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电解铝工艺流程-编写


电解铝工艺流程
电解铝就是通过电解得到的铝,现代金属铝的生产主要采用冰晶石-氧化铝 融盐电解法。生产工艺流程如图 1 所示。

1. 铝电解工艺 直流电通入电解槽,电解槽温度控制在 940-960℃,熔融冰晶石是溶剂, 氧化铝作为溶质,以炭素体作为阳极,铝液做为阴极,使溶解于电解质中的氧 化铝在槽内的阴、阳两极发生电化学反应。在阴极电解析出金属铝,在阳极电 解析出 CO 和 CO2 气体。铝液定期用真空抬包析出,经过净化澄清后,浇铸成 商品铝锭。阳极气体经净化后,废气排空,回收的氟化物等返回电解槽。 电解铝的主要设备是电解槽, 现代铝工业主要有两种形式的槽式分别为自焙 阳极电解槽和预焙阳极电解槽。以下为两种槽的比较:

图一:两种类型电解槽的比较

目前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽, 槽的电流强度 很大,不仅自动化程度高,能耗低,单槽产量高,而且满足了环保法规的要 求。 从铝电解槽的发展来看, 目前电流强度达到 17-22KA 的大型化各类阳极 电解槽,产铝量为 1200-1500Kg/d,电能消耗降低到 13.5KW*H。下图为一

种铝电解槽参数

图二:一种铝电解槽配置图 2. 电解烟气干法净化 2.1 干法净化原理 干法净化就是以某种固体物质吸附另一种气体物质所完成的净化过 程。具有吸附作用的物质称吸附剂,被吸附的物质叫吸附质。铝电解含氟 烟气的干法净化使用电解铝生产用的氧化铝, 作为吸附剂吸附烟气中的氟 化氢等大气污染物来完成对烟气的净化。 氧化铝对氟化氢的吸附过程分三 个步骤: (1)氟化氢在气相中不断扩散,通过氧化铝表面气膜到达氧化铝表

面。 (2)氟化氢受氧化铝离子极化的化学键力的作用,形成化学吸附。 (3)被吸附的氟化氢和氧化铝发生化学反应,生成表面化合物―氟 化铝。氟化氢的吸附率可达 98%~99%,沥青烟的吸附率在 95%以上。载 有氟和沥青烟的氧化铝由布袋除尘器分离后供电解使用。 回收的氟返回电 解槽可补充电解生产过程中损失的氟元素,沥青焦油返槽后可逐步被烧 掉。 2.2 干法净化工艺流程

图 3 干法净化工艺流程图 干法净化工艺流程包括电解槽集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输 送、机械排风等五个部分,如图 3 所示。 (1)电解槽集气。电解槽散发的烟气呈无组织扩散状态,为了有效

地控制污染, 必须对电解槽进行密封。 收集的烟气通过电解槽的排烟支管 汇到电解厂房外的排烟总管,然后送往净化系统集中处理。 (2)吸附反应。将吸附剂新鲜的氧化铝粉加入到电解烟气中,并使 之与烟气充分接触而吸附烟气中的氟化氢,然后送到布袋除尘器袋滤室。 (3)气固分离。吸附后的氧化铝为载氟氧化铝,载氟氧化铝与烟气 的分离是由布袋除尘器来完成的。 分离下来的载氟氧化铝, 一部分作为循 环氧化铝继续参与吸附反应, 另一部分由氧化铝输送系统送入载氟氧化铝 料仓,供电解使用。 (4)氧化铝输送。新鲜氧化铝定量地由新鲜氧化铝料仓排出,经输 送风动溜槽给入到文丘里反应器中。 吸附后的载氟氧化铝由除尘器的沸腾 床的溢流口, 经输送风动溜槽及垂直输送气力提升机输送到载氟氧化铝料 仓,供电解使用。 (5)机械排风。排风是整个净化系统的主动力源。净化系统的烟气 输送、 氧化铝输送、 除尘器等均在负压状态下操作, 不向外界排放污染物。 机械排风的设备为离心风机。 2.3 电解烟气净化系统的组成 干法净化所用主要设备有反应器、脉冲袋式除尘器、风动溜槽、气力 提升机以及排烟风机等。 (1)反应器,其工作原理和特点是烟气向上通过反应器的喉口时, 流速突然增大,形成湍流。在此加入氧化铝,氧化铝与烟气由于湍流而充 分混合,进行充分反应,烟气自下而上穿过这层断面与氧化铝接触,完成 氧化铝对氟化氢的吸附过程。 喉口上方形成的湍流使氧化铝能充满整个管

道断面,缩短了所需的管道长度,提高了净化效率。 (2)脉冲袋式除尘器,如图 4 所示,含尘气体从袋式除尘器进口引 入后, 通过烟气分配装置均匀进入滤袋, 在此过程中粉尘即被滤袋的外侧 所阻挡, 经过净化处理的气体从出口排出, 当滤袋表面的粉尘不断增加到 一定的厚度, 导致设备阻力上升到设定值时, 微压差控制信号有信号输出。 控制仪发出信号,使喷吹系统工作,电磁脉冲阀打开,此时压缩空气从气 包顺序经脉冲阀和喷嘴向滤袋内喷射,附于袋外的粉尘脱离滤袋落入灰 斗,然后由回转排灰阀将粉尘排出。

图 4 脉冲袋式除尘器 (3)气力提升机是一种低压吹送的垂直提升气吸式输送设备,其工 作原理:靠真空来吸取物料,即当排风机工作后,整个系统被抽成一定的 真空度,在压力差的作用下,大气中的空气流从物料堆的间隙通过,把物 料吸入吸嘴,并沿输料管进入分离器中,在分离器中物料和空气被分离, 物料直接从底部卸出, 空气进入除尘器, 净化后的空气通过排风机进入大 气。 (4)风动溜槽分为下充气层、中透气层和上输料层,由风机给予低

压小容量的空气,由充气层透过透气层,使物料流态化,从而实现物流的 移动。循环氧化铝加入到反应器的输送都采用风动溜槽。 3.电解铝的技术问题 (1)由于大容量电解槽一般系列规模较大(一个 系列产能可达 20 万 吨以上)巨大的用电负荷集中在一个生产系列上 , (一般达 40 万 KW 以上) , 电解系列生产的任何波动都会造成电网或自备电厂较大的影响, 甚至威胁 供电安全。 (2) 缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的 “精细设计” 早期破损 技术和提高槽寿命的综合技术措施, 电解槽难以达到设计寿命, 率高。 影响中国大型槽槽寿命的问题除了中国普遍认为的阴极炭素材料质 量方面的原因外,电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常 生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。 导致这些问题的深层次原因 是,中国尚缺乏对铝电解槽破损(常称为阴极破损)机理与规律的深入掌 握及在此基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施。随着 电解槽容量的不断扩大,槽寿命问题就更加突出。 缺乏先进的生产操作技术, 作业成本高。 焙烧启动过程中电流分布不均的 问题更突出且焙烧启动过程中的能耗大; 投入运行后电解槽的物理场 (电 场、磁场、流场)容易波动,热平衡的维持较困难;槽电阻极易受外界的 干扰而波动,阳极效应发生后熄灭困难,且由于电解槽的惯性大,一旦出 现槽况波动或槽况异常现象,很难快速恢复正常。


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