下料技术的发明和应用，计算机技术推广，多功能天车的研发与推广，磁场设计更先进可靠，是预焙阳极电解槽的各项指标达到一个更好的水平。