一、技術名稱：鋁電解槽新型陰極結構及焙燒啟動與控制技術
二、技術所屬領域及適用范圍：有色金屬行業電解鋁企業
三、與該技術相關的能耗及碳排放現狀
傳統鋁電解槽技術直流電耗13000-13500kWh/t-Al，其中2008年全國產鋁1318萬噸，平均直流電耗13260
kWh/t-Al，綜合交流電耗14323
kWh/t-Al，噸鋁生產排放CO210.82噸，鋁電解槽大修投資約80元/t-Al（依據電解槽容量大小、槽壽命長短）。目前該技術可實現節能量93萬tce/a，CO2減排約246萬t/a。
四、技術內容
1.技術原理
電解鋁生產采用熔鹽電解法，即將氧化鋁、冰晶石、氟化鋁等加入電解槽中，在直流電作用下，電解質在電解槽內發生電化學反應，在陰極上析出鋁液，陽極上析出CO2和CO，鋁液用真空抬包抽出鑄造成鋁錠，陽極逐漸消耗定期更換。本技術的技術原理是：（1）采用其陰極表面帶有凸起結構的鋁電解槽新型陰極技術，將現行電解槽的陰極結構改變為新型的電解槽陰極結構和內襯結構，上限減少陰極鋁液波動，提高陰極鋁液面穩定性，從而提高電流效率，降低槽電壓，降低電耗；（2）應用國際上通用的以電解槽陰極表面溫度分布和垂直分布情況判定電解槽焙燒質量的方法，以電解槽陰極和電解質溫度為控制中心，利用火焰焙燒，取代傳統的鋁液焙燒和焦粒焙燒，利用燃氣量和風量控制火焰溫度和燃燒熱量，實現焙燒溫度與升溫速度的控制，通過合理地設置燃燒器，達到溫度均勻的目的，最終得以提高電解槽的焙燒質量，節省能耗。
2.關鍵技術
（1）新型陰極結構電解槽的關鍵技術是在炭陰極表面設計和構建凸起結構，這種凸起結構具有阻流和鋁液波動，提高鋁液的電磁流動動力學穩定性的作用。新型陰極結構電解槽的陰極結構如圖1、2、3所示，圖4是由計算機根據電磁流體動力學理論計算出來的新型陰極結構電解槽與傳統陰極結構電解槽的陰極鋁液面波動高度的比較。由圖4可以看出，鋁電解使用新型陰極結構電解槽，可使槽中鋁液面波動減少2cm左右，從而實現了電解槽陰極鋁液面穩定性提高，這為電解槽電流效率的提高和極距與槽電壓的降低提供了技術保障，這也是新型陰極結構電解槽的關鍵技術所在。
（2）采用二段焙燒技術，提高焙燒質量，縮短焙燒周期，使電解槽快速轉入正常生產。
3.工藝流程
鋁液最大波動幅度：A-普通平底電解槽: 3.55cm，B-長凸起電解槽: 2.98cm
C-方形凸起電解槽: 2.73cm，D-圓柱凸起電解槽: 2.76cm
圖4新型陰極結構電解槽的鋁液波動
五、主要技術指標
新型陰極結構電解槽槽電壓3.7-3.85V，電流效率92%-95%，直流電耗11900-12500kWh/t-Al。所替代的傳統電解槽的主流技術指標：槽電壓-4.1V，電流效率-92%，直流電耗-13300
kWh/t-Al。本技術直流電耗降低700-1400 kWh/t-Al。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現狀
本技術首先在重慶天泰鋁業工業電解槽上應用，2008年通過中國有色金屬工業協會組織的專家鑒定，結論為”該項目屬國內外首創，整體技術達到國際領先水平。建
議盡快擴大工業試驗規模，為推廣積累經驗”。
本技術優化后在浙江華東鋁業200kA電解槽全系列得到應用，2010年，中國有色 金屬工業協會組織專家鑒定，結論為”該項目經濟和社會效益顯著、節能減排效果明
顯，整體技術達到國際領先水平。該項目易在現有電解槽上實施，綜合投資低，建議 加快推廣應用”。
目前，應用新型陰極結構電解槽技術的鋁電解廠超過20家。新型陰極結構電解槽 有的槽齡已超過4年，而且運行穩定，節能減排效果顯著，其技術的可靠性和節能效 果得到了時間的考驗。
七、典型應用案例
典型用戶：中國鋁業蘭州分公司、重慶天泰鋁業公司、青銅峽鋁業集團有限公司350kA系列、浙江華東鋁業股份有限公司、河南淅川鋁業（集團）有限公司、河南神火集團有限公司、湖南創元鋁業公司
技術提供單位：東北大學
典型案例1：中國鋁業蘭州分公司
主要技改內容：采用新型濕法焙燒啟動技術改造80臺350kA電解槽。相對于傳統的焙燒啟動技術，每臺電解槽平均可節電8萬kWh，折合28tce，全系列啟動一次節能6384tce。每臺350kA電解槽在焙燒啟動期間可創造節能經濟效益5.2萬元，對于一個標準的288臺350kA電解槽系列來說，可創造節能經濟效益1500萬元。
典型案例2：重慶天泰鋁業公司
建設規模：年產6萬噸170kA新型陰極結構鋁電解系列。主要技改內容：（1）新型陰極電解槽陰極碳塊制作與加工（2）陰極結構改造（3）電解槽內襯結構改造（4）焙燒方法的技術升級（5）電解槽工藝與操作技術的改造（6）電解槽控制系統升級改造。節能技改投資額11300萬元，建設期6個月，按節電1100kWh/T-Al計，年可節電6600萬kWh，折合2.31萬tce/a；節煤3000t/a。按電價0.45元/kWh計算，年節電經濟效益3000萬元，投資回收期3.8年。
典型案例3：浙江華東鋁業
建設規模：年產15萬噸新型陰極結構鋁電解系列。主要技改內容：在原200kA、240kA電解系列上進行新型陰極結構高效節能鋁電解槽技術改造。（1）新型陰極電解槽陰極碳塊制作與加工（2）陰極結構改造（3）電解槽內襯結構改造（4）焙燒方法的技術升級（5）電解槽工藝與操作技術的改造（6）電解槽控制系統升級改造。節能技改投資額40000萬元，建設期6個月。按節電1100kWh/T-Al計，年可節電16500萬kWh，折合5.78萬tce。按電價0.45元/kWh計算，年節電經濟效益7425萬元，投資回收期5.4年。
八、推廣前景及節能減排潛力
本技術于2008年在工業鋁電解槽上成功試驗。其后，國內外鋁電解企業利用電解槽大修機會，積極使用該技術。至2013年底，應用本技術進行鋁電解生產的規模已超過400萬噸/年。據中國有色金屬工業協會統計，我國2013年鋁電解產量2194萬噸，占全球總產鋁量47.2%。
預計未來年，本技術在行業內推廣達1200萬噸/年，可形成84億度/年節能量，節能能力280萬t/a，減碳量達1490萬tCO2/年（含減排PFC折合量）。
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