鋁電解質(zhì)分析檢測方法研究

段 波

（陜西有色榆林新材料集團有限公司，陜西榆林 719000）

鋁電解質(zhì)是指用于熔鹽法電解鋁的溶劑類型，主要以氟化物為主。在元素組成分布方面，包括氟、鋁、鈣、鈉等多種不同類型的物質(zhì)，不同類型的物質(zhì)生產(chǎn)控制的要求相對嚴(yán)格，與氧化鋁的含量相關(guān)。一般來說，鋁電解質(zhì)的主要功能是溶解氧化鋁，需要具有一定的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能。鋁電解質(zhì)成分復(fù)雜多樣，再加上其很容易受到外部因素的影響出現(xiàn)測試結(jié)果不穩(wěn)定的問題，阻礙了化工生產(chǎn)的進程。為了進一步探討鋁電解質(zhì)分析檢測的優(yōu)化策略，現(xiàn)就鋁電解質(zhì)的分類特征分析如下。

1 鋁電解質(zhì)概述

1.1 基本類型

鋁電解質(zhì)的成分會影響到初晶溫度，初晶溫度會直接與電解溫度相互關(guān)聯(lián)。隨著近些年來工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴大，國內(nèi)許多企業(yè)都遇到了鋁電解質(zhì)成分多元化的問題，這也體現(xiàn)了分子比與初晶溫度的關(guān)聯(lián)性。目前，傳統(tǒng)鋁電解質(zhì)的主要物質(zhì)類型為冰晶石、亞冰晶石以及氧化鋁等，人造冰晶石的分子比與工業(yè)生產(chǎn)的鋁電解質(zhì)分子比類似，而人造冰晶石的分子比更高。為了解決鋁電解質(zhì)熔點以及抗擊打性能等方面的問題，會適當(dāng)添加氟化鈣，通過氟化鈣對其進行強化后，能夠顯著改善鋁電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。

1.2 成分變化的影響因素

鋁電解質(zhì)成分變化多樣性主要與其成分的多樣性有關(guān)。實際上，影響到鋁電解質(zhì)成分變化多樣性的因素眾多，包括原材料當(dāng)中鉀與鋰的含量較高，這也是最為主要的因素。由于電解槽啟動過程中會影響到電解質(zhì)的含量變化，一些其他的因素也會被添加進來，導(dǎo)致電解質(zhì)的樣品檢測結(jié)果存在不小的差異。

2 鋁電解質(zhì)分析檢測方法

截至目前，鋁電解質(zhì)的測定方法已經(jīng)十分豐富，在成分的分析方面，主要包括濕法化學(xué)法、X射線熒光光譜技術(shù)，而分子比的測定當(dāng)中主要采用成分換算、電導(dǎo)處理以及顯微鏡法等。對于初晶溫度的測定主要以步冷法、綜合熱分析法以及成分計算法為主。就現(xiàn)階段而言，使用最為廣泛的鋁電解質(zhì)分析測試方法分別包括如下三個方面。

2.1 濕法化學(xué)法

濕法化學(xué)法主要用于測試鋁、鈉、鉀與F等類型元素的含量，其中鋁的測定主要通過硫酸鉀溶解后EDTA滴定處理的方式予以確定。三氯化鋁溶解后則可以采取重量法對氧化鋁進行標(biāo)定。采取原子吸收光譜法能夠解決高頻耦合離子分析的問題，氟元素的測定通過硫酸蒸餾后硝酸滴定的方式予以解決。在完成整體鋁含量測定后，減去測定的氧化鋁比例即可得到最終換算的氟化鋁的數(shù)值，根據(jù)相關(guān)比例也可以進一步計算出其他鋁電解質(zhì)的分子比例。

2.2 X射線熒光光譜法

通過XRF測定方法分別對各種元素的含量進行測定，重量法可以解決氧化鋁含量的測定問題，鋰離子的測定通過ICP測定方法。在上述兩種主要物質(zhì)完成測定后，可以進一步借助于濕法化學(xué)法來進行其他元素的測定。測定完成后通過氧化鋁折合鋁含量，隨后折算氟化鋁的方式予以確定。測定完成后，鉀離子、鈉離子以及鎂離子等含量都可以劃分為相應(yīng)的氟化物，通過總比例減去折算出的比例，就可以確定氟化鋰的含量。在僅僅進行鋰離子的含量測定時，通過氟化物的加減平衡關(guān)系來進行計算。實際上，許多企業(yè)在進行含量測定時，會通過預(yù)設(shè)缺省值的方式予以處理，折合后可以獲得相應(yīng)的含量比例，但是由于平衡關(guān)系的不穩(wěn)定性，可能會存在計算出負(fù)值的問題，這顯然是誤差控制不到位的表現(xiàn)。

2.3 X射線衍射法

X射線衍射法是一種綜合了濕法化學(xué)法以及X射線熒光光譜技術(shù)的測試方法。通過該方法能夠確定不同類型的組分比例，同時也可以進一步確定鋁電解質(zhì)當(dāng)中不同組分的物相狀態(tài)，包括有冰晶石、鈣冰晶石、鋰冰晶石等，結(jié)合化學(xué)成分分析測試的標(biāo)準(zhǔn)與峰的強度情況，可以進一步計算出各種不同類型的相所占的比例，借助于已經(jīng)完成測試的物質(zhì)鋁電解質(zhì)來進行工作曲線的繪制，可以進一步完善測試樣本的檢測條件與強度關(guān)系公式，共同展示在分析測試曲線上。根據(jù)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，氧化鋁以及游離的氟化鈣含量一旦確定，就可以完成其他元素的測定工作。對于過剩的氟化鋁則可以通過亞冰晶石、鋰冰晶石的判斷標(biāo)準(zhǔn)來進行含量判斷。值得注意的是，在測定過程中可以通過在衍射儀上添加能量色散探頭的方式解決鈣元素的分析測試問題，剩下的部分則被認(rèn)為大部分存在于鈣冰晶石當(dāng)中，以此來換算出具體的含量，完成過剩氟化鋁的計算工作。

實際操作過程中發(fā)現(xiàn)，校準(zhǔn)曲線的繪制難度較高，整體工作量較大，所以采取這種方法對所有的物相成分進行標(biāo)定是不現(xiàn)實的。另外，不同類型的鋁電解質(zhì)本身在物相成分上存在不小的差異和區(qū)別，實際測試過程中為了方便起見，多采用預(yù)設(shè)缺省值的方式來完成分析測試工作，如果采用X射線衍射法，則通過只測定螢石、亞冰晶石以及鈣冰晶石的方法來確定具體的含量標(biāo)準(zhǔn)，然后再套用相關(guān)公式排除、分析出其他類型的冰晶石，以此來提升分子比的計算效率，迎合分析測試簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化以及準(zhǔn)確化的要求。

3 鋁電解質(zhì)分析檢測的注意事項

在鋁電解質(zhì)分析檢測過程中，如果選擇不同類型的技術(shù)方法，也需要選擇相對的控制機制，從而提升鋁電解質(zhì)分析檢測的精準(zhǔn)度。比如說在濕法化學(xué)法使用過程中，除了直接測定氧化鋁，其他類型的組分是無法直接進行測定的，需要經(jīng)過元素含量的換算來獲取其具體的比例，這個過程中不涉及具體的直接作用關(guān)系。一些情況下可能需要對整體結(jié)構(gòu)的可靠性進行判斷，這個過程中可以通過F測定的方式來達到平衡計算的效果。具體過程中為了提升測試的精度，需要確保取樣過程的準(zhǔn)確性與規(guī)范化，能夠顯著提升最終測試結(jié)果精度水平。

X射線熒光光譜法相比于濕法化學(xué)法具有一些類似的測試特征，但是僅依靠XRF技術(shù)無法完成全部類型元素的測定，特別是氧化鋁以及鋰離子的測定，所以要通過兩種方法混合使用的模式來提升測定的效果。另外，相比于傳統(tǒng)的XRD技術(shù)而言，XRF測試方法取樣的過程更為講究，所以取樣難度高、設(shè)備維護的要求較高，這一點需要特別注意。

采用X射線衍射技術(shù)時，需要考慮到鋰離子與鉀離子的分析過程，這個過程可以將鋰離子與鉀離子同視為鈉離子來進行處理，這樣一來后續(xù)的分析會變得更加簡單。另外，鋁電解質(zhì)當(dāng)中氧化鋁的物質(zhì)相類型十分復(fù)雜，XRD的測定結(jié)果具有許多不確定影響因素，所以在實際的操作過程中一般會將氧化鋁含量設(shè)置為缺省值再進行測定。如果采用EDS技術(shù)來進行鈣含量的設(shè)定，需要排除掉鉀離子的影響后再進行測定。如果鋰離子的含量較高，那么可能會存在一些游離的其他鋰化物，同樣需要將其納入測定結(jié)果內(nèi)，否則會對測定效果產(chǎn)生影響。

在實施成分分析過程中，需要盡可能降低含量測定的偏差影響，針對物相測定時則應(yīng)該關(guān)注氧化鋁等化合物的測定結(jié)果真實性，這也是鋁電解質(zhì)成分測定中最為關(guān)鍵的部分。在分析測試過程中，許多測試方法都無法完全滿足不同類型的鋁電解質(zhì)，X射線衍射技術(shù)就是其中之一，所以盡管三種方法都可以使用，但是如果屬于鋰離子以及鉀離子含量較高的鋁電解質(zhì)，也不建議選擇X射線衍射方法予以處理。

4 結(jié)束語

綜上所述，鋁電解質(zhì)成分的不穩(wěn)定會給企業(yè)的日常生產(chǎn)帶來不小的負(fù)面影響。通過長期關(guān)注導(dǎo)致變化的原因后發(fā)現(xiàn)，電解槽啟動時冰晶石的質(zhì)量、預(yù)配陽極的質(zhì)量都會顯著影響鋁電解質(zhì)的成分比例。如果需要對鋁電解質(zhì)進行其他物質(zhì)的添加，則需要提前進行周期評價，否則也存在成分大比例變動的風(fēng)險。在出現(xiàn)成分變動后，初晶溫度也會發(fā)生變化，這會導(dǎo)致工藝的穩(wěn)定性下降。在日常檢測過程中，無論選擇何種合適檢測分析方法，都應(yīng)該盡可能避免分子比的定義調(diào)整，同時如果存在預(yù)設(shè)與忽略實驗條件的問題，也要做好提前的通知，滿足統(tǒng)一實驗要求，這樣可以更好地確保鋁電解質(zhì)檢測的效果，同時也為進一步解決鋁電解質(zhì)本身的導(dǎo)電性能、黏度和其他性能指標(biāo)問題創(chuàng)造條件。