铝电解槽的母线,槽电压大约四伏,电流可以达到500KA 。
这么大的电流,对导线就提出了很高的要求。首先要足够粗,否则就会烧断。
铝电解槽长这个样子:
图中最前面的六根弯曲的柱子就是阳极立柱母线,可以看到这导线比人的腰还要粗,而且一根完全不够,需要六根分流。
立柱母线通过水平母线与阳极导杆(就是图中竖着的比较细一点的柱子)连接。电流通过母线、导杆以及导杆下方的钢爪、阳极炭块后通过电解池流向阴极。
阴极母线在电解槽下方,图片上看不到,也是够粗够硬。
因为通过母线的电流非常大,母线附近的电磁场也很强。在周围走动的时候会发生一些很奇怪的现象,比如钥匙串会因为短时间被磁化而“开花”,扔个小铁棍在地上会立起来,操作时铁锹会被吸附到母线上面等等。
因为槽间电压小,触摸这些母线并不会触电(有可能烫伤)。不过电解槽之间是串联的,母线与零点位之间的电压是多少那就不好说了,大致等于4*一个工区的电解槽个数吧!
电解铝生产中电的消耗是十分巨大的,生产中铝的电化学系数控制就是铝电解工艺中成本控制的第一重点。
电解铝工艺中需要的电流如此之大,那么给它输电是怎么完成的呢?总不可能在铝厂与电站之间用这么夸张的母线来连接吧?一是成本太高,二是途中的损耗太大。
事实上供应一个铝厂全部的只需要几根高压线就够了。通过简单的计算就能得出,一个电解槽如果用500KV 的高压供电,电路中电流强度只有4A 左右,甚至家用插座里的电线就可以胜任。而供应这么多电解槽,那种架在铁塔上的高压线完全没有问题。
高压线到铝厂后通过变电站转化为大电流的直流电,这就完美解决了供电问题。(由此也能看出高压输电的优点)
评论中有提到用超导体,抛去成本问题也基本不可能。铝电解槽里面的电解质和铝液的温度高达970摄氏度,母线与电解质之间虽然有料块和铝隔板隔热,但附近的温度也是非常高的。更何况与水平母线直接接触的阳极导杆本身就会发热(阳极导杆也做成超导体?那与导杆接触的钢爪也会发热)
电解铝的生产工艺是将氧化铝粉末溶解到熔融状态的冰晶石里以直流电电解。而冰晶石的熔点就在九百度以上,所以生产工艺没有革命性的变化的话,电解质的温度是降不下来的。
直接电解熔化的氧化铝?抱歉氧化铝的熔点更高。
或者电解氧化铝溶液?抱歉氧化铝不溶于水。
ITER的几十个线圈,都是MA级的电流……