铝电解厂设计         (engineering design of aluminum smelter)

以氧化铝为原料，冰晶石作熔剂，碳素材料作阳极，采用电解法生产金属铝并铸、轧成铝锭(或坯)的轻金属冶炼厂设计。其设计范围包括：铝电解厂电解车间设计、铝电解厂阳极车间设计、铝电解厂阳极组装车间设计、铝电解厂铸造车间设计、铝电解厂烟气净化设计。

简史         工业炼铝一直采用1886年霍耳 - 埃鲁特(Hall - Heroult)发明的熔盐电解法，百余年来基本原理未变。但电解槽的阳极和槽结构有较大的发展，由最初小容量的预焙阳极电解槽发展到较大容量的自焙阳极电解槽，20世纪60年代又出现了大型预焙阳极电解槽。槽电流由最初的数千安发展到200kA以上。

中国在20世纪30年代相继在台湾高雄和辽宁抚顺建设了铝电解厂(均采用自焙阳极电解槽)。40年代中抚顺铝厂停产，50年代初抚顺铝厂进行了改、扩建，采用60kA侧插阳极棒自焙阳极电解槽。60～70年代先后设计建成了山东、郑州、兰州、贵州、包头、青铜峡和连城铝厂等以及50多个年产几千吨至万吨的地方铝厂。70年代中国自行开发了135kA中间加料预焙阳极电解槽，并应用于80年代改、扩建的包头铝厂的工程设计中。70年代末至80年代初，先后在贵州铝厂和青海铝厂的工程设计和建设中采用160kA中间加料预焙阳极电解槽。上述两种槽型均采用电解多功能机组和采用电子计算机自动控制电解槽生产等新技术，工厂的装备水平和主要技术经济指标，如电耗已接近国际先进水平。

设计规模       一般根据国内外市场需要、工业发展规划、地区电力资源和环保要求而定。

铝电解生产耗电量很大，每吨铝耗电近15000kW•h，铝厂建设必须有可靠的电源作保证，设计规模应与地区的供电能力相适应。铝电解在生产过程中散发大量的氟化氢等有害气体，影响地区的环境卫生；铝厂在采取净化措施后，每吨铝仍将散发近1kg的氟，一个年产10万t 的铝厂氟的散发量将近100t。从保护地区环境考虑，铝厂规模不宜过大。直至20世纪70年代末，仅前苏联在西伯利亚地区建有年产50万t的铝厂。80年代末以来，世界新建铝厂的规模，大多为年产20万t级。

中国在60～70年代建设的年产万吨以下的铝厂，为了提高经济效益和产品质量，相继进行了扩建改造。根据中国的技术经济条件，新建铝厂的设计规模不宜小于年产10万t。

铝厂阳极车间的设计规模，一般按电解铝产能的55％～65％考虑。

产品方案        铝电解厂的最终产品通常为商品铝锭、棒锭、线坯、板坯以及不同成分的铝合金锭等。根据国内外市场供需情况、经济发展要求以及铝厂本身的经济效益，确定产品品种。

阳极车间的产品根据电解槽槽型而定，采用自焙阳极电解槽的铝厂，阳极车间生产阳极糊，采用预焙阳极电解槽的铝厂，则生产阳极炭块。

生产方法与工艺流程        冰晶石 - 融盐电解法一直是工业生产金属铝的主要方法，其生产过程随选用的槽型不同稍有差异。工业生产中采用的电解槽有自焙阳极电解槽和预焙阳极电解槽两类，自焙阳极又分侧插阳极棒和上插阳极棒两种；当选用自焙阳极电解槽时，需要定期(3～6h)将电解槽的结壳打碎，加入新的氧化铝，还要定期(7～10d)从阳极中拔出接近电解质的阳极棒，再从阳极的上部插入新的阳极棒。

预焙阳极电解槽也要定期进行打壳、加料。打壳、加料的部位有的在边部(边部加料)，有的在两排阳极的中间(中间加料)。大型预焙阳极电解槽均采用中间加料。预焙阳极电解槽当阳极消耗殆尽(只剩100mm左右，称残极)时，需更换新的阳极。

上述两种槽型均要定期(1～2d)用真空抬包将阴极(槽底)上产出的铝液吸出，注入混合炉内澄清、精炼后铸成各种锭或铸一轧成线和板坯。

大型中间下料预焙阳极电解槽，要求使用流动性好、易熔的砂状氧化铝作原料。自焙阳极电解槽对原料无严格要求。

铝电解生产流程(预焙阳极电解槽)见图。

阳极生产的工艺流程见炭素厂设计。

设备选择       铝电饵厂的主要设备是电解槽和整流设备。整流设备选择见整流所设计。自焙阳极电解槽用阳极糊作阳极，阳极制备和槽结构简单、投资省。但在电解过程中，阳极糊散发出有害的沥青烟气，需进行处理；生产操作的机械化、自动化程度较低；每吨铝电耗较高。中国的小型铝厂都采用侧插阳极棒自焙阳极电解槽。预焙阳极电解槽采用已经焙烧的阳极炭块作阳极，沥青粘结剂的挥发分在阳极焙烧过程中已经排除，电解过程中劳动条件较好，特别是中间加料预焙阳极电解槽，采用计算机控制打壳、加料，用多功能机组更换阳极，自动化程度较高，环境保护也容易解决，现代大型铝厂均采用这种槽型。

车间组成      依采用的电解槽槽型而定。采用预焙阳极电解槽的铝厂由电解、整流、阳极、阳极组装和铸造车间等组成；采用自焙阳极电解槽的铝厂除无阳极组装车间外，其他车间与预焙阳极电解槽的铝厂相同。

技术特点     主要为：(1)铝电解厂厂址应选在电源充足的地区，但不宜邻近大城市；铝厂必须有两个以上的独立电源保证供电，以免停电导致电解槽冻结造成严重事故。(2)铝电解系列串联数十台以至上百台以上电解槽。诸多导体(母线)支撑在地面上，设计要采取良好的绝缘措施，以免漏电造成人身事故和对建筑物的电腐蚀。(3)铝电解生产过程中排放出含氟和其他有害气体，设计要采取净化措施。

主要技术经济指标         根据电解槽槽型的不同，铝电解厂的主要技术经济指标如表。

                                   铝电解厂主要技术经济指标

 
    指    标

    自焙阳极电解槽
 

  预焙阳极
 

侧插阳极棒

上插阳极棒

  电解槽

电流强度／kA
槽电压／V
电流效率／％
每吨铝消耗：
直流电／kW·h
氧化铝／kg
氟化盐／kg
阳极／kg

 50～130
 4．4～5．5
  85～91
 
 15000～15500
    1950
  30～60
  500～600

  100～130
  4．4～5．O
  85～90
 
 14000—16500
    1980
  30～60
  500～600

  130～280
  4．6～4．2
  90～95
 
 12400～14500
 1930～1950
    30
 400～600(净耗)