據(jù)科技日報(bào)消息   9月10日，由東北大學(xué)馮乃祥教授發(fā)明、東北大學(xué)和重慶天泰鋁業(yè)有限公司共同試驗(yàn)的《新型陰極結(jié)構(gòu)高效節(jié)能鋁電解槽試驗(yàn)與研制》及與此相配套的《鋁電解槽火焰—鋁液二段焙燒新技術(shù)》兩個(gè)項(xiàng)目研究成果通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織的鑒定。
　　2008年初，重慶天泰鋁業(yè)有限公司與馮乃祥教授合作，在168千安大型預(yù)焙槽系列上，采用馮乃祥教授的專利技術(shù)，構(gòu)筑三臺新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽進(jìn)行試驗(yàn)。到目前為止，已穩(wěn)定運(yùn)行半年以上。從5月1日至8月31日，對四個(gè)月穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行考核：槽電壓比對比系列電解槽的槽電壓降低0.3伏，達(dá)到3.80伏（包括效應(yīng)分?jǐn)傠妷海?；電流效率平均提?.36％；直流電耗達(dá)到12281千瓦時(shí)/噸鋁，比系列127臺電解槽的平均直流電耗13393千瓦時(shí)/噸鋁降低了1112千瓦時(shí)/噸鋁，節(jié)能效果十分顯著。同時(shí)，三臺試驗(yàn)槽在四個(gè)月的運(yùn)行期間，氟化物減排2噸多，二氧化碳減排580多噸，二氧化硫減排0.23噸。該項(xiàng)技術(shù)國內(nèi)專家鑒定意見是：國內(nèi)外首創(chuàng)，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
　　與此技術(shù)相配套的鋁電解槽火焰—鋁液二段焙燒新技術(shù)也獲得試驗(yàn)成功，并順利通過專家鑒定。該項(xiàng)技術(shù)國內(nèi)專家鑒定意見是：該技術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng)，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。該技術(shù)集中了鋁液和火焰焙燒的優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了電解槽的焙燒質(zhì)量，而且大大縮短了焙燒時(shí)間，降低了能耗和焙燒費(fèi)用。對168千安電解槽該方法火焰焙燒24小時(shí)，天燃?xì)庀募s2500立方米，鋁液全電流焙燒24小時(shí)，消耗電能約12400千瓦時(shí)，按電價(jià)0.45元/千瓦時(shí)，天然氣2元/立方米計(jì)算，共計(jì)焙燒費(fèi)用10580元，比焦粒焙燒節(jié)省1萬元以上；如果再將焦粉和電解槽打撈炭渣所造成的電解質(zhì)損失計(jì)算在內(nèi)，則比焦粒焙燒節(jié)省2萬元以上，節(jié)能效果顯著。同時(shí)，二氧化碳減排50%以上。
　　鋁電解生產(chǎn)20多年來取得了重大的技術(shù)進(jìn)步，傳統(tǒng)落后、污染重、能耗高的自焙陽極電解槽煉鋁技術(shù)基本已被淘汰，取而代之的是大型預(yù)焙陽極電解槽煉鋁技術(shù)，預(yù)焙陽極電解槽的容量從上世紀(jì)七八十年代的100—200千安發(fā)展到現(xiàn)在的300—500千安。電解槽的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝技術(shù)以及自動化控制技術(shù)都有了很大的提高，但鋁電解生產(chǎn)的直流電耗一直徘徊在13000—13300千瓦時(shí)/噸鋁之間。工業(yè)鋁電解生產(chǎn)大幅度節(jié)能減排技術(shù)久攻不破，已成為制約鋁電解工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
　　降低鋁電解生產(chǎn)的電能消耗，需要從兩個(gè)方面入手：一是通過提高鋁電解槽電流效率來實(shí)現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)電耗的降低，電流效率每提高1％，可使鋁電解生產(chǎn)的直流電耗降低150千瓦時(shí)/噸鋁左右。目前，國內(nèi)外先進(jìn)的鋁電解技術(shù)已經(jīng)使電解槽的電流效率從過去的88%%—90％提高到現(xiàn)在的94%%—95％。二是通過降低電解槽的槽電壓實(shí)現(xiàn)電耗降低，按照鋁電解生產(chǎn)的理論，如果電解槽的槽電壓降低0.1伏，對目前的鋁電解槽而言，直流電耗可降低320—330千瓦時(shí)/噸鋁。目前我國電解鋁廠電解槽的陽極電流密度較低，槽電壓一般在4.05—4.15伏，國外電解鋁廠鋁電解槽的陽極電流密度較高，槽電壓一般在4.15—4.25伏之間。
　　法國皮施涅500千安大型槽鋁電解技術(shù)被世界公認(rèn)為最先進(jìn)的鋁電解技術(shù)，其電解槽的電流效率為95.9％，槽平均電壓為4.31伏，直流電耗為13390千瓦時(shí)/噸鋁?？赡軙腥苏f，電解槽槽電壓降低0.1伏，就可使電耗降低320—330千瓦時(shí)/噸鋁，要實(shí)現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)能夠有較大幅度地降低，比如降低1000千瓦時(shí)/噸鋁，將槽電壓降低0.3伏不就可以了嗎？但這對鋁冶金工作者來說并非易事，他們將畢生精力都投入到這項(xiàng)研究工作中，晝思夜想，在不影響電流效率的情況下將槽電壓再降低一些，哪怕是0.1伏也好，但都不敢奢望在現(xiàn)行的工業(yè)鋁電解槽上能將槽電壓降低0.3伏。在熔鹽電解煉鋁的現(xiàn)行工業(yè)鋁電解槽上降低槽電壓何以如此之難，原因在于，現(xiàn)行的工業(yè)鋁電解槽經(jīng)過長期的基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)，已使槽電壓達(dá)到了極限，再降低將會嚴(yán)重影響鋁電解槽的電流效率和電解槽的操作。原因是電解槽的槽電壓是與電解槽的極距相一致的，降低槽電壓就是降低極距，極距的降低會引起槽電壓的擺動并增加鋁的二次反應(yīng)，使電流效率降低。但是，東北大學(xué)馮乃祥教授發(fā)明的新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽在重慶天泰鋁廠實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，解決了這個(gè)重大技術(shù)難題，這令我國鋁廠和鋁冶金工作者甚為震驚。
　　鋁是僅次于鐵的第二大金屬。目前，全世界的鋁都是用熔鹽電解法生產(chǎn)。中國是世界產(chǎn)鋁第一大國，其生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到1500萬噸/年，占世界鋁產(chǎn)量的1/3左右。鋁電解生產(chǎn)消耗大量電能，其直流電耗在13000—13300千瓦時(shí)/噸鋁之間。在我國有色金屬的生產(chǎn)中，鋁電解生產(chǎn)所消耗的電能占整個(gè)有色金屬生產(chǎn)總能耗的86％以上，占全國電力消耗的5.5％左右。因此，鋁電解工業(yè)的節(jié)能減排對實(shí)現(xiàn)有色金屬乃至全國的節(jié)能減排目標(biāo)具有舉足輕重的作用，是國家節(jié)能減排的重大需求。馮乃祥教授發(fā)明的國內(nèi)外首創(chuàng)的新型陰極結(jié)構(gòu)高效節(jié)能鋁電解槽是電解鋁行業(yè)的一次革命，是電解鋁有史以來最顯著的單項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)如在全國推廣，按噸鋁電耗降低1000度電、全國電解鋁產(chǎn)量1500萬噸/年計(jì)算，可節(jié)電150億度/年，氟化物減排7.5萬噸/年，二氧化碳減排1140萬噸/年，二氧化硫減排0.576萬噸/年。這對全面貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展將做出重大貢獻(xiàn)。
　　目前我國電解鋁廠按電解鋁電流強(qiáng)度大小等級進(jìn)行劃分，基本上可分為如下幾種類型的電解槽：電流強(qiáng)度為160千安左右的大型預(yù)焙陽極電解槽；200—240千安的大型預(yù)焙陽極電解槽；280—300千安的大型預(yù)焙陽極電解槽和350—400千安的大型預(yù)焙陽極電解槽。作為下一個(gè)目標(biāo)，東北大學(xué)馮乃祥教授正在籌劃與企業(yè)合作，進(jìn)一步在240千安以上大型電解槽上完善新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽的理論和技術(shù)，在國家科技部和行業(yè)主管部門等有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，為全面推廣新技術(shù)，為中國鋁工業(yè)的科技進(jìn)步和節(jié)能減排做出更大貢獻(xiàn)。
　　馮乃祥教授，博士生導(dǎo)師。1964年考入東北工學(xué)院（現(xiàn)東北大學(xué)）輕金屬冶金專業(yè)學(xué)習(xí)；1970年畢業(yè)后被分配到撫順鋁廠工作，1978年考入東北大學(xué)研究生班，師從于已故國內(nèi)著名鋁冶金專家邱竹賢院士；1980年研究生畢業(yè)后留校至今，一直從事教學(xué)和科研工作；1984年至1986年以訪問學(xué)者的身份分別師從于已故世界著名鋁冶金專家挪威奧斯陸大學(xué)格羅泰姆（K.Grjotheim）教授和鋁冶金工業(yè)界著名鋁電解炭素專家挪威特隆赫姆工業(yè)大學(xué)歐耶（H.A.Oye）教授。八年的撫順鋁廠和長期科研經(jīng)歷使他積累了豐富的鋁電解科研生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今天的成功夯實(shí)了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　近些年來，馮乃祥教授承擔(dān)“十一五”國家支撐計(jì)劃子課題1項(xiàng)；作為主要負(fù)責(zé)人承擔(dān)863計(jì)劃1項(xiàng)；完成國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金1項(xiàng)；與企業(yè)合作完成項(xiàng)目10余項(xiàng)；發(fā)表論文160余篇；出版專著2部。其科研成果獲得國家和省部級獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)。
　　目前，馮乃祥教授帶領(lǐng)他的科研團(tuán)隊(duì)，正致力于進(jìn)一步完善新型陰極結(jié)構(gòu)高效節(jié)能電解槽理論與技術(shù)的研究，為使新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽產(chǎn)生更大的節(jié)能減排效果并向全國推廣而努力。