李贺松, 孙盛林, 朱晓伟

(中南大学 能源科学与工程学院，湖南 长沙 410083)

1 引言

1.1 研究背景

铝是地壳中储量最大的金属元素，金属铝具有良好的物理化学性质，是迄今为止产量最大、用途最广泛的有色金属。铝电解槽是炼铝的核心设备，随着铝电解技术的不断发展，电解槽的节能降耗成为了科研学者关注的焦点[1]。为了实现节约能源、提高劳动生产率并降低企业的生产成本，电解槽正朝大容量(400 kA级及以上)、低电压(3.9 V以下)、节能型(12 500 kWh/t-Al以下)的方向迅猛发展[2]。同时，对电解槽结构的创新优化以及对生产工艺和控制技术改进的研究也在进行，期望达到大幅节能的目的，在中国铝业界掀起了一场技术革新的热潮。我国铝电解工业经过大量的技术创新与工业试验，虽然取得了许多的成果，铝电解相关工艺能耗已有大幅度减低，但仍远远高于其理论能耗，铝电解平均能量利用率尚不足50%，节能潜力十分巨大[3-7]。

在铝电解生产过程中，电化学消耗、化学消耗以及机械消耗是炭素阳极消耗的三种主要形式[8]。在高温下，阳极的主要成分-炭-容易出现氧化的现象，其中，在炭素阳极表面与CO2和O2发生的氧化还原反应是阳极过量消耗的主要原因，因此增加了阳极的净耗，增加了生产成本。按照现在的铝电解工艺，理论上每生产一吨铝需要消耗333 kg的炭，但实际消耗量为该值的1.5～1.8倍，达到了500～600 kg，而炭素阳极的消耗约占铝电解总成本的15%[9]。因此，阳极炭耗是铝电解技术一个非常重要的考核指标。……