目前, 電解鋁工業(yè)仍以改善和提高霍爾-埃魯法電解槽技術(shù)水平為主, 著力于節(jié)能減排, 降低能耗、 物耗和原鋁成本, 在從源頭上就減少氣固廢物料污染的同時, 加強(qiáng)廢物料廢鋁的無害化和資源化處理, 實現(xiàn)資源再生和循環(huán)利用, 進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大產(chǎn)品種類。

現(xiàn)代化預(yù)焙電解槽的電流強(qiáng)度繼續(xù)向超大型化發(fā)展。繼法國AP18和AP30型電解槽技術(shù)后, AP50技術(shù)已問世。最近, 俄羅斯鋁業(yè)啟動了電流強(qiáng)度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。該系列是在原300 kA電解槽技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的第二代超大型電解槽, 該槽日產(chǎn)量3 t, 電流效率94%, 電耗13800 kW·h/t, 減少33%污染物。目前正在開發(fā)450~500 kA電解槽, 預(yù)計將開展RA500電解槽試驗。600~740 kA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中。

國外大容量(300 kA以上)電解槽陽極電流密度為0.8 A/cm2以上, 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo): 電流效率93%~95%, 直流電耗13000~13500 kW·h/t(Al); 最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)電流效率可達(dá)96%, 電耗略低于13000 kW·h/t(Al)。表1-2為彼斯涅AP30—AP50電解槽發(fā)展過程中的主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

法國彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認(rèn)為代表當(dāng)今國際領(lǐng)先水平。從AP電解系列技術(shù)中不難看出其具有如下幾個特點:

(1)陽極電流密度較高, 可達(dá)0.8 A/cm2以上, 單位陰極面積產(chǎn)能大。

(2)槽電壓和電解穩(wěn)定性均較高, 電解質(zhì)過熱度都較低, 不超過10℃, 槽膛內(nèi)形中爐幫和伸腿的固相結(jié)殼厚度穩(wěn)定合理, 因此電流效率高, 可達(dá)95%~96%, 電耗可低到13000 kW·h/t(Al), 槽壽命達(dá)2000天。

(3)分子比、 氧化鋁和陽極效應(yīng)系數(shù)低, 說明其設(shè)計操作和控制技術(shù)水平高。

國外鋁電解的數(shù)學(xué)模型、 傳感器、 控制和新材料等功能化技術(shù)水平較高。采用的物理場數(shù)學(xué)模型精確有效, 電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量高, 槽電解運(yùn)行穩(wěn)定性好, 電流效率可達(dá)95%~96%。應(yīng)用了半連續(xù)傳感器實時在線檢測控制溫度、 過熱度、 分子比、 熔體高度和氧化鋁濃度。

控制水平先進(jìn), 控制效應(yīng)系數(shù)向零目標(biāo)發(fā)展。在高電流密度、 高槽電壓、 高電解溫度條件下, 通過槽電壓、 分子比和過熱度的軟件程序控制技術(shù), 實現(xiàn)電解槽的能量平衡、 物料平衡和液固相平衡, 即過熱度和爐幫伸腿構(gòu)成的固相電解質(zhì)槽膛內(nèi)型穩(wěn)定合理。這樣不僅電流效率高、 炭耗低, 而且電解槽壽命長。

表1-2 彼斯涅AP30—AP50電解槽發(fā)展過程中的主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

開發(fā)應(yīng)用抗熔體滲透的槽襯耐火材料、 熱電偶套管、 優(yōu)質(zhì)炭素陰陽極、 可濕潤陰極和惰性陽極等新型材料。

優(yōu)化電解質(zhì)組成, 降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效率。

對鋁電解產(chǎn)生的廢渣、 廢槽襯等廢物料實行有價成分再生回收并循環(huán)利用, 或?qū)ζ渥鰺o害化處理, 減輕鋁電解工業(yè)廢物對環(huán)境污染。美國鋁電解工業(yè)總排氟量達(dá)到0.7 kg/t(Al)水平。

為了大幅度提高電解法能量效率和減少二氧化碳排放量, 國外開展力求降低陰陽極之間電壓降的工業(yè)試驗, 采用炭陽極開溝槽、 TiB2可濕潤陰極、 惰性陽極、 導(dǎo)流式或雙極多室式新型結(jié)構(gòu)電解槽等新工藝新技術(shù)新材料新設(shè)備。

對于可望替代現(xiàn)有霍爾-埃魯特電解法的一些煉鋁新工藝方法, 如炭熱還原法、 氯化鋁雙極多室電解法等長遠(yuǎn)課題還在繼續(xù)進(jìn)行研究。