有關(guān)低溫鋁電解的研究

白崇文

（遵義鋁業(yè)股份有限公司，貴州 遵義563100）

1886 年，煉鋁的冰晶石一氧化鋁融鹽電解法是由美國(guó)霍爾和法國(guó)埃魯共同發(fā)明的。雖然這種方法一直沿用到今天，但是這種方法還是存在較多的問(wèn)題，比如：較低的能量利用率、高達(dá)940—960℃的工業(yè)生產(chǎn)電解溫度、存在嚴(yán)重的環(huán)境污染等等?；谝陨系目紤]，人們一直在不斷的加大對(duì)煉鋁的新方法的研發(fā)力度。在諸多研究之中，由于，低溫鋁電解具有提高原鋁純度、有效的減少能耗、延長(zhǎng)電解槽壽命等等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的引起關(guān)注。

1 低溫鋁電解的定義

電解溫度一般是指在電解生產(chǎn)過(guò)程中電解質(zhì)的溫度，電解質(zhì)溫度=電解質(zhì)初晶溫度+過(guò)熱度。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有兩個(gè)方面能有效降低電解溫度，其一是對(duì)電解質(zhì)的初晶溫度進(jìn)行降低，其二是對(duì)電解溫度與初晶溫度的差值進(jìn)行降低。

考慮到鋁的熔點(diǎn)為650℃，從理論上來(lái)分析，電解溫度來(lái)說(shuō)只要達(dá)到700 一800℃即可進(jìn)行電解，為了能使低溫鋁電解發(fā)生在溫度700-800℃左右，對(duì)低溫鋁電解的原材料的選擇是非常重要的，通常情況下，可以選擇氧化鋁，分析原因可得：這是由于較低的氧化鋁價(jià)格，此外，還有較小的吸水性，同時(shí)又方便運(yùn)輸和貯存。

2 低溫鋁電解的意義

從理論上來(lái)說(shuō)，電解溫度一旦700-800℃就可以進(jìn)行電解，而工業(yè)電解溫度一般為850-870℃，降低電解溫度工業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)非常有價(jià)值的工作。

保持鋁電解槽能量平衡的基本原理是:對(duì)電解槽能量收入進(jìn)行必要的減少，與此同時(shí)，還需要對(duì)能量支出進(jìn)行減少。就當(dāng)前而言，在實(shí)際鋁工業(yè)生成過(guò)程中，通常采取加強(qiáng)保溫的方式，其目的是希望能盡可能的防止電解槽熱量損失，比如：對(duì)陽(yáng)極保溫和槽體保溫進(jìn)行加強(qiáng)，這些方法在一定程度上起到了作用，然而，電解槽的制造費(fèi)用通常與槽體保溫層的厚度成正比，如果槽體保溫層出現(xiàn)相對(duì)較厚的情況，就需要去開(kāi)發(fā)新的方法去降低電解溫度。

2.1 降低電解溫度可減少熱損失，有利于節(jié)電

電解槽內(nèi)壁溫度每減少15℃，經(jīng)側(cè)壁的熱流量大概損失800kJ/(m2.h)。就一臺(tái)150KA的大型電解槽而言，一旦電解溫度減少15℃，那么全槽的對(duì)外熱損失總量損失的幅度，大概是節(jié)省了80kwh/t.Al。

2.2 降低電解溫度可提高電流效率

在電解質(zhì)中，鋁液的溶解度和溶解速度通常是隨著電解質(zhì)溫度的降低而降低，這樣將直接造成溶液中的鋁擴(kuò)散到陽(yáng)極區(qū)被CO2氣體氧化的數(shù)量大大減少，從而降低了鋁的溶解與損失，提高了電流效率。按照以往的實(shí)驗(yàn)表明，在900—950℃的電解溫度范圍內(nèi)，隨著電解溫度的降低，電流效率的會(huì)得到明顯的提高，從950℃降低到900℃，電流效率可提高5%—7%。

還有，電解溫度的降低，將會(huì)有助于陽(yáng)極炭耗以及氟化鹽的消耗的降低，當(dāng)然，還會(huì)對(duì)電解槽的壽命起到一定的延長(zhǎng)作用，換個(gè)角度來(lái)說(shuō)，這將會(huì)對(duì)鋁電解的生產(chǎn)成本起到降低的作用。在鋁電解工業(yè)方面，這最終會(huì)縮短我國(guó)和國(guó)外的差距，在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)能力也會(huì)有所提高。

在鋁電解的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，必須對(duì)電解質(zhì)的分子比進(jìn)行科學(xué)、合理的分析，當(dāng)然，是否選擇一個(gè)科學(xué)、合理的分析方式在很大程度上會(huì)影響到低溫電解槽溫度的穩(wěn)定性。在實(shí)際低溫電解過(guò)程中，非常重要的是測(cè)量和控制電解溫度、初晶溫度和過(guò)熱度，當(dāng)然，更為重要的是研究了電導(dǎo)法和氯化鋁滴定法分析分子比，這在很大程度上解決了科學(xué)合理的分析電解質(zhì)的分子比的問(wèn)題，這將在很大程度上對(duì)鋁電解生產(chǎn)起到積極的推動(dòng)作用[5]。

3 含有鋰鹽的低溫鋁電解工業(yè)試驗(yàn)

3.1 含有鋰鹽的低溫鋁電解試驗(yàn)

通常來(lái)說(shuō)，電解槽電解溫度920—940℃，電解質(zhì)分子比保持在2.2—2.4，為了對(duì)電解溫度進(jìn)行必要的降低，對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行合理的優(yōu)化，可以通過(guò)成立低溫鋁電解工藝試驗(yàn)小組的方式，每周召開(kāi)一次試驗(yàn)例會(huì)，電解車(chē)間的主任和主要技術(shù)人員都需要參加，由試驗(yàn)車(chē)間主要生產(chǎn)技術(shù)人員介紹試驗(yàn)槽爐膛變化、運(yùn)行情況及存在問(wèn)題，技術(shù)開(kāi)發(fā)科統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)槽主要技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，包括:電解質(zhì)水平、鋁水平、分子比、電解溫度(最低、最高、最近和平均值)、AIF3 添加量、效應(yīng)系數(shù)、平均電壓及出鋁量，討論研究槽況及問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并提出改進(jìn)的措施，對(duì)在試驗(yàn)中取得一些成功的經(jīng)驗(yàn)，盡快地推廣應(yīng)用到系列中其它電解槽上。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果的討論

在對(duì)電解進(jìn)行試驗(yàn)的前提下，需要選擇低分子比低溫電解技術(shù)，其中電解溫度保持在930℃左右，分子比保持在2.1-2.3。當(dāng)然，在這過(guò)程中，槽子還是不可避免的出現(xiàn)了一些問(wèn)題：

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，其中一些電解槽爐底出現(xiàn)大面積結(jié)殼現(xiàn)象，這就直接造成電解質(zhì)的發(fā)粘，同時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)存在明顯的嚴(yán)重下縮現(xiàn)象。此外，雖然一些槽的電解溫度不高，然而可能存在偏高的過(guò)熱度，通常來(lái)說(shuō)，槽幫的厚度是由過(guò)熱度控制的，在進(jìn)行低溫電解生產(chǎn)時(shí)，電解質(zhì)成分在很大程度上決定了電解質(zhì)初晶溫度，過(guò)熱度大小和變化決定著熱流量的大小和變化，也決定著爐幫的長(zhǎng)化。對(duì)以上出現(xiàn)的這些問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的分析，最終發(fā)現(xiàn)所得其主要原因是由一次性添加氟化鋁的量太多添，過(guò)快的降低分子比，偏低的電解質(zhì)過(guò)熱度，出現(xiàn)過(guò)低的電解溫度引起的。基于以上問(wèn)題的分析，在進(jìn)行低分子比低溫電解時(shí)，盡量不要出現(xiàn)過(guò)快的降低分子比的現(xiàn)象，為了使得低溫電解的順利進(jìn)行，可以規(guī)定分子比的降低梯度為0.05，當(dāng)然，在對(duì)分子比進(jìn)行降低的同時(shí)，需要對(duì)槽工作電壓進(jìn)行相應(yīng)的升高。

此外，還需要進(jìn)一步提高電解槽的爐幫的穩(wěn)定性，這啟動(dòng)后期顯得尤為重要，還需要建立好高分子比的堅(jiān)固爐幫，這樣就具有更強(qiáng)抗溫度和過(guò)熱度波動(dòng)的能力，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)鋁電解生產(chǎn)技術(shù)管理進(jìn)行進(jìn)一步的加強(qiáng)，為了防止出現(xiàn)由于電解溫度和過(guò)熱度的大幅波動(dòng)對(duì)爐幫造成破壞的現(xiàn)象，應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)目刂撇呗裕刂坪秒娊鉁囟鹊姆€(wěn)定性，過(guò)熱度進(jìn)行較好的控制。

結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)對(duì)含有鋰鹽的低溫鋁電解工業(yè)的試驗(yàn)研究，已研究出一套較為合理的鋁電解槽工藝技術(shù)條件，對(duì)分子比和電解溫度的嚴(yán)格控制是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在對(duì)電解溫度進(jìn)行降低的過(guò)程中，盡可能的去避免因過(guò)快的降低分子比降以及爐底形成結(jié)殼。

[1]周鐵托，洪建中.鋁電解低分子比控制過(guò)程中若干技術(shù)問(wèn)題探討[J]， 輕金屬，2007(10):38—42.

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[3]沈時(shí)英.鋁電解質(zhì)的酸度問(wèn)題[J]，輕金屬，2002(11):24—31.

[4]張明杰，趙恒先，邱竹賢等.鋁電解質(zhì)冰晶石分子比分析中面臨的幾個(gè)問(wèn)題[J]，撫鋁科技，2007(10):1—6.

[5]盧惠民，邱竹賢.低溫鋁電解的研究(l)[J]，輕金屬，2007(4):24—28.