低碳电解铝生产模式-低碳生产模式

现代铝工业生产普遍采用霍尔-埃鲁特工艺，即冰晶石-氧化铝熔盐电解法，其主要生产设备是电解槽，所需原材料包括氧化铝、氟化盐（包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化钙、氟化镁、氟化锂等）及阳极糊或预焙炭块。其工艺流程如图2-4所示。

图2-4 霍尔-埃鲁特法电解铝生产工艺流程

氧化铝是电解铝生产过程的主要原料，其熔点很高（2050℃），不易直接熔化提炼铝。但是，由于固态氧化铝能够部分地在熔点相对较低的冰晶石熔液中溶解，成为均匀熔体，而且此熔融物质具有较好的导电性，这就使得铝的电解工艺可以在远低于氧化铝熔点的温度下实现。霍尔-埃鲁特工艺的生产原理即是以冰晶石-氧化铝熔体为电解质，碳素材料为两极，强大的直流电由阳极导入，经过电解质与铝液层从阴极导出，随即在电解槽两极发生电化学反应，使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子则在阳极上放电生成一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）等的混合气体，其电化学反应过程如下：

（1）阴极反应：在直流电场的作用下，阳离子移动到阴极附近，根据离子的电位次序，虽然钠离子是导电离子，但在正常生产条件下，钠离子并没有在阴极放电，而是铝离子在阴极放电析出成为金属铝。

2Al³⁺（络合）+6e→2Al（液）

（2）阳极反应：在直流电场的作用下，阴离子移动到阳极附近，会在有阳极碳参加的情况下放电析出并生成阳极气体（CO₂）。

2O₂^-（络合）-4e→O₂

O₂+C→CO₂(www.xing528.com)

阴、阳两级的总反应：

随着反应不断进行，电解质熔体中氧化铝和阳极碳不断被消耗掉，因此，生产中需不断向电解质熔体中添加氧化铝和补充阳极碳，使生产得以连续进行。冰晶石在原理上不消耗，但在高温熔融状态下会发生挥发物损失和其他机械损失，因此，电解过程中也需作一定的补充。除此之外，还需反应过程中供给大量的直流电能（13000～15000kW·h/tAl），以推动反应向生成铝的方向进行。

电解铝生产可能造成的主要环境影响如下：

（1）对空气的影响：电解槽是铝电解生产中最主要的大气污染源，烟气中主要污染物有氟化物、粉尘和SO₂等；氧化铝输送系统产生粉尘；残极破碎、电解质破碎输送过程中产生炭尘和电解质粉尘。

（2）对水的影响：铝电解生产工艺和污染源治理过程均没有有害物进入水体，但铸造部冷却循环水和整流所循环水排污水中含有少量油类及悬浮物；各车间生活污水中主要污染物是COD、氨氮、总氮、总磷和悬浮物。

（3）固体废物：电解槽大修时产生废炭块、废耐火材料、填充料等固体废渣，渣中主要污染物是电解过程中由以上槽衬材料吸附的氟。

（4）噪声：噪声主要来源于原料储运、阳极组装、烟气净化、空压站等车间或工段。主要噪声设备有电解烟气净化系统风机、氧化铝输送系统风机、空压站的空压机、阳极组装车间的压脱机和破碎机等。