目前行業(yè)內(nèi)節(jié)能降耗已經(jīng)成為研究的主流方向[1],在降低電解槽的極距空間方向已經(jīng)取得了顯著的成果[2],但電解槽物理壓降的節(jié)能潛力仍然很大。目前針對(duì)降低電解槽陰極壓降已經(jīng)開發(fā)出很多技術(shù)成果[3],取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

陰極炭塊是鋁電解槽內(nèi)襯的重要組成部分,陰極炭塊的性能對(duì)電解槽電耗和槽壽命有著顯著影響。陰極炭塊既作為一個(gè)容器要耐鋁液和電解質(zhì)腐蝕,同時(shí)還要使鋁液和電解質(zhì)中的電流均勻地分布[4]。

陰極炭塊主要分為無煙煤炭塊、石墨質(zhì)炭塊和石墨化炭塊。為了避免陰極出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕,盡可能延長槽壽命,優(yōu)化電解槽運(yùn)行狀態(tài),必須要求陰極性能能夠滿足一定的要求[5],因此目前國內(nèi)主要采用30%或者50%石墨質(zhì)炭塊。但隨著國內(nèi)節(jié)能減排的推進(jìn)、新建項(xiàng)目的減少和國家產(chǎn)能的控制,越來越多的企業(yè)開始關(guān)注并成系列采用石墨化炭塊。

由于價(jià)格和制造工藝的問題,國內(nèi)電解鋁行業(yè)在本世紀(jì)初開始嘗試使用石墨質(zhì)陰極,成系列的工業(yè)化應(yīng)用是在2005年之后。河南某鋁廠的300kA電解系列采用石墨化陰極炭塊,陰極組裝方式為炭糊扎固,于2005年12月啟動(dòng),400kA電解槽系列采用石墨化陰極炭塊,陰極組裝方式為磷鐵澆鑄,于2009年9月啟動(dòng),目前這兩個(gè)系列電解槽內(nèi)襯基本完成了一個(gè)大修周期,平均內(nèi)襯壽命超過2800天。

石墨化陰極在西方電解鋁行業(yè)的應(yīng)用始于二十世紀(jì)八十年代初期,目前美鋁、力拓加鋁、挪威海德魯、迪拜鋁業(yè)都采用石墨化陰極。并且通過更換石墨化陰極、加大陽極尺寸、提高陽極質(zhì)量等技術(shù)措施改造原有電解槽,進(jìn)行大幅度的強(qiáng)化電流,提高鋁廠單位產(chǎn)能。

在這種技術(shù)潮流下,本文對(duì)比石墨質(zhì)和石墨化炭塊的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行投資和收益的對(duì)比分析并舉例工程應(yīng)用實(shí)踐情況。