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3 所示[9] . 俄铝 (UC Rusal) 初期工业试验槽的结果并不 是特别好, 耗电较高, 比炭阳极电解槽吨铝多

3000 度,但一直没有正式的公开报道,也未见其进一 步开展工业化试验的报道. 2.2 惰性阳极电解技术发展推测 1)惰性阳极和阴极材料问题 惰性阳极的材料问题(包括腐蚀、抗热冲击性 差、可加工性差、与金属导体的连接性差等)一直 是惰性阳极未获成功的主要原因.而可润湿性阴极 对于惰性阳极铝电解技术也非常重要,特别是对于 竖式结构的电解槽.比如 Elysis 的电解槽.在公开 文献中,并没有完全解决惰性阳极和可润湿性阴极 材料问题的报道,但从 Elysis 公司宣传报道中,要 把无碳电解技术在

2024 年推向市场,即在

6 年时 间内使其成为一项完全可以工业化推广应用的技 术,我们推测其已经解决了材料的大部分问题.否 则的话工业化推广将会遥遥无期. 2)惰性阳极电解槽结构 惰性阳极铝电解槽的结构比较灵活,电极可 以垂直布置也可以水平布置,各有优缺点.垂直 布置时电极可以是单极性的,也可以是双极性的, 单极性双极性都有人申请了专利,也是各有优缺 点.当电极竖式布置时,电极面积可以成倍地增 加,这是竖式结构槽的主要优点之一. 由于惰性阳极理论分解电压比炭阳极增加一 伏,吨铝耗电也将增加三千多度.尽管惰性阳极 的过电压、阳极压降和气泡压降等合计比炭阳极 低0.3-0.7V,并且还可以进一步降低极距,降低 电解质压降,使惰性阳极铝电解槽的电压具有接 近甚至低于炭阳极铝电解槽电压的潜力,但这些 潜力 的实现还非常困难. 潜力不等于现实.比如说, 阳极压降或者阴 极压降可以降低

100 毫伏,就能节电

300 多度 , 这个说法是不对的.阳极或者阴极压降降低

100 毫伏,只是提供了节电

300 多度的潜力,要变成 现实,还要有相应的减小热损失的措施,否则电 解槽会变凉,不能维持热平衡. 上述惰性阳极的过电压、 阳极压降、 气泡压降、 电解质压降等这些电压都是发热电压,在其降低的 潜力 转化为现实之前,都需要有减少热损失的措 施.所以,无论是竖式结构还是水平结构,惰性阳 极铝电解槽都必须考虑保温以及减少散热的问题. 保温和减少散热的效果,决定了除分解电压以外的 发热电压能够实际降低的大小. 电解槽上部的热损失超过 50%,所以上部保 温设计是重点, 减少上部的热损失非常关键. Elysis 电解槽上面的设计像个盖子,主要作用应该是为 了保温.此外,Moltech 公司 25kA 电解槽之所以 电压达到 6.2V,其主要原因就是上部没有保温, 散热损失太大,为保持热平衡而提高了电压. 除了增加保温,减小电解槽的体积和外表面 积,也同样是减少散热的重要措施.减小电解槽 的体积就会涉及到电解槽的产率和电流密度改变 的问题.为了不减少产率,增加电极面积是必然 选择.惰性阳极电解槽希望采用比较小的电流密 《中国铝用辅料》

2019 年第

1 期(总第

1 期)

5 度,因为降低电流密度,可以减小阳极和阴极的 腐蚀、可以减小磁场的影响、可以降低过电压等 等好处.不减少产率也就是不降低系列电流,还 要降低电流密度,那就只能增加电极面积. 竖式结构槽很容易把电极面积增加一倍甚至 更多,而水平槽增加电极面积就比较困难,即便 增加也非常有限.所以,从电解槽保温、产率、 电流密度等方面综合考虑,竖式结构的惰性阳极 铝电解槽更具有优势. 3)Elysis 电解槽可能具有的技术特征 Elysis 公司并未没透露其无碳电解技术的细 节,从其结构示意图上看也仅可以看出:该电解 槽采用垂直(竖式)单极性电极、析氧惰性阳极 和可润湿性阴极,并且阳极在上、阴极在下.但 综合考虑其很可能还具备以下技术特征: 其很可能是导流槽.因为阴极固定在底 部,如果不是导流槽,较高的铝水平会造成阴极 有效面积浪费的太多,成本会大幅增加. 其很可能用准连续下料法,即使现在做不 到,今后几年也要解决这个问题.因为氧化铝沉 淀的危害很大,尤其是怕它附着在阴极表面上, 影响润湿性. 其采用相对偏低的电流密度以延长阳极 的寿命,阳极电流密度预计不超过 0.5 A/cm2 .另 外其可能不采用钾冰晶石电解质体系,以减小对 阴极的破坏[4] . 其很可能采用的是金属陶瓷基的惰性阳极, 耐腐蚀、寿命长,但可能仍然需要定期或不定期 的更换,周期可能在 2-3 年之间.从其上部保温结 构来看,惰性阳极可能是整体更换,即2-3 年后, 停槽大修换上新的惰性阳极.