400kA预焙槽铝电解车间设计本科毕业设计(1)2934.docx

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1、400kkA预焙焙槽铝电电解车间间设计摘要大型化是是当今世世界铝电电解技术术发展的的大趋势势。在现现有的3320kkA3500kA大大型铝电电解槽基基础上，进进一步开开发并建建设高效效、稳定定和更为为节能的的4000kA大大型铝电电解槽技技术是当当今世界界各大铝铝业公司司研究和和追求的的目标。并且我国已经有多家铝电解企业已经建成400kA级铝电解生产线。我们紧随随时代步步伐，设设计了4400kkA预焙焙槽铝电电解车间间。车间间设计包包括厂址址选择、电电解槽设设计、电电压平衡衡、能量量平衡劳劳动定员员及成本本核算等等。该设设计的年年产量为为22万万吨，电电流效率率高达994%。经经过多方方论证厂

2、厂址选择择伊川县县工业园园区。关键词：铝电解解槽，物物料平衡衡，能量量平衡，电电压平衡衡，车间间设计 Thee Deesiggn oof 4400kkA PPre-bakked Anoode Aluuminnum Redducttionn PllanttABSTTRACCTLargge-scaale is thee geenerral treend of aluuminniumm ellecttrollysiis ttechhnollogiicall deevellopmmentt inn thhe wworlld nnowaadayysDDeveeloppingg moore efffici

3、ientt，mooresstabble andd moore eneergyy-saavinng 4400kkA aalumminiium redducttionn ceell tecchnoologgy，bbaseed oon tthe exiistiing 3200kA3500kA aluuminniumm reeducctioon ccelll，iss thhe ggoallstuudieed aand chaasedd byy woorlddwidde mmajoor aalumminiium commpanniessAnnd ttherre aareaa feew aalumminu

4、um eelecctroolyssis entterpprisses thaat hhavee buuiltt 4000kAA grradee allumiinumm ellecttrollytiic pprodducttionn liineFolllowiing thee paace of timmes，wwe ccompplette tthe dessignn off thhe 4400kkA ppre-bakked aluuminnum eleectrrolyysiss woorksshoppThhe ddesiignss inncluude sitte-sseleectiion， de

5、signs of electrolyzers，voltage balance, energy balance，labor quota and cost accounting and so onYield of the design reaches to the annual output of 220000 tons，and the current efficiency as high as 94%After many discussions，we decide to choose Yichuan County Industrial Park as the siteKEY WORRDS：alu

6、mminuum rreduuctiion celll，matteriial ballancce， ennerggy bbalaancee，volltagge bbalaancee，thee deesiggn oof wworkkshoop目 录前 言1第一章 铝电解解简介331.11 铝的的性质及及用途31.11.1 铝的性性质31.11.2 铝的用用途31.22铝电解解简史及及发展现现状41.22.1 铝电解解简史441.22.2我我国铝电电解技术术发展现现状61.22.3 世界铝铝电解工工业技术术现状71.33铝电解解用原料料与原材材料91.33.1 铝电解解原料氧化化铝91.33.2 铝

7、电解解熔剂氟化化盐101.33.3 铝电解解预焙阳阳极炭块块111.44 铝电电解过程程描述121.55 铝电电解槽与与电解槽槽系列131.55.1 阴极装装置1331.55.2 阳极装装置1331.55.3 母线装装置141.55.4 使用寿寿命15第二章 厂址选选择与论论证1662.11.电力力供应162.22.运输输系统162.33.外围围服务172.44.环境境和土地地17第三章 技术经经济1883.11主要技技术经济济指标的的选择论论证183.22综合经经济技术术指标的的计算193.33 主要要经济技技术指标标的确定定与列表表21第四章 物料平平衡2334.11 物料料平衡的的计算2

8、34.22物料平平衡列表表24第五章 电解槽槽结构的的设计2265.11 概述述265.22 阳极极结构265.33 阴极极结构275.33.1 槽壳275.33.2 内衬及及保温绝绝热结构构285.44 母线线结构295.44.1.阳极母母线295.44.2.阴极母母线315.44.3短短路母线线32第六章 电压平平衡3336.11 实际际分解电电压336.22 电解解质电压压336.33 阳极极电压降降346.33.1 阳极大大母线电电压降346.33.2 阳极软软母线电电压降346.33.3 阳极立立柱母线线电压降降356.44 阴极极电压降降366.44.1 槽底电电压降366.44.

9、2 阴极软软母线电电压降376.44.3槽槽周阴极极母线电电压降376.44.4 焊点压压降376.55 阳极极效应分分摊电压压降376.66 连接接母线压压降38第七章 能量平平衡4007.11 计计算方法法与基础础条件407.22能量平平衡计算算407.22.1热热量输入入计算407.22.2 热量支支出计算算417.33 能量量平衡列列表51第八章 劳动定定员及成成本核算算538.11劳动定定员538.22成本核核算53第九章 环境保保护和安安全生产产559.11环境与与卫生559.22安全生生产55结论577参考文献献58致谢599前 言自上世纪纪80年年代以来来，我国国电解铝铝技术取

10、取得了很很大的发发展，尤尤其在大大型预焙焙铝电解解槽的设设计技术术、制造造技术、生生产技术术等领域域形成了了自己的的大型铝铝电解技技术体系系，开发发成功了了3000kA4000kA大大型铝电电解槽。先进的3300kkA3500kA大大型预焙焙槽及其其配套技技术得到到了广泛泛应用，从从而减少少了能量量消耗和和环境污污染，但但与国外外先进电电解槽相相比较，我我国电解解槽在设设计、制制作、电电解槽单单位面积积产铝量量及吨铝铝直流电电耗等方方面还存存在一定定差距1。我国自主主研发的的4000kA级级大型预预焙阳极极铝电解解槽技术术，于008年由由中国铝铝业兰州州分公司司、沈阳阳铝镁设设计研究究院研制制

11、开发获获得成功功。并与与20008年33月211日通过过了由中中国有色色金属工工业协会会组织的的科学技技术成果果鉴定。现现安装于于中国铝铝业兰州州分公司司SY4400电电解槽2，技技术指标标先进，同同比3550kAA，3000kAA电解槽槽具备投投资省，经经济效益益高的特特点，能能够满足足建设技技术起点点高、装装备先进进、大规规模的铝铝电解系系列，单单系列产产能超过过3200kt/a以上上，为中中国铝工工业的国国际化奠奠定坚实实的基础础。同时时SY4400电电解技术术具备是是世界领领先水平平的电解解技术，是是当前世世界系列列生产电电流强度度最大，单单槽产量量最大，综综合指标标最先进进并具有有自

12、主知知识产权权的铝电电解槽。与之前的的3000kA和和3500kA级级的电解解槽相比比，4000kAA级大型型预焙阳阳极铝电电解槽技技术具有有以下创创新点：1、优优化设计计了合理理的母线线配置，提提高了大大型槽磁磁流体稳稳定性；2、采采用5段段上烟道道结构设设计，有有利于提提高集气气效率和和改善环环境；33、采用用电解厂厂房通风风和电解解槽整体体热平衡衡相结合合、摇篮篮架与槽槽壳整体体焊接、槽槽壳外部部焊接散散热片、电电解槽小小面采用用摇篮架架与槽壳壳焊接、电电解槽槽槽壳和内内衬整体体位于操操作面下下等技术术，保证证了大型型电解槽槽的热稳稳定性，改改善了劳劳动环境境；4、采采用阴极极炭块与与阳

13、极炭炭块投影影相对应应的技术术，有利利于阳极极和阴极极的电流流分布均均匀；55、采用用了电解解槽全面面控制和和标准化化操作体体系，有有效控制制电解槽槽热平衡衡与物料料平衡，开开发了适适应大型型槽稳定定、安全全的焙烧烧启动技技术，形形成了4400kkA电解解槽生产产操作管管理技术术；6、采采用四种种不同品品质阴极极炭块进进行工业业试验，均均达到了了4000kA电电解槽试试验目标标。使用用30%石墨质质阴极炭炭块的电电解槽，阳阳极电流流密度也也达到了了0.882A/cm22，石墨墨化阴极极炭块的的电解槽槽还有进进一步提提高电流流强度的的潜力。4400kkA大型型预焙阳阳极电解解槽技术术的研制制开发

14、成成功，为为我国参参与国际际竞争，提提供容量量更大、技技术更先先进的电电解槽技技术打下下了良好好的基础础3。400kkA级铝铝电解车车间设计计，是适适应了我我国铝电电解行业业的发展展现状及及十二五五规划总总体要求求：淘汰汰1000千安及及以下电电解铝预预焙槽，确确立绿色色发展的的理念，提提升工业业节能发发展水平平，推广广新型阴阴极结构构铝电解解槽、新新型导流流结构铝铝电解槽槽、高阳阳极电流流密度超超大型铝铝电解槽槽，到220155年，新新型结构构铝电解解槽普及及率将达达到800%以上上4。本设设计具有有投资省省、容量量大、经经济效益益高的特特点，单单槽年产产铝量可可增加1100多多吨，并并且有

15、利利于提高高集气效效率和改改善环境境。同时时，采用用电解槽槽全面控控制和标标准化操操作体系系，有效效控制了了电解槽槽平衡与与物料平平衡，还还采用一一套适应应大型电电解槽稳稳定、安安全的焙焙烧技术术，形成成了一套套与大型型电解槽槽配套的的生产操操作管理理技术。当当前国内内外大部部分铝电电解厂采采用3000kAA级电解解槽，本本设计采采用4000kAA大型铝铝电解槽槽，不仅仅适应了了电解槽槽发展的的大型化化，而且且引领着着世界铝铝电解行行业发展展方向，为为我国铝铝电解走走国际化化路线奠奠定了基基础。第一章 铝电解解简介1.11 铝的的性质及及用途1.11.1 铝的性性质铝是一种种银白色色的轻金金属

16、，位位列元素素周期表表第三周周期AA族，原原子序数数13，原原子量226.998144，其主主要特性性如下：(1)熔熔点低，铝铝的熔点点与纯度度有密切切关系，纯纯度999.9996%的的铝熔点点为6660。(2)沸沸点高，液液态铝的的蒸气压压不高，沸沸点为224677。(3)密密度小，铝铝的密度度只有钢钢的1/3，常常温下工工业纯铝铝的密度度为2.702.771g/cm33，随温温度升高高，铝的的密度随随之降低低，在9950时铝液液的密度度为2.3033 g/cm33。(4)电电阻率小小，纯度度为999%99.5%的的铝电阻阻率为(2.802.885)10-8m，在在常用金金属中铝铝的导电电性

17、仅次次于银和和铜居第第三位。铝铝中添加加其他元元素，都都会增大大铝的电电阻率。固固体和液液体铝的的电阻率率均随温温度降低低而减小小，靠近近0 KK时，铝铝的电阻阻率接近近零。(5)铝铝具有良良好的导导热能力力，铝的的导热性性能差不不多是不不锈钢的的十倍，在在20时, 铝的热热导率为为2.11 W/(cmm)。(6)铝铝具有良良好的反反光性能能，特别别是对于于波长为为0.2212m的光光线。(7)铝铝没有磁磁性，不不产生附附加的磁磁场，所所以在精精密仪器器中不会会起干扰扰作用。(8)铝铝易于加加工，可可用一般般的方法法把铝切切割、焊焊接或黏黏接，铝铝易于压压延和拉拉丝。铝铝的再生生利用率率高，易

18、易与多种种金属构构成合金金。(9)铝铝具有良良好的防防腐蚀性性，铝表表面在空空气中和和氧易结结合成一一层牢固固的氧化化铝薄膜膜，这层层氧化铝铝薄膜是是连续的的、无孔孔的，阻阻止了铝铝的进一一步氧化化，提高高了铝的的抗氧化化和抗腐腐蚀能力力。(10)铝没有有毒性，可可以用作作食品包包装。(11)铝再生生循环利利用率高高，是一一种节能能储能绿绿色环保保型金属属。1.11.2 铝的用用途由于铝具具有质轻轻、良好好的导热热性和导导电性、可可加工性性以及构构成高强强度、耐耐腐蚀性性的合金金和可再再生循环环利用等等优良的的性能，因而铝铝成为有有色金属属中应用用最广泛泛的金属属，是仅仅次于钢钢铁的第第二大金

19、金属。铝铝工业现现在是世世界上最最大的电电化学冶冶金工业业，铝的的产量在在金属中中仅次于于钢铁，居有色色金属之之首。它的应应用主要要表现在在下面几几个方面面。(1)轻轻型结构构材料因铝及其其合金质质轻，机械性性能好，易加工工，所以已已成为当当今制造造各种交交通运输输工具的的不可缺缺少的结结构材料料。近年年来汽车车工业用用材料要要求向体体形小、 质量量轻的方方向发展展，所以以用铝量量不断增增加。每每千克铝铝材可代代替2.2 kkg钢材材，这样就就大大减减轻了车车体的质质量，这这对节约约燃料是是非常有有利的。另外，火车车车厢、轮轮船船体体等也都都采用大大量的铝铝材。此外，国防工工业、宇宇宙航空空航

20、天工工业的用用铝量也也在日益益增长。(2)建建筑工业业材料铝材已在在建筑方方面得到到广泛的的应用。它的应应用主要要是用铝铝合金型型材制作作房屋的的结构架架和门窗窗柜橱一一类的设设施，以此代代木，经久耐耐用，美观大大方。(3)电电气工业业材料因铝质轻轻，导电又又好，所以铝铝在电力力输配、器件制制造等方方面已成成为制造造电线、电缆、电容器器、整流器器、母线以以及无线线电器材材的主要要材料。(4)耐耐腐蚀材材料由于铝表表面有一一层很坚坚硬、致致密的氧氧化铝薄薄膜，所以它它有很好好的耐腐腐蚀性。在化学学工业上上常用铝铝及其合合金制造造各种反反应器、储槽和和管道等等。(5)食食品包装装材料因铝是无无毒性

21、的的金属材材料，所所以在食食品包装装方面也也得到了了广泛应应用。目目前以大大型的仓仓库储槽槽、容缸缸到小型型的食品品罐头盒盒子及零零用包装装铝箔都都有铝的的应用。同同时，它它还是人人们日常常生活中中常用炊炊具和一一些装饰饰品的主主要原材材料。1.22铝电解解简史及及发展现现状1.22.1 铝电解解简史铝在地壳壳中的含含量高达达8%，几乎占占地壳中中全部金金属总量量的三分分之一。金金属铝最最初用化化学法制制取。118255年丹麦麦化学家家奥斯特特（H.C.OOersstedd）用钾钾汞齐还还原无水水氯化铝铝，得到到一种灰灰色的金金属粉末末，在研研磨石呈呈现金属属光泽，这是人人类首次次得到金金属铝

22、。18544年，法法国德维维尔(DDeviillee) 用用钠代替替钾还原原NaCCl-AAlCll3配合合盐，制制取金属属铝。18555年，在巴黎黎附近建建成了世世界上第第一座炼炼铝厂。118655年, 俄国别别开托夫夫()提议用用镁还原原冰晶石石来生产产铝。这一方方案后来来在德国国 Gmmeliingeen 铝铝镁工厂厂里被采采用。在采用化化学法炼炼铝期间间，18554年德德国本生生(Buunseen)和和法国德德维尔(Devvillle)继继英国戴戴维(DDavyy)之后后研究电电解法炼炼铝，试试验了各各种以冰冰晶石为为基础的的混合熔熔盐与氧氧化铝的的电解法法。但那时时的试验验是用蓄蓄电

23、池作作为电源源，不能能获得较较大的电电流，而而且价格格很贵，因因此电解解法不能能做工业业性的试试验。直直到18867年年发明了了发电机机，并在在18880年加加以改进进之后，实实现了三三相交流流输电，这这才给实实现工业业性的电电解法炼炼铝提供供了前提提条件。18833 年，美美国Brradlley提提出利用用氧化铝铝可溶于于熔融冰冰晶石的的特性来来电解冰冰晶石-氧化铝铝熔盐的的方案，但但未获得得专利。18886年美美国霍尔尔(Haall)和法国国埃鲁(Herroullt)通通过实验验不约而而同地申申请了冰冰晶石-氧化铝铝熔盐电电解法炼炼铝的专专利，获获得批准准。这就就是历来来所称的的Halll

24、- Herroullt(霍霍尔-埃埃鲁)法法，简称HH-H法法。电解法法原理就就是将氧氧化铝溶溶解在熔熔融的冰冰晶石电电解质中中，通入入直流电电，进行行电化学学反应得得到金属属铝。18888年，美美国匹兹兹堡电解解厂开始始用冰晶晶石-氧氧化铝熔熔盐电解解法炼铝铝。瑞士士冶炼公公司也在在同时采采用该法法炼铝。与与化学法法相比，电电解法成成本比较较低，而而且产品品质量好好，故沿沿用至今今。电解解法早期期采用小小型预焙焙电解槽槽，19923年年侧插阳阳极棒自自焙阳极极电解槽槽发明后后，电解槽槽的电解解容量增增大，生产指指标随之之好转，促进了了铝工业业的发展展，19552年上上插阳极极棒连续续自焙阳阳

25、极电解解槽系列列投产并并取得良良好的生生产指标标。19554年我我国抚顺顺铝厂投投产，采用当当时前苏苏联设计计的600 kAA侧插阳阳极棒自自焙阳极极电解槽槽，年产铝铝2.55万t。现代铝电电解槽正正向大型型化发展展，电解槽槽由200世纪770年代代的100万A发展到到现在的的35万万500万A，随着计计算机技技术在电电解槽上上的应用用，各项经经济技术术指标大大大提高高。目前前，法国国有6台台电流强强度达5500kkA的电电解槽在在进行工工业应用用试验。我我国第一一个5000kAA系列的的2888台电解解槽于220111年在甘甘肃连城城建成、投产。除此法外外，世界界各国科科学家也也一直在在研究

26、许许多的炼炼铝新方方法，如：电电热法炼炼铝、氯氯化铝电电解法、矿矿石直接接炼铝法法、高炉炉炼铝法法、锰还还原法、惰惰性阳极极和可湿湿润阴极极电解槽槽等。这这些新工工艺新方方法有待待进一步步的研究究完善和和工业性性的试验验。1.22.2我国铝铝电解技技术发展展现状许多突出出的技术术问题，与与我国铝铝电解技技术自770年代代末引进进1600kA中中间下料料预焙槽槽技术之之后，从从消化国国外技术术开始，揭开了了我国现现代铝电电解技术术发展的的序幕，以以铝电解解槽热电电磁力特特性及磁磁流体数数学模型型研究为为核心，在在工艺、材材料、过过程控制制及配套套技术等等方面展展开了广广泛深入入的研究究工作。九九

27、十年代代以来，在在基础理理论、大大型铝电电解槽开开发以及及工程应应用取得得了一系系列成果果，开发发成功了了2800、3200kA以上上的特大大型电解解槽技术术，使铝铝工业的的技术进进步令人人注目。大大容量电电解槽的的开发，使使我国铝铝电解技技术总体体上达到到了国际际先进水水平，电电解铝工工业的面面貌发生生了根本本的改变变。然而而由于我我们在跟跟踪国际际电解铝铝技术发发展过程程中实现现了跨越越式发展展这一特特点，大大型槽技技术尚未未经过生生产过程程的逐步步完善的的过程，在在生产实实用技术术领域缺缺乏应有有的技术术积累和和支撑，因此仍仍存在国国际水平平仍有较较大差距距5。 实际际运行指指标差。由于

28、开发发时间短短，对我国国大型铝铝电解槽槽在生产产领域的的深层次次开发明明显不足足，致使使实际运运行指标标的生产产指标与与国际先先进水平平还有较较大差距距。多数数在大负负荷、小小电网环环境下运运行，安全隐隐患多。铝电联营营是我国国电解铝铝企业发发展的趋趋势之一一，但同时时在技术术上也存存在相应应的问题题。由于于大容量量电解槽槽一般系系列规模模较大(一个系系列产能能可达220万吨吨以上)，巨大的的用电负负荷集中中在一个个生产系系列上(一般达达40万万kW以以上)，电解系系列生产产的任何何波动都都会造成成电网或或自备电电厂较大大的影响响，甚至至威胁供供电安全全。缺乏乏建立在在对阴极极破损机机理与规规

29、律透彻彻掌握基基础上的的“精细设设计”技术和和提高槽槽寿命的的综合技技术措施施，电解解槽难以以达到设设计寿命命，早期期破损率率高。影响我国国大型槽槽槽寿命命的问题题除了我我国普遍遍认为的的阴极炭炭素材料料质量方方面的原原因外，电电解槽的的设计、筑筑炉材料料、筑炉炉质量、焙焙烧启动动、正常常生产操操作及生生产管理理等方面面均存在在一些问问题。导导致这些些问题的的深层次次原因是是，我国国尚缺乏乏对铝电电解槽破破损(常常称为阴阴极破损损)机理理与规律律的深入入掌握及及在此基基础上的的“精细设设计”技术和和提高槽槽寿命的的综合技技术措施施。随着着电解槽槽容量的的不断扩扩大，槽槽寿命问问题就更更加突出出

30、。缺乏乏先进的的生产操操作技术术，作业成成本高。我国3000kAA级的特特大型预预焙铝电电解槽投投入工业业应用的的时间短短，又不能能完全照照搬以前前在大型型预焙槽槽上的相相关经验验(这些些经验也也有很大大局限性性)。焙烧启启动过程程中电流流分布不不均的问问题更突突出且焙焙烧启动动过程中中的能耗耗大；投投入运行行后电解解槽的物物理场(电场、磁磁场、流流场)容容易波动动，热平平衡的维维持较困困难；槽槽电阻极极易受外外界的干干扰而波波动，阳阳极效应应发生后后熄灭困困难，且由于于电解槽槽的惯性性大，一一旦出现现槽况波波动或槽槽况异常常现象，很很难快速速恢复正正常。总的来说说，目前前就我国国电解铝铝整体

31、生生产状态态而言，能能源综合合利用效效率要比比国际先先进水平平低155%左右右，主要要表现在在：电流效率率相差22-3个个百分点点；吨铝铝电耗相相差30008000kwhh；电解铝用用阳极生生产过程程能耗相相差300kg/t左右右；吨电解铝铝阳极消消耗相差差30-60kkg(折折合标准准煤约7751500kg)；电槽槽寿寿命相差差10000天左左右；阳极效应应系数国国际先进进为0.1次/天槽槽以下，我我国目前前最好水水平在00.3次/天槽槽左右。1.22.3 世界界铝电解解工业技技术现状状目前，电电解铝工工业仍以以改善和和提高霍霍尔-埃埃鲁法电电解槽技技术水平平为主，着着力于节节能减排排，降低

32、低能耗、物物耗和原原铝成本本，在从从源头上上就减少少气固废废物料污污染的同同时，加加强废物物料废铝铝的无害害化和资资源化处处理，实实现资源源再生和和循环利利用，进进一步提提高产品品质量和和扩大产产品种类类。现代化预预焙电解解槽的电电流强度度继续向向超大型型化发展展。继法国国AP118和AAP300型电解解槽技术术后，AAP500技术6已已问世。最最近，俄俄罗斯铝铝业启动动了电流流强度为为4000 kAA的RAA4000槽型电电解槽系系列两条条。该系系列是在在原3000 kkA电解解槽技术术基础上上开发的的第二代代超大型型电解槽槽，该槽槽日产量量3t，电电流效率率94%，电耗耗138800 kW

33、h/tt，减少少33%污染物物。目前前正在开开发45505000kA电电解槽,预计将将开展RRA5000电解解槽试验验。60007400 kAA超大容容量电解解槽也在在开发研研究中。国外大容容量(3300 kA以以上)电电解槽阳阳极电流流密度为为0.882A/cm以以上，主要经经济技术术指标：电流效效率933%95%，直流电电耗1330000135500 kWh/tt(All)；最最先进的的技术指指标电流流效率可可达966%，电耗略略低于1130000 kkWhh/t(Al)。法国彼斯斯涅APP系列电电解技术术被公认认为代表表当今国国际领先先水平。其其具有如如下几个个特点6：(1)阳阳极电流流

34、密度较较高，可达0.82AA/cmm以上，单位阴阴极面积积产能大大。(2)槽槽电压和和电解稳稳定性均均较高,电解质质过热度度都较低低，不超过过10，槽膛内内形中炉炉帮和伸伸腿的固固相结壳壳厚度稳稳定合理理，因此电电流效率率高，可达995%96%，电耗可可低到1130000kWWh/t(AAl)，槽寿命命达20000天天。(3)分分子比、氧化铝铝和阳极极效应系系数低，说明其其设计操操作和控控制技术术水平高高。国外铝电电解的数数学模型型、传感器器、控制和和新材料料等功能能化技术术水平较较高。采采用的物物理场数数学模型型精确有有效，电解槽槽结构设设计质量量高，槽电解解运行稳稳定性好好，电流效效率可达

35、达95%966%。应用了了半连续续传感器器实时在在线检测测控制温温度、过热度度、分子比比、熔体高高度和氧氧化铝浓浓度。控制水平平先进，控制效效应系数数向零目目标发展展。在高电电流密度度、高槽电电压、高电解解温度条条件下，通过槽槽电压、分子比比和过热热度的软软件程序序控制技技术，实现电电解槽的的能量平平衡、物料平平衡和液液固相平平衡，即过热热度和炉炉帮伸腿腿构成的的固相电电解质槽槽膛内型型稳定合合理。这样不不仅电流流效率高高、炭耗低低，而且电电解槽寿寿命长。开发应用用抗熔体体渗透的的槽衬耐耐火材料料、热电偶偶套管、优质炭炭素阴阳阳极、可湿润润阴极和和惰性阳阳极等新新型材料料。优化电电解质组组成，

36、降低电电解质电电压降和和提高电电流效率率。对铝电电解产生生的废渣渣、废槽衬衬等废物物料实行行有价成成分再生生回收并并循环利利用，或对其其做无害害化处理理，减轻铝铝电解工工业废物物对环境境污染。美美国铝电电解工业业总排氟氟量达到到0.77 kgg/t(Al)水平。为了大幅幅度提高高电解法法能量效效率和减减少二氧氧化碳排排放量，国外开开展力求求降低阴阴阳极之之间电压压降的工工业试验验，采用炭炭阳极开开沟槽、TiBB2可湿润润阴极、惰性阳阳极、导流式式或双极极多室式式新型结结构电解解槽77等新新工艺新新技术新新材料新新设备。对于可望望替代现现有霍尔尔-埃鲁鲁特电解解法的一一些炼铝铝新工艺艺方法，如炭

37、热热还原法法、氯化铝铝双极多多室电解解法等长长远课题题还在继继续进行行研究。1.33铝电解解用原料料与原材材料铝电解生生产所需需用的原原材料大大致分三三类：原料氧化铝铝；熔剂氟化盐盐(包括括冰晶石石、氟化铝铝、氟化钠钠、氟化镁镁、氟化钙钙和氟化化锂等)；预焙阳阳极炭块块或炭糊糊。1.33.1 铝铝电解原原料氧化铝铝氧化铝是是当前冰冰晶石-氧化铝铝熔盐电电解法的的唯一原原料，是由矿矿石中提提炼出来来的有一一定粒度度要求的的白色粉粉料，流动性性很好，不溶于于水，能溶解解在熔融融的冰晶晶石中，熔点20050，真密度度3.553.6 gg/cmm3，体积密密度1.0 gg/cmm3。氧化化铝有77种晶

38、型型，最常见见的是-All2O3，又称刚刚玉型氧氧化铝。它它主要是是不断的的补充电电解质中中的铝氧氧氟配合合离子，使其保保持一定定范围的的浓度，以保证证电解的的持续进进行。为了取取得良好好的生产产指标，对氧化化铝的要要求是非非常严格格的，主要体体现在化化学纯度度和物理理性能上上。(1)化化学纯度度工业氧化化铝通常常含有998.55%的氧氧化铝以以及二氧氧化硅、三氧化化二铁、二氧化化钛、氧化钠钠、氧化钙钙和水等等少量杂杂质。在在电解过过程中，那些电电位比铝铝正的元元素的氧氧化物杂杂质，如二氧氧化硅、三氧化化二铁都都会优先先还原，还原出出来的 Si 和 FFe等杂杂质进入入铝内，从而使使铝的品品位

39、降低低，且降低低电流效效率；而那些些电位比比铝负的的元素的的氧化物物杂质，如氧化化钠、氧化钙钙会分解解冰晶石石，使电解解质组成成发生改改变并增增加氟盐盐消耗量量。水分会会分解冰冰晶石，不仅产产生氟化化氢气体体，还会增增加铝液液中的氢氢含量。P2O5等高价价氧化物物杂质则则会降低低电流效效率。所以铝铝工业对对于氧化化铝的纯纯度提出出了严格格的要求求。(2)物物理性能能工业氧化化铝的物物理性能能，对于保保证电解解过程正正常进行行和提高高气体净净化效率率，关系很很大。一般要要求它具具有较小小的吸水水性，能够较较多较快快地溶解解在熔融融冰晶石石里，粒度适适宜、飞扬损损失少，并且能能够严密密地覆盖盖在阳

40、极极炭块上上，当氧化化铝覆盖盖在电解解质结壳壳上时，可起良良好的保保温作用用。在气体体净化中中，要求它它具有较较好的活活性和足足够的比比表面积积，从而能能够有效效地吸收收氟化氢氢气体。另外，氧化铝铝要有良良好的流流动性。这这些物理理性能取取决于氧氧化铝晶晶体的晶晶型、形状和和粒度。按照氧氧化铝的的物理特特性，可将其其分成砂砂型、中间型型和粉型型三种。砂型氧化化铝呈球球状，颗粒较较粗，安息角角小，只有33035，其中 -AAl2O3含量少少于100%115%，-AAl2O3含量较较高，具有较较大的活活性，适于在在干法净净化中用用来吸附附 HFF 气体体，在半连连续下料料的电解解槽上载载氟氧化化铝

41、可用用作原料料，故砂型型氧化铝铝得到广广泛应用用。粉型型氧化铝铝呈片状状和羽毛毛状，颗粒较较细，安息角角大，为455，其中-All2O3含量达达到800%。中中间型氧氧化铝介介乎两者者之间。生产每吨吨铝所需需的All2O3量，从理论论上计算算等于118899 kgg。实际际上由于于工业氧氧化铝中中大约含含有All2O3 988.5%，以及在在运输和和加料过过程中有有飞扬和和机械损损失，所以生生产每吨吨铝所需需的工业业氧化铝铝量是11920019940 kg。1.33.2 铝铝电解熔熔剂氟化盐盐铝电解熔熔剂包括括冰晶石石、氟化铝铝、氟化钠钠、氟化镁镁、氟化钙钙、氟化锂锂等，氧化铝铝可溶于于由冰晶

42、晶石和其其他几种种氟化物物组成的的熔剂中中，构成氟氟盐-氧氧化铝熔熔液。(1)冰冰晶石冰晶石分分天然和和人造两两种。天天然冰晶晶石产于于格陵兰兰岛，无色或或雪白色色，密度为为2.995 gg/cmm3，熔点10009.2，在自然然界中贮贮量有限限。因此此现代铝铝工业则则使用合合成的人人造冰晶晶石，为灰白白色的粉粉末，易黏于于手，不溶于于水，熔点为为1011222。冰晶石的的分子式式为Naa3AlFF6，或写成成3NaaFAAlF33。氟化化钠与氟氟化铝的的摩尔比比称为冰冰晶石的的分子比比，分子比比为3时时称为中中性，分子比比大于33时称为为碱性，小于33时称为为酸性，一般人人造冰晶晶石的分分子

43、比为为1.662.2。冰晶石是是熔剂的的主要成成分，它的作作用第一一是能较较好的溶溶解氧化化铝，并且所所构成的的熔体可可在纯冰冰晶石熔熔点以下下进行电电解；第二在在电解温温度下，冰晶石石熔液的的密度比比铝液密密度要小小10%，故电解解出来的的铝液能能沉积在在槽底上上面；第三冰冰晶石具具有良好好的导电电性。目目前，冰晶石石是铝电电解生产产中最理理想的一一种熔剂剂。从理论上上讲冰晶晶石在电电解过程程中是不不消耗的的，但实际际上由于于冰晶石石中的氟氟化铝被被带进电电解液中中的水分分分解，或自身身挥发，氟化钠钠被电解解槽内衬衬吸收以以及操作作时的机机械损失失等原因因，故冰晶晶石在生生产过程程中是有有一

44、定损损耗的，在正常常情况下下大约每每生产11 t铝铝需耗冰冰晶石55100 kgg。(2)氟氟化铝氟化铝(AlFF3)是一一种白色色的细微微粉末，属菱形形六面体体结构，其颗粒粒比氧化化铝稍大大, 流流动性次次之，它是冰冰晶石-氧化铝铝熔液的的一种添添加剂。它它既可以以弥补电电解质中中氟化铝铝的损失失，又可以以调整电电解质的的分子比比，以保证证生产技技术条件件的稳定定，其单耗耗为200300 kgg/t(Al)。因氟氟化铝用用量也较较大，它没有有熔化温温度，只有升升华温度度，沸点为为1833，易挥发发和飞扬扬，故在向向槽内添添加时应应注意操操作方法法。(3)氟氟化钠氟化钠(NaFF)是一一种白色

45、色粉末，易溶溶于水，同样是是电解质质的一种种添加剂剂，但它多多用于电电解槽的的预热或或开动初初期，因为在在这个时时期，新槽的的炭素内内衬对氟氟化钠有有选择性性的吸收收，使电解解质的分分子比急急剧下降降，同时装装新槽所所用冰晶晶石的分分子比又又较低，而生产产条件又又要求分分子比要要高，以便提提高炉温温，所以装装炉和开开动初期期，要加一一定量的的氟化钠钠。但在多多数工厂厂用碳酸酸钠代替替氟化钠钠，这样更更加经济济。(4)氟氟化钙氟化钙(CaFF2)也是是电解质质的一种种添加剂剂，属于面面心立方方结构，熔点14423。新槽启启动时多多添加氟氟化钙，它的作作用主要要是对炉炉帮的形形成有好好处，可使炉炉

46、帮比较较坚固，同时也也可降低低电解质质的初晶晶温度，从而降降低电解解温度。氟化钙钙的含量量在生产产过程中中随电解解质的损损失而减减少，但在生生产中并并不添加加氟化钙钙，这是因因为原料料氧化铝铝中含有有少量的的氧化钙钙，氧化钙钙与电解解质中的的氟化铝铝反应可可生成氟氟化钙，所以它它可自行行补充累累积。(5)氟氟化镁氟化镁(MgFF2)和氟氟化钙的的作用基基本相似似，对炉帮帮形成起起矿化剂剂作用，但在降降低电解解质温度度，改善电电解质性性质，分离炭炭渣，提高电电流效率率和电解解质导电电率方面面比氟化化钙的作作用更为为明显，实践证证明这是是一种较较好的添添加剂。(6)氟氟化锂氟化锂或或者碳酸酸锂，对降低低电解温温度和提提高电解解质导电电率有显显著效果果，是提高高电流效效率和降降低电耗耗的一种种良好的的添加剂剂，应当推推广应用用。1.33.3 铝铝电解预预焙阳极极炭块在冰晶石石-氧化化铝熔盐盐电解生生产中，作为导导电的阴阴阳极的的各种材材料，既能良良好导电电，又能耐耐高温、抗腐蚀蚀，同时价价格低廉廉的目前前只有炭炭素材料料，因此铝铝工业生生产都采采用炭素素材料作作阴阳极极和各种种炭糊。预焙阳极极炭块是是利用一一定粒度度、配比的的石油焦焦和残极极，与一定定比例的的煤沥青青(黏结结剂)，经过混混捏、成型、焙烧而而成的阳阳极炭块块。其用途途是做预预焙电解解槽的阳阳极。