铝电解槽应用优质阳极炭块的技术经济分析与评价

魏云

摘要∶该文主要从铝电解式生产中的阳极损耗、电耗、阳级破坏性故障降低，以及强化输出电压活力等方面和阳级特性的有关问题亲入手，统计并剖析了铝电解槽用优良阳极和普通阳极以及品质较差的阳极之间的区别，并阐述了判别方式，作者认为若使用优良的阳极，吨铝生产成本可降低约三百多元人民币。

关键词：铝电解槽；优质阳极炭块；技术分析

一、引言

有些铝厂在购进阳极时，谁便宜买了谁的，使中国对高品质阳极的制造遇到了困难。在铝电解槽产品中，采用质量高品质产品的价格相对较高，还是采用品质一般或质量稍差但产品价格相对低廉的阳极炭块较好呢？两者在铝电解槽应用过程中究竟有多大区别，本文将力图从科技与经济效益上解析和评价这一问题[1]。

二、铝电解槽应用优质阳极炭块的问题

近年来，中国国内的阳极炭块交易市场逐渐转向了买方市场，由于产品供应过剩，产品价格一路下降。在太阳阳极生产原料石油焦和煤沥青料涨价达到40%的情形下，阳级炭块产品为3560-1950元上下。于是某些炭素厂大打价钱战，用不计成本的低廉产品求得占有行业市场一席之地。产品价格低，无利润空间，只好用低价质量差的原料和“带病”的设备、落后的工艺以求减少亏损。只要严密地根据ISO国际标准的十多项技术指标（包含物化特性，应用特性和微量元件）检查是能够辨别优良阳级的。但由于当前中国国内太阳能炭块产品质量规范，仍是最常见的“硬度”、“阻值率”、“灰分”、“真密度系数”和“体积密度系数”等几个主要技术指标，而大多数厂家对阳级炭块的热学技术应用性能指标以及各种微量元件都还没有测定，所以对太阳能极炭块的质量优良与否，主要是靠在电解槽上的实际使用效果来辨别。但这种区别时效性较慢，加之很多铝厂都无法保证同一个电解槽上只有同一家厂家出产的炭块，而不同厂家出产的炭块又要分槽利用，所以鱼目混珠，优劣难分。

三、铝电解槽阳极节电计算

阳极炭块阻力率通常在52~68μ。根据焙烧高温、原料品质、阳极制作工艺技术条件等影响阳极电阻率。通常高品质阳极阻力率为52~58μ，普通阳极阻力率为58~65μ，而品质较差的阳极电阻率则大于65μ敏捷建模以下，或70μ以上。应注意炭阳级与铸轧钢爪对接的铁炭电降相当大，因为这一节点的阻力率和炭阳极阻力率成正反比，即炭阳极阻力率越小，接点阻力率也就小。近二十多年来，由于电解铝工艺技术和阳级工艺技术的巨大进步、铝电解槽阳极电流降已从上世纪八十年代的550mV~700mV下降到了280mV~400mV，氧化铝产品用电成本下降主要由三大原因，分别是：技术工序自控增加供电效率；减小阴阳极电流降；减小热损失，而在这其中关于铝电解槽炭阳级的压力下降分配占有重要的地位。新的300kA预焙阳极电解槽阳级电压降280~350mV，铁炭电流降50~120mV，铁炭块本身180mV。铝电解生产中用在阳级的上的用电成本也从1700~2000千瓦时/t降到了800千瓦时/t以下，所用电耗占电解铝生产总电耗的比重也从14%降到了6.5%[2]。

使用高质量的阳极比使用普通阳极电阻率少10%，将节省电费85千瓦时/t，而使用质次的阳极比使用普通阳极电阻率高出20%之多，将最多消耗85千瓦时/t。采用优质太阳能比使用相同质量次的普通阳级少消耗170kWh，依据0.3元/千瓦时计算，相当于人民币消费大约51万元/t。而采用优良阳极与采用低劣阳极相比，将使铝的成本减少约200~300万元/t，如果更严格的大批量的阳级故障造成了电解槽事件，损失将更为巨大。

四、强化电流的技术——经济潜力

品质较差的阳极，因为原材料、生阳级制备工艺以及焙烧温度等的因素，阳极品质均一性较差，且内部结构并不紧密一致，在应用中，随着阳极内部和外层不断的氧化，结构变得松散，导电截面积逐渐降低，有时下降甚至达到15%以上，使阳级电流密度逐渐上升，从而造成生阳级过热等的干扰。而优良的阳级材料，不但质量密度系数均一，并且抗CO，与空气环境化学反应性较强，在应用后期，阳级工作截面积改变极小，这也将为增加太阳能电流密度，提高电解槽电压打下基础。我国大容量中心下料预焙阳极电解槽设计阳极电流密度一般在0.69~0.74A/cm²。近几年一些铝厂由于坚持使用优质阳极，不少铝厂已强化电流。提高了阳级电流密度的5%，即增加到了0.75~0.76A/cm²，在原铝厂的工作人员、机器设备不变的状况下，可增加铝生产5%以上，使一个5~10万t的铝厂仅强化太阳电流，每年提高铝生产2500t~5000t，提高生产总值约3500万元~7300万元。当前在太阳能电流密度方面中国和发达制造业发达国家有一定差异，优质太阳能极的推广应用意义重大[3]。

五、优质阳极的检验与判别

应用于国内对当前使用的铝用阳级炭块品质要求与检测方式，尚很难有效检测和判断优质阳极。YS/T285~1998，依据我国的炭阳级理化指标工作。其中膨胀率和CO反应性，由于中国国产的检测仪器精确性较差，且检验方式规范并不严格，所以个别工厂虽有此类仪器设备，但实际上基本没有质量，形同虚设，约百分之九十的工厂都没有这一类仪器设备。而中国当前对铝所用的阳级炭块品质判断标准，除外形外，大多仍用“灰分”、“硬度”、“阻值率”、“平均体积密度系数”、和“真密度系数”五项，尤其把“阻值率”等于55μm时作为优良与否的重要准则，这与实际误差较大。中国氧化铝集团河南分公司、山东省济宁炭素有限公司，多年来曾大量向美国、加拿大、法国等国家出口阳级炭块，且均使用了国际标准以及瑞士R&D的规范，同时他们也均曾为此耗资数百万元，并进口了十几种铝用炭阳极检测仪器设备与检验方法，现已全面投入生产使用。国外检验判别优质阳级材料的十多项主要技术指标中，特别注意了铝电解使用技术性指标要求，而且对每批货样都需要一份全解析检查单。中铝河南分院、山东省济宁炭素有限公司除对外接待提供分析以外，也已将上述的测试指标方法应用于阳极产品中。现阶段应该以使用标准比较合理，因为中国国内对技术标准的扩充和制定尚需时日。而国内外对这种软科技投入途径并不畅通，重视程度不足，这也是使中国部分企业生产技术粗放落后的主要因素之一。

结语

我国现代大型铝电解槽的综合节能技术已取得一定的进步，但综合考虑生产消耗、劳动生产率、吨铝投资材料用量等相对于国外一流电解槽技术，还有一定的差距。进一步优化设计、开发节能技术，提高管理和控制水平，方能进一步降低电解铝工业的综合能耗水平。

参考文献：

［1］周东方，杨晓东，刘伟，等．铝液流态（阻流）优化节能技术的开发与应用［J］．轻金属，2011，（3）：27－33．

［2］刘伟，邹智勇，杨晓东．铝电解槽阴极导电结构创新节能技术研究及工业试验［C］．IBAAS－CHALIECO2013国际铝工业技术研讨会．广西南宁，2013．447－452．