• 汇集公众科学智慧交流科学思想见解
  • 点燃科学智慧火花构建互动交流平台
科学智慧火花
发表评论  1                

电解铝生产的精密控制

投稿时间:2012-05-22 14:16 投稿人:刘瑞杰 【字号: 访问量:

一、理论上:生产一吨电解铝电耗6330kwh(电解槽生产电流工作原理,如图一);在用银做阳极进行精密控制的实验槽上,吨铝电耗9240kwh,电能利用率67.8%;目前的工业电解生产中,使用模糊控制对电解生产进行调控,其实际电耗高达13200kwh,同时还要消耗550kg优质石油焦,电能利用率47%,能耗利用率仅33.5%。铝电解生产中,银既不是电解生产的催化剂,也不是电解生产的添加剂,也未见添加银对电解生产有益的实践。

从以上的数据,进行深一步分析可以看出: 

a、精密控制的实验槽上,吨铝电耗9240kwh;(电流工作原理,如图二),模糊控制生产槽上,吨铝电耗高达13200kwh;(电流工作原理,如图三),这两个数据可以得出如下结论:

1、用9240kwh生产一吨铝是有事实依据的;电解铝行业用教程一直使用此数据;

2、用精密控制生产一吨铝比使用模糊控制节电4000kwh;

3、精密控制比模糊控制有更大的优越性。

b、精密控制的实验槽上,电能利用率67.8%;能耗利用率67.8%;模糊控制生产槽上,电能利用率47%;能耗利用率33.5%;这几个数据可以看出:

1、模糊控制的铝电解生产,能耗是精密控制的202.38%;

2、与精密控制相比,模糊控制的铝电解生产有20.8%的电能做了无用功;

3、模糊控制的电解生产,电能没能充分的得以利用。

c、从生产实践来看,在电解铝的生产流程中,银没有任何助益。其对电解铝生产电耗的降低,完全得益于电解铝生产中的过程控制——精密控制。

二、 实际事例1:上世纪90年代中期,国内石油焦的出口,导致国内电解铝生产用的阳极糊发生短缺;不得已,国内电解铝生产厂家只得使用了不同品质的阳极糊,在阳极糊生成阳极的过程中,两种不同品质的阳极互相交杂、交错、交叠,熔融----凝固成型在一起,形成一个阳极整体;当底层不同品质的阳极消耗殆尽,新的品质的阳极尚未形成一个稳定的工作底面;此时,阳极底面极不规整,或犬牙状突出、或大面积的突出、或大面积的凹陷,或凸凹不平,阳极电流的导通受到极大的影响,分布极度不均,电解槽的温度随电流的分布也极不均衡。电流弱的地方温度低,电解质甚至凝固成一体;电流强的地方,电解反应异常剧烈,电解质温度奇高,甚至电解槽的槽体都受到伤害。电解槽电流的不均衡引起了一系列的后遗症,电解的生产工艺受到极大的影响,同时还得提高电压,提升电流,投入冰晶石、铝氧粉、碱、盐等保持电解槽的温度,保持电解质平衡;电解环境极度恶化;电解槽的结构受到巨大破坏,生产陷入停顿……为维持电解槽的生命,投入大量的人力、物力,几个月的时间,才使电解槽恢复稳定。至此,电解铝生产企业元气大伤,一批铝电解生产厂家因此退出电解铝生产领域。能够从这场风波中幸存下来的企业,无例外的采用——将电解生产阳极退出,修整底面然后再投入生产。底面修整后的电解槽很快就恢复了生产。

从这个实例得出:

a、阳极底面的不平整(实质是电解生产电流的不均衡),导致电解生产受极大的影响,甚至电解生产都无法进行。

b、阳极底面修整平整后(实质是电解生产电流的均衡),电解生产能很快恢复正常。

这个事例,表面上看是电解槽阳极与电解质的密切接触,其实质是电解生产电流的均衡与否,这是保证电解生产正常进行的主要条件。

三、实际实例2:业界有一台单阳极时期的电解槽,由于管理的精细、呵护的精心,其电解生产的效率,非同类型的电解槽可比;就现在模糊控制下的多阳极电解槽与其相比,也要稍逊一筹;经20余年运行(一般的电解槽使用寿命4—5年),其槽况仍让新启动的电解槽无法相比。其神奇的效能一直奉为业界神奇。以精密控制的眼光看待此事:所用原材料,与其它电解槽相比没有差别;用电,与其它电解槽在同一条电流回路;管理,都是同时期的职工。

其实,用精密控制的眼光,很容易看出其中的端倪,电解槽各处的电流分布均衡、热收入分布均衡、电解质的成分分布均衡;这都是电解铝生产中一直要求的基本条件。但是,能把握住这些这些条件的,在目前的电解系统内去做确实难上又难。目前的电解条件下,无论是单阳极的电解生产、模糊控制下多阳极的电解生产,都难以从根本上控制、分配电解槽内部的电流,这也是无法进一步提高电解生产的效率的根本所在,这个业界的神奇也就难以逾越。

无庸置疑,本例确实是通过精细管理,实实在在的把握住了这些基本的条件。这个实例再次说明:实现精密控制是提高电解生产效率根本途径。而精密控制的实现,要依赖自动化,微型工业计算机来实现,依赖人工监控效率极低,成效很难有保障。

四、精密控制电解的益处分析:电解生产中,无论是单阳极电解生产还是模糊控制的多阳极电解生产,都难以避免的产生阳极效应。效应发生时,阳极气体成分发生急剧变化,CO从20%上升到60%,产生20%的CF4,在电解生产过程中,产生大量的CO2、HF气体,这些气体或固体颗粒都或多或少的因电解生产的过程产生;特别是电解效应发生时,电解槽内产生很多电火花,火花温度高达数千乃至上万度,高温和电弧冲击给这些有害气体产生提供了优越条件。

a、精密控制可消除阳极效应发生的条件,CO的产生率降低20%,理论上可杜绝铝电解生产过程中产生有害气体CF4、HF;

b、通过精密控制,可提高电能利用率20%,降低吨铝电耗约4000kwh;

c、电解铝精密控制,为铝电解生产更大型化奠定理论基础;

d、精密控制电解生产具有的无可比拟优越性,是单阳极电解生产、模糊控制的多阳极电解生产达到的;在电解技术没有实现飞跃性突破之前,一旦应用于电解生产,其优势无可比拟,电耗能降低30%,仅此一条就具有垄断电解生产领域的可能。

 

 

图一

 

 

 

图二 

 

图三