费俊杰 王为民 傅正义 王 皓

(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，湖北武汉430070)

0 前言

随着世界能源日趋紧张和环境保护要求日益严格，铝电解工业的高能耗和环境污染问题愈来愈受到极大的重视，已成国际铝业界关注的焦点。传统电解铝工业一直沿袭使用的是Hall-Heroult电解制铝法，此方法经过100余年的发展和不断完善，在提高电流效率，延长槽寿命，提高生产操作自动化程度，降低炭素材料消耗和环境保护方面取得了长足的进步[1]。但是依然存在许多缺点：能耗较高，碳素阳极消耗大，产物污染环境，碳素阴极易受铝液侵蚀等。生产一吨铝要耗能高达13000～15000kwh，消耗450～600kg优质碳素材料，并且排放出大量CO2气体[2-3]，此外，由于铝液不能润湿碳素阴极，不仅导致极距上升，耗电量巨大，而且在电解过程中电解质很容易渗透到碳素阴极内部，造成电解质对碳素阴极的侵蚀，最终导致电解槽阴极破损，被迫停炉检修和更换阴极，造成很大的经济损失。近年来，国内外铝工业界一致认同采用惰性阳极和惰性可润湿性阴极可有效克服传统电解铝的缺点，提高生产率，达到节能环保的目标，实现铝工业的重大革新。

1 电解铝传统碳素阴极

根据铝电解用碳阴极材料可将碳块分为以下4种[4]：

（1）无定形碳块：其骨料碳没有或者只有一部分被石墨化过，碳块焙烧到约1200℃。

（2）石墨化碳块：在其整块中（包括骨料碳和黏结剂）含有可石墨化的材料，已经受过热处理（3000℃）而得到一种石墨质材料。……