铝电解节能减排技术科技创新重大成就
报送单位:东北大学 推荐单位:东北大学

支撑项目(平台):国家自然科学基金项目(50274031、50934005)、国家863计划(2009AA063701)、高等学校博士学科点专项科研基金(20050145005)

参与单位:东北大学

所属学科:冶金工程

主要贡献者:冯乃祥、顾松青、刘风琴、彭建平、王耀武等

成就简介:铝电解消耗大量电能,东北大学一直致力于铝电解节能减排技术的科技创新,取得了重大成就,发明了新型阴极结构铝电解槽及配套技术,在国内外多家铝电解企业快速推广,取得了显著的节能减排效果。

  我国铝电解生产所消耗的电能约占有色金属行业整个电力消耗90%,占全国总的电力消耗的5%~6%。鉴于铝电解生产的高能耗以及铝在我国国民经济的重要地位,国家自然科学基金委、科技部、教育部多年来注重对铝电解基础理论和技术的科研支持。东北大学从改革开放以来一直从事铝电解节能减排工作,取得了重大科技进步,使我国铝电解技术处于国际领先地位。
  其有代表性的是东北大学冯乃祥教授所领导的团队,在国家自然科学基金“泄流式铝电解槽TiB2/C阴极及电解槽冶金反应工程学研究”(批准号:50274031)和高等学校博士学科点专项科研基金“降低泄流式TiB2/C阴极铝电解槽阴极过电压的研究”(20050145005)的支持下,设计并建造了能靠电解槽自身热量保持热平衡的2000A小型工业规模试验级别的泄流式电解槽,解决了泄流式电解槽焙烧、启动、电解、出铝等技术问题。研究发现泄流式电解槽存在阴极过电压高,阴极碳上生成的铝难以形成稳定的铝液层,铝液损失较大等问题。
  冯乃祥教授在上述研究基础上,发明了新型阴极结构铝电解槽及配套技术。将新型阴极结构电解槽技术成功应用于重庆天泰铝业公司168kA工业电解槽上。随后,国内多家铝厂利用电解槽大修契机应用该技术。东北大学结合浙江华东铝业电解槽母线设计,通过实验、模拟优化了200kA、240kA电解槽新型阴极的结构与内衬设计,华东铝业公司126台200kA电解槽应用该技术,并取得大幅度降低直流电耗的效果。上述合作入选2008-2010年度中国高校产学研合作十大优秀案例,同时获得2010年度中国有色金属工业科学技术一等奖。
  东北大学在国家自然科学基金重点项目“新型阴极结构电解槽铝电解基础理论研究”(批准号:50934005)以及国家863计划“新型阴极结构高效节能铝电解技术与装备开发”(2009AA063701)中系统研究了阴极结构特征对铝电解生产过程中的阴极反应、电极过程、电流效率影响,阴极破损机理、铝液中电场、磁场、电磁流体动力学过程,优化了阴极结构、内衬结构设计,完成了电解槽由散热型设计到保温设计,开发了电解槽配套技术。通过这些研究,开发了第二代与第三代新型阴极结构电解槽技术与配套技术,获得发明专利授权10余项,其中在美国、加拿大、澳大利亚专利各1项。在2011年美国国际矿业、材料和金属(TMS)年会上被授予Light Metals Division Aluminum Reduction Technology Award奖。上述基础理论研究的成果于2012年获得国家自然科学基金资助项目优秀成果。
  新型阴极结构电解槽技术成功应用后,中国有色金属工业协会和中国有色金属学会将此技术推荐于发改委、工信部、科技部等,使得该技术在国内外多家铝电解企业快速推广。世界著名的海德鲁铝业公司也在其所属的多家铝电解厂进行了工业应用。推广应用新型阴极结构电解槽技术的各家电解铝企业都取得了显著的节电效果。该技术获得了2014年度国家科学技术进步二等奖。

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