目前行业内节能降耗已经成为研究的主流方向[1],在降低电解槽的极距空间方向已经取得了显著的成果[2],但电解槽物理压降的节能潜力仍然很大。目前针对降低电解槽阴极压降已经开发出很多技术成果[3],取得了良好的经济效益。

阴极炭块是铝电解槽内衬的重要组成部分,阴极炭块的性能对电解槽电耗和槽寿命有着显著影响。阴极炭块既作为一个容器要耐铝液和电解质腐蚀,同时还要使铝液和电解质中的电流均匀地分布[4]。

阴极炭块主要分为无烟煤炭块、石墨质炭块和石墨化炭块。为了避免阴极出现严重腐蚀,尽可能延长槽寿命,优化电解槽运行状态,必须要求阴极性能能够满足一定的要求[5],因此目前国内主要采用30%或者50%石墨质炭块。但随着国内节能减排的推进、新建项目的减少和国家产能的控制,越来越多的企业开始关注并成系列采用石墨化炭块。

由于价格和制造工艺的问题,国内电解铝行业在本世纪初开始尝试使用石墨质阴极,成系列的工业化应用是在2005年之后。河南某铝厂的300kA电解系列采用石墨化阴极炭块,阴极组装方式为炭糊扎固,于2005年12月启动,400kA电解槽系列采用石墨化阴极炭块,阴极组装方式为磷铁浇铸,于2009年9月启动,目前这两个系列电解槽内衬基本完成了一个大修周期,平均内衬寿命超过2800天。

石墨化阴极在西方电解铝行业的应用始于二十世纪八十年代初期,目前美铝、力拓加铝、挪威海德鲁、迪拜铝业都采用石墨化阴极。并且通过更换石墨化阴极、加大阳极尺寸、提高阳极质量等技术措施改造原有电解槽,进行大幅度的强化电流,提高铝厂单位产能。

在这种技术潮流下,本文对比石墨质和石墨化炭块的技术特点进行投资和收益的对比分析并举例工程应用实践情况。