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　　據(jù)科技日報消息   9月10日，由東北大學馮乃祥教授發(fā)明、東北大學和重慶天泰鋁業(yè)有限公司共同試驗的《新型陰極結(jié)構(gòu)高效節(jié)能鋁電解槽試驗與研制》及與此相配套的《鋁電解槽火焰—鋁液二段焙燒新技術(shù)》兩個項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)電解槽進行試驗。到目前為止，已穩(wěn)定運行半年以上。從5月1日至8月31日，對四個月穩(wěn)定運行的技術(shù)經(jīng)濟指標進行考核：槽電壓比對比系列電解槽的槽電壓降低0.3伏，達到3.80伏（包括效應(yīng)分攤電壓）；電流效率平均提高1.36％；直流電耗達到12281千瓦時/噸鋁，比系列127臺電解槽的平均直流電耗13393千瓦時/噸鋁降低了1112千瓦時/噸鋁，節(jié)能效果十分顯著。同時，三臺試驗槽在四個月的運行期間，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)也獲得試驗成功，并順利通過專家鑒定。該項技術(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)達到國際先進水平。該技術(shù)集中了鋁液和火焰焙燒的優(yōu)點，不僅提高了電解槽的焙燒質(zhì)量，而且大大縮短了焙燒時間，降低了能耗和焙燒費用。對168千安電解槽該方法火焰焙燒24小時，天燃氣消耗約2500立方米，鋁液全電流焙燒24小時，消耗電能約12400千瓦時，按電價0.45元/千瓦時，天然氣2元/立方米計算，共計焙燒費用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，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/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，需要從兩個方面入手：一是通過提高鋁電解槽電流效率來實現(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/噸鋁左右。目前，國內(nèi)外先進的鋁電解技術(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/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)被世界公認為最先進的鋁電解技術(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/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/噸鋁，要實現(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/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)，已使槽電壓達到了極限，再降低將會嚴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現(xiàn)了這個目標，解決了這個重大技術(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/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)能減排對實現(xiàn)有色金屬乃至全國的節(jié)能減排目標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節(jié)能技術(shù)。該項技術(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。這對全面貫徹落實科學發(fā)展觀，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)經(jīng)濟又好又快發(fā)展將做出重大貢獻。
　　目前我國電解鋁廠按電解鋁電流強度大小等級進行劃分，基本上可分為如下幾種類型的電解槽：電流強度為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。作為下一個目標，東北大學馮乃祥教授正在籌劃與企業(yè)合作，進一步在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)導和支持下，為全面推廣新技術(shù)，為中國鋁工業(yè)的科技進步和節(jié)能減排做出更大貢獻。
　　馮乃祥教授，博士生導師。1964年考入東北工學院（現(xiàn)東北大學）輕金屬冶金專業(yè)學習；1970年畢業(yè)后被分配到撫順鋁廠工作，1978年考入東北大學研究生班，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，一直從事教學和科研工作；1984年至1986年以訪問學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)實踐經(jīng)驗，為今天的成功夯實了堅實的基礎(chǔ)。
　　近些年來，馮乃祥教授承擔“十一五”國家支撐計劃子課題1項；作為主要負責人承擔863計劃1項；完成國家自然科學基金項目2項；高等學校博士學科點專項科研基金1項；與企業(yè)合作完成項目10余項；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勵6項。
　　目前，馮乃祥教授帶領(lǐng)他的科研團隊，正致力于進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。