目前行業內節能降耗已經成為研究的主流方向[1],在降低電解槽的極距空間方向已經取得了顯著的成果[2],但電解槽物理壓降的節能潛力仍然很大。目前針對降低電解槽陰極壓降已經開發出很多技術成果[3],取得了良好的經濟效益。

陰極炭塊是鋁電解槽內襯的重要組成部分,陰極炭塊的性能對電解槽電耗和槽壽命有著顯著影響。陰極炭塊既作為一個容器要耐鋁液和電解質腐蝕,同時還要使鋁液和電解質中的電流均勻地分布[4]。

陰極炭塊主要分為無煙煤炭塊、石墨質炭塊和石墨化炭塊。為了避免陰極出現嚴重腐蝕,盡可能延長槽壽命,優化電解槽運行狀態,必須要求陰極性能能夠滿足一定的要求[5],因此目前國內主要采用30%或者50%石墨質炭塊。但隨著國內節能減排的推進、新建項目的減少和國家產能的控制,越來越多的企業開始關注并成系列采用石墨化炭塊。

由于價格和制造工藝的問題,國內電解鋁行業在本世紀初開始嘗試使用石墨質陰極,成系列的工業化應用是在2005年之后。河南某鋁廠的300kA電解系列采用石墨化陰極炭塊,陰極組裝方式為炭糊扎固,于2005年12月啟動,400kA電解槽系列采用石墨化陰極炭塊,陰極組裝方式為磷鐵澆鑄,于2009年9月啟動,目前這兩個系列電解槽內襯基本完成了一個大修周期,平均內襯壽命超過2800天。

石墨化陰極在西方電解鋁行業的應用始于二十世紀八十年代初期,目前美鋁、力拓加鋁、挪威海德魯、迪拜鋁業都采用石墨化陰極。并且通過更換石墨化陰極、加大陽極尺寸、提高陽極質量等技術措施改造原有電解槽,進行大幅度的強化電流,提高鋁廠單位產能。

在這種技術潮流下,本文對比石墨質和石墨化炭塊的技術特點進行投資和收益的對比分析并舉例工程應用實踐情況。