電解原鋁中Fe含量來(lái)源分析及控制措施

王巖

摘 要：根據(jù)鋁電解生產(chǎn)的實(shí)際情況，從鋁電解生產(chǎn)過(guò)程所需原料、操作、工藝、設(shè)備等方面對(duì)電解原鋁中Fe元素含量的來(lái)源進(jìn)行分析，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出控制措施，從而有效的控制電解原鋁中Fe元素的含量，提高電解原鋁的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：電解原鋁;Fe含量;來(lái)源分析;控制措施

由于鋁具有材質(zhì)輕、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性良好、可塑性強(qiáng)以及構(gòu)成高強(qiáng)度、耐腐蝕性的合金和再生循環(huán)利用等優(yōu)良的性能，因而鋁成為了有色金屬中應(yīng)用最廣泛的的金屬。鋁電解生產(chǎn)主要采取冰晶石--氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽(yáng)極和炭素陰極，直流電通入電解槽，在陰極和陽(yáng)極上起電化學(xué)反應(yīng)。電解原鋁質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是以電解原鋁中雜質(zhì)含量的多少進(jìn)行判斷，其中Si、Fe的含量是制約電解原鋁品級(jí)的主要因素，有效降低Si、Fe等雜質(zhì)的含量，能提高電解原鋁的品級(jí)，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。本文針對(duì)電解原鋁中Fe含量的來(lái)源及控制措施進(jìn)行分析探討。

1 來(lái)源分析

1.1 原料帶入雜質(zhì)Fe

1.1.1 氧化鋁

氧化鋁是當(dāng)前冰晶石--氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來(lái)的有一定粒度要求的白色粉料，流動(dòng)性很好。工業(yè)用的氧化鋁通常含98.5%的氧化鋁以及二氧化硅、三氧化二鐵等少量雜質(zhì)，在電解生產(chǎn)過(guò)程中，電位比鋁正的雜質(zhì)元素，如三氧化二鐵、二氧化硅等都會(huì)被優(yōu)先還原，還原出來(lái)的Fe進(jìn)入電解原鋁內(nèi)，從而使電解原鋁內(nèi)的Fe含量上升，造成電解原鋁品位下降。

1.1.2 預(yù)焙陽(yáng)極

在冰晶石--氧化鋁熔鹽電解生產(chǎn)中，預(yù)焙陽(yáng)極作為導(dǎo)電的陰陽(yáng)極的各種材料，既能良好導(dǎo)電，又能耐高溫、抗腐蝕，電解生產(chǎn)所用的預(yù)焙陽(yáng)極的質(zhì)量對(duì)電解原鋁中Fe含量的影響主要有以下幾個(gè)方面：①預(yù)焙陽(yáng)極炭塊是利用一定粒度、配比的石油焦和殘極，與一定比例的煤瀝青，經(jīng)過(guò)混捏、成型、焙燒而成的陽(yáng)極炭塊。石油焦、殘極中會(huì)含有Si、Fe等各類(lèi)雜質(zhì)元素，進(jìn)而造成預(yù)焙陽(yáng)極中Si、Fe等雜質(zhì)含量較高，在電解過(guò)程中隨著預(yù)焙陽(yáng)極的消耗，F(xiàn)e元素被還原進(jìn)入電解原鋁內(nèi)，使得電解原鋁中的Fe含量升高;②陽(yáng)極組澆鑄質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，運(yùn)輸或使用過(guò)程中造成陽(yáng)極脫極，從而造成陽(yáng)極組鋼爪化爪、涮爪，導(dǎo)致電解原鋁中鐵含量大幅度升高。

1.1.3 保溫覆蓋料

鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中使用的保溫覆蓋料主要是電解質(zhì)，如電解質(zhì)中Fe高，破碎后再次做為覆蓋料使用，會(huì)使槽內(nèi)Fe含量升高。

1.1.4 氟化鹽

在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，常向電解質(zhì)中加入氟化鈉、氟化鋁、氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰等氟化鹽，用以改善鋁電解過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)，氟化鹽中常含有三氧化二鐵等雜質(zhì)，電解時(shí)隨著電流的通入，三氧化二鐵會(huì)參與電化學(xué)反應(yīng)被還原，進(jìn)而使得電解原鋁中的Fe含量升高。

1.2 生產(chǎn)過(guò)程引入Fe

1.2.1 鋼爪化爪引入Fe

生產(chǎn)過(guò)程中因工藝控制不當(dāng)、員工操作不熟練或者違規(guī)操作等，易造成陽(yáng)極組鋼爪化爪，進(jìn)而使得電解原鋁中的Fe含量升高，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①電解槽過(guò)熱度控制不當(dāng)時(shí)，陽(yáng)極組受鋁電解質(zhì)的浸泡和沖刷，尤其是當(dāng)氣溫回升和電解槽參數(shù)未預(yù)見(jiàn)性合理調(diào)整的情況下，極易造成鋼爪化爪，這也是電解原鋁中Fe含量急劇升高的主要原因;②因陽(yáng)極組偏流（含陽(yáng)極組自身電阻不均勻）造成的電解槽穩(wěn)定性變差，若過(guò)熱度增加情況下或操作管理質(zhì)量波動(dòng)時(shí)，易引起化爪;③爐膛存在畸形或者爐底狀況較差，造成電解槽電壓擺動(dòng)，當(dāng)鋁水平較低或處于下降通道情況下，不理想的爐膛有放大的負(fù)面作用;④預(yù)焙陽(yáng)極的重量及尺寸沒(méi)有達(dá)到要求，造成陽(yáng)極重量偏輕，陽(yáng)極周期未進(jìn)行合理調(diào)整，造成陽(yáng)極透底、化爪。

1.2.2 鐵質(zhì)工具引入Fe

①預(yù)焙陽(yáng)極的生產(chǎn)質(zhì)量未達(dá)到要求，造成預(yù)焙陽(yáng)極使用過(guò)程中出現(xiàn)掉渣、裂紋、斷層等現(xiàn)象，在用鐵質(zhì)工具打撈時(shí)時(shí)間掌握不當(dāng)，造成工具使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成工具熔化;②員工在生產(chǎn)操作過(guò)程中，因操作不當(dāng)或違規(guī)操作，使得鐵質(zhì)工具進(jìn)入電解槽內(nèi)，造成Fe含量升高。

2 控制措施

為了能夠得到高品級(jí)的電解原鋁，有必要控制電解原鋁中的Fe含量，根據(jù)上述電解原鋁中Fe含量的來(lái)源分析，制定如下控制措施：①?gòu)脑搭^控制各類(lèi)原料的質(zhì)量，包括氧化鋁、氟化鹽、石油焦等，采購(gòu)時(shí)可選擇含F(xiàn)e含量低的原料，或者對(duì)原料進(jìn)行合理?yè)脚?②預(yù)焙陽(yáng)極使用的破碎料在破碎過(guò)程中，必須安裝除鐵設(shè)備，有效的進(jìn)行除鐵，降低Fe含量;③加強(qiáng)預(yù)焙陽(yáng)極的質(zhì)量要求，對(duì)陽(yáng)極的外觀、尺寸、理化性能等指標(biāo)必須嚴(yán)格控制，達(dá)到使用要求;④做好電解生產(chǎn)工藝控制，保持工藝參數(shù)在合理區(qū)間，確保過(guò)熱度穩(wěn)定適當(dāng)，防止出現(xiàn)過(guò)熱度過(guò)高洗刷爐膛、過(guò)低造成電壓波動(dòng)情況;⑤加強(qiáng)對(duì)電解員工操作質(zhì)量的管理，做好鐵質(zhì)工具的使用控制，換極操作期間使用大鉤和摸爐底釬子等鐵工具時(shí)，要做到輪換使用減少鐵工具在槽內(nèi)停留時(shí)間，避免在電解質(zhì)或鋁液中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成鐵質(zhì)工具熔化，杜絕鐵質(zhì)工具掉入槽內(nèi)的情況。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從原料、生產(chǎn)過(guò)程中的各種因素對(duì)電解原鋁中Fe含量的來(lái)源進(jìn)行分析，并針對(duì)Fe含量的來(lái)源提出控制電解原鋁中Fe含量的相應(yīng)措施。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)合理利用文中控制措施，有效控制電解原鋁中的Fe含量，提高電解原鋁品級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁（第三版）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005

[2]劉鳳琴，王玉.鋁電解生產(chǎn)技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.

[3]羅旭東，湯昌廷，等.鋁及鋁合金中雜質(zhì)元素的來(lái)源及生成過(guò)程[J].輕有色合金，2015，10（35）：1114-1117.