铝电解生产工艺技术（五）

    ②CF₄和C₂F₆对全球温室效应的影响  在电解槽阳极效应发生时产生的CF₄和C₂F₆虽然对生、植物无毒副作用，对同温臭氧层不产生影响，但都对全球的温室效应起作用。由于其在空气中的超稳定性，故影响程度是CO₂的6500-10000倍。根据最近对预焙槽的测量发现，每天每分钟阳极效应产出的每吨铝有0.12kg CF₄逸出，自焙槽的逸出量约为预焙槽的2/3左右。减少CF₄和C₂F₆的最主要对策是减少阳极效应的发生。目前，许多国家都规定铝厂电解槽的阳极效应频率必须降到0.2次/（日·槽）以下，有的铝厂甚至达到0.05次/（日·槽）。
    ③SO₂气体产生的区域性空气污染  逸出的SO₂与空气中水分反应形成“酸雨”，解决的办法是采用含硫低的石油焦或采用湿法净化系统。对含硫2.4%的预焙阳极块进行了测量，结果发现每吨铝有1kg左右的COS气体逸出，进入大气后被氧化成SO₂，其余95％以上的硫直接以SO₂气体逸出，总量相当于CO₂逸出量的3%。[next]
    ④氟化物、PAH对周围环境的影响  由于电解逸出的氟化物对生物和植物的影响已被较早认识，所以，近二十年来世界铝工业在环境治理和烟气净化方面所采取的措施对减少氟的排放取得了很大的进展。欧洲原铝工业的氟排放量已从1974年的约3.8kg/t A1减少到1994年的0.7-0.8kg/t Al,目前有些国家已达到0.4-0.5kg/t Al。从某种角度来说，其危害几乎已不存在。
    PAH的产生，主要来自自焙槽生产过程中产生的沥青烟。在现代化预焙阳极电解槽的铝厂，几乎没有PAH，只是在筑炉扎热糊时有少量逸出。
    (2)电解烟气治理工艺与水平电解铝生产烟气治理分为干法和湿法两种。目前，国际上干法净化采用的形式主要有以下几种：
    ①烟道直接加入A1₂O₃吸附法（加拿大Alcan）；
    ②文丘里反应器法（法国空气公司）；
    ③VRI法（美国PEC公司）；
    ④沸腾床法（美国Alcoa）；
    ⑤特殊管道化法（挪威Flakt）。
    由于湿法净化存在二次污染以及流程复杂等因素，所以含氟烟气的净化很少用湿法净化。在海边的铝厂（如欧洲的一些铝厂），特别是采用高硫石油焦生产的阳极工厂和自焙槽铝厂，为了满足当地严格的环境保护要求，用海水洗涤逸出的SO₂等有害气体；而内陆地区的铝厂，一般不采用。
    世界上先进的现代化预焙阳极电解槽铝厂经环境治理后典型的有害物排放指标如下：
    CO₂            1.6t/t Al（含阳极制造）
    氟化物         0.5kg/t Al
    CF₄            0.05kg/t Al
    5.精铝生产
    Na₂AlF₆-A1₂O₃熔融盐电解所得的铝，含铝量一般不超过99.8%，称为原铝；含铝99.99%-99.996%者为精铝；含铝99.999以上者为高纯铝；含铝99.9999%以上的为超纯铝。我国目前通行的精铝质量标准见表9。[next]

    在精炼槽槽膛内，有三层液体。最下层为阳极合金，由待精炼的原铝和加重剂铜组成，由于其密度较大(3.2-3.5g/cm³)，故它沉在槽底，与槽底部阳极炭块相连；中间一层为电解质，一般由Na₃AIF₆、AIF₃、BaC1₂组成，密度为2.5-2.7g/cm³，比阳极合金轻，但比铝重，居于中间层；最上面一层为精炼所得的精铝，密度约为2.3g/cm³,与石墨阴极（或固体铝阴极）相连接。
    铝的熔盐电解精炼，是一种用可溶性阳极的电冶金过程，它和水溶液电解精炼金属相似。其基本原理是：电解时，阳极Al-Cu合金中的铝失去电子，发生电化学阳极溶解而成为Al³⁺进入电解质，然后Al³⁺在阴极上得到电子，进行电化学还原。即：
    阳极上          Al_(l) -→A1³⁺+3e
    阴极上          A1³⁺+3e→Al_(l)
    比铝正电性的杂质，如Si、Fe、Cu等不发生阳极溶解，而残留在阳极合金中；比铝负电性的杂质，如Na、Ca、Mg等虽然发生阳极溶解，以相应的离子进入电解质，但由于它们的析出电位比铝高，在一定的A1³⁺浓度、电解温度和电流密度下，都不会在阴极上析出，而残留在电解质中，从而达到原铝精炼的目的。
    (2)区域焙炼区域焙炼则是用来制取高纯铝的冶炼方法，如与有机溶液电解精炼法相结合，可制取超纯铝。
    区域焙炼法是将已精炼得到的精铝（99.99%-99.996%），铸成细条锭，将其表面氧化膜用高纯盐酸和硝酸除去后，放入光谱纯石墨舟中，再将装有铝锭的石墨舟放入石英管中（管内抽真空），然后顺着石英管外部缓慢移动电阻加热器加热，在铝锭上造成一个25-30mm狭窄熔区，熔区温度750℃，重复区熔12-15次，所得产品纯度则可达99.999%以上。
    （三）原铝工业的发展方向
    1.国际原铝工业
    美国政府委托美国能源部和全美铝协会编制的《美国原铝工业的技术发展战略》，是美国政府指导原铝工业长远技术发展的规划文件，其中提出了美国铝工业范畴执行的目标和原铝行业执行的目标，这对全球铝工业的发展方向具有一定的参考价值。其中有关原铝工业发展内容摘录如下：[next]
    ①5-10年内将铝的产量提高25％；
    ②5年内在汽车市场中增加铝的用途40％；
    ③5年内在非汽车运输交通中增加40％的市场；
    ④5年内在基础结构的建筑中增加50%的用途；
    ⑤3-5年内，电流效率提高到97％；
    ⑥3-5年内电耗降到13000 kW.h/t Al;
    ⑦3-5年内有效地降低阳极效应系数，大幅度降低氟碳化合物的排放量，以降低对大气温室效应的严重影响。
    2.霍尔一埃鲁预焙阳极电解技术的革命
    ①TiB₂-G阴极元件电解槽的设计；
    ②可泄流式电解槽的开发；
    ③惰性阳极的开发；
    ④新工艺、新技术的研究与开发。