羅星 白洋 敖春平
摘 要:隨著近年來(lái)高純度電解鋁工業(yè)的迅猛發(fā)展,國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)的不斷調(diào)控,高純度電解鋁市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,如何采取有效措施節(jié)能降耗從而降低成本是企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。本文就如何對(duì)高純度電解鋁用電矛盾突出,原材料價(jià)格過(guò)高且純度不足等不利因素,以節(jié)能降耗為中心,分別從如何降低槽電壓、提高電流效率和通過(guò)原材料加入的改進(jìn)等新技術(shù)來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的目的,粗略淺談了生產(chǎn)高純度鋁節(jié)能降耗的幾種途徑。
關(guān)鍵詞:槽電壓;電流效率;節(jié)能降耗;高純度鋁;保溫措施
眾所周知,三層液電解精煉法是一種目前工業(yè)生產(chǎn)高純度鋁的最主要方法。
三層液電解精煉法的基本原理為:利用精鋁、電解質(zhì)和陽(yáng)極合金的密度差形成液體分層,在直流電的作用下,熔體中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)即陽(yáng)極合金中的鋁進(jìn)行電化學(xué)溶解,生成 Al3+離子:Al-3e=Al3+
Al3+離子進(jìn)入電解液以后,在陰極上放電,生成金屬鋁(即高精鋁):Al3+3e=Al
而合金中Cu、Si、Fe等元素不溶解,在一定濃度范圍內(nèi)僅積聚于陽(yáng)極合金中,這是由于其電位均正于鋁,且在合金中還有足夠量鋁的緣故。
而合金中夾雜的Na、Ca、Mg等幾種電位負(fù)于鋁的元素同鋁一起溶解,生成Na+、Ca2+、Mg 2+進(jìn)入電解液并積聚起來(lái),在一定濃度、溫度與電流密度下,這些雜質(zhì)不會(huì)在陰極上放電。因此在陰極上得到純度較高的精鋁。
隨著能源價(jià)格的飛漲和環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格,如何節(jié)能降耗已成為當(dāng)今高純鋁生產(chǎn)行業(yè)研究的重點(diǎn)。目前75KA電解槽電流效率一般都在97%左右,理論電流效率一般認(rèn)為是98%,而槽電壓一般都在4.30-4.55V之間,由此可見(jiàn),挖掘節(jié)能降耗的潛力巨大。因此,研究探討節(jié)能降耗工作就顯得特別重要,在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中,我們摸索總結(jié)出了幾點(diǎn)節(jié)能的方法和措施。
1 降低槽電壓
槽電壓的組成:E槽=E分解+E過(guò)+E電解質(zhì)+E陽(yáng)極+E陰極+E其他
逐步降低槽電壓是維護(hù)槽熱平衡最主要的因素,它決定著電能消耗率。槽電壓偏高,則電能消耗越高,且容易破壞規(guī)整的爐膛,甚至導(dǎo)致熱行程運(yùn)行,增加在產(chǎn)鋁的二次氧化損失,俗稱為燒損,導(dǎo)致電流效率的降低,又會(huì)影響單槽原鋁質(zhì)量。
2 提高電流效率
2.1 規(guī)整的爐膛
(1)規(guī)整的爐膛內(nèi)型,會(huì)使電、熱、磁、三場(chǎng)分布均勻,防止側(cè)部漏電;
(2)鋁水液面波動(dòng)小,工作電壓平穩(wěn);
(3)減少換極、及頻繁操作產(chǎn)生對(duì)鋁水的波動(dòng);
(4)創(chuàng)造較穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝條件,有利于持續(xù)高效率生產(chǎn)。
2.2 降低空耗電流
(1)降低短路口電壓;
(2)降低母線接口電壓;
(3)降低平衡母線與陰極導(dǎo)桿接觸面電壓;
(4)降低過(guò)路各接口黑電壓;
(5)降低陽(yáng)極爐底電壓;
(6)降低電解質(zhì)電壓等。
3 電解質(zhì)層的作用
三層液電解法中的電解質(zhì)層屬于發(fā)熱層,它的高低決定了電解槽電耗的指標(biāo),如果電解質(zhì)的高度保持區(qū)間為8-10公分之間,在電解槽兩側(cè)料室不滲漏的情況下,電解質(zhì)層鋁水及合金的中間揮發(fā)性基本很小,所以調(diào)電解質(zhì)的間隔時(shí)間可以酌情考慮,極距越低電解槽的電耗指標(biāo)越低,但必須適當(dāng)有度,否則會(huì)導(dǎo)致混層事故發(fā)生,勞民傷財(cái),得不償失。
4 開(kāi)展保溫措施
可以利用石棉被覆蓋于蓋板表面進(jìn)行保溫,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)證明,當(dāng)電解槽鋁表面溫度介于750-760℃之間時(shí),覆蓋石棉被可提高槽溫5-10℃,進(jìn)而電流效率提高0.5%-1%;電解槽兩側(cè)料室中合金濃度在38%-42%時(shí),料室中的合金溫度在591℃,兩側(cè)料室利用石棉罩保溫,可提高5-8℃,對(duì)于融化固體鋁起到了重要作用。
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況,精鋁槽本身為保溫槽,建立其穩(wěn)定的電熱平衡,才能保持穩(wěn)定高效的生產(chǎn),電解槽兩側(cè)散熱孔以及料室兩側(cè)的散熱孔,利用石棉纖維板堵住進(jìn)行保溫,電壓從4.2V直接降低到4.05V,降低了0.15V,節(jié)省了電耗456 kwh。
5 利用陰極節(jié)能
鋁陰極肩負(fù)著電極導(dǎo)電的作用,其導(dǎo)電大小也決定著電解槽是否平穩(wěn)生產(chǎn)的因素。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明,在清極三天之內(nèi)的電解槽,陰極導(dǎo)電大小可調(diào),本著調(diào)低不調(diào)高的原則進(jìn)行操作,使電解槽導(dǎo)電處于平衡狀態(tài),在穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件下,對(duì)電解槽操作因素進(jìn)行干預(yù),盡量不破壞自身建立的電熱平衡,可以保持優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
陰極與母線之間的壓降稱為鋁-鋁壓降,處理鋁-鋁壓降也可降低生產(chǎn)槽的電耗,12根鋁陰極鋁-鋁壓降處理前電壓為69.8mv,處理后為42.36 mv,電壓共計(jì)降低27.44mv,電耗降低834.4kwh,立柱母線進(jìn)行定期緊固也可降低電耗,根據(jù)實(shí)際情況測(cè)量,緊固前為26.2mv,緊固后為17.2mv,降低電耗273.6kwh。
6 中心罩門的方式與作用
三層液電解槽的中心罩門必須設(shè)計(jì)為可調(diào)式罩門,根據(jù)近幾年的實(shí)踐表明,中心罩門離鋁水表面介于15-20cm時(shí)的高度為最佳保溫高度,可以更有效的對(duì)三層液電解槽開(kāi)展保溫。
7 新技術(shù)對(duì)75KA精鋁電解生產(chǎn)節(jié)能的貢獻(xiàn)
一般三層液法提取高純度鋁,均采用普鋁水加入,而往往普鋁水的純度不足,造成生產(chǎn)出的高純度鋁質(zhì)量不穩(wěn)定,部分微量元素偏高,且耗能過(guò)大,而通過(guò)我們的實(shí)踐和研究,盡量使用純度在99.70鋁錠,可以大幅度提高高純度鋁的質(zhì)量。
另外液體普鋁的添加也可以降低電耗的指標(biāo),加固體鋁在融化的過(guò)程中需要吸收熱量,電解槽建立的熱平衡必將放熱融化鋁錠,本身槽內(nèi)溫度降低,電解質(zhì)的導(dǎo)電度降低,導(dǎo)電性變差,電壓升高,但普鋁水的溫度在進(jìn)廠時(shí)在940-960攝氏度之間,高于精鋁槽的本身溫度,普鋁水多余熱量將傳遞到槽內(nèi),不但能提高槽溫,也能增加導(dǎo)電率,所以普鋁水的添加也是降低電耗指標(biāo)的一項(xiàng)措施。
目前,中國(guó)是世界產(chǎn)鋁的第一大國(guó),而提取高純度鋁也屬于重點(diǎn)耗能項(xiàng)目,因此,節(jié)能減排降耗工作是我們的重大目標(biāo)追求。我們一方面要加強(qiáng)生產(chǎn)的控制操作和精細(xì)化管理技術(shù),優(yōu)化電解槽本身技術(shù)條件、發(fā)揮最佳性能和延長(zhǎng)使用壽命;另一方面要繼續(xù)開(kāi)展各種節(jié)能降耗工作的深入研究。為我國(guó)提取高純度電解鋁的技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能減排做出更大更突出的貢獻(xiàn)。