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电解铝厂规模电解槽容量与环境保护探讨
本文阐述了电解铝厂生产规模、电解槽容量、污染物生成量，以及电解烟气净化回收与环境保护之间的关系；电解槽集气效率的计算方法；提高槽集气效率的措施以及强化环境保护，加强管理等若干问题。
作者单位：
河南神火集团,永城,476600
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3秒自动关闭窗口铝电解（电解铝）生产工艺技术大全-从入门到精通
核心提示：铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳
1．生产工艺
(1)工艺机理铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法。所谓冰晶石－氧化铝融盐就是以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成的多相电解质体系，即为Na2AIF6-A12O3二元系和Na3AIF6-AIF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。
能够传导电流和在电流通过时改变自己成分的液体叫做电解质。
&&& 许多年以来，铝电解质一直以冰晶石为主体，其原因如下。
①纯冰晶石不含析出电位（放电电位）比铝更正的金属杂质（铁、硅、铜等），只要不从外界带入杂质，电解生产可以获得较纯的铝。
②冰晶石能够较好的溶解氧化铝，在电解温度950-970℃时，氧化铝在冰晶石溶液中的溶解度约为10％（质量）。
③在电解温度下，冰晶石一氧化铝熔液的密度比同温度的铝液的密度小，它浮在铝液上面，可防止铝的氧化，同时使电解质和铝很好地分离，这既有利于电解过程，又简化了电解槽结构。
④冰晶石有一定的导电能力，这样使得电解液层的电压降不至过高。
⑤冰晶石熔液在电解温度下有一定的流动性，阳极气体能够从电解液中顺利地排出，而且有利于电解液的循环，使电解液的温度和成分都比较均匀。
⑥铝在冰晶石熔液中的溶解度不大，这是提高电流效率的一个有利因素。
⑦冰晶石熔液的腐蚀性很大，但碳素材料能抗受它的侵蚀，用碳素材料作内衬建造电解槽基本上可以满足生产的要求。
⑧在熔融状态下，冰晶石基本上不吸水，挥发性也不大，这将减少物料消耗并能保证电解液成分相对稳定。
以上所述有的是冰晶石的优点，也有的是它的缺点，如纯冰晶石的熔点较高（1008.5℃），导电性能不好和腐蚀性强，以及氧化铝在其中的溶解量不大等，这些导致了熔盐电解法生产铝时电能消耗大，建设投资和生产费用高。多年来，为了克服其缺点，促使入们去寻找能代替它的新物质，但至今尚未取得成功；同时，入们也研究使用一些添加物像氟化钙、氟化镁、氟化锂等，来改善冰晶石一氧化铝熔体的性质。因此，铝工业用的电解质已经远不是简单的二元系而是多元系了。现将添加物氟化钙、氟化镁、氟化锉对电解质熔融温度的影响列于表。
添加物对电解质熔融温度的影响
电解质成分
未加添加物时熔融温度/℃
加添加物时的熔融温度/℃
添加物种类
2.7Na&FAlF3+5%Al2O3
从表1可以看出，氟化锂、氟化镁能显著地降低电解质的初品温度，但这些添加物分别有降低氧化铝溶解度或恶化其他性质的缺点，所以只有控制适当的添加量才能起到预期的效果。迄今为止，还没有一种完全合乎理想的添加剂。
在固态下冰晶石比铝密度大，但融化之后则比铝密度小，在电解温度下此密度变化及差值使电解液和铝液能很好地分离开，铝液沉在槽底，电解液漂浮在上层，保护在阴极析出的铝不遭受氧化。
液体表面分子或离子被其内层的分子或离子所吸引向内压缩的力量叫做表面张力。铝电解槽中产生表面张力现象的不同物质的接触面有四个：
①熔融电解质和气体（阳极气体和空气）的界面；
&&& ②熔融电解质和固体碳素阳极的界面；
&&& ③熔融电解质和液体金属的界面；
④液体金属与固体碳素阴极的界面。
在电解槽内，金属同电解质，以及金属同碳素材料的界面上有很大表面张力，因而铝不能湿润碳素，从而不能被其吸收。由于铝在电解质界面上具有大的表面张力，这样就有助于减少铝在电解质中的溶解损失。铝在碳素界面上的表面张力决定于它的纯度，铝中含有硅、铁，特别是钠能够降低其表面张力，因而促进了向炭块的孔隙与裂缝中渗透，从而影响电解槽的寿命。
在现代工业上供给铝电解生产使用的原材料有冰晶石、氟化钠、氟化铝、氟化钙、氟化镁和氧化铝等。这种由冰晶石和其他几种氟化物组成的熔剂与氧化铝组成的电解质在950℃左右能够很好地导电，而能够抵抗这种电解质侵蚀并且又能良好导电且价格低廉的惟有碳素材料。因此，目前铝工业均采用炭阳极和炭阴极，电解过程总的反应方程式为：
（如果阳极气体组成是70%CO2＋30%CO时）
这种电解质熔液在950℃左右密度大约为2.1g/cm3,比同一温度下铝液2.3
g/cm3小10%左右，因而能够保证电解过程中铝液与电解质熔液分层。在这种熔液里基本上不含有比铝更正电性的元素，从而能够保证电解产物铝的质量。此外，冰晶石一氧化铝熔液基本上不吸水，在电解温度下它的蒸气压不高，具有较大的稳定性。
当电流通过电解质时，使这些物质组成在电极上分离出来的现象叫做电解，盛电解质的装置就叫做电解槽。在正常生产时，电解槽的槽底积存一定数量的金属铝，这个金属层的表面就是阴极表面，它与电解质直接接触，因而必然有部分金属溶解到电解质中去，阴极金属铝溶解到电解质中是降低电流效率的主要原因。影响铝在电解质中的溶解度的最大因素是温度，温度愈高，铝的溶解损失愈大。根据对铝电解槽的多次测量表明，温度每升高10℃，电流效率大约降低1%-2％。因此，电解槽力求保持低温操作，对于提高电流效率是有好处的。
阳极效应是熔盐电解时的特殊现象，冰晶石氧化铝电解时，当电解区中氧化铝含量降低到1％-2％时，则可在阳极上发生阳极效应。阳极效应发生的原因，有多种解释，但最受重视能较好解释效应现象的是湿润性改变学说和电极过程改变学说两种，在此不做详细解说。
(2)铝电解生产工艺流程简述铝电解生产过程，主要是以冰晶石一氧化铝熔液做电解质，碳素材料为阴极和阳极，直流电从阳极导入，经过电解液和铝液层后从阴极棒导出，直流电的作用是以热能形式保持冰晶石、氧化铝等原料呈熔融状态和实现电化学反应，反应结果在阳极上生成二氧化碳和一氧化碳气体，在阴极上析出液态金属铝。随着电解过程的进行，析出的铝被蓄积起来，周期地从电解槽中取出来，取出的铝从电解厂房送往铸造部门，经过相应的处理后浇铸成各种规格的坯锭。
一台电解槽是一个生产单元，一定数量的电解槽串联起来构成一个系列，一个或几个系列组成一个电解车间。铝电解生产工艺流程如图1所示。
从图1可见，电解铝使用的原料是氧化铝、阳极糊或预焙阳极块（阳极块）、冰晶石、氟化铝和其他氟化物等，这些原料都是在专门的车间或工厂中制备的。
烟气中除二氧化碳和一氧化碳外，还含有少量的氟化氢或其他气体，氟化氢是有害气体，影响周围环境，应当予以妥善处理。现行净化方法有湿法和干法两种，究竟哪种方法更为适用，应根据电解槽槽型以及具体条件确定，净化时收回的再生冰晶石或含氟氧化铝可返回电解槽使用。
电解铝生产的主要设备&电解槽在安装完毕后，要经过焙烧和开动阶段后才能转入正常生产，一般能持续进行生产3-5年，有时由于槽内衬早期发生破损，严重影响铝的产量、质量或发生漏槽危险时，便将电解槽停槽检修，检修好以后经过焙烧开炉再恢复生产。
(3）电解铝所用的原料及质量要求
&&& ①氧化铝（A12O3）&
氧化铝是三氧化二铝的简称，也称作铝氧。它是从铝矿石提取出来的。当前生产氧化铝用的砂石有铝土矿、霞石、蓝晶石、明矾石和高岭土等。我国目前主要采用铝土矿作为制取氧化铝的原料，其生产工艺和产品的质量要求详见氧化铝生产工艺篇。
②冰晶石（Na3AIF6）&
冰晶石的分子式也可写成3NaF.AlF3，冰晶石中氟化钠和氟化铝摩尔比叫做冰晶石的分子比，纯冰晶石的分子比等于3，相对密度是2.9，其组成是Al占12.8%，Na占32.8%，F占54.4%。冰晶石分子比大于3的属碱性，小于3的属酸性，等于3的是中性。生产上使用的冰晶石有四种：天然冰晶石，入造冰晶石，回收所得的浮选冰晶石和再生冰晶石。
a.天然冰晶石&
在自然界中天然冰晶石矿非常少，从矿山开采出来的天然冰晶石一般含80%左右的纯冰晶石，所以必须经过分选才能得到合乎要求的产品。分选后的冰晶石的组成大致是：A1占13%一14%，F占53%-54%，Na占30%-32%，此外还有少量的铁硅等杂质。随着铝工业的发展，由于天然冰晶石储藏量小、分布不普遍、质量差，远远满足不了电解炼铝的需要，所以入们只能用入工方法大量生产冰晶石，中国铝工业从一开始就使用入造冰晶石生产铝。
b.入造冰晶石&
一般通称合成冰晶石，工业上只简称冰晶石，它是白而稍带灰色的粉末，质感柔软，略粘手，用手可捏拢成团，不溶于水。铝电解用合成冰晶石的分子比在1.6-2.0左右，由于受生产方法限制，其杂质含量比氧化铝高，冰晶石的产品质量级别如表2所示。
冰晶石质量级别（GB4291-84）
化学成分/%
&&& C.浮选冰晶石&
电解槽正常生产时，在电解液表面上经常漂浮一层炭渣，捞出的炭渣中约含60%-70%电解质，通常采用浮选法从炭渣中选出电解有用的成分，称为浮选冰晶石。对拆槽下的废炭块进行浮选时也能得到浮选冰晶石。
d.再生冰晶石&
电解槽采用湿法进行烟气净化时回收的冰晶石，称为再生冰晶石，其中往往含有少量的氧化铝、其他氟化物以及炭粉等。需要指出，浮选冰晶石和再生冰晶石的质量波动都较大，在使用之前要进行质量分析，而且常常是先加入母槽里，经过净化后再移入正常槽中。
③氟化铝（A1F3）&
氟化铝是白色坚硬的粉末，比氧化铝的颗粒稍大一些，它的流动性仅次于氧化铝，在电解温度下易挥发，遇水易水解。在电解过程中由于氟化铝的挥发和水解而使电解液分子比提高，为保持规定的分子比，需根据分析结果补充氟化铝以调整电解液的成分，氟化铝的质量级别如表3所示。
氟化铝质量级别（GB4292-84）
化学成分/%
&&& ④氟化钠（NaF）&
氟化钠是白色粉末，易溶于水。电解槽开动初期，因为其碳素内衬选择吸收氟化钠，使电解液分子比急剧下降，那时要用较多的氟化钠调整分子比。此外，因为装槽用合成冰晶石的分子比太低，为调整到开动要求的分子比，也需要掺配大量的氟化钠，氟化钠的质量级别如表4所示。
氟化钠质量级别（GB4293-84）
化学成分/%
酸度（HF）
硫酸盐SO42-
水中不溶物
&&& ⑤氟化钙（CaF2）&
氟化钙是从天然萤石精选出来的，选后的粒度为通过140目的占90%，其中有75％通过200目。氟化钙是应用较早较普遍的一种添加物，其化学成分占的比例如下：
CaF2&&&&& SiO2&&&&&
A12O3＋F2O3&&&&
H2O&&&&&&&& CaCO3
&&&&&&& ＞95％&& ＜1.4％&&&& ＜0.5％&&&&&
＜0.5％&&&& ＜1.5％
&&& ⑥氟化镁（MgF2）&
氟化镁也是一种添加物，但使用得不太普遍，而且使用时间较氟化钙晚，入们认为在改善电解质性质方面它是一种比较好的添加物，其化学成分要求如下：
&&&&&&&&&&
F&&&&&& Mg&&&&& SiO2&&&& SO42-&&&&
R2O3&&&&& H2O
&&&&&&&& ＞45％& ＞32％& ＜0.9％&&
＜1.5％&& ＜1.0％&& ＜1.0％
⑦阳极糊阳极糊是焙烧成旁插或上插槽阳极的原料，在电解过程中氧化铝分解后产生的氧将阳极的碳素氧化，阳极随着电解的进程而消耗，由于电解过程连续进行，所以必须定期地添加阳极糊。阳极糊的消耗量很大，仅次于氧化铝。阳极糊被加入旁插或上插槽中后，借助自身电阻产生的焦耳热和电解液供给的热量，自行焙烧成为碳素阳极，所以这两种阳极叫做连续自焙碳素阳极。铝工业采用碳素材料做电极，是因它具有良好的导电性和足够的强度，而且能耐高温、能抗受氟化物的侵蚀以及货源广而且价廉。
阳极糊是在阳极糊车间或碳素工厂中制备的，把在1250℃以上煅烧后粉碎成有一定粒度配比的石油焦或沥青焦或两种焦的混合物，同占总量28%-32％的熔融沥青在混捏锅或连续混捏机中混捏，混合均匀后倒进铁制容器或铁模型中冷却成型（规格有大有小）或制成小团块。阳极糊的质量级别如表5所示。
阳极糊质量级别（YS/T&
284-1998）
电阻率/（&&O&m）
耐压强度/（N/m2）
真密度/（g/cm3）
体积密度/（g/cm3）
CO2反应性/[mg/(cm2&h)
除表5列出的共同要求外，在塑性方面旁插槽阳极糊与上插槽阳极糊的要求有所不同，前者希望阳极糊的流动性小一些，而后者则要求具有足够的流动性。
⑧阳极块阳极块是做预焙槽中的阳极，其性能除取决于制取用生糊质量外，还取决于成型和焙烧的质量。现代的阳极块一般采取振动成型法成型，成型后的产品送至环式焙烧炉或其他窑中烧成。由于它们加进电解槽以前已被预先焙烧好，所以叫预焙阳极块。阳极块的质量要求如表6。
预焙阳极块质量级别（YS/T 285-1998）
电阻率/（&&O&m）
热膨胀率/%
CO2反应性/[mg/(cm2&h)
耐压强度/（N/m2）
体积密度/（g/cm3）
真密度/（g/cm3）
2.铝电解生产的主要设备&铝电解槽简介
(1)铝电解槽的演变在铝电解工业中，电解槽的大小，一般也称电解槽的容量，皆以其电流强度的大小表示。铝电解槽的电流强度，也是经历了由小到大逐步增加的过程。第二次世界大战前，世界各国铝厂的系列电解槽的电流强度，在2-5万安培，战后到1952年发展到6-8万安培。20世纪80年代初期发展到15-20万安培，目前则已达到30万安培以上，并已开始研究开发更大容量的电解槽。
①第一阶段（初期的预焙槽）&
在铝电解法投入工业生产初期，电解槽很小，电流强度低，使用的阳极是预焙的石墨或碳素制成的，阳极电流密度高达6-7A/cm2，电耗增高至90000
kW.h/t铝，生产成本高，铝价昂贵。例如，1888年时用于生产的是4000A的电解槽，电解槽有一个方形阳极，阳极电流密度为6.4A/cm2，槽电压为10V，电耗为42000kW.h/t铝。但1933年时电解槽的电流强度就已经达到55000A，有预焙阳极22块，阳极电流密度降至1.01A/cm2，电耗降至20000
kW.h/t铝。
&&& ②第二阶段（旁插槽）&
早在1923年挪威就开始采用8000A的旁插槽。美国在1927年开始用直径为2.lm、高1.5-1.6m的圆形旁插阳极，其电流强度为A。以后旁插槽逐渐发展，直到取代初期预焙槽。当时的旁插槽具有如下特点：
a.阳极数目少，操作简易，能适应大一些的电流强度；
&&& b.阳极不需预制，省去了成型和焙烧过程，无残极，阳极成本下降；
c.电解槽安装了密闭装置，环保和劳动条件有所改善。
&&& 图2是旁插槽的示意图。
&&& ③第三阶段（上插槽）&
上插槽在20世纪40年代开始试用，60年代初期扩展到一些产铝国家。与旁插槽相比它的优点是：
&&& a.导电系统进一步有所简化；
b.电解槽和阳极的操作便于机械化、自动化；
&&& c.集气罩密闭性好，抽出气体量小，有利于净化处理；
d.能适应大一些的电流强度。
&&& 上插槽也有严重不足之处：
&&& a.电解槽上部结构，阳极提升机等机械设备复杂；
b.二次阳极烧结质量不好，影响生产效率，电耗较大，阳极事故相对较多；
&&& c.在集气罩里的阳极侧部易氧化，易产生裂纹和裂缝。
图3是上插槽的示意图。
&&& ④第四阶段（现代预焙槽）&
预焙槽有两种类型，一是边部加料式（如图5-7所示），一是中间加料式（如图5-8所示）。初期预焙槽经过很多改进，并用现代科学技术进行装备，出现了现代预焙槽，目前世界上新建铝厂几乎全部采用现代预焙电解槽。它的优点是，能适应更大的电流强度，电耗更低，上部结构简单，机械化自动化程度高，环保条件好。缺点是有15％-20%的残极需处理，阳极要事先预制好，这就使阳极的成本大为提高。图4和图5分别为边部加料预焙槽和中间加料预焙槽的示意图。
（2）铝电解槽的构造简介目前世界上有四种类型电解槽，除连续预焙阳极电解槽外（目前只有法国一家电解铝厂），现分别就其余三种类型四种结构的电解槽作简要介绍。
①阳极结构&
旁插自焙阳极电解槽的阳极外有用于阳极成型和保护阳极的铝。铝壳通常用厚度约为1mm的铝板制成，沿阳极四周围成高1m左右的无底方箱状。在生产过程中铝壳和阳极碳素一起消耗，定时用铝铆钉接合新铝壳予以补充，阳极糊就加在铝壳箱内。阳极借助自身的电阻热和电解质熔液传给的热量一边工作，一边焙烧成型。阳极侧下部钉有钢制阳极棒，同时起导和承载阳极质量的作用，阳极棒随阳极消耗而下降，因此，需进行周期性地拔、钉棒工作。最下一排阳极棒的头部卡入一个特制的U形吊环内，通过用槽钢焊成的阳极框架及滑轮组吊在阳极提升机的升降装置上，并通过四个金属支柱支撑包括阳极在内的整个上部结构的质量。
上插自焙阳极电解槽阳极结构由炭阳极、从上部垂直插在阳极里的阳极棒、阳极框套、集气罩、燃烧器和阳极主副提升机构组成。阳极主提升机构的螺旋起重器安装在槽两端混凝土支柱的横梁上，阳极副提升机构的螺旋起重器固定在水平阳极母线上。阳极和框套的升降分别由主副提升机构来完成，二者也可相对运动。水平阳极铝母线和工字钢是电解槽的承重主梁，阳极棒的作用不仅导电，还要承载阳极的质量。
预焙阳极铝电解槽有边部和中间加料两种。从上面简图4、图5可看出，其差别是后者在两列预焙阳极块的中间缝上方装设有料箱及全套打壳加料（氧化铝和氟化盐）装置。两种预焙槽其余阳极结构基本相同。由阳极大梁（水平阳极铝母线）、阳极升降装置、预焙阳极块组和其他辅助部分（如阳极卡具、槽罩等）所组成。阳极块、铝导杆和铸钢爪通过浇铸磷生铁把它们联结成一体。阳极块在电解过程中逐渐消耗，到一定周期就用新的阳极块换下不能用的残极。残极碳素部分压脱后破碎，再返回阳极工厂配料制做新阳极。
②阴极结构&
几种类型的电解槽阴极结构基本相同，电解槽下部金属槽壳和槽壳内的装砌部分属阴极结构。槽壳分为无底和有底两种。因此，铝电解槽又有无底槽和有底槽之分，无底槽通常是用地脚螺栓固定在混凝土基础上，而有底槽槽壳通常又分为臂撑式、框架式和摇篮式三种，其目的是要让阴极槽壳钢结构有足够的强度。
铝电解槽阴极结构通常由槽基础、钢槽壳、槽内衬隔热保温及绝缘材料、槽内衬碳素材料（侧部炭块、阴极炭块组等）、阴极母线等组成。
3.国内外铝工业技术发展
(1)铝电解槽槽型分布情况工业铝电解槽分为自焙阳极铝电解槽和预焙阳极铝电解槽两种。自焙阳极铝电解槽又分为上插式自焙槽和旁插式自焙槽。
霍尔一埃鲁铝电解工艺自发明一百多年来，经历了预焙一自焙一预焙槽的发展历程，尤其是近50年来，随着世界铝工业科技的不断进步，铝电解槽从落后的50-60kA侧插自焙阳极电解槽逐步发展到今天拥有各项先进技术的超大容量预焙阳极电解槽。高效节能、自动化程度高、环境保护效果好的大型点式下料预焙阳极电解槽的采用，极大地促进了世界原铝工业的迅猛发展。表7列出了1996年全球电解铝厂采用的技术。
1996年全球电解铝厂采用的技术
现代预焙槽铝厂
预焙槽铝厂
上插槽铝厂
旁插槽铝厂
经济合作发展组织
发展中国家
中国、印度及太平洋周边国家
(2)电解铝工业的技术发展世界电解铝工业技术从1948年到1998年50年来，由50-60kA自焙槽发展到先进的大容量预焙槽，达到的技术水平和取得的经济效果，主要几点如下：
a.电解槽容量由50-60kA经过40年发展到300-325kA;
&&& b.电流效率由85％提高到95％左右；
c.直流电耗由每吨铝kW.h降低到kW.h;
d.电解槽的单位面积产铝量增加了5-10倍；
&&& e.槽寿命由50年前的600天提高到天；
f.由于上述的技术进步，50年来，每吨铝的绝对成本降低了400美元。
&&& 国际上高效节能大型现代化预焙阳极铝电解槽系列已达到了下列指标：
电解槽容量&&&&&& 180-300kA
&&& 电流效率&&&&&&&& &94.5％
&&& 单槽日产原铝量&& &1361kg
直流电耗&&&&&&& （)kW.h/t Al
&&& 阳极净耗&&&&&&&& 400kg/t Al
阳极效应系数&&&& &0.2次／（槽旧）
&&& 阴极压降&&&&&&& 0．350 V
&&& 槽寿命&&&&&&&&&
&&& 氟化物排放量&&&& 0.5-1.0kg/t AI
中国铝电解技术水平自20世纪80年代起有了很大的提高，在学习国外先进技术的同时，中国自行开发和应用了160kA, 180kA,
200kA系列电解槽成套技术和装备，并且研制开发了超大容量280kA和320kA工业试验铝电解槽技术，各项技术经济指标正朝着世界先进水平迈进。
当前中国成熟、先进的大型预焙铝电解槽各项技术经济指标如下：
&&& 电解槽容量&&&&&&&&&&& 186-200kA
电流效率&&&&&&&&&&&&& &93％
&&& 单槽日产原铝量&&&&&&& &1392kg
直流电耗&&&&&&&&&&&&& （)kW.h/t AI
&&& 阳极净耗&&&&&&&&&&&&& 430-450kg/t
&&& 阳极效应系数&&&&&&&&& 0.3次/（槽&日）
&&& 槽寿命&&&&&&&&&&&&&&& 天
氟化物排放量&&&&&&&&& ＜1.0kg/t Al
&&& 4.铝电解生产环境保护
&&& (1)电解铝生产有害烟气对环境的影响&
近年来，入们对霍尔一埃鲁铝电解法生产过程中逸出的有害烟气及烟尘给全球，本地区以及周围环境造成的严重污染越来越重视。电解铝生产过程产生的有害烟气主要是CO2，以及以HF气体为主的气一固氟化物（包括阳极效应发生时排出的CF4和C2F6）、PAH（多环芳香烃）、SO2等。最近，近代铝电解槽环境污染与治理技术水平的最新观点指出了这些有害烟气对环境的影响。
①CO2气体对全球温室效应的影响&
由于当代铝电解生产烟气治理采用的净化系统对逸出的CO2不作任何处理，伴随天空中的水蒸气一道对全球的温室效应产生了较大的影响。要彻底解决这一问题，只有采用惰性阳极和水力发电相结合的方法。表8列出了电厂和铝厂单位产铝量叠加和分别排出的CO2气体质量。
采用霍尔-埃鲁法和惰性阳极法两种工艺条件下电厂/铝厂叠加和分别的CO2排放量
霍尔-埃鲁法
惰性阳极性
火电（天然气）
水电（煤）
火电（天然气）
水电（煤）
电解产生的CO2/（t/t&
电厂产生的CO2/（t/t&
CO2总逸出量（t/t& Al）
&&& ②CF4和C2F6对全球温室效应的影响&
在电解槽阳极效应发生时产生的CF4和C2F6虽然对生、植物无毒副作用，对同温臭氧层不产生影响，但都对全球的温室效应起作用。由于其在空气中的超稳定性，故影响程度是CO2的倍。根据最近对预焙槽的测量发现，每天每分钟阳极效应产出的每吨铝有0.12kg
CF4逸出，自焙槽的逸出量约为预焙槽的2/3左右。减少CF4和C2F6的最主要对策是减少阳极效应的发生。目前，许多国家都规定铝厂电解槽的阳极效应频率必须降到0.2次/（日&槽）以下，有的铝厂甚至达到0.05次/（日&槽）。
③SO2气体产生的区域性空气污染&
逸出的SO2与空气中水分反应形成&酸雨&，解决的办法是采用含硫低的石油焦或采用湿法净化系统。对含硫2.4%的预焙阳极块进行了测量，结果发现每吨铝有1kg左右的COS气体逸出，进入大气后被氧化成SO2，其余95％以上的硫直接以SO2气体逸出，总量相当于CO2逸出量的3%。
④氟化物、PAH对周围环境的影响& 由于电解逸出的氟化物对生物和植物的影响已被较早认识，所以，近二十年来世界铝工业在环境治理和烟气净化方面所采取的措施对减少氟的排放取得了很大的进展。欧洲原铝工业的氟排放量已从1974年的约3.8kg/t
A1减少到1994年的0.7-0.8kg/t Al,目前有些国家已达到0.4-0.5kg/t Al。从某种角度来说，其危害几乎已不存在。
PAH的产生，主要来自自焙槽生产过程中产生的沥青烟。在现代化预焙阳极电解槽的铝厂，几乎没有PAH，只是在筑炉扎热糊时有少量逸出。
(2)电解烟气治理工艺与水平电解铝生产烟气治理分为干法和湿法两种。目前，国际上干法净化采用的形式主要有以下几种：
①烟道直接加入A12O3吸附法（加拿大Alcan）；
&&& ②文丘里反应器法（法国空气公司）；
③VRI法（美国PEC公司）；
&&& ④沸腾床法（美国Alcoa）；
&&& ⑤特殊管道化法（挪威Flakt）。
由于湿法净化存在二次污染以及流程复杂等因素，所以含氟烟气的净化很少用湿法净化。在海边的铝厂（如欧洲的一些铝厂），特别是采用高硫石油焦生产的阳极工厂和自焙槽铝厂，为了满足当地严格的环境保护要求，用海水洗涤逸出的SO2等有害气体；而内陆地区的铝厂，一般不采用。
世界上先进的现代化预焙阳极电解槽铝厂经环境治理后典型的有害物排放指标如下：
&&& CO2&&&&&&&&&&& 1.6t/t
Al（含阳极制造）
&&& 氟化物&&&&&&&& 0.5kg/t Al
&&& CF4&&&&&&&&&&&
0.05kg/t Al
&&& 5.精铝生产
Na2AlF6-A12O3熔融盐电解所得的铝，含铝量一般不超过99.8%，称为原铝；含铝99.99%-99.996%者为精铝；含铝99.999以上者为高纯铝；含铝99.9999%以上的为超纯铝。我国目前通行的精铝质量标准见表9。
精铝质量标准
含铝量（&）/%
Fe，Si，Cu
（总和）/%&
精铝比原铝具有更好的导电性、导热性、可塑性、反光性和抗腐蚀性。其中最有价值的是它的抗腐蚀能力。铝的纯度愈高，表面氧化膜愈致密，与内部铝原子的结合愈牢固，使它对某些酸和碱、海水、污水及含硫空气等表现出很好的抗腐蚀性。
铝是导磁性非常小的物质，在交变磁场中具有良好的电磁性能，纯度愈高，其导磁性越小和低温导电性越好。所以精铝及高纯铝在低温电工技术、低温电磁构件和电子学领域内有着特殊的用途。
铝的精炼方法甚多，其中最主要的是三层液电解精炼法和区域熔炼法。
(1)三层液电解精炼三层液电解精炼法最早由A.G.Betts于1905年提出，后来经Hoopes推荐，于1922年第一次在工业上得到应用。长期以来，电解精炼的原理没有根本变化，只是电解槽结构和电解质组成有所改变。
图6为三层液铝精炼电解槽的示意图。
在精炼槽槽膛内，有三层液体。最下层为阳极合金，由待精炼的原铝和加重剂铜组成，由于其密度较大(3.2-3.5g/cm3)，故它沉在槽底，与槽底部阳极炭块相连；中间一层为电解质，一般由Na3AIF6、AIF3、BaC12组成，密度为2.5-2.7g/cm3，比阳极合金轻，但比铝重，居于中间层；最上面一层为精炼所得的精铝，密度约为2.3g/cm3,与石墨阴极（或固体铝阴极）相连接。
铝的熔盐电解精炼，是一种用可溶性阳极的电冶金过程，它和水溶液电解精炼金属相似。其基本原理是：电解时，阳极Al-Cu合金中的铝失去电子，发生电化学阳极溶解而成为Al3+进入电解质，然后Al3+在阴极上得到电子，进行电化学还原。即：
阳极上&&&&&&&&& Al(l) -&A13++3e
&&& 阴极上&&&&&&&&&
A13++3e&Al(l)
比铝正电性的杂质，如Si、Fe、Cu等不发生阳极溶解，而残留在阳极合金中；比铝负电性的杂质，如Na、Ca、Mg等虽然发生阳极溶解，以相应的离子进入电解质，但由于它们的析出电位比铝高，在一定的A13+浓度、电解温度和电流密度下，都不会在阴极上析出，而残留在电解质中，从而达到原铝精炼的目的。
(2)区域焙炼区域焙炼则是用来制取高纯铝的冶炼方法，如与有机溶液电解精炼法相结合，可制取超纯铝。
区域焙炼法是将已精炼得到的精铝（99.99%-99.996%），铸成细条锭，将其表面氧化膜用高纯盐酸和硝酸除去后，放入光谱纯石墨舟中，再将装有铝锭的石墨舟放入石英管中（管内抽真空），然后顺着石英管外部缓慢移动电阻加热器加热，在铝锭上造成一个25-30mm狭窄熔区，熔区温度750℃，重复区熔12-15次，所得产品纯度则可达99.999%以上。
（三）原铝工业的发展方向
&&& 1.国际原铝工业
美国政府委托美国能源部和全美铝协会编制的《美国原铝工业的技术发展战略》，是美国政府指导原铝工业长远技术发展的规划文件，其中提出了美国铝工业范畴执行的目标和原铝行业执行的目标，这对全球铝工业的发展方向具有一定的参考价值。其中有关原铝工业发展内容摘录如下：
①5-10年内将铝的产量提高25％；
&&& ②5年内在汽车市场中增加铝的用途40％；
③5年内在非汽车运输交通中增加40％的市场；
&&& ④5年内在基础结构的建筑中增加50%的用途；
⑤3-5年内，电流效率提高到97％；
&&& ⑥3-5年内电耗降到13000 kW.h/t Al;
⑦3-5年内有效地降低阳极效应系数，大幅度降低氟碳化合物的排放量，以降低对大气温室效应的严重影响。
2.霍尔一埃鲁预焙阳极电解技术的革命
&&& ①TiB2-G阴极元件电解槽的设计；
②可泄流式电解槽的开发；
&&& ③惰性阳极的开发；
&&& ④新工艺、新技术的研究与开发。}