一、技术名称：铝电解槽新型阴极结构及焙烧启动与控制技术
二、技术所属领域及适用范围：有色金属行业电解铝企业
三、与该技术相关的能耗及碳排放现状
传统铝电解槽技术直流电耗13000-13500kWh/t-Al，其中2008年全国产铝1318万吨，平均直流电耗13260
kWh/t-Al，综合交流电耗14323
kWh/t-Al，吨铝生产排放CO210.82吨，铝电解槽大修投资约80元/t-Al（依据电解槽容量大小、槽寿命长短）。目前该技术可实现节能量93万tce/a，CO2减排约246万t/a。
四、技术内容
1.技术原理
电解铝生产采用熔盐电解法，即将氧化铝、冰晶石、氟化铝等加入电解槽中，在直流电作用下，电解质在电解槽内发生电化学反应，在阴极上析出铝液，阳极上析出CO2和CO，铝液用真空抬包抽出铸造成铝锭，阳极逐渐消耗定期更换。本技术的技术原理是：（1）采用其阴极表面带有凸起结构的铝电解槽新型阴极技术，将现行电解槽的阴极结构改变为新型的电解槽阴极结构和内衬结构，上限减少阴极铝液波动，提高阴极铝液面稳定性，从而提高电流效率，降低槽电压，降低电耗；（2）应用国际上通用的以电解槽阴极表面温度分布和垂直分布情况判定电解槽焙烧质量的方法，以电解槽阴极和电解质温度为控制中心，利用火焰焙烧，取代传统的铝液焙烧和焦粒焙烧，利用燃气量和风量控制火焰温度和燃烧热量，实现焙烧温度与升温速度的控制，通过合理地设置燃烧器，达到温度均匀的目的，最终得以提高电解槽的焙烧质量，节省能耗。
2.关键技术
（1）新型阴极结构电解槽的关键技术是在炭阴极表面设计和构建凸起结构，这种凸起结构具有阻流和铝液波动，提高铝液的电磁流动动力学稳定性的作用。新型阴极结构电解槽的阴极结构如图1、2、3所示，图4是由计算机根据电磁流体动力学理论计算出来的新型阴极结构电解槽与传统阴极结构电解槽的阴极铝液面波动高度的比较。由图4可以看出，铝电解使用新型阴极结构电解槽，可使槽中铝液面波动减少2cm左右，从而实现了电解槽阴极铝液面稳定性提高，这为电解槽电流效率的提高和极距与槽电压的降低提供了技术保障，这也是新型阴极结构电解槽的关键技术所在。
（2）采用二段焙烧技术，提高焙烧质量，缩短焙烧周期，使电解槽快速转入正常生产。
3.工艺流程
铝液最大波动幅度：A-普通平底电解槽: 3.55cm，B-长凸起电解槽: 2.98cm
C-方形凸起电解槽: 2.73cm，D-圆柱凸起电解槽: 2.76cm
图4新型阴极结构电解槽的铝液波动
五、主要技术指标
新型阴极结构电解槽槽电压3.7-3.85V，电流效率92%-95%，直流电耗11900-12500kWh/t-Al。所替代的传统电解槽的主流技术指标：槽电压-4.1V，电流效率-92%，直流电耗-13300
kWh/t-Al。本技术直流电耗降低700-1400 kWh/t-Al。
六、技术鉴定、获奖情况及应用现状
本技术首先在重庆天泰铝业工业电解槽上应用，2008年通过中国有色金属工业协会组织的专家鉴定，结论为”该项目属国内外首创，整体技术达到国际领先水平。建
议尽快扩大工业试验规模，为推广积累经验”。
本技术优化后在浙江华东铝业200kA电解槽全系列得到应用，2010年，中国有色 金属工业协会组织专家鉴定，结论为”该项目经济和社会效益显著、节能减排效果明
显，整体技术达到国际领先水平。该项目易在现有电解槽上实施，综合投资低，建议 加快推广应用”。
目前，应用新型阴极结构电解槽技术的铝电解厂超过20家。新型阴极结构电解槽 有的槽龄已超过4年，而且运行稳定，节能减排效果显著，其技术的可靠性和节能效 果得到了时间的考验。
七、典型应用案例
典型用户：中国铝业兰州分公司、重庆天泰铝业公司、青铜峡铝业集团有限公司350kA系列、浙江华东铝业股份有限公司、河南淅川铝业（集团）有限公司、河南神火集团有限公司、湖南创元铝业公司
技术提供单位：东北大学
典型案例1：中国铝业兰州分公司
主要技改内容：采用新型湿法焙烧启动技术改造80台350kA电解槽。相对于传统的焙烧启动技术，每台电解槽平均可节电8万kWh，折合28tce，全系列启动一次节能6384tce。每台350kA电解槽在焙烧启动期间可创造节能经济效益5.2万元，对于一个标准的288台350kA电解槽系列来说，可创造节能经济效益1500万元。
典型案例2：重庆天泰铝业公司
建设规模：年产6万吨170kA新型阴极结构铝电解系列。主要技改内容：（1）新型阴极电解槽阴极碳块制作与加工（2）阴极结构改造（3）电解槽内衬结构改造（4）焙烧方法的技术升级（5）电解槽工艺与操作技术的改造（6）电解槽控制系统升级改造。节能技改投资额11300万元，建设期6个月，按节电1100kWh/T-Al计，年可节电6600万kWh，折合2.31万tce/a；节煤3000t/a。按电价0.45元/kWh计算，年节电经济效益3000万元，投资回收期3.8年。
典型案例3：浙江华东铝业
建设规模：年产15万吨新型阴极结构铝电解系列。主要技改内容：在原200kA、240kA电解系列上进行新型阴极结构高效节能铝电解槽技术改造。（1）新型阴极电解槽阴极碳块制作与加工（2）阴极结构改造（3）电解槽内衬结构改造（4）焙烧方法的技术升级（5）电解槽工艺与操作技术的改造（6）电解槽控制系统升级改造。节能技改投资额40000万元，建设期6个月。按节电1100kWh/T-Al计，年可节电16500万kWh，折合5.78万tce。按电价0.45元/kWh计算，年节电经济效益7425万元，投资回收期5.4年。
八、推广前景及节能减排潜力
本技术于2008年在工业铝电解槽上成功试验。其后，国内外铝电解企业利用电解槽大修机会，积极使用该技术。至2013年底，应用本技术进行铝电解生产的规模已超过400万吨/年。据中国有色金属工业协会统计，我国2013年铝电解产量2194万吨，占全球总产铝量47.2%。
预计未来年，本技术在行业内推广达1200万吨/年，可形成84亿度/年节能量，节能能力280万t/a，减碳量达1490万tCO2/年（含减排PFC折合量）。
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