我國(guó)三層液鋁電解精煉技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

薛銀喜

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)精鋁的需求因其特點(diǎn)而增加，精煉鋁的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)、塑性、反射率和耐腐蝕性均優(yōu)于普通鋁。此外，鋁是一種很小的磁性導(dǎo)電物質(zhì)，純度越高，磁性導(dǎo)電率越低。因此，原鋁和高純鋁在低溫電氣技術(shù)、低溫電磁元件和電子工業(yè)等領(lǐng)域有著特殊的應(yīng)用。其中，電子工業(yè)消耗了約70%至80 %的初級(jí)鋁生產(chǎn)用于電解電容器。

關(guān)鍵詞：高純度鋁;三層液電解精煉法;現(xiàn)狀;工藝發(fā)展

一、三層液電解精煉法概述

精煉鋁、電解質(zhì)和陽極合金之間的密度差形成液體分層。在連續(xù)電流作用下，熔解材料中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，即陽極合金中的鋁通過電化學(xué)溶解產(chǎn)生離子A13+。Cu、Si、Fe等元素。合金不會(huì)在陽極合金中溶解和積累到一定濃度，因?yàn)樗鼈兊碾妱?shì)相對(duì)于鋁是正數(shù)，合金中含有足夠的鋁。

二、我國(guó)三層液電解精煉技術(shù)的現(xiàn)狀

1.容量太小。目前，國(guó)內(nèi)鋁提煉電池的最大電流僅為30kA，而國(guó)外鋁提煉電池一般為30-60 ka。據(jù)報(bào)道，前蘇聯(lián)生產(chǎn)了75kA和100kA三層液鋁電解槽。由于三層鋁液電解槽容量小，絕緣性能差，需要采用高電流密度（0.60-0.75A/cm）來保持熱平衡，造成顯著的熱量損失和其他一些指標(biāo)的惡化。一般而言，隨著電池容量的增加，電流密度會(huì)降低，電池電壓也會(huì)相應(yīng)降低，散熱量也會(huì)減少，從而降低功耗。

2.無煙收集和凈化系統(tǒng)。我們的精煉鋁電解槽沒有收集和凈化煙氣的系統(tǒng)，不僅工作環(huán)境惡化，而且電解槽消耗仍然很高。此外，這些電解槽面臨越來越多的環(huán)境要求。

3.將固體鋁用作陰極。由于我們的鋁基電解槽使用固體鋁而不是石墨作為陰極，為了減少固體鋁陰極的燃燒現(xiàn)象，精煉鋁基電解槽表面不使用隔熱板，導(dǎo)致電解槽表面大量熱量損失。

三、三層液鋁電解精煉技術(shù)改進(jìn)措施

1.三層液鋁精煉電解槽設(shè)計(jì)及操作方式亟待改進(jìn)

液態(tài)鋁三層電解槽按照發(fā)達(dá)國(guó)家在對(duì)應(yīng)于電源輸入的電解槽頂部留下滲漏，對(duì)車間的設(shè)計(jì)作了修改，以反映正常生產(chǎn)過程中精煉鋁的定期排放。在正常生產(chǎn)過程中，陰極精煉鋁（如高純度石墨）被用不污染陰極的材料制成的框架堵塞，并在鋁出口過程中打開。這有助于陰極細(xì)鋁液面的穩(wěn)定性，大大減少石墨外殼底部放射性多孔真空表引起的陰極細(xì)鋁波動(dòng)，并保證了細(xì)鋁面的穩(wěn)定性。此外，向陽極合金添加鋁改變了該國(guó)一次性添加鋁錠的傳統(tǒng)做法，緩慢地將鋁注入真空鋼包，并用專門設(shè)計(jì)的鋁液攪拌器取代陽極合金，以便合金 由此污染了精煉的陰極鋁，從而簡(jiǎn)要減少了熔煉所需的能量，改變了三層液鋁精煉電解槽的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，有助于提高電流效率。

2.改進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

國(guó)家研究和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)對(duì)初級(jí)鋁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了許多研究，但對(duì)三層液鋁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究很少。在國(guó)外，已將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于三層液鋁精煉的生產(chǎn)。該系統(tǒng)可以直觀地看到鋁精的日常吸收量、電解液的添加量和原鋁的添加量，間接檢測(cè)電解液溫度，并給出取代陰極和陽極合金的最佳時(shí)間。這一制度的實(shí)施不僅大大降低了勞動(dòng)密集程度，而且提高了生產(chǎn)率。

3.原輔材料

關(guān)于生產(chǎn)三層液鋁所需要的輔助原料的具體標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)有關(guān)的科學(xué)和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中提到了純?cè)系氖褂?，但一致認(rèn)為所使用的電解原料不得轉(zhuǎn)讓另一方面，外國(guó)人對(duì)三層液鋁精煉所需的電解液的純度提出了具體要求，無需對(duì)電解液進(jìn)行凈化。相反，純電解槽原料直接按比例混合，然后添加到需要調(diào)整電解槽液面的三層液鋁電解單元中，形成容量相等的精煉鋁生產(chǎn)線，國(guó)內(nèi)投資噸鋁一方面，很少就生產(chǎn)液體電解三層發(fā)電所需原材料的具體標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行國(guó)家研究，這是精煉鋁生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)研究人員面臨的一個(gè)全新問題，表明國(guó)內(nèi)化工企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)與外國(guó)之間仍然存在差距。有必要加強(qiáng)科學(xué)研究，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝設(shè)備，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，確保高純度原材料的生產(chǎn)達(dá)到三層液鋁電解精煉的具體標(biāo)準(zhǔn)。

四、我國(guó)三層液鋁精煉電解技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.增加鋁電容器的電流。電流越大越好。流經(jīng)大會(huì)的電流產(chǎn)生了一系列負(fù)面影響，導(dǎo)致了一個(gè)價(jià)值更高的問題。國(guó)外三層鋁水槽60-65kA和75kA的制造技術(shù)現(xiàn)已裝備精良。30kA三層鋁制品系列在生產(chǎn)中制造10年，因此插槽添加劑可以放置在60kA中。

2.降低鋁電容器的電流密度。電流密度也是鋁槽焊的重要技術(shù)參數(shù).關(guān)于一般生產(chǎn)輸出，電流密度隨電放電電流的增加而下降。電流密度越低，電池續(xù)航時(shí)間和功耗也就越低，精密鋁的質(zhì)量也越來越好。同時(shí)，降低電力密度會(huì)導(dǎo)致更大規(guī)模的精減、更高的投資、更高的折舊費(fèi)用和更高的成本。因此，在一定條件下應(yīng)該有最佳的電流密度。高外部電流密度的高容量鋁放電0.4 ～ 0.5a/cm，是我國(guó)鋁放電站發(fā)展的指導(dǎo)。

3.優(yōu)化總線配置。由于鋁電容器的研制是大容量的，因此必須考慮磁場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)的負(fù)面影響，而總線配置優(yōu)化是減少電磁影響的重要手段。各國(guó)的一些設(shè)計(jì)部門在優(yōu)化客戶車輛配置方面有著廣泛的經(jīng)驗(yàn)。

4.使用石墨陰極和蓋板-絕緣板。用石墨陰極取代固體鋁陰極是形成初級(jí)鋁電解槽的一種趨勢(shì)。所用石墨電極應(yīng)具有低電阻率、高實(shí)際密度和低灰分等特性。為了防止高溫氧化石墨，一層鋁可以復(fù)蓋石墨電極。直徑在30-50厘米之間的石墨電極可用作人造石墨電極，因?yàn)槭姌O越多，電極間距越窄，電池電流分布越均勻，電解質(zhì)和鋁流體的揮發(fā)性越大，效率越高.

結(jié)束語

綜上所述，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)高純度鋁的需求增加，特別是隨著三層液電解精煉的發(fā)展、色譜方法的技術(shù)變革和鋁的發(fā)展，國(guó)外高純度鋁的制備取得了重大進(jìn)展高純鋁具有重量輕、電導(dǎo)率高的特點(diǎn)，特別是超導(dǎo)電材料作為穩(wěn)定導(dǎo)體產(chǎn)生的殘馀強(qiáng)度特性高于較大導(dǎo)體。我們相信，隨著技術(shù)的發(fā)展，今后將有越來越多的新的高純度鋁技術(shù)。

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