鋁電解槽作為鋁工業(yè)生產(chǎn)中的核心設(shè)備，其陰極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化一直是節(jié)能減排的重要研究方向。盡管近年來已有多種新技術(shù)和新材料應(yīng)用于陰極節(jié)能，但效果并不理想，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。然而，近日輕冶股份與鄭州大學(xué)梁學(xué)民教授團(tuán)隊的研究取得了重大突破，為鋁電解槽陰極節(jié)能提供了新的解決方案。

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的全石墨化陰極炭塊雖然能大幅降低電阻率，但其良好的導(dǎo)熱性能卻導(dǎo)致電解槽底部過冷，不得不提高槽電壓以保持熱平衡，從而無法實現(xiàn)降低槽電壓、節(jié)能減耗的目標(biāo)。此外，全石墨化炭塊的應(yīng)用還增加了鋁液層中的水平電流，對鋁電解槽的磁流體動力學(xué)穩(wěn)定性和電流效率產(chǎn)生了不利影響。

針對上述問題，研究團(tuán)隊通過電流場仿真研究，提出了一種創(chuàng)新的解決方案：將石墨化炭塊與磷鐵澆鑄或高導(dǎo)電(加銅)陰極鋼棒相結(jié)合，以同時實現(xiàn)大幅降低電壓、減少水平電流和優(yōu)化磁流體動力學(xué)特性的效果。這一發(fā)現(xiàn)不僅打破了傳統(tǒng)陰極節(jié)能技術(shù)的局限，還為后續(xù)研究提供了新的思路和方向。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊進(jìn)一步從優(yōu)化陰極電場分布的角度出發(fā)，結(jié)合異種金屬界面高壓復(fù)合原理，成功開發(fā)出“鋼-鋁+銅”(FAC)和“鋼-銅-鋁”(FCA)兩種復(fù)合陰極組件。實驗室測試結(jié)果表明，這兩種組件的節(jié)能效果極為顯著：與現(xiàn)行嵌銅鋼棒相比，F(xiàn)AC組件可多節(jié)電約30%，而FCA組件的電阻值更是降低了約74%，噸鋁節(jié)電超過270kWh。

梁學(xué)民教授團(tuán)隊的研究不僅揭示了陰極材料及其組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化對電解槽低電壓節(jié)能和磁流體動力學(xué)特性的顯著影響，還通過采用先進(jìn)的金屬復(fù)合材料技術(shù)和優(yōu)化導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了前所未有的節(jié)能效果。這一成果不僅具有重要的理論價值，更為鋁電解槽陰極節(jié)能技術(shù)的實際應(yīng)用提供了切實可行的解決方案。

此次研究的成功，標(biāo)志著鋁電解槽陰極節(jié)能技術(shù)邁上了新的臺階，為鋁工業(yè)的綠色發(fā)展注入了強勁的動力。未來，隨著這些新技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，鋁工業(yè)的節(jié)能減排工作將取得更加顯著的成效，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)貢獻(xiàn)更多的力量。