記者 楊瓊 王曉琦
今年8月，全球最大的投入產業化應用的魏橋創業集團600kA鋁電解生產線研發應用的“鋁電解一體化銅炭復合陰極技術開發及應用”項目通過了專家評審。節能、降碳、延壽和環保，被業內譽為目前全球鋁電解領域一項全新的迭代技術橫空出世。
近日，該核心技術成果納入山東省重大科技成果庫，入選“山東好成果”，作為具有重大突破性成果在全省推介。
據悉，魏橋創業集團自2014年投運全球首條600kA電解系列生產線以來，不斷與合作單位一道進行新工藝、新技術的創新嘗試，實現了一定突破，在降碳、減排、節能、提效等領域成效顯著，創造了良好的經濟和社會效益，對助力國家“雙碳”目標實現，促進行業高質量發展發揮著積極作用。
鋁電解一體化銅炭復合陰極技術究竟有多強？
山東宏拓實業有限公司鋁業公司第一分公司總經理王昌介紹，項目成果在魏橋創業集團生產線應用以來，年節電1.00×108kWh，節約標準煤4.0萬噸，減排二氧化碳10.0萬噸，減少固廢1300噸，每年可實現節電效益5012萬元，增產效益5315萬元，延壽效益2279萬元，其他效益713萬元，年經濟效益合計13319萬元，經濟和社會效益顯著，項目整體技術達到國際領先水平。
記者了解到，該項目首創采用全銅導電棒，與陰極炭塊采用冷態精密裝配方式，開發了防滲碳和抗腐蝕一體化銅炭復合陰極，降低了導電棒和鋁液之間的電阻差，均化了鋁液電流分布，降低了水平電流，提高了磁流體穩定性，實現了大容量鋁電解槽在更低電壓下穩定運行；開發了一體化銅炭復合陰極電流分布均化技術，降低了陰極電流密度集中度，減緩了電化學腐蝕速率，具備大幅延長電解槽壽命的條件；針對一體化銅炭復合陰極，建立了對內襯保溫材料升級及熱平衡匹配優化設計方法，實現了“低熱損、慢衰減”和良好的熱平衡狀態；建立了與銅炭復合陰極技術特點相適宜的標準化生產工藝技術標準。技術創新程度高。
從技術經濟指標看，該技術實現了陰極電壓降150mV，鋁液水平電流同比降低70%，槽工作電壓3.86V-3.89V，平均電流效率94.2%，鋁液直流電耗12242kWh/t-Al。技術經濟指標先進。
項目采用數值模擬方法研究揭示了陰極及導電棒應力應變、界面穩定和低電壓能量平衡等機理，開發了一體化銅炭復合陰極技術，降低了界面接觸壓降，提高了陰極導電性能，均化了鋁液電流分布，大幅降低了水平電流，解決了超大容量鋁電解槽磁流體穩定空間小、槽壽命短，以及低電壓熱平衡匹配等一系列技術難題。技術難度大，復雜程度高。
項目自2016年7月陸續應用于鄒平匯盛、鄒平宏正、云南宏泰和云南宏合400kA和600kA生產線，截至2023年7月底累計應用104臺。電解槽長期運行平穩、高效，技術重現性好，成熟度高。
據悉，鋁電解一體化銅炭復合陰極技術由山東魏橋創業集團所屬山東宏拓實業有限公司、東北大學設計研究院（有限公司）、德國TOKAI COBEX GmbH公司、中國有色金屬建設股份有限公司聯合研發。項目緊緊圍繞國家“雙碳”目標和高能耗產業政策的要求，最早于2016年開始在魏橋創業集團進入試驗階段，從最初的兩臺電解槽到10臺電解槽，逐步擴大到現在的100多臺電解槽，花費了7年時間。“之所以耗時7年，目的是拉長時間周期，以驗證技術的安全性、穩定性和可靠性。通過分析魏橋集團內部400kA和600kA槽型的生產數據，600kA槽型上取得了最好的節能效果。目前該技術已經非常成熟，在行業里面有很強的示范作用。在節能降碳的大背景下，其市場前景廣闊。”王昌說。
從產量優勢轉換成技術優勢，進而形成市場優勢，成為行業主導，魏橋創業集團不斷修煉內功：從最初的粗放型高排放，到清潔能源占比超過1/3，噸鋁能耗和排放全球最低，提高鋁電解核心技術的國際競爭力，在行業賽道遙遙領先。
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