馬軍璽

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海 湟中 811601）

電解鋁生產(chǎn)過程就是以氧化鋁、炭陽極為原料，在直流電的作用下制取金屬鋁液的過程，炭陽極即是直流電的載體，也是生產(chǎn)原料，鋁電解電化學(xué)反應(yīng)方程式是[1]。

反應(yīng)過程生成液體鋁和二氧化碳，理論上鋁電解過程生產(chǎn)1噸鋁液需要消耗陽393kg/t.Al，而實際上目前各鋁電解企業(yè)陽極凈耗在400kg/t.Al～440kg/t.Al，陽極消耗每增加1kg/t.AL，噸鋁生產(chǎn)成本會上升2.5元～3.5元，而陽極凈耗大于理論消耗的部分都以氧化和掉渣的形式浪費掉了，產(chǎn)生更多的二氧化碳和廢碳渣也會污染環(huán)境[2,3]。因此，加大技術(shù)升級力度，細(xì)化內(nèi)部生產(chǎn)管理，降低噸鋁陽極毛耗，減少電解鋁生產(chǎn)二氧化碳和碳渣排放量，成為了鋁電解生產(chǎn)管理的重要課題[4]。某電解鋁企業(yè)2012年陽極毛耗完成490kg/t.Al，2012年至2014年該公司采取優(yōu)化電解生產(chǎn)工藝、改進陽極結(jié)構(gòu)尺寸等技術(shù)方法和措施，成功的將陽極毛耗降低到476kg/t.Al，陽極毛耗降低幅度14 kg/t.Al。

1 降低陽極毛耗意義

鋁用炭素陽極的高效利用不僅與電解槽工藝技術(shù)條件、電解現(xiàn)場操作質(zhì)量有關(guān)，還與陽極質(zhì)量的優(yōu)劣有關(guān)，直接影響鋁電解生產(chǎn)的正常生產(chǎn)秩序運行和經(jīng)濟效益，是鋁電解降低物耗成本的重要抓手，每一個鋁電解企業(yè)都在對不同階段，采取相應(yīng)技術(shù)措施和管理手段。降低陽極毛耗意義主要有以下幾方面：①可以延長陽極換極周期，減少電解操作工換極、打撈炭渣勞動強度，節(jié)約有效工作時間，增加對電解槽日常巡視維護時間，故障排除力度，降低突發(fā)效應(yīng)等異常情況。②可以減少對電解槽人工操作頻次，提高電解槽自控能力，以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟運行。③可以減少炭素分廠生產(chǎn)量，為炭素各工序?qū)嵤┯媱潤z修贏得更充分時間，有利于炭素系統(tǒng)良性循環(huán)生產(chǎn)，減少設(shè)備超負(fù)荷運行帶來潛在安全生產(chǎn)風(fēng)險。④可以實現(xiàn)鋁電解企業(yè)電解、炭素兩大生產(chǎn)系統(tǒng)雙贏，降低生產(chǎn)成本。

2 陽極消耗理論分析

（1）影響陽極凈消耗因素分析。根據(jù)國外連續(xù)20年對各種預(yù)焙陽極電解槽工作特性、陽極質(zhì)量特性、電流效率和陽極消耗指標(biāo)等長期統(tǒng)計分析，得出關(guān)于陽極凈耗計算公式：

NC=C+334/CE+1.2(BT-960)-1.7CRR+9.3AP+8TC-1.5ARR（公式2-1）[4]

式中：NC-陽極凈耗390kg/t～480kg/t；C-電解槽性能系數(shù)270～310；CE-電解槽電流效率87%～95%；BT-電解槽工作溫度940℃～980℃；CRR-CO2反應(yīng)剩余率75%～92%；AP-空氣滲透率0.5nPm～5.0nPm；TC-熱導(dǎo)率3.0W/(M.K)～6.0W/(M.K)；ARR-空氣反應(yīng)剩余率55%～93%。①保持電解槽高效穩(wěn)定運行，提高電解槽電流效率；②合理調(diào)整工藝技術(shù)條件，保持較低的電解溫度。

公式表明，當(dāng)電解工藝技術(shù)條件保持穩(wěn)定前提下，降低陽極凈耗主要從炭素生產(chǎn)管理以下方面采取措施：①改進陽極的空氣反應(yīng)性；②提高陽極的二氧化碳反應(yīng)性；③降低陽極的空氣滲透性；④降低陽極的熱傳導(dǎo)。

2.2 影響陽極換極周期因素分析

陽極更換周期公式：

式中：Ha-陽極有效高度cm；ρv-陽極體積密度g/cm3；da-陽極電流密度A/cm2；η-電流效率%；鋁的陽極凈消耗量。

公式表明，在保證陽極不透底情況下，延長陽極換極周期從以下方面采取措施：①增加陽極有效高度；②增加陽極體積密度；③降低陽極電流密度；④穩(wěn)定電流效率；⑤降低陽極單耗量。

3 現(xiàn)狀分析

動力供電系統(tǒng)的穩(wěn)定是低物耗控制的基礎(chǔ)，該電解鋁企業(yè)通過對供電隱患進行系統(tǒng)分析，實施技術(shù)改造，排除隱患，基本確保了電解350KA系列和400KA系列電流運行穩(wěn)定。電解槽工藝技術(shù)條件控制是減少陽極損耗的必要條件，該電解鋁企業(yè)實施電解槽低溫低電壓、低分子比、低電解質(zhì)水平控制，有利于降低陽極凈耗。通過以上工藝管理措施實施，為實施陽極結(jié)構(gòu)改造，進一步降低陽極毛耗創(chuàng)造了條件。

4 技術(shù)攻關(guān)重點轉(zhuǎn)移

在固化電解槽基礎(chǔ)管理前提下，將降低陽極毛耗重點轉(zhuǎn)移到炭素系統(tǒng)，在炭素原有原料品味、炭塊理化指標(biāo)不變條件下，通過技術(shù)分析，結(jié)合電解槽結(jié)構(gòu)，對炭素生產(chǎn)工藝、設(shè)備進行改進，改變預(yù)焙陽極塊的結(jié)構(gòu)和尺寸。

5 制定方案

將原有陽極寬度不變，長度增加40mm，即在原有陽極長度基礎(chǔ)上對稱加長20mm,對炭碗深度由目前130mm計劃調(diào)整115mm,同時增加上下部陽極倒角，增加陽極開槽。

（1）對加長陽極尺寸進行電解論證。從圖1反映，電解一、二系列原陽極中縫間距220mm,陽極對稱加長20mm后，陽極中縫間距縮小為180mm滿足電解打殼下料要求。

同時電解一、二系列目前陽極與側(cè)壁的間距300mm，陽極對稱加長20mm后，陽極與側(cè)壁的間距縮小為280mm滿足電解邊部加工要求，實施加長陽極具有可行性。

圖1 電解槽結(jié)構(gòu)圖

（2）增加陽極長度與原陽極電流密度變化比較

表1 陽極尺寸變化

表2 陽極尺寸對應(yīng)陽極電流密度變化對比

依據(jù)表1計算，得出表2結(jié)論，通過加長陽極，可以解決強化電流后陽極電流密度不增加或降低的技術(shù)可行性。

6 電解生產(chǎn)管理的適應(yīng)性改進

①針對加長陽極使用減小陽極中縫間距情況，修改保溫料添加標(biāo)準(zhǔn)，做好陽極防氧化，防止下料點堵料、控制效應(yīng)等工作。②針對陽極電流密度減小，組織力量每天監(jiān)測電解槽電解質(zhì)水平，對低于控制下限的電解質(zhì)水平及時進行調(diào)整，防止電解質(zhì)收縮。③為保持電解槽熱平衡，防止槽溫下降組織對電壓、分子比控制進行定期評判，及時進行調(diào)整。④為保持電流強度不變，減少電流波動幅度，對供電系統(tǒng)進行穩(wěn)流技術(shù)攻關(guān)。⑤為提高電解槽允許穩(wěn)定性，對智能控制系統(tǒng)進行了程序更新和控制參數(shù)調(diào)整。⑥轉(zhuǎn)變物耗管理思路，擺正電解槽與陽極毛耗的關(guān)系，保證陽極不透底前提下，適當(dāng)延長換極周期。⑦強化停開槽陽極管理，及時消耗停開槽高位殘極，最大程度利用高殘極。

7 結(jié)論

通過陽極結(jié)構(gòu)改造，從根本上解決公司電解系列強化電流后保證陽極電流密度不增加，解決了進一步降低鋁液陽極毛耗瓶頸，鋁液陽極毛耗較改造前降低14 kg/t-AL，陽極凈耗降至398 kg/t-AL,較行業(yè)陽極凈耗平均水平410 kg/t-AL降低12 kg/t-AL，達到行業(yè)先進水平，收到巨大經(jīng)濟效益。按公司電解滿負(fù)荷57萬噸電解鋁計算，使用改造陽極，每年較使用原尺寸陽極節(jié)約成本3873萬元。減少電解換極量，減少陽極拉運量，降低電解操作工工作量，減少電解廠房無組織排放量，有利于現(xiàn)場操作人員健康，提高企業(yè)環(huán)保指標(biāo)。