【門窗幕墻網】原鋁提取工業的技術革新與研發工作都是圍繞著節能減排進行，或者說其目標都是為了節能減排、改善工作環境與提高安全保障，以及延長槽壽命等等。2017年中國原鋁的平均直流電耗13577kWh/噸，全世界的為14100kWh/噸，中國每提取1噸原鋁少用電523kWh，2017年中國生產原鋁比國外的少用電約1657MWh，溫室氣體排放量也相應地減少。中國原鋁工業在用電方面已居世界先進行列，但是中國鋁電解槽的壽命卻比國外的短不少。
　　
　　據相關資料顯示，發達國家預焙槽目前的平均壽命為2435d，而中國的僅為1957d，約比國外的短478d，這個差距還是不小的。當下，國外最長槽壽命約為4000d，而中鋁貴州分公司160kA槽的壽命已達4893d，比國外的長22.3%。
　　
　　我國已是世界原鋁生產大國，也成為了一個原鋁初級強國，更應是世界原鋁節能減排的領跑者，因此，宜集中人力、財力、物力對如何大幅度降低原鋁的能源消耗與非炭惰性陽極展開大規模研究，力爭在2025年將全國原鋁提取平均能耗降到12500kWh/tAl，即比2017年的13577kWh/tAl降低1077kWh/tAl，也就是說減少8%，如果不能達到8%，那么降低5%也是非常了不起的。
　　
　　為此，筆者建議能在某個大型鋁廠的技術中心建一個研發非炭惰性陽極研究所，國家為大股東，其他鋁廠與有關單位可入股，集中全國的精兵強將，與技術世界領先的鋁業公司進行一次“萬米賽”。
　　
　　以下介紹原鋁工業近期在技術方面兩項有里程碑意義的工作：一是海德魯鋁業公司（Hydro）的HAL4e及HAL4eULTRA技術；二是伊利希斯公司（Elysis）正在研發的非炭陽極鋁電解技術。
　　
　　HAL4e及HAL4eULTRA型槽
　　
　　HAL4e及HAL4eULTRA技術是海德魯鋁業公司研發的，前者已進行了中試生產，后者正在研發中。中試生產線建在公司的挪威卡莫鋁廠，2017年1月生產出了首批厚鋁，是目前世界上最環保和能源效率最高的，它的能耗與CO2排放量均比目前世界平均值低15%，只有11985kWh/噸鋁，這是很了不起的，2017年全世界的平均能耗為14100kWh/噸鋁。目前中試生產線的原鋁生產能力75kt/a，海德魯鋁業公司計劃HAL4e槽2020年產量增加到200kt/a。這是全世界空前的紀錄水平，恐怕2025年以前很難有其他鋁業公司在工業化提取原鋁能達到此水平。
　　
　　HAL4e技術的發展
　　
　　長期以來，海德魯鋁業公司就把原鋁提取工藝的技術創新置于一個非常重要的地位，早在上世紀70年代就與加拿大鋁業公司開發成功ASV170技術。自此以后，海德魯鋁業公司從未停止創新步伐，不但擁有一支陣容強大的技術革新團隊，而且與挪威科技大學密切合作，1981年在挪威霍揚格鋁廠投產了HAL220槽；1988年在委內瑞納鋁廠研制成功HAL230型槽，此槽型1995年又在斯洛伐克鋁業公司有效地運轉；2009年卡塔爾鋁業公司也采用該公司的HAL300型槽。
　　
　　2004年，海德魯鋁業公司決定發展HAL4e及HAL4eULTRA型槽技術，從阿達爾鋁廠、卡莫鋁廠、波什格倫鋁廠與位于德國的諾伊斯鋁廠抽調了一批技術骨干，充分調動了各研究中心的積極性，發揮各自的專長，有的從事槽型設計，有的從事工藝過程控制，有的從事材料學與工程研究，有的專注模型建立與分析。
　　
　　經過幾年這種分工明確又集中一切技術力量的聯合攻關，終于在2008年取得了近二三十年來原鋁工業技術進步最顯赫的成就，在阿達爾鋁廠選建成了第一批HAL4e試驗槽，并為技術更先進、效率更高、能耗更低與更環保的HAL4eULTRA型槽的開發奠定了基礎，此種槽的定型持續到2016年。由于對磁場的精準控制、電解液電阻的降低與先進控制系統的采用，使陽極間距有所減小，從而取得了良好的綜合效益。
　　
　　現在研究人員在繼續進行創新工作，使模型更加合理，工藝過程控制更加完善，工藝參數調控更加有效與快捷，并采用新的陽極，盡快進入大規模的工業化生產，創造世界能效最高的鋁電解企業。
　　
　　卡莫鋁廠HAL4e中試電解槽系列的建設
　　
　　HAL4e型槽生產廠建在卡莫鋁廠電解車間旁，至2017年卡莫鋁廠已有50年的歷史，卡莫鋁廠原鋁生產能力125kt/a，中試廠原鋁生產能力75kt/a，用的電全為綠色的水電。
　　
　　中試電解槽系列建在已廢棄的老自焙槽舊址上，因環保原因自焙槽電解線于2009年停產。新中試線由60臺新槽組成，其中48臺為可工業化試生產的HAL4e型，電流強度450kA，電流效率95%，能耗12.3kWh/kgAl，比世界平均能耗14.1kWh/kgAl與海德魯鋁業公司平均能耗13.8kWh/kgAl低得多。與海德魯鋁業公司林塔爾鋁廠（Sunndal）Su4型槽和卡塔爾鋁業公司的HAL300槽相比，卡莫鋁廠中試線每臺槽的原鋁產量可多50%。
　　
　　其余的12臺槽用于試驗HAL4eULTRA技術，它們的電流強度略低一些，為415kA~450kA，海德魯鋁業希望此項技術的能耗能達到11.5kWh/kgAl~11.8kWh/kgAl，世界上其他任何廠都不可能在近期內達到。
　　
　　HAL4e槽的直接CO2排放量比世界平均排放量低0.8kg/kgAl，同時直接CO2當量排放量可減至1.40kg/kgAl~1.45kg/kgAl，卡莫鋁廠可在一年內少排放60ktCO2。海德魯鋁業公司規劃將卡莫鋁廠電解槽全部升級為HAL4e型與HAL4eULTRA型，使它成為最節能最減排與效率最高的原鋁生產企業，成為世界鋁電解工業的一面旗幟。
　　
　　伊利希斯公司的無炭原鋁提取技術
　　
　　自1888年鋁的工業化生產以來，每1kg原鋁都是用霍爾-埃羅法（Hall-Heroalt）電解法提取的。電解法生產1噸原鋁可釋放15.4噸CO2，所以全世界鋁電解工業每年釋放的CO2非常驚人，為了保護環境，科學家都在苦苦追求不用炭陽電解提取原鋁的陽極材料，可是非常遺憾的是，至今尚未找到一種極具實用價格的非炭質陽極材料，伊利希斯公司就是為了研發這種非炭陽極材料組建的專業公司。
　　
　　伊利希斯公司
　　
　　伊利希斯公司（Elysis）組建于今年早些時候，位于加拿大魁北克省蒙特利爾市，是美國鋁業公司（Alcoa）、力拓-加鋁集團（RioTinto-Alcan）的合資企業，專門致力于無炭電解鋁工藝的研發。該公司是在蘋果公司的牽線搭橋力促下成立的，兩公司計劃在今后3年投資5500萬加元；蘋果也將投資1300萬加元，并提供技術支持；魁北克省和蒙特利爾市政府將各投資6000萬加元。
　　
　　美國鋁業公司已研發成功一種新的不受電解液侵蝕的金屬陽極材料，自2009年以來，已在公司的匹茲堡技術中心進行了試驗，取得了可靠的成果。如果加拿大鋁電解工業全部采用非炭陽極，則可減少溫室氣體直接排放量6500kt/a，大致相當于180萬輛小型乘用車1年的排放量，可為加拿大創造數千個工作崗位，并進一步繁榮魁北克省的鋁制造工業；對鋁產業來說，這是一個有歷史性意義的時候。
　　
　　金屬惰性陽極
　　
　　惰性陽極就是我們說的非炭陽極，可分為陶瓷型與金屬型，美國鋁業公司研發前者，瑞士麥爾特奇（Meltech）公司著重研發后者，經過近30年的創新研究，取得了不少成就，積累了不少經驗，但尚未取得有歷史意義的突破成就。中國一些科研院所和大專院校也進行了一些研究，但由于種種原因，主要是經費問題，進展不大。無論哪種非炭陽極，都必須在其表面涂一層氧化物，一是為了導電，二是為了降低金屬在冰晶石電解質中的溶解速度。麥爾特奇公司也對金屬惰性陽極作了不少研究。
　　
　　研發非炭惰性陽極大多集中在Ni-Fe合金和Ni-Fe-Co合金，其中有代表性的是得·諾拉（DeNora）博士的Fe-Ni-Cu合金，此種陽極又稱維羅尼卡（Veronica）合金金屬陽極，其表面涂有一層氧化鈷活性結殼。
　　
　　惰性金屬陽極必須具有幾個條件才有實用價值：它的壽命成本應與同期炭陽極的相當或即使高一些，但有其他措施可以得到補償；金屬惰性陽極在電解質中溶解的元素應對原鋁的品質無影響；電耗必須少于炭陽極的或至少與其相當；電解槽能夠直接更換金屬惰性陽極而不必對現有電解槽進行較大規模的改造。
　　
　　大家對陶瓷都有較多了解，因此對陶瓷型惰性陽極不再警言。