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| 編輯推薦： |
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本书作者冯乃祥教授为铝电解领域的权 威专家，为我国的铝电解工业做出巨大贡献，他结合我国电解铝厂电解槽电解质高锂含量的实际，系统地研究了KF和LiF对电解质物理化学性质和电极过程的影响，填补了了电解质和电解过程基础理论的空白。他的研究成果新型阴极结构电解槽整体技术达到国际领先水平，曾获得2010年中国有色金属工业协会科学技术奖一等奖，2010年度美国TMS科学奖（是我国获此奖项的第 一人），目前该技术已经在全国80%以上的电解铝厂得到应用，国内新建的电解铝厂均采用该技术。本书系统地介绍了铝电解的理论与技术，并融入了著者近十年的研究成果，重点介绍了节能及固体废料回收的理论与技术，是一本权 威的、与时俱进的、不可多得的优 秀著作。
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| 內容簡介： |
《现代铝电解理论与技术》主要介绍了现代铝电解基础理论与技术,内容涉及电解质结构与物理化学性质、电极过程与阳极效应、槽电压与电流效率、炭阳极与炭阴极、电解槽焙烧启动与控制、电解槽物理场、烟气治理、固废资源化、深度节能理论与技术等诸方面。本书既反映了国内外*研究成果,也融入了作者五十余年从事铝电解研究与实践工作的丰富经验,具有很强的理论指导性与实践操作性。
《现代铝电解理论与技术》可供高等院校冶金相关专业的老师和学生、电解铝厂的工程技术人员以及从事铝电解基础理论和技术研究的工作人员阅读和参考。
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| 關於作者： |
冯乃祥，东北大学教授、博导，主要从事轻金属冶金教学与科研工作。在国内外本学科领域发表涉及铝镁轻金属冶金理论与技术研究成果的学术论文近300篇，授权发明专利10余项，著作2部。获国家教委科技进步奖二等奖1项，国家自然科学奖三等奖1项，省部级奖励6项，美国TMS奖励1项，获中国有色金属新法炼镁技术鉴定成果2项。近几年，承担国家自然科学基金的面上项目2项、重点项目1项，国家863计划项目1项、重点项目1项，国家支撑计划项目1项，企业合作项目10余项。
冯乃祥，东北大学教授、博导，主要从事轻金属冶金教学与科研工作。在国内外本学科领域发表涉及铝镁轻金属冶金理论与技术研究成果的学术论文近300篇，授权发明专利10余项，著作2部。获国家教委科技进步奖二等奖1项，国家自然科学奖三等奖1项，省部级奖励6项，美国TMS奖励1项，获中国有色金属新法炼镁技术鉴定成果2项。近几年，承担国家自然科学基金的面上项目2项、重点项目1项，国家863计划项目1项、重点项目1项，国家支撑计划项目1项，企业合作项目10余项。
著者所发明的新型阴极结构电解槽和新阳极技术，引领了当代铝电解阴极和阳极技术的一次重大革命，使得铝电解生产直流电耗从过去的13000～13300kWh吨铝降低到了12300kWh吨铝左右，吨铝节能减排效果显著：氟化物减排2吨多，二氧化碳减排580多吨，二氧化硫减排0.23吨。在此基础上建立起了新型阴极结构电解槽热场、电场、磁场、流场和波动的基础理论。与此同时，结合我国电解铝厂电解槽电解质高锂含量的实际，系统地研究了KF和LiF对电解质物理化学性质和电极过程的影响，填补了了电解质和电解过程基础理论的空白。新型阴极结构电解槽整体技术达到国际领先水平。著者获得2010年中国有色金属工业协会科学技术奖一等奖，2010年度美国TMS科学奖（是我国获此奖项的第 一人），目前该技术已经在全国80%以上的电解铝厂得到应用，国内新建的电解铝厂均采用该技术。在国际上，挪威Elkem碳素公司已经对该技术进行国际代理，目前Hydro德国铝业公司已经采用该技术进行工业应用。
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| 目錄：
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第1章铝电解槽 1
1.1世界铝电解槽发展简史 1
1.2中国铝电解槽发展简史 6
1.2.1 上插自焙阳极电解槽技术 6
1.2.2 预焙阳极电解槽技术 7
1.2.3 135kA较大型边部加工下料预焙阳极电解槽技术 7
1.2.4 135kA中间点式下料预焙阳极电解槽技术 8
1.2.5 自焙槽改预焙槽技术 8
1.2.6 大型预焙阳极电解槽技术的发展 8
参考文献 9
第2章电解质晶体和熔体结构 10
2.1冰晶石熔体的成分 10
2.2冰晶石的晶体结构 11
2.3含Li3AlF6、K3AlF6添加剂的冰晶石晶体结构 11
2.4电解质中各组分的晶体结构 12
2.4.1 冰晶石Na3AlF6 12
2.4.2 氟化铝AlF3 12
2.4.3 氟化钙CaF2 12
2.4.4 氧化铝Al2O3 12
2.4.5 氟化钾KF 13
2.4.6 氟化锂LiF 13
2.4.7 氟化镁MgF2 13
2.5冰晶石的熔体结构 13
2.6冰晶石熔体的离解反应 14
2.7CaF2在Na3AlF6熔体中的离解反应和离子结构 19
2.8LiF在Na3AlF6熔体中的离解反应和离子结构 20
2.9Al2O3在Na3AlF6熔体中的离解反应和离子结构 20
参考文献 22
第3章电解质的物理化学性质 23
3.1相图与电解质的初晶温度 23
3.1.1 NaF-AlF3 二元系 23
3.1.2 LiF-AlF3 二元系 24
3.1.3 KF-AlF3 二元系 25
3.1.4 Na3AlF6-Al2O3 二元系 26
3.1.5 Na3AlF6-AlF3-Al2O3 三元系 27
3.1.6 Na3AlF6-AlF3-CaF2 三元系 27
3.1.7 Na3AlF6-Al2O3-MgF2 三元系 28
3.1.8 MgF2 对不同分子比冰晶石熔体初晶温度的影响 28
3.1.9 Na3AlF6-CaF2-AlF3-Al2O3 四元系 29
3.1.10 在分子比2.5、MgF2 与CaF2 为5%条件下,Al2O3 含量对初晶温度的影响 30
3.1.11 Na3AlF6-AlF3-CaF2-Al2O3-LiF-MgF2 六元系 30
3.2LiF 对冰晶石电解质初晶温度的影响 31
3.3KF 对分子比小于3 电解质初晶温度的影响 31
3.4LiF 和KF 同时存在对电解质初晶温度的影响 32
3.5各种氧化物杂质对电解质初晶温度的影响 32
3.6铝的存在对电解质初晶温度的影响 33
3.7电解质初晶温度的测量方法 33
3.7.1 目测法 34
3.7.2 冷却曲线法 34
3.7.3 差热曲线法 34
3.8工业铝电解质初晶温度的槽前实时测量 35
3.8.1 冷却曲线法槽前实时测量 36
3.8.2 差热曲线法槽前实时测量 36
3.9电解质的酸碱度 42
3.9.1 电解质酸碱度的表示方法 42
3.9.2 工业电解槽中各种添加剂对电解质酸碱性的影响 42
3.9.3 电解质分子比的测量方法 47
3.10电导 49
3.10.1 冰晶石电解质熔体导电的本质 49
3.10.2 NaF-AlF3 二元系熔体的电导 50
3.10.3 冰晶石熔体中NaF的离解度与导电离子的迁移数 50
3.10.4 温度对电解质熔体电导率的影响 51
3.10.5 CaF2、MgF2、LiF、KF对电解质熔体导电性能的影响 51
3.10.6 氧化铝对冰晶石熔体导电性能的影响 54
3.10.7 含炭和溶解金属粒子的电解质熔体的导电性能 54
3.10.8 工业电解槽电解质熔体的导电性能 56
3.10.9 工业电解槽电解质熔体电导率的测定 57
3.11电解质熔体的密度 58
3.11.1 NaF-AlF3 二元系熔体密度 58
3.11.2 各种添加剂对冰晶石熔体密度的影响 59
3.11.3 氧化铝浓度和温度对冰晶石电解质熔体密度的影响 59
3.12黏度 60
3.12.1 电解质熔体的黏度 60
3.12.2 铝液的黏度 61
3.13表面性质 61
3.13.1 电解质熔体对炭的湿润性 62
3.13.2 熔融铝与熔融电解质之间的界面张力 65
参考文献 66
第4章铝电解槽中的电极过程与电极反应 68
4.1阴极过程与阴极反应 68
4.1.1 铝电解槽阴极上的一次电解产物 68
4.1.2 阴极电解反应 69
4.1.3 阴极过电压 70
4.1.4 阴极过电压的机理 71
4.1.5 阴极表面层电解质的成分 72
4.1.6 阴极表面的电场强度 72
4.1.7 阴极表面导电离子的传质 73
4.1.8 铝电解的各种工艺条件对阴极过电压的影响 74
4.2阳极过程及阳极反应 75
4.2.1 阳极反应 75
4.2.2 阳极一次气体产物 75
4.2.3 阳极过电压 77
4.2.4 阳极过电压的机理 78
4.2.5 铝电解工艺操作对阳极过电压的影响 79
参考文献 79
第5章槽电压 81
5.1槽电压的组成和性质 81
5.2电解质中Al2 O3 的理论分解电压 81
5.3阳极反应过电压、阳极浓度扩散过电压和阴极过电压 82
5.4电解质的电压降 82
5.4.1 阳极侧部的扇形形状及扇形电流分布 82
5.4.2 工业电解槽电解质电阻RB 的计算 82
5.5阴极电压降 84
5.5.1 由阴极炭块本身的电阻引起的电压降 84
5.5.2 阴极钢棒的电压降 85
5.5.3 阴极炭块与阴极钢棒之间的接触电压降 85
5.6阳极电压降 86
5.7电解槽热平衡体系之外的母线电压降 86
5.8槽电压计算举例 86
5.9铝电解槽槽电压、阳极过电压、阴极过电压与氧化铝浓度的关系 89
5.10过电压的实验室测定 91
5.10.1 利用参比电极测量和记录铝电解槽的阳极过电压和阴极过电压 91
5.10.2 利用反电动势的测量数据测量与计算电解槽的阳极过电压 94
5.11工业电解槽过电压的测定 95
5.12实验室利用全波脉冲直流电压电解进行电解槽反电动势的测定 97
参考文献 97
第6章阳极效应 98
6.1阳极效应的特征和现象 98
6.2阳极效应对电解槽的影响 99
6.2.1 阳极效应的正面影响 99
6.2.2 阳极效应的负面影响 99
6.3阳极效应的机理 100
6.4临界电流密度 102
6.5各种因素对临界电流密度的影响 104
6.5.1 临界电流密度与氧化铝浓度的关系 104
6.5.2 温度对临界电流密度的影响 105
6.5.3 电极材料对临界电流密度的影响 105
6.5.4 分子比大小和添加剂对临界电流密度的影响 105
6.6工业铝电解槽的效应电压 106
6.7工业铝电解槽阳极效应发生的规律、预测与预报 106
6.8阳极效应的熄灭 111
6.9阳极效应对环境的影响 111
参考文献 113
第7章冰晶石-氧化铝熔盐电解电化学反应的热力学 115
7.1冰晶石氧化铝熔盐电解的能量消耗 115
7.2氧化铝的可逆分解电压E rev 116
7.3氧化铝的活度 117
7.4铝电解实际能量需求 117
7.5铝电解的当量电压E H 0 119
7.6铝电解槽电压及其电能分配 120
7.7铝电解槽的热损失和能量平衡 120
7.8铝电解槽的能量利用率 121
参考文献 122
第8章铝电解的电流效率 123
8.1熔盐电解中的法拉第定律 123
8.2铝的电化学当量 123
8.3铝电解槽电流效率的定义 124
8.4铝电解槽电流效率降低的原因 125
8.4.1 电解槽漏电或局部极间短路造成电流损失 125
8.4.2 铝的不完全放电引起电流空耗 125
8.4.3 其他离子放电所引起的电流效率损失 125
8.4.4 电子导电 127
8.4.5 阴极上生成金属钠 127
8.4.6 阴极铝的溶解损失 128
8.4.7 关于阴极铝的电化学溶解问题 129
8.4.8 阴极铝溶解损失的本质 129
8.4.9 铝在电解质中的溶解度与铝损失 131
8.4.10 铝溶解度的测定方法 131
8.5铝溶解损失的机理 133
8.6铝二次反应的机理 135
8.7电流效率的数学模型 137
8.8工艺参数和操作对电流效率的影响 138
8.8.1 温度对电流效率的影响 138
8.8.2 电解质分子比对电流效率的影响 139
8.8.3 氧化铝浓度对电流效率的影响 140
8.8.4 各种添加剂对电流效率的影响 141
8.8.5 极距对电流效率的影响 143
8.8.6 电流密度对电流效率的影响 144
8.8.7 非阳极投影面积之外的阴极铝液面积大小对电流效率的影响 145
8.8.8 阳极电流分布对电流效率的影响 146
8.8.9 阳极换块对电流效率的影响 147
8.8.10 槽膛形状与电流效率 148
8.8.11 铝水平对电流效率的影响 149
8.8.12 电解质过热度对电流效率的影响 149
8.8.13 电解质黏度与电流效率 150
8.8.14 界面张力与电流效率 150
8.8.15 电解槽的稳定性与电流效率 151
8.9工业铝电解槽上阴极铝的溶解损失 152
8.10铝电解槽的极限电流效率 153
8.11工业铝电解槽电流效率的测量与计算 153
8.11.1 工业电解槽电流效率的测定 153
8.11.2 实验室电解槽电流效率的测定 159
8.11.3 工业电解槽瞬时电流效率的测定 161
8.11.4 CO2 气体分析法测定电流效率的局限性 161
参考文献 162
第9章预焙阳极 163
9.1预焙阳极的制造流程 163
9.2预焙阳极制造所用原料 165
9.2.1 石油焦 165
9.2.2 煤沥青 170
9.2.3 阳极残极 174
9.3成型 175
9.3.1 配料 175
9.3.2 沥青需求量 176
9.3.3 Blaine数配料应用实例 177
9.3.4 干料的预热、糊料的混捏和冷却 178
9.3.5 阳极成型 179
9.3.6 成型阳极的冷却 180
9.3.7 阳极焙烧 181
9.3.8 焙烧对阳极质量的影响 183
9.3.9 环式焙烧炉焙烧技术的改进 185
9.4预焙阳极在电解槽上的行为 190
9.4.1 热震热冲击 190
9.4.2 阳极消耗 192
9.4.3 铝电解生产对阳极的质量要求 197
参考文献 198
第10章铝电解槽的阴极 199
10.1电解槽的阴极结构 199
10.2制造电解槽炭阴极内衬的材料 199
10.2.1 无烟煤 200
10.2.2 冶金焦 201
10.2.3 人造石墨 202
10.2.4 石油焦 202
10.3氮化硅结合的碳化硅绝缘内衬 202
10.4阴极炭块 202
10.4.1 阴极炭块的分类及使用性能 202
10.4.2 几种阴极炭块的性能比较 204
10.4.3 具有开发和应用前景的两种新型阴极底块 204
10.5捣固糊 205
10.5.1 捣固糊的分类及质量指标 205
10.5.2 捣固糊在焙烧过程中的膨胀与收缩 207
10.5.3 捣固糊收缩率的测定 207
10.5.4 降低收缩率的方法 208
10.6糊的捣固性能 208
10.6.1 糊的捣固性能及其试验 208
10.6.2 施工中捣固糊密度的测定 209
10.7电解过程中钠和电解质熔体在阴极炭块中的渗透 210
10.7.1 试验研究方法 210
10.7.2 钠在电解质熔体中的渗透速度 212
10.7.3 由化学反应所引起的钠的渗透 213
10.7.4 由电化学反应所引起的钠的渗透 213
10.7.5 钠嵌入化合物在阴极中的存在 214
10.7.6 钠的渗透机理 215
10.7.7 电解质熔体在阴极炭块中的渗透 216
10.8碳化铝在阴极炭块中的生成机理 218
10.9铝电解过程中阴极上出现的Rapoport 效应 220
10.10铝电解生产对阴极炭块的质量要求 222
10.10.1 底块和侧块的标准检测 222
10.10.2 用户电解工厂对电解槽底块和侧块的检测 222
10.10.3 底块和侧块的非标准检测 222
10.10.4 捣固糊质量 223
10.11提高铝电解槽的阴极寿命 223
10.11.1 合理的电解槽设计 223
10.11.2 合理的电解温度 228
参考文献 229
第11章电解槽的焙烧、启动与技术管理 230
11.1焙烧的目的 230
11.2焙烧方法的选择 230
11.2.1 铝液焙烧 230
11.2.2 炭粒焙烧 231
11.2.3 铝锭、铝块和铝屑焙烧 233
11.2.4 火焰焙烧 233
11.2.5 焙烧方法的选择 234
11.3铝电解槽焙烧质量的评价 235
11.3.1 升温速度 235
11.3.2 最终焙烧温度 235
11.3.3 阴极底块中的温度梯度 235
11.3.4 焙烧过程中阴极表面的温度分布 236
11.3.5 阳极电流分布 236
11.3.6 阴极电流分布 236
11.4铝电解槽的炭粒焙烧 236
11.4.1 炭粒粒度的选择 236
11.4.2 炭粒床厚度和炭粒种类的选择 236
11.4.3 升温速度的控制 237
11.4.4 焙烧过程中电流分布的调节 238
11.5电解槽的干法启动 239
11.6电解槽的常规启动 239
11.7过渡期电解槽的工艺特点与操作要点 241
11.8铝电解转入正常生产以后的工艺操作与技术管理 243
11.8.1 温度 243
11.8.2 电解质的组成 245
11.8.3 铝水平 248
11.8.4 法国AP电解槽设计参数、工艺技术参数和主要技术经济指标 249
参考文献 251
第12章铝电解槽电流的强化 252
12.1电流强化的可能性 252
12.2我国自焙槽强化电流的历史回顾 253
12.3铝电解槽电流强化的几个技术问题 254
12.3.1 电流强化后的电流效率问题 255
12.3.2 阳极和阴极电压降问题 255
12.3.3 电解质电压降问题 255
12.3.4 电流强化后的热平衡问题 256
12.3.5 进一步提高阳极质量的问题 257
参考文献 258
第13章氧化铝及其在电解槽中的行为 259
13.1氧化铝的生产粉状氧化铝和沙状氧化铝 259
13.2铝电解对氧化铝性质的要求 259
13.3氧化铝的性质 260
13.4电解槽上部结壳的性质 263
13.5泥状沉降物的性质 264
13.6氧化铝与部分添加剂在冰晶石熔体中溶解的热力学及离子结构 264
13.6.1 氧化铝的溶解热 264
13.6.2 CaF2 添加剂对-Al2O3 溶解热的影响 265
13.6.3 LiF添加剂对-Al2O3 溶解热的影响 266
13.6.4 添加AlF3 对-Al2O3 溶解热焓的影响 266
13.6.5 有铝存在时-Al2O3 的溶解热焓 266
13.6.6 -Al2O3 转变成-Al2O3 的相变热 266
13.7氧化铝在冰晶石熔体中的溶解度 267
13.8氧化铝的溶解及其机理控速步骤 268
参考文献 272
第14章铝电解生产过程的控制 273
14.1铝电解过程的诊断与控制 273
14.2铝电解正常生产过程的控制 274
14.2.1 槽电压的控制 274
14.2.2 槽电压不稳定摆动情况的处理 275
14.2.3 氧化铝浓度控制 275
14.2.4 氧化铝下料过程控制对极距的影响 277
14.3熄灭阳极效应 278
14.4添加氟化铝 279
14.5槽电压噪声的控制 280
14.6电解槽初晶温度和过热度的控制 281
参考文献 282
第15章铝电解槽的温度场 283
15.1传热问题概述 283
15.1.1 传热的3种形式 283
15.1.2 传热问题的边界条件及求解方法 284
15.2铝电解槽传热过程的物理模型 284
15.3铝电解槽传热过程二维稳态数学模型 285
15.3.1 电解槽数学模型求解区域的单元划分 285
15.3.2 热交换过程的控制方程及其离散 286
15.3.3 铝电解槽数学模型的边界条件 291
15.4计算实例 291
15.4.1 计算所需数据的选取 291
15.4.2 计算结果 293
15.5铝电解槽内结壳与介质换热系数的计算 294
15.5.1 铝电解槽电解质熔体和铝液与槽帮结壳之间传热的基本原理 294
15.5.2 炉帮与电解质熔体和铝液熔体之间的换热系数 296
15.5.3 热流管法计算槽帮与电解质熔体之间的换热系数 297
15.5.4 计算实例 299
15.6铝电解过程中槽膛形状的变化 301
15.6.1 铝电解过程中铝液水平的变化对槽膛形状的影响 301
15.6.2 选用不同的内衬炭材料对槽膛形状的影响 304
15.7铝电解槽电压、电流变化对电解槽热平衡的影响 307
15.7.1 计算原理和计算方法 308
15.7.2 计算实例 310
参考文献 312
第16章铝电解槽的电场和磁场 314
16.1工业铝电解槽中的电场 314
16.1.1 阳极电流分布 314
16.1.2 电解质熔体中的电流分布 315
16.1.3 阴极铝液中的电流分布 315
16.2工业铝电解槽内的磁场 316
16.3铝电解槽母线的设计 319
16.4铝电解槽磁场的测量 321
16.4.1 铝电解槽磁场的热态测量 321
16.4.2 铝电解槽磁场的冷态测量 322
16.4.3 测量结果的误差分析 324
参考文献 325
第17章电解槽阴极铝液的流动 327
17.1国内外有关铝电解槽流场研究的现状 327
17.2流体力学的研究方法 330
17.3湍流问题的数值计算方法 331
17.3.1 直接模拟法 331
17.3.2 大涡模拟法 331
17.3.3 雷诺时均方程法 331
17.4铝电解槽流场控制方程的建立及离散 334
17.4.1 连续性方程 334
17.4.2 运动方程 335
17.4.3 能量方程 335
17.4.4 铝电解槽流场的数学描述 336
17.4.5 求解区域的离散化 338
17.4.6 离散方程的建立 339
17.4.7 离散方程的求解方法 341
17.4.8 铝电解槽流场的计算 343
17.4.9 铝电解槽阴极铝液的流动形式 343
17.5铝液流速的测定 344
17.5.1 铁棒溶解法测定铝液流速 344
17.5.2 用Alcoa便携式叶片流量计侧铝液流速 345
参考文献 346
第18章电解槽阴极铝液面的波动 348
18.1电解槽阴极铝液面波动的机理 348
18.2阴极铝液面波动的数值模拟 350
18.2.1 线性模型 350
18.2.2 非线性模型 350
18.3铝液面波动形式 351
18.4阴极铝液面波动的测定 353
18.4.1 阴极铝液面波动测定技术原理 353
18.4.2 阴极铝液面波动测定技术的软硬件设计 354
18.4.3 阴极铝液面波动的测定 359
18.4.4 阴极铝液面波动的测定实例 359
参考文献 367
第19章铝电解生产中的氟化盐消耗与烟气治理 368
19.1铝电解生产过程中的氟化盐消耗 368
19.1.1 铝电解质蒸发 368
19.1.2 电解质的水解所引起的电解质消耗 369
19.1.3 原料中的杂质与电解质的反应引起电解质的消耗 371
19.1.4 电解过程中阴极内衬吸收电解质 371
19.1.5 电解槽开动时的氟化盐消耗 372
19.1.6 阳极效应期间所引起的电解质消耗 372
19.1.7 氟的平衡 373
19.2电解槽烟气的干法净化 374
19.2.1 电解槽烟气的组成 374
19.2.2 电解槽氟排放量的环保标准 374
19.2.3 干法净化的理论基础 375
19.2.4 干法净化的工艺过程及设备原理 377
19.3SO2 的净化技术 378
19.3.1 海水脱硫技术 378
19.3.2 碱液吸收法脱硫技术 379
19.3.3 烟气的干法除硫技术 379
19.3.4 烟气的半干半湿法除硫SO2技术 380
19.3.5 铝电解槽烟气脱硫 380
19.3.6 铝电解槽烟气脱硫的副产物 381
参考文献 381
第20章铝厂固体废料的物相组成、分离与回收 382
20.1阳极炭渣的回收处理和利用 382
20.1.1 阳极炭渣的组成 382
20.1.2 阳极炭渣中炭的产生与生成机理 383
20.1.3 阳极炭渣的处理与回收利用 385
20.1.4 真空蒸馏法分离阳极炭渣 385
20.2铝灰渣资源的回收和利用 388
20.3电解槽大修固体废料的处理和回收 395
20.3.1 废阴极炭块及其物相组成 396
20.3.2 耐火材料固体废料及其物相组成 400
20.3.3 炉底内衬耐火材料中的反应 402
20.3.4 电解槽废阴极内衬的回收处理技术 411
参考文献 417
第21章铝电解深度节能理论与技术 419
21.1铝电解深度节能的技术原理 419
21.2槽电压的选择 420
21.3电解质组成与成分的选择 422
21.4铝电解槽阴极节电的技术原理与方法 423
21.4.1 铝电解槽炭阴极电阻电压降的降低 424
21.4.2 阴极钢棒电阻电压降的降低 425
21.4.3 阴极钢炭电压降的降低 426
21.5阳极电压降的降低 427
21.6降低铝液波动实现铝电解槽有效极距的降低和电流效率的提高 430
21.6.1 采用非对称的母线结构设计,减少相邻厂房系列电流磁场的影响 431
21.6.2 用空载母线的磁场抵消相邻厂房系列电流的磁场 431
21.6.3 改电解系列的平行厂房设计为矩形电解厂房设计 433
21.6.4 采用异型阴极结构电解槽减少阴极铝液面波动 435
21.6.5 采用坡面阴极减小阴极铝液内的水平电流 436
21.7槽电压和极距的选择 438
21.8提高阳极的密度和电导率 440
21.9选用较为先进的真空闪蒸沥青黏结剂 441
21.10提高电流效率 442
21.11减少热损失 443
21.12减少电解槽侧部热损失 444
21.13减少槽底散热 445
21.14减少槽底散热 445
21.15惰性阳极铝电解槽 447
21.16多室铝电解槽工业化的技术障碍 450
参考文献 452
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我的《铝电解》一书于2006年7月出版，此书刚一面世就得到了贵阳铝镁设计研究院总工程师姚世焕大师的高度评价，同时也得到我的诸多同事和铝冶金工作者的喜爱，这使我感到愉悦。铝电解和其他的冶金工程一样，其技术进步和创新应该是建立在牢固而正确的理论基础之上的。近十几年来，世界的铝冶金技术有了非常大的进步，铝电解生产的电耗大幅度地降低了800kW ht Al左右。近十几年来， 电解槽的电流强度由300kA升高到500～600kA，最高的达到了660kA，实现了在此高电流强度下的电解槽的稳定运行，这都是建立在人们对大型预焙阳极电解槽磁场、流场和热场的正确认识和研究基础上的。但是大型预焙槽的电能消耗指标却没有因此而得到明显的改进与提高。对于铝电解生产来说，降低电能消耗仍是铝电解生产的主旋律。人们对铝电解的深度节能技术的需求仍很迫切，环保也更是提到议事日程。在电解铝厂，人们不再担心气体氟化物排放不达标问题。含氟化合物气体可以通过电解槽的密闭和操作以及干法净化得以去除；碳氟化物的处理可以通过改进计算机的控制技术和电解槽工艺技术，减少阳极效应系数，或无效应的操作来实现；而CO2 气体中气体硫化物的减排可以通过用碱性化合物的干法或湿法净化技术来实现。唯独电解铝厂产生的固体废料的处理目前还是一个难题，虽然国内外都做了大量的研究和工程化的试验，但尚未找到一种非常有效的处理方法。其目前所提出和试验的各种技术方案都存在着某些缺陷。
本书是一本阐述现代铝电解理论与技术的著作。在内容方面，本书力求在《铝电解》一书的基础上增加近十年铝电解基本原理方面的研究成果，深入探讨了现代铝电解更加深度节能的理论与技术，其中一些成果源于国家自然科学基金重点项目（50934005，51434005）的研究。同时也将笔者最近就铝电解产生的固体废料分离与回收的研究成果（国家重点研发计划项目，2018YFC1901905）融入此书，尽己所能，满足现代铝电解对深度节能与铝电解固体废料回收和处理理论及技术的需求。希望广大铝冶金工作者喜欢这本书，并从中受益。
本书完稿后，东北大学的彭建平、王耀武和狄跃忠花费了大量时间对文字和图表进行了校对以及其他辅助工作，在此表示感谢。也感谢化学工业出版社对本书的约稿，以及对本书的出版工作所给予的支持和辛勤劳作。
谨以此书献给一向关心和支持笔者的同事和朋友们，以及科研和生产战线的广大铝冶金工作者。
由于时间仓促，书中定有不当之处，敬请读者给予批评和指正。
冯乃祥
2020年3月
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