铝电解PFCs生成过程:F在炭阳极上吸附实验与第一性原理研究
2021-01-19孙珂娜张红亮王景坤
中南大学学报(自然科学版) 2020年12期
孙珂娜,张红亮,2,王景坤,3
(1.中南大学冶金与环境学院,湖南长沙,410083;2.中南大学难冶有色金属资源高效利用国家工程实验室,湖南长沙,410083;3.中国宏桥集团有限公司,山东滨州,256200)
目前工业铝电解槽使用炭素阳极,伴随着电解进程,电解质中氧化铝浓度不断降低,继而在阳极上发生阳极效应。阳极效应不仅会破坏正常电解,增加能耗,同时会产生大量全氟化碳(PFCs)气体。PFCs(主要包括CF4和C2F6)是高温室潜势气体,对环境影响巨大,铝电解工业是全球最大的全氟化碳气体排放源,约占总排放量的90%[1-2]。我国目前原铝产量居世界第1位,但是同工业发达国家相比还存在差距,主要体现在电解生产成本高,环境污染较重[3]。
针对PFCs的研究,早期主要集中在阳极效应的产生机理与消减方法,全氟化碳排放的定量评估与测量等,MARKS 等[4-5]提供一种可精确测量CF4和C2F6排放量的方法,并将这些测量值与阳极相关联,从而指导生产;RHODERICK 等[6]为确保空间测量的可比性,将开发的一套标准PFCs 气体用于铝工业校准仪器从而检测和比较各厂的排放情况;邱竹贤等[7-8]通过电化学实验扫描出的3个电流峰,分别对应O2-放电,O2-与F-共同放电和F-放电,阳极效应就是阳极气体和表面化合物恶化了电极的湿润性,引发强电场把电介质击穿而形成的弧光放电;李劼等[9-10]将其团队开发的预焙铝电解槽阳极效应的预报算法应用于智能模糊控制系统中,从而降低阳极效应系数;秦庆东等[11-14]针对工业电解槽跟踪测试,发现PFCs排放量与效应电压和效应持续时间呈正比。……
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