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加速推进我国原铝提取技术革新

时间:2022-11-03 22:18 点击次数:
  本文摘要:原铝萃取工业的技术革新与研发工作都是环绕着节能减排展开,或者说其目标都是为了节能减排、提高工作环境与提升安全性确保,以及缩短槽寿命等等。2017年中国原铝的平均值直流电乏13577kWh/吨,全世界的为14100kWh/吨,中国每萃取1吨原铝较少用电523kWh,2017年中国生产原铝比国外的少用电大约1657MWh,温室气体排放量也适当地增加。中国原铝工业在用电方面已居于世界先进设备行列,但是中国铝电解槽的寿命却比国外的短不少。

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原铝萃取工业的技术革新与研发工作都是环绕着节能减排展开,或者说其目标都是为了节能减排、提高工作环境与提升安全性确保,以及缩短槽寿命等等。2017年中国原铝的平均值直流电乏13577kWh/吨,全世界的为14100kWh/吨,中国每萃取1吨原铝较少用电523kWh,2017年中国生产原铝比国外的少用电大约1657MWh,温室气体排放量也适当地增加。中国原铝工业在用电方面已居于世界先进设备行列,但是中国铝电解槽的寿命却比国外的短不少。

据涉及资料表明,发达国家预焙槽目前的平均寿命为2435d,而中国的仅有为1957d,大约比国外的短478d,这个差距还是极大的。当下,国外最久槽寿命大约为4000d,而中铝贵州分公司160kA槽的寿命已约4893d,比国外的长22.3%。我国已是世界原铝生产大国,也沦为了一个原铝初级强国,更加不应是世界原铝节能减排的领跑者,因此,宜集中于人力、财力、物力对如何大幅度降低原铝的能源消耗与非炭惰性阳极进行大规模研究,力争在2025年将全国原铝萃取平均值能耗降至12500kWh/tAl,即比2017年的13577kWh/tAl减少1077kWh/tAl,也就是说增加8%,如果无法超过8%,那么减少5%也是十分真是的。

为此,笔者建议能在某个大型铝厂的技术中心辟一个研发非炭惰性阳极研究所,国家为大股东,其他铝厂与有关单位可大股东,集中于全国的精兵强将,与技术世界领先的铝业公司展开一次万米赛。以下讲解原铝工业近期在技术方面两项有里程碑意义的工作:一是海德鲁铝业公司(Hydro)的HAL 4e及HAL 4eULTRA技术;二是伊利希斯公司(Elysis)正在研发的非炭阳极铝电解技术。HAL 4e及HAL 4e ULTRA型槽HAL 4e及HAL 4eULTRA技术是海德鲁铝业公司研发的,前者已展开了中试生产,后者正在研发中。中试生产线辟在公司的挪威卡莫铝厂,2017年1月生产出有了首批薄铝,是目前世界上最环保和能源效率最低的,它的能耗与CO2排放量皆比目前世界平均值较低15%,只有11985kWh/吨铝,这是很真是的,2017年全世界的平均值能耗为14100kWh/吨铝。

目前中试生产线的原铝生产能力75kt/a,海德鲁铝业公司计划HAL4e槽2020年产量减少到200kt/a。这是全世界空前的纪录水平,难道2025年以前很难有其他铝业公司在工业化萃取原铝能超过此水平。HAL 4e技术的发展长期以来,海德鲁铝业公司就把原铝萃取工艺的技术创新置放一个十分最重要的地位,早于在上世纪70年代就与加拿大铝业公司研发顺利ASV170技术。

自此以后,海德鲁铝业公司未曾暂停创意步伐,不但享有一支阵容强大的技术革新团队,而且与挪威科技大学密切合作,1981年在挪威霍扬格铝厂投产了HAL220槽;1988年在委内瑞纳铝厂研制成功HAL230型槽,此槽型1995年又在斯洛伐克铝业公司有效地运转;2009年卡塔尔铝业公司也使用该公司的HAL300型槽。2004年,海德鲁铝业公司要求发展HAL 4e及HAL 4eULTRA型槽技术,从阿达尔铝厂、卡莫铝厂、波什格伦铝厂与坐落于德国的诺伊斯铝厂调来了一批技术骨干,充分调动了各研究中心的积极性,充分发挥各自的专长,有的专门从事槽型设计,有的专门从事工艺过程控制,有的专门从事材料学与工程研究,有的专心模型创建与分析。经过几年这种分工具体又集中于一切技术力量的联合攻关,再一在2008年获得了近二三十年来原铝工业技术变革最显要的成就,在阿达尔铝厂选竣工了第一批HAL4e试验槽,并为技术更加先进设备、效率更高、能耗更加较低与更加环保的HAL 4eULTRA型槽的研发奠下了基础,此种槽的定型持续到2016年。由于对磁场的精准掌控、电解液电阻的减少与先进设备控制系统的使用,使阳极间距有所增大,从而获得了较好的综合效益。

现在研究人员在之后展开创意工作,使模型更为合理,工艺过程控制更为完备,工艺参数调控更为有效地与快捷,并使用新的阳极,尽早转入大规模的工业化生产,建构世界能效最低的铝电解企业。卡莫铝厂HAL 4e中试电解槽系列的建设HAL4e型槽生产厂辟在卡莫铝厂电解车间旁,至2017年卡莫铝厂有数50年的历史,卡莫铝厂原铝生产能力125kt/a,中试厂原铝生产能力75kt/a,用的电全为绿色的水电。中试电解槽系列座落在已荒废的老自焙槽旧址上,因环保原因自煎槽电解线于2009年投产。

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新的中试线由60台新的槽构成,其中48台为可工业化试生产的HAL4e型,电流强度450kA,电流效率95%,能耗12.3kWh/kgAl,比世界平均值能耗14.1kWh/kgAl与海德鲁铝业公司平均值能耗13.8kWh/kgAl较低得多。与海德鲁铝业公司林塔尔铝厂(Sunndal)Su4型槽和卡塔尔铝业公司的HAL300槽比起,卡莫铝厂中试线每台槽的原铝产量可多50%。

其余的12台槽用作试验HAL 4eULTRA技术,它们的电流强度略高于一些,为415kA~450kA,海德鲁铝业期望此项技术的能耗能超过11.5kWh/kgAl~11.8kWh/kgAl,世界上其他任何厂都不有可能在近期内超过。HAL4e槽的必要CO2排放量比世界平均值排放量较低0.8kg/kgAl,同时必要CO2当量排放量可增至1.40kg/kgAl~1.45kg/kgAl,卡莫铝厂可在一年内少废气60ktCO2。海德鲁铝业公司规划将卡莫铝厂电解槽全部升级为HAL4e型与HAL 4e ULTRA型,使它沦为最节约能源最排放量与效率最低的原铝生产企业,沦为世界铝电解工业的一面旗帜。

伊利希斯公司的无炭原铝萃取技术自1888年铝的工业化生产以来,每1kg原铝都是用霍尔-埃罗法(Hall-Heroalt)电解法萃取的。电解法生产1吨原铝可获释15.4吨CO2,所以全世界铝电解工业每年获释的CO2十分难以置信,为了保护环境,科学家都在挣扎执着不必炭阳电解提取原铝的阳极材料,可是十分失望的是,至今仍未寻找一种极具简单价格的非炭质阳极材料,伊利希斯公司就是为了研发这种非炭阳极材料重新组建的专业公司。伊利希斯公司伊利希斯公司(Elysis)重新组建于今年早些时候,坐落于加拿大魁北克省蒙特利尔市,是美国铝业公司(Alcoa)、力拓-加铝集团(RioTinto-Alcan)的合资企业,专门致力于无炭电解铝工艺的研发。

该公司是在苹果公司的牵线搭桥力主下正式成立的,两公司计划在今后3年投资5500万加元;苹果也将投资1300万加元,并获取技术支持;魁北克省和蒙特利尔市政府将各投资6000万加元。美国铝业公司已研发顺利一种新的不不受电解液风化的金属阳极材料,自2009年以来,已在公司的匹兹堡技术中心展开了试验,获得了可信的成果。

如果加拿大铝电解工业全部使用非炭阳极,则可增加温室气体必要排放量6500kt/a,大体相等于180万辆小型乘用车1年的排放量,可为加拿大建构数千个工作岗位,并更进一步兴旺魁北克省的铝制建工业;对铝产业来说,这是一个有历史性意义的时候。金属惰性阳极惰性阳极就是我们说道的非炭阳极,可分成陶瓷型与金属型,美国铝业公司研发前者,瑞士麦尔特奇(Meltech)公司侧重研发后者,经过近30年的创意研究,获得了不少成就,累积了不少经验,但仍未获得有历史意义的突破成就。

中国一些科研院所和大专院校也展开了一些研究,但由于种种原因,主要是经费问题,进展并不大。无论哪种非炭阳极,都必需在其表面涂抹一层氧化物,一是为了导电,二是为了减少金属在冰晶石电解质中的沉淀速度。麦尔特奇公司也对金属惰性阳极不作了不少研究。研发非炭惰性阳极大多集中于在Ni-Fe合金和Ni-Fe-Co合金,其中有代表性的是得诺拉(DeNora)博士的Fe-Ni-Cu合金,此种阳极又称维罗尼卡(Veronica)合金金属阳极,其表面涂抹有一层氧化钴活性结壳。

惰性金属阳极必需具备几个条件才有实用价值:它的寿命成本不应与同期炭阳极的非常或即使低一些,但有其他措施可以获得补偿;金属惰性阳极在电解质中沉淀的元素应付原铝的品质无影响;电耗必需多于炭阳极的或最少与其非常;电解槽需要必要替换金属惰性阳极而不用对现有电解槽展开较大规模的改建。大家对陶瓷都有较多理解,因此对陶瓷型惰性阳极仍然警言。


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