X射線衍射法測(cè)定鋁電解質(zhì)分子比分析程序優(yōu)化

曾紅星

（四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司， 四川眉山 620000）

現(xiàn)代鋁電解槽用電解質(zhì)的主要成分有冰晶石、亞冰晶石、氟化鈣、氧化鋁。為了改善電解質(zhì)的一些特性如:密度、粘度、導(dǎo)電率等，提高電流效率，降低初晶溫度，進(jìn)而提高電解槽工作效率，通常往電解質(zhì)中添加各種氟化鹽，改善電解槽工作水平。電解鋁用電解質(zhì)分子比是電解槽控制的非常重要的參數(shù)，通過分析分子比數(shù)值可以了解電解槽的工作情況，從而指導(dǎo)電解槽生產(chǎn)。所以電解質(zhì)分子比數(shù)值的準(zhǔn)確與否可以直接影響到電解槽的工作效率和噸鋁的生產(chǎn)成本。

1 電解質(zhì)分子比分析程序優(yōu)化

1.1 分析儀器

PANalytical CUBIX PRO X射線衍射儀；ZM-2振動(dòng)磨

1.2 電解質(zhì)分子比分析原理

電解質(zhì)分子比測(cè)定方法的基本原理：在2￠=28.44°的角度測(cè)定電解質(zhì)體系中游離CaF2的含量，在2￠=30.80°的角度測(cè)定電解質(zhì)體系中亞冰晶石的含量，在2￠=20.32°的角度測(cè)定電解質(zhì)體系中鋰冰晶石的含量，用一個(gè)固定熒光探測(cè)器測(cè)定體系中鈣的總含量，進(jìn)而可以計(jì)算出鈣冰晶石的含量，然后代入分子比公式CR=NaF/AlF3（摩爾比）計(jì)算出電解質(zhì)體分子比。電解質(zhì)冰晶石分子式Na3AlF6，分子比CR=3NaF/AlF3=3.0,重量比BR=（3×42）/84=1.5，所以得到CR=2×BR。

1.3 電解質(zhì)分子比分析程序優(yōu)化方案

我廠初期電解質(zhì)體系還處在高鋰低鉀狀態(tài)，X射線衍射分析電解質(zhì)分子比分析程序里過量氟化鋁（XSA）的計(jì)算只考慮了亞冰晶石、鈣冰晶石及鋰鈉冰晶石的影響。但由于公司各種原材料供應(yīng)及原材料成分的變化，造成了公司電解質(zhì)物相體系發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)在電解質(zhì)中鉀鹽的明顯升高，含量在2.60%～3.40%，這是近段時(shí)間以來電解車間反映我們分析的分子比值偏高與他們計(jì)算值有較大偏差的原因，從而給電解槽工藝控制帶來了困難。此次電解質(zhì)分子比分析程序優(yōu)化方案：針對(duì)當(dāng)前電解槽用電解質(zhì)成分發(fā)生變化，電解質(zhì)物相體系為高鋰高鉀狀態(tài)，在原有電解質(zhì)分子比分析程序中引入了鉀鈉冰晶石分析項(xiàng)目，使電解質(zhì)中過量氟化鋁（XSA）的計(jì)算更加精準(zhǔn)，分子比數(shù)值更準(zhǔn)確，從而解決了電解質(zhì)分子比偏差問題。

酸性電解質(zhì)體系成分：Na3AlF6、Na5Al3F14、NaCaAlF6、LiNa2AlF6、KNa2AlF6、游離CaF2、Al2O3

電解質(zhì)中過量氟化鋁（XSA）的含量公式推導(dǎo)如下：

依據(jù)亞冰晶石化學(xué)式可以得出：3（Na5Al3F14）=5（Na3AlF6）+4（AlF3）。亞冰晶石扣除冰晶石后可以得到4個(gè)過量AlF3，即3個(gè)亞冰晶石可以換算成4個(gè)過量氟化鋁（XSA），亞冰晶石含量記為W1，由此可以得到亞冰晶石換算成過量氟化鋁（XSA）的含量系數(shù)K1：

依據(jù)鈣冰晶石化學(xué)式可以得出：3（NaCaAlF6）=Na3AlF6+3CaF2+2AlF3。鈣冰晶石扣除冰晶石后可以得到3個(gè)氟化鈣可以結(jié)合2個(gè)過量氟化鋁，鈣冰晶石中氟化鈣含量記為W2，由此可得到鈣冰晶石中氟化鈣換算成過量氟化鋁（XSA）的含量系數(shù)K2：

依據(jù)鋰鈉冰晶石化學(xué)式可以得出：3（LiNa2AlF6）=2Na3AlF6+3LiF+AlF3。鋰鈉冰晶石扣除冰晶石后可以得到3個(gè)氟化鋰結(jié)合1個(gè)過量氟化鋁，則一個(gè)氟化鋰結(jié)合0.3333個(gè)過量氟化鋁。鋰鈉冰晶石中氟化鋰含量記為W3，由此可得到鋰鈉冰晶石中氟化鋰換算成過量氟化鋁（XSA）的含量系數(shù)K3：

依據(jù)鉀鈉冰晶石化學(xué)式可以得出：3（KNa2AlF6）=2Na3AlF6+3KF+AlF3。鉀鈉冰晶石扣除冰晶石后可以得到3個(gè)氟化鉀結(jié)合1個(gè)過量氟化鋁，則一個(gè)氟化鉀結(jié)合0.3333個(gè)過量氟化鋁。鉀鈉冰晶石中氟化鉀含量記為W4，由此可得到鉀鈉冰晶石中氟化鉀換算成過量氟化鋁（XSA）的含量系數(shù)K4：

綜上（1）、（2）、（3）、（4）可知，在高鋰高鉀電解質(zhì)體系中過量氟化鋁（XSA）含量計(jì)算公式：

由此可以將高鋰高鉀電解質(zhì)體系看作：Na3AlF6、XSA、KF、LiF、CaF2T、Al2O3

由電解質(zhì)分子比計(jì)算公式可以推導(dǎo)

設(shè)電解質(zhì)中Al2O3及其它雜質(zhì)的含量為3%，

則分子比計(jì)算公式：

2 電解質(zhì)分子比優(yōu)化前后數(shù)據(jù)

我們抽取了一批電解質(zhì)樣品，采用X射線衍射法（XRD）和X射線熒光法(XRF)兩種方法分別測(cè)量電解質(zhì)分子比，測(cè)得數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表1：

依據(jù)表1的數(shù)據(jù)可以得到方法優(yōu)化前X射線衍射法測(cè)定的分子比值與X射線熒光法測(cè)定的分子比數(shù)值平均偏差：0.124，而經(jīng)過優(yōu)化處理后測(cè)定的分子比偏差：0.008。X射線衍射法優(yōu)化處理后測(cè)出的分子比值與X射線熒光法測(cè)定的分子比數(shù)值一致性很好，優(yōu)化效果理想。

表1 統(tǒng)計(jì)了過量氟化鋁優(yōu)化前后測(cè)定數(shù)值，分子比優(yōu)化前后測(cè)定數(shù)值及X射線熒光法測(cè)定的分子比數(shù)值

3 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)X射線衍射電解質(zhì)分子比分析方法的優(yōu)化和完善，在原有電解質(zhì)分子比分析程序中引入了鉀鈉冰晶石，使得分析方法與當(dāng)前電解質(zhì)物相體系相適應(yīng)。經(jīng)過優(yōu)化后的X射線衍射法測(cè)量的分子比數(shù)值與X射線熒光法測(cè)量的分子比數(shù)值一致較好。解決了電解車間反映的分子比偏差較大的問題，提供準(zhǔn)確的數(shù)值指導(dǎo)電解車間的工藝控制，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。