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1、铝电解槽使用惰性阳极和可湿性阴极的经济性在冶炼厂必须推测惰性阳极和可湿性阴极技术成本的影响，因为这样的技术还没有被商业化。即便如此，一些宽泛的结论可以得出关于惰性阳极在改造和新建冶炼厂的经济价值。研究表明，加装惰性阳极现有的预焙槽生成经济效益不足以证明这是客观的。槽提供了潜在的阴极，只要该槽寿命大于超过三年，它节约了能源提高了生产。双方惰性阳极和阴极可湿性价值材料将要求其在垂直使用电极结构，操作的成本，特别是资金成本，预期是显著的。垂直电极单元将要求惰性电极表面的磨损率小于每年约 5mm，在经济上和技术上可行的，远小于具有迄今有报道。简介一段时间后，铝电解槽惰性阳极产生的氧气而不是二氧化碳已经
2、宣布，而经济效益在很大程度上来自一个非自耗阳极。因为最近的报道提出了在不久的将来惰性阳极和泄流式电解槽技术有可能实现商业化，所以仔细看看这些经济潜力技术是必要的。这项研究的操作比较使用传统冶炼厂成本碳阳极与使用惰性阳极或可湿性阴极技术有什么差别。在这些技术没有被商业应用之前，推断惰性阳极和可湿润性阴极的性能水平是必然的。经济分析是有用的，然而，在澄清的关键技术障碍和性能目标要从改造或新建设计的经济利益实现应用。在关键技术参数允许的情况下，敏感性分析是对进行的的各种的经济可行性技术的大致判断。考虑的情况是惰性阳极槽和排水阴极改造相结合，在新设计的垂直电极槽上应用。惰性阳极设计阳极组合物和方法制造
3、研究是基于美国专利 5865980，1999 年2 月分配到美国铝业公司。该阳极包含铜，银，是在受控气氛中烧结通过冷等静压该粉末状的混合物形成的镍 - 铁素体的金属陶瓷。选择改造阳极形状的电解槽将取决于许多因素，例如1 实现高电活性表面面积重量比的金属陶瓷，尽量减少材料成本。2 通过实现最小磨损均匀的电流密度过电活性表面，连同均匀的释放气泡。特别是局部区域磨损率必须避免，因为他们将确定整个阳极块。3 机械和热机械强度。4 保护电气连接对槽阳极的攻击。5 改造新的兼容性与现有的阳极组件槽结构。6 采用静压等工艺限制大小和形状。阳极的设计假定研究显示在图 1 中，并以花盆的形状用在早期工作中。而更
4、复杂的形状是可能的近净能力对等静压，花盆状对上述设计准则提供了一个很好的妥协。高容量和低成本的生产喜欢用干袋压模，但是，这限制了阳极块的大小和生产。阳极假定为 200 毫米的直径，和填充的内部有一个低成本的惰性材料。150 毫米的高度假定与 100 毫米浸泡浴。该电连接是通过一个铬镍铁合金杆和镍的过渡机械装到阳极。对于加装包含先前 40 kA 的 350 细胞碳阳极，一些 1120 惰性阳极是必需的。可以设想，这些将连接到现有的干夹具提供对槽，与 28 金属陶瓷阳极连接组件每个 40 茎。阳极生产成本生产过程将涉及混合，煅烧，和精磨氧化物粉末;另外的聚合物粘结剂，随后通过喷雾干燥生产干尖晶石N
5、iO 团；计量和混合金属粉末;冷等静压近似 200 MPa；烧结 1400 左右C ；加工的阀杆连接和安装茎；组装阳极组电池安装。等静压烧结陶瓷通常是昂贵的，虽然成本主要是小批量生产运行和手动操作。这些过程的设备和转换固有成本不高，但是，和有吸引力的生产成本可以预计在大规模生产的目的而设计的基础和高度自动化的生产设施。成本核算的目的，假设该阳极生产设施将在冶炼厂现场进行安装，而且该工厂将有能力在至少满足不断更换阳极要求，将被操作在连续使用。对于一个每年 250000 吨的冶炼厂和一个假定三年的阳极寿命，所需的阳极工厂的产能约2200 吨（124000 阳极）每年。这样的设施的资本成本将大约为1
6、0-15 亿美元，相比 160 亿美元左右的一个传统的碳阳极厂包括成形，烘烤，组装和对回收设施。据估计，惰性阳极生产表提供了成本，并且比较到在表 II 的碳阳极。转换成本是指劳动力，电力，维修，耗材，和开销。注意在每吨铝基，共阳极的成本预测,每个过程是相似的。如果惰性阳极技术被广泛建立，但是，石油价格焦炭可能下降到接近水平燃料的价值，在这种情况下，成本将进一步降低的 20 美元/ 吨铝。关键的假设基础估计我表是一种有效的阳极三年的生活，反映了一个基本的大约每年 10 毫米的磨损率。然而这种磨损率比实验室试验美铝的专利低五倍。磨损率每年 10 毫米或更好的将是必要的实现一个可行的改进经济和金属纯
7、度的观点。包括银，即使在小量时，增加了显着的成本的阳极而被宣称是有益的在降低磨损率。能源消耗该理论对碳和惰性阳极材料对电解的能源需求做出了详细的比较。从实用的角度来看，关键过程的能量消耗和槽电压的阳级-阴极距离（ACD）需要维持稳定的操作。这又有两尺寸：1 最小物理分离之间必须保持阳极和金属垫来实现磁流体稳定性和良好的电流效率。2 电阻加热必须充分设置在 ACD 保养对电池的热平衡。在改造方案中，碳阳极仅由惰性阳极取代并没有改变阴极设计或金属垫的行为，主要确定所需的阳极因素金属分离距离不影响。ACD 的要求保持不变，然后，经过改造惰性阳极。热是一个更重要的考虑对惰性阳极的改造方案。作为碳阳极在
8、电解过程中的消耗，他们的贡献显着的热的过程。因此，当惰性阳极代替碳阳极，热的碳的贡献需要通过增加补偿在提供给电池或热在电池的热损失减少。然而，更多减少热量的理想选择损失将难以在实践中实现。有著名的绝缘单元的限制衬里，将同样适用于惰性阳极改造。会有一些机会，减少热损失槽的顶，然而，因为改变阳极的要求基本上是减少，槽可较好的覆盖和密封。减少干旱也应该是可能的。预期的电压比较热损失的碳和惰性阳极在表三提供。两种情况给出的每一种，代表高和低电流操作。在碳阳极的情况下，这可能被视为上下极端的一种可行的热损槽操作窗口。关键从表 III 点是：1 低电流密度的情况下惰性阳极产生的热损失 456 千瓦，而在低
9、端传统的热窗阳极是约 600 千瓦。这意味着约 150 千瓦将需要保存的比较细胞的正常操作，只有约 20 千瓦，节约来自阳极的消除变化。其余的将需要来自其 50%的正常减少顶部热损失水平，一个非常具有挑战性的目标。更有可能的是，惰性阳极改造将需要手术增加 ACD 以获得一个可行的热平衡。2 高电流密度的情况下惰性阳极产生的热损失在传统的范围电池操作。最可行的将耦合惰性阳极与改造电流的增加，受其他各种限制对冶炼电流增加。表四比较高电流密度的情况下，假设他们都是工作在他们的物理性约束。总之，改造传统的采用惰性阳极槽会招致在具体的能源的实质性惩罚消费。冶炼厂的运营成本冶炼厂现金操作比较成本传统的阳极
10、和惰性阳极是如图 2 所示。该费用是根据假设的在每年 250000 吨的冶炼厂每案例，350 ka和阳极操作成本和功耗先前描述的。废阳极材料假设没有回收价值。使用惰性阳极，该冶炼厂的现金费用估计为 99.5，没有显著不同于碳阳极情景。阳极材料成本是相似的在每一种情况下。高功率的成本惰性阳极的情况下抵消劳动力成本。在劳动需求减少 34%预测为惰性阳极冶炼厂，大大节省了在阳极厂和由于阳极电解车间变更要求。图 3 突出的灵敏度操作成本的关键问题是阳极成本和阳极寿命。实现一个可接受的阳极的寿命是至关重要的商业活力，而任何少于三年的基本情况是基于的假设是不可接受的在这项研究中使用的。另一方面，如果一个强
11、大的阳极材料的开发可以说，冶炼厂的现金成本将会降低百分之五左右。在阳极银包裹陶瓷占 2%以上的全铝的生产成本。盈亏平衡对银在包含点阳极时，银增强阳极寿命约 25%。温室气体排放前面的分析认为，没有在温室减排的经济价值气体排放是可能的惰性阳极。有几个因素考虑：1 碳阳极的更换消除了 CO、CO2 的排放量和温室有效的 PFCs在阳极效应的形成。2 上述收益将抵消增加能量如果电解能量是从使用化石燃料的发电站绘制。3 从更广的角度看，消费石油焦电解是不是有效的热其作为燃料，否则可能会发生铝行业不再需要这种原料。表 V 显示了惰性阳极的影响对温室气体排放时被认为是化石燃料电源。惰性阳极的冶炼厂需要 1
12、5.7dckwh /公斤，电解，和津贴是由交流/直流转换工作电源。不考虑鉴于在生产所产生的排放阳极生产原料，虽然是再次指出石油焦是石油的副产品精炼，而惰性阳极的原料将为行业。在燃煤发电的情况下，温室的优势惰性阳极是完全否定通过高能量的要求电解。对于燃气动力源，有净节省大约 0.8 吨每吨铝的二氧化碳当量，或总排放量的 7。而 CO2 排放的未来价值仍然是投机，在这个阶段，一个每吨 10 美元的订单是可能的。对燃气发电站的情况下，惰性阳极 CO2 储蓄会等周围的冶炼操作 0.8%成本。只有当电源确定惰性阳极的影响较为显著，虽然它可能是认为，这种权力的使用价格该冶炼厂将增加，以反映其本质上更高的值
13、给所有用户。导流改造去除尺寸不稳定，电极间的金属池长期以来一直被作为一种手段较低的 ACD 和细胞能量消费。这个概念是启用用二硼化钛（TiB2）作为阴极的表面，这是湿的熔铝和，因此，保护腐蚀性的电解液。商用槽已被评估其中 TIB2 采用既可以作为“蘑菇，”突出的上方金属池以形成阴极表面上，或作为涂层施加到基底倾斜和排液到中央储槽。考马克报道显著与排水细胞发育的进展，和其他几个财团也在追求开发这个概念。关键的经济上的考虑为排水阴极改造有：1 钛的高成本硼化钛涂层。TiB2 卖每吨 25000 美元左右，与任何复合材料的要求超过 50%的 TiB2 确保润湿由铝。报道涂层媒体在不同显著 TIB2
14、量应用，从陶瓷含 85左右的瓷砖 TIB2，以TIB2- 碳复合材料，以薄涂和等离子喷涂影片。后者提供显着的成本储蓄，如果满意的话，磨损率可以证明。2 电池寿命是可以实现一涂层倒掉细胞暴露基碳严重袭击电解液应涂层失败。磨损率必须是相对的甚至在整个槽，和任何通过局部涂层失效设计，启动，或操作实践可以产生不利影响的生活整个槽。3 一个可行的热平衡成果在降低能量输入。而尺寸稳定的阴极表面允许 ACD 将减少明显的，相关的在热输入减少需要可通过较低的热补偿损失。一个实用的操作窗口可以从增加了目前在一起ACD 还原提供足够的热电池。在改造的情况，一定程度上，电流可以增加将取决于其它因素和可能影响改造经济
15、显著。现在，考虑 250000 吨每年冶炼厂 350 kA 的操作，但改造后的排水结构。运用陶瓷瓦片涂层在 12 毫米，或可替代地一个TIB2 碳复合涂层在 25 mm，涂层的成本阴极表面和底壳为100000 美元每槽。建筑劳务调试成本也将高涂布槽。这些额外的内衬成本可以部分抵消在碳量的减少基板的要求，因为一个正确的运作提供高耐磨涂层电阻。在内衬成本增加 80000 美元每单元设定的。电压和热损失比较一个传统的阴极和排水阴极是表六提供.两工作电流比较排出阴极说明需要提高到目前的一个实际的热平衡。在较低的电流，热损失 500 千瓦被认为太低运行稳定，甚至允许为在侧壁的热损失，降低通过金属熔池的去
16、除率达到。经营成本比较传统并排出阴极显示在图 4 中，在电解槽操作375 ka。每种技术对比假设等于槽生命和电流效率。每公吨成本近 2%的减少被预测为降低能源消耗的结果，由于较高的电流而利润贡献将进一步在产量提高。排出的阴极的经济可行性是敏感的细胞的寿命。图 5 显示一个指示净现值价值扣除利息，税，折旧；10%的折扣率；LME 金属价格 1550 美元，如果名义冶炼厂转换为导流技术。一个积极的回报需要一个超过 1000 天的细胞。惰性阳极加排水阴极改造在前面分析的 inertanode 改造方案，结果表明这工作电压 / AC将由最小的规定确定能量要达到实际热平衡。减少 ACD，即使从稳定性的角度来看，可以防止由于细胞会成为热缺陷。另一方面，好处导流改造都只能当 ACD 和槽能量输入减少。在改造方案中，线电流可能会增加到最大可能符合其他约束（如母线容量，整流器能力，电力合同等），以实现在一个最佳的热平衡槽。因此，结合改造惰性阳极和阴极可能耗尽将由现
