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铝燃料电池市场发展现状概述铝燃料电池是一种基于铝和水反应产生电能的新型能源技术。
相较于传统的锂离子电池，在能量密度、安全性和环境友好性等方面具有明显优势，因此备受瞩目。
本文将对铝燃料电池市场的发展现状进行分析。
技术原理铝燃料电池的工作原理是通过铝粉和水反应生成氢气，然后利用氢气与氧气反应产生电能。
铝燃料电池具有较高的能量密度和快速的充电速度，此外，铝燃料电池还具有低温工作和长寿命等优点。
市场规模铝燃料电池市场在近年来保持着稳定增长的态势。
据统计，2019年全球铝燃料电池市场规模达到了XX亿美元，并预计在未来几年内将以X%的年均增长率增加。
铝燃料电池的市场前景广阔，吸引了众多投资者和科技企业的关注。
应用领域1. 便携式电子设备由于铝燃料电池具有高能量密度和快速充电的特点，因此被广泛应用于便携式电子设备，如智能手机、平板电脑和便携式充电器等。
相较于传统的锂离子电池，铝燃料电池在续航能力和充电速度上更具竞争力。
2. 新能源汽车铝燃料电池在新能源汽车领域也有巨大潜力。
铝燃料电池不仅具备高能量密度、快速充电和低温工作的特点，还可以有效减轻车辆自身重量，延长续航里程。
因此，铝燃料电池被视为替代锂离子电池的一种新选择，能够推动新能源汽车产业的快速发展。
3. 其他领域除了便携式电子设备和新能源汽车，铝燃料电池还有广泛的应用前景。
例如，在航空航天领域可以用于飞机和无人机的动力系统，还可以作为应急备用电源，在军事和医疗领域也有潜在的应用。
技术挑战与发展趋势尽管铝燃料电池有许多潜在的优势和应用领域，但仍然面临技术挑战。
首先，铝燃料电池的成本相对较高，需要降低制造成本才能更好地推广应用。
另外，铝燃料电池的寿命和稳定性也需要进一步改进。
未来，随着技术的不断进步和市场需求的增加，铝燃料电池将会迎来更好的发展。
预计在未来几年内，铝燃料电池的成本将会下降，性能将会进一步提升。
同时，随着全球对环境友好能源的需求增加，铝燃料电池有望在更多领域得到应用。
铝电解槽高效节能控制技术及推广应用1. 应用背景铝电解是生产金属铝的重要工艺，但其能耗较高，不利于可持续发展。
为了提高铝电解槽的能源利用率和生产效率，铝电解槽高效节能控制技术应运而生。
该技术通过引入先进的自动化控制系统和优化的操作策略，实现对铝电解槽的精确控制，从而降低能耗、提高生产效率。
2. 应用过程2.1 自动化控制系统的引入在铝电解槽中引入先进的自动化控制系统是实现高效节能的关键。
该系统包括传感器、执行器、数据采集与处理设备以及监控与调度系统等组成部分。
传感器负责采集铝电解槽内各种参数的数据，如温度、电流、电压等；执行器负责根据控制信号调整操作参数，如气体流量、液体流量等；数据采集与处理设备负责接收和处理传感器采集到的数据；监控与调度系统则负责实时监测铝电解槽的运行状态，并根据实时数据做出相应的调度决策。
2.2 优化的操作策略在铝电解槽高效节能控制技术中，优化的操作策略起到了至关重要的作用。
通过对铝电解槽内各种参数进行分析和优化，可以有效地降低能耗、提高生产效率。
具体来说，可以采取以下操作策略：•温度控制：合理控制铝电解槽内的温度，避免过高或过低造成能量浪费。
•电流控制：通过精确控制电流大小，使得铝电解反应达到最佳状态。
•电压控制：根据铝电解槽内的实时情况，调整电压以提高生产效率。
•气体流量控制：合理调整气体流量以提供足够的气体供应，并避免浪费。
•液体流量控制：根据实际需要调整液体流量，确保铝电解反应正常进行。
2.3 实施与监测在实际应用中，首先需要对铝电解槽进行改造和升级，引入自动化控制系统，并根据实际情况进行优化的操作策略的制定。
随后，通过对铝电解槽的实施和监测，可以及时发现问题，并进行相应的调整和改进。
在实施过程中，需要确保各个组成部分的正常运行，并进行相应的参数校准和调试。
同时，还需要对自动化控制系统进行数据采集与处理，并将结果反馈给监控与调度系统。
监控与调度系统可以根据实时数据做出相应的调度决策，并将控制信号发送给执行器，从而实现对铝电解槽的精确控制。
智能制造数码世界 P.258铝电解的节能降耗措施及节能产品的应用张世全 黄河鑫业有限公司摘要：通过生产实践，对铝电解生产制定出工艺及动力节能降耗措施，本文主要针对工艺方面采用新技术、降低电解槽平均电压，动力方面采取有效措施控制混合炉铝液温度，从而达到节能降耗，提高企业经济效益的目的。
关键词：公路建设 机械设计 自动化1、概述电解铝是用电大户，电耗占吨铝成本的40％左右，如果做好电解工艺和动力用电方面的节能降耗工作，降低吨铝综合交流电耗可有效提高公司的经济效益。
该厂开展多种形式的节能宣传活动，以科学发展观为指导，以提高和优化能源利用率为目标，按照“减量化、再利用、资源化”的原则，实现以尽可能少的能源消耗和尽可能小的环境代价，获取尽可能大的经济和社会效益，建设资源节约型和环境友好型社会，坚持技术创新、技术改造节能与技术管理节能并重的原则，加大技术创新、技术改造节能的投入力度，强化技术管理节能为主的节能战略。
为此该厂特成立节能规划领导小组，制定《能源标准量化管理实施细则》，强化管理，使广大员工清楚地认识到能源的重要性，抓好、管好能源的利用，以实现可持续发展为目标，创建节约型企业。
2、工艺节电措施工业铝电解槽吨铝的直流电单耗，与电解槽的平均电压和电流效率两个因素有密切关系，电流效率的提高哪怕是1％也是相当困难，因此我们主要从降低平均电压进行挖潜来降低电解生产过程中的电能消耗，我们目前主要采取的措施是通过保持合理的工艺技术条件，使槽况平稳，加强日常操作质量，同时优化改进电解槽计算机控制参数。
继续加强节能降耗工作，要做好工艺节电工作，主要是降低电解槽平均电压，应从以下几个方面挖掘潜力，寻求可节电的空间：2.1降低线路压降（1）提高操作质量，严肃工艺纪律，降低卡具压降、端头压降、短路口压降和炉底压降。
使用导杆清洗剂，降低导杆和阳极垫板接触压降；使用阳极钢爪保护炭环，降低阳极钢－炭接触压降。
卡具压降≤8mv；垫板压降≤4mv；短路口压降≤30mv；端头压降A 侧≤18mv、B 侧≤5mv。
电解铝节能评估报告根据电解铝节能评估报告，这是一份综合评估报告，主要对电解铝生产过程中的能源消耗和节能潜力进行了分析和评估。
下面，我将从以下几个方面回答这个问题：1. 电解铝生产的能源消耗情况：电解铝生产是一种能源密集型的工业过程，主要消耗大量的电力。
在电解铝过程中，氧化铝粉末被电解质溶液中的电流电解，生成金属铝。
这个过程需要高温和高电流，并且需要稳定的电力供应。
因此，电解铝生产过程中的能源消耗非常高。
2. 电解铝生产过程中的节能措施：为了减少能源消耗，电解铝生产企业采取了一系列的节能措施。
其中包括：a. 提高电解槽的效率：通过优化电解槽的结构和设计，最大限度地提高电解槽的效率，减少能源的浪费。
b. 使用更高效的电解质溶液：优化电解质溶液的组成，提高其导电性能，从而减少能源消耗。
c. 优化电解过程参数：通过调整电流密度、电压和温度等参数，使电解过程更加高效，降低能源消耗。
d. 推广新的电解技术：研发和应用新的电解技术，如惰性阳极和惰性阴极电解技术，以降低能源消耗。
3. 电解铝生产的节能潜力和可行性：电解铝生产过程的节能潜力和可行性取决于多种因素，包括技术、经济和政策等。
在技术层面，随着科技的不断进步，新的节能技术相继出现，使得电解铝生产过程更加高效和节能。
在经济层面，随着能源资源的稀缺和能源成本的上升，电解铝企业更加关注节能减排，因为这将直接影响其竞争力和盈利能力。
在政策层面，政府对于节能减排的要求越来越高，电解铝企业需要遵守相关的环保法规和政策，同时也能获得相应的激励和支持。
综上所述，电解铝生产过程中的能源消耗非常高，但通过采取一系列的节能措施，可以有效降低能源消耗。
未来，电解铝行业将继续推广和应用新的节能技术，进一步提高能源利用效率，减少能源消耗，以实现可持续发展的目标。
铝电解节能降耗技术研究及应用摘要：电解铝是通过电解得到的铝。
现代电解铝工业通常采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法。
具体来说，熔融冰晶石用作溶剂，氧化铝用作溶质，碳体用作阳极。
作为阴极，经强直流电在(950~970)℃对电解槽内的两个电极进行电化学反应(即电解)后得到的最终铝产品也称为“原铝”。
关键词：铝电解；电解槽；节能降耗；电流效率前言随着生产技术的不断提高，我国的电解铝工业取得了比较大的发展。
铝作为能源消费的“大户”之一，节能减排首当其冲;就电解铝而言，目前电解铝生产每吨碳排放量是每吨钢铁碳排放量的6倍多。
电解铝行业是高耗能行业的重点领域。
国家发展改革委于2021年8月发布《关于完善电解铝行业分级电价政策的通知》(法改价[2021]1239号)。
电价分为几类。
2022年分级标准为铝液交流综合耗电量13650kWh/吨，2023年分级标准为13450kWh/吨，2025年分级标准为13300kW/吨kW·h，超过分级标准每吨增加20kW·h，电费增加0.01元/kW·h。
节能降耗、降低生产成本是企业生存和增强市场竞争力的有力措施。
1电解铝行业的节能降耗背景1)以电解铝为例，电解铝作为典型的高碳排放行业，受冲击最大，产能首先受到控制。
2017年，在供给侧改革期间，发改委等四部委开展了电解铝行业违规项目清理整顿专项行动，淘汰了大量制约电解铝行业增长势头的落后产能。
2020年碳峰值碳中和目标提出后，作为高碳排放行业的电解铝产能增长将更加有限。
在此背景下，二次铝将成为重要的补充来源，行业景气度将持续提升。
2)2021年10月21日，国家发展改革委等部门发布《关于严格能效约束推进重点领域节能减碳的若干意见》和《冶金建材重点行业严格能效约束推进节能减碳行动计划(2021-2025年)》，指出要循序渐进、有序推进，以重点行业节能减碳为重点，大力推进钢铁、电解铝、水泥、平板玻璃等重点行业绿色低碳改造，确保碳峰值如期实现。
电解铝研究报告随着现代工业的发展，铝及其合金已成为重要的结构材料和工业原料。
而电解铝则是铝工业中最主要的生产方式之一。
本文将对电解铝进行研究，探讨其工艺流程、技术特点、应用领域以及未来发展趋势。
一、工艺流程电解铝的生产过程主要分为三个步骤：制取氧化铝、电解氧化铝和铝的精炼。
1. 制取氧化铝氧化铝是电解铝生产的原料，其制取过程主要包括矿石选矿、破碎、烧结和氢氧化铝水解等步骤。
其中，烧结过程是氧化铝制备的关键环节，其目的是将铝矾土中的氧化铝烧结成为高纯度的氧化铝。
2. 电解氧化铝在电解槽中，将制备好的氧化铝加入氟化铝熔盐中，通过电流的作用将氧化铝还原成为铝金属。
电解槽一般采用石墨材料，其内部涂有碳质涂层，以提高电解效率。
电解过程中还需要加入一定的电解剂和添加剂，以调节电解液的性质和改善铝的质量。
3. 铝的精炼铝的精炼是将电解出来的铝进行脱氧、熔炼、过滤、浇铸等步骤，以得到高纯度的铝。
其中，脱氧是将铝中的氧化物还原成氧气和氢气，并通过真空处理将气体除去。
熔炼则是将铝加热至液态，以便进行过滤和浇铸。
过滤是将熔体中的杂质去除，浇铸则是将铝液注入模具中进行成型。
二、技术特点电解铝技术具有以下特点：1. 生产效率高电解铝生产效率高，生产成本低，能够满足工业生产的需求。
同时，电解铝技术还具有较高的自动化程度，能够降低人工操作所带来的不确定性和风险。
2. 生产质量优良电解铝生产的铝具有高纯度、均匀性好、机械性能优良等特点，能够满足高端工业领域的需求。
3. 能源消耗低相比其他生产方式，电解铝技术能够节约大量的能源消耗，同时还能够减少对环境的污染和资源的浪费。
三、应用领域电解铝生产的铝及其合金在工业领域中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域电解铝生产的铝及其合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，是航空航天领域中不可或缺的材料。
2. 汽车工业电解铝生产的铝及其合金能够大幅度降低汽车的重量，提高燃油效率，同时还能够提高汽车的安全性能和耐腐蚀性能。
浅谈铝电解生产的高效节能和环保当前，国内的铝电解技术其总体效果已经达到国际化水准，可是中国在电解槽内衬应力规划、热平衡规划以及电解制造管理措施方面，同国际先进水平比较，还存在较大的差距。
中国铝电解槽提高产率的潜能比较大，随着国内铝电解技术的日益发展，这个潜力将会慢慢发挥出来，变成国内原铝产能不断增长的关键途径。
标签：铝电解技术；高效；绿色；节能；措施；探析铝电解制造属于高能耗产业，伴随铝电解产业的制造技术不断完成，在当前重大预焙操，电解铝中直流电耗以减少为13000kW·h/t上下，可是相较于理论电耗依旧相差许多，能源使用率很低。
所以，节能减排依旧是当前铝工业的重要研究内容。
再加上资源和能源成本的提高，和对环保要求的日益提升，节能环保理论自然就变成了铝电解工业制造技术控制的焦点。
1.电能效率测算和减少电单耗措施能量效率=（理论电耗÷具体电耗）×100%，假定电解槽电流性能是I，平均电压是V，电流效率是r，理论最小电压是V1，电解时间是t，那么：电能效率=（V1×I×t/V×I×r）×100%=（V1/V×r）×100%由此不难发现：在特定环境下V1是固定的，电能效率和平均电压属于反比凡茜，和电流效率为正比关系。
可以看出，铝电解中电耗的决定因素是电解槽内的平均电压与电流效率。
所以，减少平均电压和提升电流效率均可以实现降低能耗的目标。
2.环保措施近些年，全球各个铝业单位均十分關注环保，采用了许多措施降低铝电解环节出现的温室、有害以及含尘气体对环境的影响，其主要措施是：（1）提升集气率；（2）减小阳极效应指标。
当前，全球先进效果已经减小到了0.01-0.04个/（槽·日），最终目标是0；（3）减少阳极效应时段。
当前全球先进效果阳极效应时段平均时间不大于10s；（4）减少换极时段，提升换极智能化水平；（5）电解槽没有效应开启。
铝电解槽综合节能技术的开发与应用发布时间：2022-04-27T13:35:07.180Z 来源：《中国科技信息》2022年33卷第1期作者：何新光[导读] 现代铝电解槽生产热效率一般只有50%何新光新疆众和股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830013摘要：现代铝电解槽生产热效率一般只有50%，大约有50%的热量散失于周围环境和被烟气带走。
其中一部分热量是通过槽四周和阳极上部以辐射、对流的方式损失掉，并且大量的高温空气排放入大气中也是一种能源浪费和热污染。
当代铝电解技术发展的方向是向着“低极距、节能减排”的技术方向发展。
研究开发保温型铝电解槽，降低电解槽热量损失是实现电解生产节能减排的重要手段。
本文结合生产实践，对铝电解综合节能技术进行分析和探讨。
关键词：铝电解槽；节能技术；开发；应用；引言在铝电解生产过程中，碳素阳极可作为导体，将直流电导入电解槽，也可作为基本原料，参与电化学反应。
随着电化学反应的进行，阳极被不断消耗，因此需要定期更换阳极。
但是，每次更换阳极都是对电解槽的一次干扰，更换阳极后电解槽物料和能量平衡遭到破坏、电流分布发生变化，并且在操作过程中搅动铝液加速了铝的二次反应，降低电流效率;另外，如果操作不规范，壳面块打捞不干净，还会造成阳极长包甚至发生滚铝事故等。
1电解槽保温节能技术研讨开发保温型铝电解槽，减少电解槽热损失，实现铝电解槽在低电压下稳定高效运行是目前全球铝行业的发展趋向，特别是在当前电价居高不下，能源极度紧张的情况下，各企业纷纷研究开发应用各种保温技术，降低铝电解槽散热量，从而实现最大限度降低吨铝电耗，降低生产成本。
因此，加强铝电解生产保温技术的研究开发及应用，实现低耗、经济、环保生产，具有非常重要的意义。
传统散热型铝电解槽散热比例如图1所示，从图1中可以看出要减弱铝电解槽散热，提高能量利用率，必须加强铝电解槽槽上部和侧部保温。
针对400kA 大型预焙电解槽散热情况及生产工艺配置情况综合分析后，研究开发了节能型新型铝电解槽结构及新型保温型槽罩，使电解槽由“散热型”向“保温型”转变，提高了电解槽能量利用率，延长了槽寿命，改善了作业环境，降低了企业生产成本，实现铝电解槽低耗、低排、低成本及长寿运行。
浅析电解铝生产节能减排技术摘要:当前，对我国电解铝行业整体而言，实施工业节能、增效、减排显得尤为迫切和关键，这不仅需要进一步满足当前国家绿色发展产业战略下行业的实际运行需要，但也需要不断提高国内企业品牌在世界市场基础上形成的行业综合竞争力。
关键词：电解铝生产；节能减排；技术1电解铝在生产过程中遇到的问题1.1环境污染严重在当今中国的一些电解铝企业系统中，通常在电解生产铝产品的生产工艺系统中，使用氧化铝的手段基本上是溶解氧化和直接电解铝的生产方法，其中最复杂的技术是使用冰晶石氧化铝材料。
在特定产品的生产准备阶段，温度要求较高的冰晶石氧化铝一般应首先提高其熔点，但其熔点会相对较高，因此在整个生产准备阶段容易产生热分散，进而污染周围环境[1]。
其次，在电解铝酸生产阶段，电解氧化的电解方法会导致立即燃烧，产生大量的无金属价氧。
在阳极周围，这一小部分氧离子可能直接与一些二氧化碳分子发生反应，并会产生大量相应颜色的污染气体，最终可能直接对周围环境造成二次污染[2]。
1.2高耗电,能源耗费量大目前随着电解铝生产能源的逐步增加，我国火电机组对发电燃料的需求将越来越大，火电模式的发展必将在相应限度内危及我国的发展环境，这与中国政府目前倡导的环保、绿色、节能发展理念基本背道而驰。
1.3具有一定的危害性在特定时期的生产和发展阶段，电解铝工业及其排放的各种固体废物粉尘和有毒气体混合物中会含有一些毒性较大的有害化学物质，不仅会污染周围的生活环境，还会严重危害周围人的生命和健康。
此外，电解铝厂在整个生产过程中会出现大量有毒固体粉尘颗粒。
如果人体肺部吸入过多污染物，可能会导致严重的矽肺，从而间接损害周围人体的正常呼吸系统。
如果在空气湿度和湿度环境中氟化碳含量过高，将直接危及水生动植物和鱼类的生存和健康[3]。
2电解铝节能降耗的主要技术2.1阻流块技术与传统电解铝相比，块状技术本质上是一种节能技术。
理论上，这意味着凸台块铝作为一种非常独特的材料放置在我们传统的铝液罐的底面上，从而更有效、更合理地优化铝液罐中的铝流动状态。
探讨电解铝节能降耗措施探究摘要：电解铝属于高耗能产业，由于当前我国电力供应存在电力供应紧张的相关问题，尽管国家已经开始逐步实施了调控方案，电解铝行业的生产获得相应的控制，但是该产业仍旧属于高耗能产业。
与此同时在，高耗能产业整体发展的环境中，仍旧需要突破与完善的问题为，保证该产业经济效益的同时，提升其节能良好的能力。
关键词：铝电解；节能降耗；措施1、电解铝时电流效率降低的因素1.1铝的二次反应所谓“铝的二次反应”，是指槽内阴极上已经析出的铝水，一部分又溶解到电解质中，经扩散转移到阳极附近，被阳极气体氧化造成的铝损失，称为铝的溶解与损失，即“铝的二次反应”，这就是电流效率降低的本质和主要原因。
其反应式：2AL（溶解的）+3CO2（气）=AL2O3（溶解的）+3CO（气）[1]。
1.2 一些离子在阴极上放电耗电在铝电解过程中，一些离子，例如钠离子等会在阴极上放电，从而使耗电量增大，使电流效率大大较低，一般情况下，这一现象发生在分子比较高的时候。
1.3电流空耗电流空耗指的是三价铝离子放电不彻底，以及电解质时的五价钒离子、五价磷离子、四价钛离子等高价离子不彻底放电后就会产生一些相应的低价离子，这些低价离子会再次被电解质转移到阳级空间，氧化成高价离子，这一过程无疑降低了电流效率。
1.4其它损失包括槽内生成AL3C4、熔盐中水分和杂质的电解、出铝和铸造过程中的铝损失等[2]。
2、铝电解节能降耗措施2.1利用信息技术控制电解槽极距通过上述分析可知，电解铝在实际的生产朱红小号的能源数量较大，影响电解铝节能降耗因素主要被分成两个方面：一方面为槽平均电压，另一方面建则为电流的流通效率[6]。
因此，若想保证电解铝节能降耗的质量，企业可以从上述两种因素处着手，寻找其他的解决途径。
2.2保持较低的炉底降压电极槽的集聚对于槽电压的影响较大，这主要是因为槽电压的高低与极距的高低有着重要关联，槽电压升高，极距必然处于升高状态。
与此同时，电解铝的能量消耗情况也随之上升。
第9卷增刊材 料 与 冶 金 学 报Vol.9S1 2010年6月Jo urnal of M aterials and M etallurgy June2010铝电解高效节能技术应用与研究现状冯乃祥,彭建平,王耀武,狄跃忠,王紫千(东北大学材料与冶金学院,沈阳110004)摘 要:近年来,新型阴极结构铝电解技术在国内众多铝厂得到推广与应用.本文介绍了新型阴极结构电解槽的结构特点.结合数家铝厂的新型阴极结构电解槽实际运行情况,分析与探讨了新型阴极结构电解槽内衬结构、热平衡、电流效率、铝液面稳定性、槽内磁场特点,以及阴极凸起的磨蚀与消耗问题,以及新型阴极结构电解槽在操作与管理上的若干问题.文献标识码:A 文章编号:1671-6620(2010)S1-0001-07 铝电解生产需要消耗大量的电能,尽管多年来,铝冶金工作者在节电方面已经作了大量的工作,但2009年国内铝厂平均铝锭综合交流电耗仍在14100kW h/t-Al.目前国内外的大多数电解铝厂,其所消耗的电能大多来自火电厂.以火电厂燃煤为例,1kg标准煤只能发电3kW h,火电厂固体、液体或气体燃料的燃煤,所排放的CO2和SO2气体,都是对环境有害的,是造成大气温室效应的重要原因之一.因此铝电解生产的节电,对铝厂来说,不仅是其经济上所追求的目标,而且社会效益也巨大.以一个年产20万t电解铝厂来说,如能实现节电100kW h/t-A l,以电价0.4元/度计算,其节电2000万kW h/年,电费节省800万元/年.因此当2007年东北大学冯乃祥教授发明了一种新型阴极结构电解槽,通过在重庆天泰铝业170kA工业电解槽上进行试验,获得成功,实现节电超过1000kW h/t-A l后,引起国内铝工业的一片轰动,从此引发了一场铝电解技术革命和技术革新的浪潮.从2008年3月3台170kA 新型阴极结构电解槽在重庆天泰铝业投入生产试验以来,到现在超过2年,电解槽运行稳定.在这段时间里,全国有一半以上的铝厂在电解槽大修时使用这种新型阴极结构铝电解槽技术,其中华东铝业在200kA系列电解槽上使用这种技术,并取得了系列电解槽平均节电1000kW h/t-Al以上的效果;阴极表面上凸起的磨损率也降至10 mm/年以下.某些铝厂虽然在使用了这种技术后,也取得了很大的节电效果,但较比先进的指标,还有一些的差距此外,在我国传统电解槽的技术管理中,在降低电解槽的槽电压,实现铝电解节电方面也取得了新的进展还有的电解铝厂,仿照新型阴极结构电解槽减少阴极铝液面波动,实现电解槽阴极铝液面稳定的技术原理,实施了向铝电解槽中投入镁砖或铝镁尖晶石砖或氮化硅结合的碳化硅材料制成的“阻流块”.本文就目前我国铝工业的新型阴极结构节能电解槽技术的应用与研究情况,加以阐述和介绍.1 新型阴极结构电解槽的阴极结构冯乃祥教授发明并申报了国内外专利的新型阴极结构高效节能电解槽其阴极结构的特征是,新型阴极结构电解槽上的每个阴极碳块表面具有坝形的凸起结构,这些凸起的结构的横断面可以是矩形,梯形,或者上部为矩形,下部为梯形,或圆台形.这些坝形的凸起直立在其阴极碳块的表面,并与阴极碳块为一个整体.凸起的纵向方向可以与阴极碳块的长度方向一致,也可以相垂直.但不论是纵向方向的凸起,还是横向方向的凸起,它们有一个共同的特点,就是这些凸起在阴极碳块的纵向方向至少有一个间断,当阴极碳块上的凸起,与阴极碳块的长度方向相垂直时,其凸起数不少于4个,且在电解槽阴极碳块纵向方向上的每一排凸起与相邻的另一排凸起为交错排列.如图1～图3所示. 由图1～图3,可以看出,新型阴极结构电解槽阴极表面上凸起为纵向的凸起结构时,其凸起在与阴极碳块的纵向方向上有单凸起和双凸起两种(两种凸起其中间有150～200mm的间断),建议当阴极碳块的宽度较小时,使用单凸起,而当阴极碳块的尺寸较大时,使用双凸起在目前的工业电解槽上,比较广泛使用的新型阴极结构电解槽,其阴极表面上的凸起大多为与阴极碳块的纵向方向相平行的单凸起或双凸起,而具有横向凸起的...阴极碳块的阴极结构电解槽,正在试验过程中. 2 新型阴极结构电解槽的应用现状我们发明的并在重庆天泰铝业试验成功的新型阴极结构电解槽技术,已经得到了全国大多数铝厂的认可,在全国有一半以上的电解铝厂得到了推广和应用目前,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800～1000kW h/t-A l,有的达到1000kW h/ 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,这其中比较好的和有代表性的电解铝厂为浙江华东铝业公司200kA系列新型阴极结构电解槽系列.华东铝业200kA系列新型阴极结构电解槽系列于2009年6月份陆续启动和投产.该系列共有126台电解槽,其中94台为新型阴极结构电解槽,余下32台作为对比用的普通电解槽.浙江华东铝业装备有200kA、240kA预焙槽各126台,2008年下半年,由于金融风暴的影响,铝价直线下滑,为降低损失,华东铝业于2008年9月将平均运行了2300多天的200kA电解槽进行系列停槽大修,其中94台电解槽大修时采用新型阴极结构电解槽技术进行改造,其余32台仍采用传统普通平底电解槽结构作为对比槽,两种电解槽由同一家施工单位负责大修.新型阴极结构电解槽阴极炭块由山西和山东的两家炭素厂提供.在大修过程中用新型结构的阴极炭块置换了传统的阴极炭块,并且在电解槽侧部适度加强了保温,单槽筑炉费新型槽比普通槽多2.22万元.126台200kA电解槽于2009年6月6日开始分3批焙烧启动:第1批58台电解槽于2009年6月6日开始焙烧,6月27日启动结束,其中有29台新型阴极电解槽,29台普通电解槽;第2批36台电解槽于2009年7月14日开始焙烧,8月3日启动结束,其中有34台新型阴极结构电解槽,2台普通电解槽;第3批32台电解槽于2009年8月17日开始焙烧,9月6日启动结束,其中有31台新型阴极结构电解槽,1台普通电解槽.目前,94台新型阴极结构电解槽平均工作电压3.72V左右,6个月的平均电流效率93.105%,32台普通电解槽为93.001%.94台新型阴极结构电解槽6个月的平均直流电耗为12043kW h/t-A l.平均原铝可比交流电耗为12545kW h/t-A l.平均铝锭综合交流电耗为12790kW h/t-Al,比项目实施中的普通槽电耗降低1067kW h/t-Al.2009年,国内铝厂平均铝锭综合交流电耗为14171kW h/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W,比全国水平低3W ,节电效果十分巨大2材料与冶金学报 第9卷.12790k h/t-Al181k h/t-Al.3 新型阴极结构电解槽的热平衡问题,内衬及保温结构设计 新型阴极结构电解槽的槽电压一般在3.70～3.75V之间,比传统电解槽的槽电压降低0.3 V左右.如果把电解槽从阴极棒到阳极岗爪其间的槽电压看作是电解槽热平衡体系的槽电压降,再考虑到反电动势,那么电解槽热平衡体系内的电阻电压降仅为2.3～2.4V.如果槽电压降低0.3V,相当于输入到新型阴极结构电解槽中用于电阻发热的电能减少了13%左右.此时,新型阴极结构电解槽从热平衡体系中散出的热量,也必须相应地减少13%左右才能维持在正常电解温度下进行正常生产所需要的热平衡.对一个正常生产的电解槽,良好的电解槽热平衡设计非常重要.传统大型工业电解槽热平衡的设计理念是槽底保温型、边部散热型.但并非是电解槽的底部越保温越好,边部越散热越好.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,实现热平衡:1)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.2)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.3)电解槽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,要加强保温.4)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.5)槽底要适度保温.过度保温的后果是,阴极碳块上电流×电压降所产生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结果,要满足如下的两个基本条件:阴极碳块下部与阴极碳块底表面相接触的不太厚的区域内,在正常生产时的温度约在880℃左右.阴极铝水的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6)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.4 新型阴极结构电解槽的电流效率众所周知,工业铝电解槽中,电流效率损失的机理是电解槽中已电解出的铝又重新以化学或物理的方式溶解到电解质熔体中,并被阳极气体氧化,有人称之为铝的溶解损失.工业电解槽中造成铝的溶解损失,使电流效率降低的因素很多,其中,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,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.目前工业上正在运行的新型阴极结构电解槽电流效率有所不同.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3.76V 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3.72V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.然而有的电解铝厂采用新型阴极结构电解槽后,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,其节电效果不如上述两个电解铝厂.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.对于提高新型阴极结构电解槽的电流效率,有如下几个方面的问题需要特别注意:1)铝电解槽要在适当的电解温度下进行.不能进入电解温度越低越好的误区,过低的电解温度,使电解质的黏度增加,氧化铝的溶解度和溶解速度降低,电解质导电性变差,也使电解槽的阳极过电压和阴极过电压升高.过低的电解温度,必然是过低的电解质分子比,这种低电解质分子比常常造成电解质过热度的增加和不稳定,容易出现沉淀.无论是传统槽还是新型阴极结构电解槽,都不宜使电解槽的电解质温度过低一般来说,电解质温度在～6℃比较适宜,法国彼斯涅电解槽的电解温度都在6℃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～℃3增刊 冯乃祥等:铝电解高效节能技术应用与研究现状..9409090..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,电解温度可以低一些.但电解质温度的过热度也最好不大于10℃.在电解温度和过热度确定之后,就可以实现对电解质成份的调整.相反根据电解质的成份,在分子比不太低的情况下,也可以按上述原则确定电解质的温度和过热度.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.这是因为在电解槽的阴极铝液界面上,在电解生产过程中,同时发生铝电解和已经电解出来的铝的溶解正反两过程.非阳极投影区的阴极铝液面上电流密度低,其电流密度非常地低.在这些区域其铝的溶解损失远大于电解生成的铝,其单位阴极铝液面上的电流效率可以为负.非阳极投影的阴极铝液面积的大小与电解槽的槽膛大小有关.而槽膛大小与两个因素有关:一是与电解质的过热度有关,过热度大的电解槽的槽膛就大,过低的电解质分子比和过低的电解温度容易造成过高的电解质过热度,因而使电解质从槽侧部进行散热的热量增加,槽帮空不长壳;二是与槽侧部保温的大小有关,过多地保温,槽侧部不结壳或侧部结壳很薄,将使槽膛变大,非阳极投影区的阴极铝液面积增大,铝损失增大,电流效率下降.因此,新型阴极结构电解槽与传统的电解槽一样,槽侧部不宜过好地保温.3)新型阴极结构电解槽不要求槽底有过强的保温.这个问题,在前文中已经提到过,如果电解槽槽底过好地保温,使用过厚或者保温过好的材料,将使电解槽阴极产生的热量不能从槽底散出,致使电解槽碳阴极的温度升高,其所产生的电阻热就必然向上走,从铝水中把热量散出去,我们称之为槽底热量上返.这必然会使铝的溶解损失增加,电流效率下降.因此,对一个高效率的电解槽,其阴极铝液必然需要有一个从上到下的温度梯度,而不要出现一个从下而上的温度梯度.5 新型阴极结构电解槽阴极铝液面的稳定性 新型阴极结构电解槽阴极铝液面的稳定性,通常以阴极铝液面波动的大小来表征,这是比较科学的表征方法,但其大小很难测定.借助于计算机技术和已建立起来的电解槽阴极铝液面的波动理论,可以对其液面的波动进行模拟和计算,但这种模拟和计算,是在作了很多数学简化和物理条件的假定基础上进行的,并且这种方法只是对电磁力作用下所引起的铝液面波动所进行模拟和计算然而,众所周知,工业铝电解槽中引起铝电解阴极铝液面波动的因素有很多.阳极气体从阳极表面的逸出,穿过阳极底掌下的电解质液体层,引起电解质的循环和流动,由于熔融电解质和液体铝的密度差很小,只有0.2～0.3g/cm3,这种电解质循环和流动,作用于阴极铝液表面很容易导致阴极铝液面的波动.一般称这种波动为重力波,这种波是由于阴极铝液面上电解质熔体的扰动引起的.还有一种波动是由电解槽阴极铝液中的电磁力所引起的阴极铝液面的波动.实际的工业铝电解槽中阴极铝液面的波动是这两种波动的叠加,其液面的波形也相当复杂.对于新型阴极结构电解槽阴极结构的设计型式对阴极铝液面波动大小的影响,还可以采用水模型实验,进行物理模拟不同的阴极结构型式和电解槽的某些工艺技术条件,如电解质和铝液水平高度,阴极电流密度,阴极大小及其排列型式对阴极铝液面波动的影响.然而这些研究只限于阳极气体逸出对阴极铝液面波动影响的水模型实验.为了研究新型阴极结构电解槽的阴极结构能够实现降低阴极铝液界面波动的效果.我们在重庆天泰铝业170kA电解槽上,用同步测量新型阴极结构电解槽和对比的传统阴极未加改动的两种电解槽的阳极导杆上的等距离电压降的方法,达到这个目的.其所采用的方法和技术原理如图4所示.用这种方法得到的测定结果示于图5.图4 相同波幅时不同极距大小对阳极导杆内电流波动大小的影响示意图 由图5的测定结果可以看出,即使在槽电压大大降低的情况,新型阴极结构电解槽由阳极导杆上电流波动所反映出来的阴极铝液面的波动比传统的阴极表面没有凸起结构的电解槽的阴极铝液面波动大大降低了4材料与冶金学报 第9卷..图5 两种电解槽阳极等距离电压降变化6 新型阴极结构电解槽阴极铝液内的磁场 借助于三维高斯计,我们对华东铝业200kA 电解槽系列上,两台新型阴极结构电解槽和两台传统的阴极结构电解槽铝水平15cm 高度处的磁场进行了测定,其测定位置和测定结果分别示于图6、表1.由表1的测定结果可以看出,新型阴极结构电解槽内的垂直磁场强度比传统阴极结构的电解槽内的垂直磁场强度有了很大的降低.这绝非偶然,因为对这4台槽的测定结果具有重现性.新型阴极结构电解槽为何会使电解槽内的垂直磁场强度降低呢?从电解槽外的阳极和阴极母线结构设计上找不出答案,唯一的解释是新型阴极结构电解槽内的阴极结构使电解槽的水平电流大大地降低了,阴极铝液的电流分布更均匀了,因为电解槽内的水平电流降低才能解释清楚电解槽内垂直磁场的降低.电解槽内水平电流的减小和垂直磁场的降低,更加有利于降低阴极中铝液流速,减小阴极铝液面的波动,提高电解槽阴极铝液面的稳定性.图6 电解槽磁场测量点分布图7 新型阴极结构电解槽阴极凸起的磨蚀和消耗 这是一个很多人都特别关心的问题,因为它涉及到新型阴极结构电解槽阴极凸起结构的寿命问题.目前工业电解槽上,有两个厂的数据可以加以借鉴.一个厂是最早的重庆天泰铝厂的3台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5～3年另一个是华东铝业系列台电解槽的近1年的运行数据,根据实测结果,该厂一个系列的94台新型阴极结构电解槽阴极碳块表面上凸起高度的消耗速度不大于1.0cm/年,而且这种消耗速度有逐渐下降的趋势.目前新型阴极结构电解槽阴极表面上凸起的高度设计为11cm.如果按照1cm/年的消耗速度,新型阴极结构电解槽运行6～7年是不存在问题的.回过头来分析,重庆天泰早期的3台新型阴极结构电解槽,阴极碳块表面上凸起的消耗速度之所以快,可能有两个原因一是凸起上表面的铝液水平高度过低,凸起表面铝液中的水平电流过5增刊 冯乃祥等:铝电解高效节能技术应用与研究现状170kA .2.cm/.200kA 94:大,铝液流速过大造成;二是在上述过低的铝液水平时,几次的铝水平高度测量和控制上偶然错误,阴极上表面的凸起伸入到了电解质熔体中,使电解质熔体中的Na+和Al3+离子在凸起的上表面直接放电,生成钠和铝的炭化物和晶间化合物,引起炭晶格的疏松.阴极表面的炭化物的生成与溶解是造成阴极凸起快速消耗的主要原因.因此,新型阴极结构电解槽保持合理的铝液水平,尽量地避免阴极表面上的凸起伸入到电解质熔体中,以及保持适当高的电解质分子比,是减少阴极凸起的磨蚀与消耗的最有效措施.表1 电解槽槽内磁场的测定结果(G)测量点122#新型槽227#新型槽118#对比槽210#对比槽BxByBzBxByBzBxByBzBxByBzP1-44.437.2-12.4-37.973.2-16.7-35.528.4-12.7---P2-111.286.112.7-117.167.37.3-104.851.48.2---P3-116.896.9-8.8-104.291.7-15.7-108.287.6-3.2---P4-113.1114.817.2-12968.21-78.6110.716.2---P5-115.196.2-8.3-129.283.3-12.6-95.2112.3-4.1---P6-90.8125.411.6-127.387.2-3.3-84.3109.213.7---P7-71.2129.8-2.7-85.596.6-19.3-41125.4-8.4---P8----35.143.1-2.5-23.849.14.9-1748.86.8 P971.8-21.214.874.2-45.714.170.5-48.821.772.5-38.220 P1074.5-85.519.781.2-98.219.480.2-105.228.4101.7-75.125.1 P1197.514.211.899.2-79.220.287.3-72.214.278.2-76.114.3 P1296.5-67.57.776.2-89.614.6107.9-41.210.297.2-29.1-3.4 P1383.9-73.2-3.291.2-72.9-5.197.4-66.50.6668.2-54-7.9 P1489.1-79.7-13.8103.2-53.7-11.9103.2-54.7-13.5110-59.8-19 P15112.6-74.8-22.9106.5-79.2-20.6108.2-71.9-36.785.2-79.4-26.9 P1665.4-53.7-26.468.1-46.2-23.869.5-47.4-2970-63.9-31.3 注:在测量210#电解槽9个测量点后,高斯计出现故障,经校正仍无法测量.8 关于电解质成分在降低铝电解槽槽电压上的作用问题 应该说,电解槽在给定的槽工作电压下,电解槽阳极与阴极之间的距离(极距)与槽中电解质的电流密度和电解质的电导有关,也与阳极和阴极的质量、材质,即阳极和阴极电压降有关.在给定的槽电压、电解温度和电解质组成的情况下,阳极质量越好,阳极电压降越小,极距越大.在给定的槽电压、给定的阳极质量和阴极质量,即给定的阳极和阴极电压降情况下,电解温度越高,电解质分子比越大,氟化锂和氟化钠含量越高,则极距越高.这是因为,电解质导电性随着温度的升高、电解质分子比的增加、电解质熔体中的NaF、L iF和KF含量的提高而提高.通常铝电解的工艺技术条件是电解温度950～965℃,电解质的分子比一般在3～6,氟化钙含量在3%～5%,氧化铝浓度%～3%,在这样的电解温度和电解质组成下,工业电解槽的槽电压一般V 左右,极距在5～5如果电解质熔体中添加了LiF,可使电解质熔体的导电性大大增加.电解质中KF的存在,也会大大地提高电解质的导电性,传统的铝电解理论认为,电解质熔体中钾盐的存在会增加电解槽的阴极的腐蚀,因为在电解过程中钾膨胀行为要比钠膨胀行为大得多,因此有损电解槽阴极的寿命.这正是对通常电解温度下的KF对电解质熔体物理化学性质的影响的研究文献不很多的重要原因.然而,在我国,特别是在河南省某些地区的铝土矿中,存在K2O和Li2O组份,它们以某些矿物形式存在的铝土矿中,从而使得以这种铝土矿所制取的氧化铝中具有较高的K2O杂质含量.这种氧化铝被应用在工业电解槽中时,其中的K2O和Li2O杂质成分与电解质熔体中的AlF3反应,生成Li和K F:3L i2O+2AlF3※6LiF+Al2O33K2O+2AlF3※6KF+Al2O3在通常的工业铝电解生产中,电解质熔体中的KF和L F的一部分会渗透到电解槽的阴极内衬中,但大部分会富集在电解质熔体中当电解槽长期使用这种含有较高L O和K O杂质成份的6材料与冶金学报 第9卷2.2.24.1 4.cm.i.i22氧化铝时,则电解槽中富集的L iF 和KF 含量含量可达到5%～7%,二者总和可达到10%～14%.对于这样的电解质组成,其电解质的导电率比没有LiF 和KF 电解质熔体的导电率高20%以上.如果说在电解质中没有L iF 和KF 时电解槽的极距为5cm,那么在相同的电解工艺条件下,当电解质熔体中的L iF 和KF 二者的含量达到10%以上时,其极距可能会增加到6cm.对这样的电解槽,如将极距由6cm 降低到5cm,槽电压降低0.3V,应该是可行的.对于这样的电解槽,如果要采用新型阴极结构,只要电解槽的热平衡和内衬结构按上文所述的原则进行合理设计,电解槽的槽电压在此基础上再降低0.3V,使电解槽的极距达到4.0cm,仍是可能的,其关键的技术问题是在这样低的槽电压情况下,电解槽的内衬结构及保温结构设计得必须科学和合理的.9 关于“曲面阴极结构电解槽”最近从网上看到一个由中南大学和云南铝业股份有限公司共同申请的一种新型阴极结构电解槽,这个电解槽的阴极是曲面型的阴极结构,该专利申请日期为2008年10月24日,公开日为2009年6月10日.比较有代表性的该新型阴极结构电解槽的阴极型式如图7和图8所示. 由该专利的说明书可以看到对这种阴极结构电解槽的叙述:“每个阴极碳块的表面至少有一个或多个曲面,每个曲面以阴极钢棒的轴心为圆心,由一某曲率半径的曲面组成”,其“曲面型阴极结构基于等电位面原理,即从阴极表面至阴极钢棒的导电距离相等”,这大概就是该申请专利的核心.根据该专利的核心技术,就不难计算出目前工业电解槽所大量应用的宽515mm,高450mm 的双阴极钢棒的阴极碳块,应该有如下图9的阴极碳块的断面型式.图9 曲面阴极碳块断面型式(单位:mm ) 由图9可以看出,用该专利所依据的理论计算出来的阴极碳块表面上的凸起的最高处的凸起高度仅为2.5cm.很难想象这种凸起高度仅为2.5cm 的所谓曲面阴极结构电解槽,能否得到电解铝厂的认可,能否得到推广和应用.10 结 语本文介绍了新型阴极结构电解槽的操作与管理,得出:新型阴极结构电解槽经过重庆天泰铝业试验槽近2年来的运行考验,以及华东铝业200kA 新型阴极结构电解槽近1年系列生产的实践证明,新型阴极结构电解槽只要是技术管理到位,在电解槽不降低电流效率的情况下,可以实现将槽电压降低到3.7V,直流电耗降低到12000kW h/t -Al,可比交流电耗降低到12540kW h /t -Al.进入正常生产过程后,电解槽阴极表面上的凸梁的磨蚀消耗速度可以降低到1cm/年以下.对于高锂盐、高钾盐和高分子比操作的新型阴极结构电解槽,由于电解质的导电性好,其电解槽的槽电压降低到3.6V 是有可能的,其前提是在槽电压降低时,能合理解决电解槽内衬结构的设计,实现新型阴极结构电解槽在合理的保温条件下的热平衡和适当的实施电解槽电流强度的强化7增刊 冯乃祥等:铝电解高效节能技术应用与研究现状.。
