ООО «ЭКСПЕРТ-АЛ», Санкт-Петербург, Россия:

Е. С. Горланов, зам. генерального директора, канд. техн. наук, эл. почта: gorlanove@yandex.ru

Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

В. Н. Бричкин, зав. кафедрой металлургии, докт. техн. наук, эл. почта: kafmet@spmi.ru
А. А. Поляков, аспирант, эл. почта: kafmet@spmi.ru

В обзоре рассмотрены основные пути развития производства первичного алюминия по традиционной технологии, приведен анализ многолетних попыток введения в эксплуатацию электролизеров нового поколения с инертными электродами и предложены к обсуждению н овые перспективные направления соверш енствования технологии Эру – Холла. В представленной части обзора показано, что с 1990-х гг. и по настоящее время развитие происходит по пути повышения единичной мощности электролизеров. Одновременно с этой тенденцией наблюдается увеличение выхода по току и снижение удельного энергопотребления как результат системной работы по совершенствованию конструкций электролизеров, оптимизации технологического режима, применения новых материалов и внедрения систем компьютерного управления. При этом существенные изменения внесены в состав электролита, его температуру и перегрев относительно температуры плавления, реализованы системы точечного питания ванн глиноземом и фторсолями, сухой газоочистки и эффективного укрытия электролизеров. Для компенсации влияния магнитных полей и сохранения стабильности жидкого алюминиевого катода совершенствовали алюминиевую ошиновку. Эти мероприятия позволили существенно улучшить показатели электролиза с увеличением выхода по току до 96 % и снижением удельного энергопотребления до 12,0–12,5 кВт·ч/кг Al. Дальнейшее уменьшение расхода электроэнергии на электролизерах традиционных конструкций требует привлечения специальных технологий отвода тепловыделений от внешних поверхностей катодного кожуха и технологии смачиваемого алюминием (дренированного) катода.

1. Reference book on the best available technology ITS 11-2016 “Aluminium production” (introduced by the Order no. 803 dated 29 June 2016 of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology). Moscow : Buro NDT, 2016. 146 p.
2. Smirnov A. N., Safonov V. M., Dorokhova L. V., Tsuprun A. Yu. Steel minimills: Monograph. Donetsk : Izdatelstvo Nord-Press, 2005. 469 p.
3. Haupin W., Frank W. Current and energy efficiency of Hall – Heroult cells — past, present and future. Light Metal Age. 2002. Vol. 60. pp. 6–13.
4. Choate W. T., Green J. A. S. US Energy Requirements for Aluminum Production: Historical Perspective, Theoretical Limits and New Opportunities. Special Review for U.S. Department of Energy. 2003. 117 p.
5. Vanvoren С. P., Homsi P., Feve B., Molinier B. et al. AP35: The Latest High Performance Industrially Available New Cell Technology. Light Metals. 2001. pp. 207–212.
6. Vanvoren С. P., Homsi P., Basquin J. L. et al. AP 50: The Pechiney 500 kA Cell. Light Metals. 2001. pp. 221–226.
7. Charmier F., Martin O., Gariepy R. Development of the AP Technology Through Time. JOM. 2015. Vol. 67, Iss. 2. pp. 336–341.
8. Dupuis M. Thermo-Electric Design of a 740 kA Cell, Is There a Size Limit? ALUMINIUM. 2005. Vol. 81, No. 4. pp. 324–327.
9. Mann V., Buzunov V., Pitertsev N., Chesnyak V. et al. Reduction in Power Consuption at UC RUSAL's Smelter 2012–2014. Light Metals. 2015. pp. 757– 762.
10. Radionov E. Yu., Nemchinova N. V., Tretiakov Ya. A. Modelling of magnetohydrodynamic processes taking place in electrolytic cells during primary aluminium production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2015. No. 7(102). pp. 112–120.
11. Pingin V. V., Tretyakov Ya. A., Radionov E. Yu., Nemchinova N. V. Modernization prospects for the bus arrangement of electrolyzer S-8BM (S-8B) (С-8БМ (С-8Б)). Tsvetnye Metally. 2016. No. 3. pp. 35–41. DOI: 10.17580/tsm.2016.03.06.
12. Mann V., Zavadyak A., Puzanov I., Platonov V., Pingin V. RA-550 Cell Technology: UC RUSAL’s New Stage of Technology Development. Light Metals. 2018. pp. 715–719.
13. Zavadyak A., Puzanov I., Gibert E., Platonov V. Enhancement of the RA-550 Technology: Issues and Their Solutions. TRAVAUX 48, Proceedings of the 37^th International ICSOBA Conference and XXV Conference “Aluminium of Siberia”, Krasnoyarsk, Russia, 16–20 September 2019. p. 829.
14. Liang Xuemin. The Engineering Design Optimization and Investment Analysis of China’s Electrolytic Aluminum. Proceedings of International Congress of ICSOBA. Presentation. 2010. pp. 135–144.
15. Dingxiong Lu.,Yungang Ban, Junman Qin, Zijin Ai. New progress on application of NEUI400kA family high energy efficiency aluminum reduction pot (HEEP) technology. Light Metals. 2011. pp. 443–448.
16. The first line of the China – Russia electrolytic aluminium project put into operation in Southwest China. Available at: https://news.rambler.ru/other/43261057-pervaya-ochered-kitaysko-rossiyskogo-proekta-po-proizvodstvuelektroliticheskogo-alyuminiya-vvedena-v-ekspluatatsiyu-v-yugo-zapadnomkitae/.
17. Tabereaux A. Super-High Amperage Prebake Cell Technologies in Operation at Worldwide Aluminum Smelters. Light Metal Age. 2017. Vol. 75. pp. 26–29.
18. Zhou D., Yang X., Liu M., Liu W. Chinalco 600KA Hight Capacity Low Energy Consuption Reduction Cell Development. Light Metals. 2015. pp. 484–487.
19. Forte M. et al. Arvida Aluminum Smelter – AP60 Technological Center, Start-Up Performance. Light Metals. 2015. pp. 495–498.
20. Yves C., Mantha I., Bardet B., Becasse S., Blais A., Forle M., Guerard S. Modelling and measurements to support technological development of AP60 and APXe cells. ICSOBA 2016, Quebec, Canada. 2016.
21. Bardel A. et al. HAL4e – Hydro’s New Generation Cell Technology. Light Metals. 2009. pp. 371–376.
22. Segatz M. et al. Hydro`s Cell Technology Path Towards Specific Energy Consumption Below 12 KWH/Kg. Light Metals. 2016. pp. 301–305.
23. Lange H. P., Holt N. J., Linga H., Solli L. N. Innovative solutions to sustainability in hydro. Light Metals. 2008. pp. 211–216.
24. Dai Yingfei et al. Performance of SY400 prebake cells. Science and Technology Information. 2015. Iss. 2. pp. 101–102.
25. Dingxiong Lu.,Yungang Ban, Junman Qin, Zijin Ai. New progress on application of NEUI400kA family high energy efficiency aluminum reduction pot (HEEP) technology. Light Metals. 2011. pp. 443–448.
26. Liu Zhenqian, Cao Yabing Wang Xiaokang. Commentary on technical status of 500 kA prebaked aluminum cell. The Chinese Journal of Nonferrous Metals (smelting section). 2015. Iss. 6. pp. 42–46.
27. Liu W., Zhou D., Liu Y., Liu M. et al. Simulation and Measurements on the Flow Field of 600KA Aluminum Reduction Pot. Light Metals. 2015. pp. 479–482.
28. Dupuis M. Second Attempt to Break 10 kWh/kg Energy Consumption Barrier Using a Wide Cell Design. TRAVAUX 48, Proceedings of the 37th International ICSOBA Conference and XXV Conference “Aluminium of Siberia”, Krasnoyarsk, Russia, 16 – 20 September 2019. pp. 849–859.
29. Solli P. A., Eggen T., Skybakmoen E., Sterten A. Current Efficiency in the Hall-Heroult Process for Aluminum Electrolysis, Experimental and Modelling Studies. Journal of Applied Electrochemistry. 1997. Vol. 27. pp. 939–946.