鋁電解零碳排放技術(shù)進(jìn)展 節(jié)能減排與最終實(shí)現(xiàn)零碳排放，是鋁工業(yè)亟待解決的頭等大事之一

　　節(jié)能減排與最終實(shí)現(xiàn)零碳排放，是鋁工業(yè)亟待解決的頭等大事之一。

 

　　1886年，美國(guó)大學(xué)生霍爾和法國(guó)大學(xué)生埃魯幾乎同時(shí)獨(dú)立發(fā)明了鋁的電解熔鹽提取工藝，并分別取得了專利。1888年，霍爾建設(shè)的鋁廠投產(chǎn)，并生產(chǎn)出了原鋁。自此以后，人們把這種冰晶石–氧化鋁熔鹽電解法稱為霍爾–埃魯法。

 

　　2019年，美國(guó)鋁業(yè)和力拓成立的合資企業(yè)Elysis公司生產(chǎn)出世界上首批零碳排放的原鋁。大約在前后相差1年或更長(zhǎng)些時(shí)間內(nèi)，俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司和海德魯鋁業(yè)公司也分別生產(chǎn)出零碳排放鋁。1888年—2019年的131年間，商業(yè)生產(chǎn)鋁的原理和工藝沒(méi)有變化，但電解槽結(jié)構(gòu)卻在不斷地變化著。

 

　　自上世紀(jì)鋁冶煉電解技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后，人們就一直希望著霍爾–埃魯電解法只產(chǎn)生O2。理論上，采用惰性陽(yáng)極可以實(shí)現(xiàn)氧化鋁的直接還原，不會(huì)排放CO2。大約在2006年，25kA惰性陽(yáng)極電解槽采用金屬惰性陽(yáng)極進(jìn)行生產(chǎn)，從而證實(shí)了采用惰性陽(yáng)極這種方法是可行的。2019年，Elysis公司在美國(guó)圣安東尼奧舉行的TMS會(huì)議上宣布了惰性陽(yáng)極和穩(wěn)定陰極的可用性。

 

　　截至目前，世界鋁工業(yè)已研發(fā)成功3種零碳排放的惰性陽(yáng)極鋁電解技術(shù)：Elysis公司的ElysisTM技術(shù)、俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司的惰性陽(yáng)極工藝、海德魯鋁業(yè)公司的近零鋁排放的Halzero工藝。

 

　　我國(guó)對(duì)惰性陽(yáng)極鋁電解技術(shù)的研發(fā)也很重視。東北大學(xué)、中南大學(xué)等單位自2008年以來(lái)針對(duì)惰性陽(yáng)極材料及其特性進(jìn)行了10多年的研發(fā)?？萍疾颗鷾?zhǔn)設(shè)立國(guó)家“863”項(xiàng)目新材料技術(shù)領(lǐng)域的重大專項(xiàng)之一——“新一代鋁電解金屬陶瓷復(fù)合材料電極的制備技術(shù)”項(xiàng)目，以及隨后的“973”項(xiàng)目都把惰性陽(yáng)極的研發(fā)作為重點(diǎn)。我國(guó)鋁業(yè)集團(tuán)鄭州研究院聯(lián)合中南大學(xué)等單位，于2005—2006年成功地進(jìn)行了惰性陽(yáng)極和可濕潤(rùn)陰極組合的4kA級(jí)新型結(jié)構(gòu)電解槽的生產(chǎn)試驗(yàn)。

 

　　開(kāi)發(fā)惰性陽(yáng)極技術(shù)的關(guān)鍵在于尋找到合適的陽(yáng)極材料。陽(yáng)極工作環(huán)境極其嚴(yán)酷——高溫、高腐蝕性熔鹽、高電流密度。陽(yáng)極必須同時(shí)具有高電導(dǎo)率、高強(qiáng)度、耐高溫、高抗腐蝕性、難溶于電解質(zhì)等特性。因此，研究惰性電解技術(shù)及制造惰性陽(yáng)極電解槽是一件極為繁重的復(fù)雜工作。同時(shí)，根據(jù)國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)資料，15%的區(qū)域碳排放是直接從鋁冶煉和電解過(guò)程產(chǎn)生的，而惰性陽(yáng)極鋁電解槽技術(shù)使用非燃燒陶瓷材料或合金，不產(chǎn)生CO2，對(duì)于減少碳排放具有重要意義。