电解铝生产的精密控制

一、理论上：生产一吨电解铝电耗6330kwh（电解槽生产电流工作原理，如图一）；在用银做阳极进行精密控制的实验槽上，吨铝电耗9240kwh，电能利用率67.8%；目前的工业电解生产中，使用模糊控制对电解生产进行调控，其实际电耗高达13200kwh，同时还要消耗550kg优质石油焦，电能利用率47%，能耗利用率仅33.5%。铝电解生产中，银既不是电解生产的催化剂，也不是电解生产的添加剂，也未见添加银对电解生产有益的实践。

从以上的数据，进行深一步分析可以看出： 

a、精密控制的实验槽上，吨铝电耗9240kwh；（电流工作原理，如图二），模糊控制生产槽上，吨铝电耗高达13200kwh；（电流工作原理，如图三），这两个数据可以得出如下结论：

1、用9240kwh生产一吨铝是有事实依据的；电解铝行业用教程一直使用此数据；

2、用精密控制生产一吨铝比使用模糊控制节电4000kwh；

3、精密控制比模糊控制有更大的优越性。

b、精密控制的实验槽上，电能利用率67.8%；能耗利用率67.8%；模糊控制生产槽上，电能利用率47%；能耗利用率33.5%；这几个数据可以看出：

1、模糊控制的铝电解生产，能耗是精密控制的202.38%；

2、与精密控制相比，模糊控制的铝电解生产有20.8%的电能做了无用功；

3、模糊控制的电解生产，电能没能充分的得以利用。

c、从生产实践来看，在电解铝的生产流程中，银没有任何助益。其对电解铝生产电耗的降低，完全得益于电解铝生产中的过程控制——精密控制。

二、 实际事例1：上世纪90年代中期，国内石油焦的出口，导致国内电解铝生产用的阳极糊发生短缺；不得已，国内电解铝生产厂家只得使用了不同品质的阳极糊，在阳极糊生成阳极的过程中，两种不同品质的阳极互相交杂、交错、交叠，熔融----凝固成型在一起，形成一个阳极整体；当底层不同品质的阳极消耗殆尽，新的品质的阳极尚未形成一个稳定的工作底面；此时，阳极底面极不规整，或犬牙状突出、或大面积的突出、或大面积的凹陷，或凸凹不平，阳极电流的导通受到极大的影响，分布极度不均，电解槽的温度随电流的分布也极不均衡。电流弱的地方温度低，电解质甚至凝固成一体；电流强的地方，电解反应异常剧烈，电解质温度奇高，甚至电解槽的槽体都受到伤害。电解槽电流的不均衡引起了一系列的后遗症，电解的生产工艺受到极大的影响，同时还得提高电压，提升电流，投入冰晶石、铝氧粉、碱、盐等保持电解槽的温度，保持电解质平衡；电解环境极度恶化；电解槽的结构受到巨大破坏，生产陷入停顿……为维持电解槽的生命，投入大量的人力、物力，几个月的时间，才使电解槽恢复稳定。至此，电解铝生产企业元气大伤，一批铝电解生产厂家因此退出电解铝生产领域。能够从这场风波中幸存下来的企业，无例外的采用——将电解生产阳极退出，修整底面然后再投入生产。底面修整后的电解槽很快就恢复了生产。

从这个实例得出：

a、阳极底面的不平整（实质是电解生产电流的不均衡），导致电解生产受极大的影响，甚至电解生产都无法进行。

b、阳极底面修整平整后（实质是电解生产电流的均衡），电解生产能很快恢复正常。

这个事例，表面上看是电解槽阳极与电解质的密切接触，其实质是电解生产电流的均衡与否，这是保证电解生产正常进行的主要条件。

三、实际实例2：业界有一台单阳极时期的电解槽，由于管理的精细、呵护的精心，其电解生产的效率，非同类型的电解槽可比；就现在模糊控制下的多阳极电解槽与其相比，也要稍逊一筹；经20余年运行(一般的电解槽使用寿命4—5年)，其槽况仍让新启动的电解槽无法相比。其神奇的效能一直奉为业界神奇。以精密控制的眼光看待此事：所用原材料，与其它电解槽相比没有差别；用电，与其它电解槽在同一条电流回路；管理，都是同时期的职工。

其实，用精密控制的眼光，很容易看出其中的端倪，电解槽各处的电流分布均衡、热收入分布均衡、电解质的成分分布均衡；这都是电解铝生产中一直要求的基本条件。但是，能把握住这些这些条件的，在目前的电解系统内去做确实难上又难。目前的电解条件下，无论是单阳极的电解生产、模糊控制下多阳极的电解生产，都难以从根本上控制、分配电解槽内部的电流，这也是无法进一步提高电解生产的效率的根本所在，这个业界的神奇也就难以逾越。

无庸置疑，本例确实是通过精细管理，实实在在的把握住了这些基本的条件。这个实例再次说明：实现精密控制是提高电解生产效率根本途径。而精密控制的实现，要依赖自动化，微型工业计算机来实现，依赖人工监控效率极低，成效很难有保障。

四、精密控制电解的益处分析：电解生产中，无论是单阳极电解生产还是模糊控制的多阳极电解生产，都难以避免的产生阳极效应。效应发生时，阳极气体成分发生急剧变化，CO从20%上升到60%，产生20%的CF4，在电解生产过程中，产生大量的CO2、HF气体，这些气体或固体颗粒都或多或少的因电解生产的过程产生；特别是电解效应发生时，电解槽内产生很多电火花，火花温度高达数千乃至上万度，高温和电弧冲击给这些有害气体产生提供了优越条件。

a、精密控制可消除阳极效应发生的条件，CO的产生率降低20%，理论上可杜绝铝电解生产过程中产生有害气体CF4、HF；

b、通过精密控制，可提高电能利用率20%，降低吨铝电耗约4000kwh；

c、电解铝精密控制，为铝电解生产更大型化奠定理论基础；

d、精密控制电解生产具有的无可比拟优越性，是单阳极电解生产、模糊控制的多阳极电解生产达到的；在电解技术没有实现飞跃性突破之前，一旦应用于电解生产，其优势无可比拟，电耗能降低30%，仅此一条就具有垄断电解生产领域的可能。

图一

图二 

图三