浅述如何提高电解槽氧化铝溶解速度

浅述如何提高电解槽氧化铝溶解速度

黄河张达忠浦仕杰

曲靖云铝淯鑫铝业有限公司云南曲靖655500

摘要：低温铝电解生产中低温铝电解质的主要难点在于协调氧化铝溶解性能、初晶温度以及电导率三个物理化学性能指标。本文结合200kA电解槽的生产实践，对低温铝电解生产中低温铝电解质的主要难点氧化铝溶解性能进行现状分析并制定相应的措施，取得实效。

关键词：氧化铝、溶解速度、低温铝电解。

现今我国正处于铝市场低迷时期，采用低温、低电压、低电流强度、中等电流效率的低成本铝电解节能技术，有利于进一步降低电耗和生产成本，以提高企业经济效益求得生存。为了提高电解过程电流效率，节约能耗，近年来低温电解质成为人们研究的热点。低温铝电解质主要难点在于协调氧化铝溶解性能、初晶温度以及电导率三个物理化学性能指标，添加剂中CaF2和MgF2都能降低初晶温度，无利于氧化铝的溶解速度和电导率的提高。

1氧化铝溶解速度降低对铝电解生产的影响

1．1氧化铝溶解速度降低不利于建立规整的炉膛

在铝电解车间，由于电压和温度的降低以及各种添加剂的应用，电解质中氧化铝溶解速度明显降低。氧化铝溶解速度降低使电解槽下料点积料较严重，特别是电解质流动性不强的点。如图一所示，每次打击头推入的氧化铝量偏多，使该点温度进一步降低，使氧化铝的溶解速度变得更加缓慢。下料点积聚的氧化铝无法完全溶解，沉入炉底导致下料点炉底上涨，使该点电流密度减弱，且易形成恶性循环，严重时影响槽寿命。

图一

图二

1．2氧化铝溶解速度降低对电解生产各项技术指标的影响

由于电解槽下料点的氧化铝无法完全溶解，积聚在下料点，电解实际生产中会采取调整NB间隔，关闭积料严重的下料点下料器，使该点停止投料。待该点温度上升，氧化铝充分溶解后，再打开该点下料器恢复投料的方法进行处理。如果同一台槽积料的点有两个或以上时，经常会造成效应多发，不利于电解槽的平稳控制，使平均电压、电耗上升，槽温不受控、氟盐挥发增加，用量增大、排放大量温室气体，使环境被污染。下料点积料还会使局部炉底上涨，氧化铝扩散不开，造成电压波动，如图二所示，严重时需提高槽电压，增加热收入，增大了电能消耗。

2影响氧化铝溶解速度的主要因素

2．1添加剂对氧化铝溶解速度的影响

添加剂LiF、CaF2、MgF2都能使氧化铝的溶解速度减小，AlF3是例外。溶解速度随Al2O3、CaF2、MgF2、LiF的添加量增多而减小，如图三所示，随着CaF2、MgF2、LiF添加量增加，氧化铝的溶解速度逐渐减小，特别是LiF的添加最不利于氧化铝的溶解。在低氧化铝浓度下，溶解速度进行得很快，首先是高度的吸热反应，然后是放热反应。如图四所示，t1为放热反应的开始时间，tm为放热反应达到极大值的时间，t2为溶解终了时间。

图三

图四

2．2温度对氧化铝溶解速度的影响

氧化铝的溶解需要吸收大量热量，温度高时可以缩短氧化铝的溶解时间。电解槽上的各种操作如换极等，易使电解槽局部温度偏低，氧化铝溶解速度减缓。氧化铝首先是快速溶解，而后是缓慢溶解。缓慢溶解是由于电解质冷凝效应所致。如图五所示大约在氧化铝加入50s之后，电解质温度达到最低点。此时溶解的氧化铝量还不到一半。随着温度的逐渐上升，氧化铝溶解速度也由慢逐渐变快。

图五

2．3电解槽内电解质量对氧化铝溶解速度的影响

电解槽内电解质量少即电解质水平低时，电解槽热熔变小，溶解氧化铝时降温幅度偏大，减缓氧化铝的溶解速度。同时由于电解质水平过低，使氧化铝在下料点的扩散空间变窄，不利于氧化铝在下料点的扩散，使氧化铝的溶解速度变慢。

3提高氧化铝溶解速度的措施

3．1根据槽况控制好添加剂的添加量

加强对电解槽的巡视检查，根据电解槽下料点积料情况结合电解质中添加剂含量，对添加剂的添加量作出合理调整。找到中间点，既利于降低电解质初晶温度，提高电解质导电率，又对氧化铝的溶解速度影响较小，以确保电解槽各下料点氧化铝基本能够完全溶解，使沉淀物减少。

3．2保持合理的电解温度

电解温度是初晶温度和过热度之和。影响初晶温度的因素有：分子比、氧化铝浓度和各种添加剂。影响电解温度的因素有：铝水平和热收入，其中提供热收入的主要因素是槽电压，铝水平、炉膛、保温料厚度和一些人工操作是电解槽热量支出的主要因素（见下图）。

电解槽热平衡动态影响因素

控制电解温度也就是控制好初晶温度和过热度，就是对氧化铝浓度、分子比、铝水平以及热收入等变量的控制。一个复杂的系统同时存在两类不同的状态变量，其中一类为“快变量”，它的特点是变化速度相对较快、作用时间短，但作用强度大；另一类称为“慢变量”，它的特点是变化速度相对较慢，作用时间长且连续，但作用强度较小。“慢变量”决定系统发展的方向，“快变量”可以影响系统发展的进度，“慢变量”通过信息反馈支配着“快变量”，支配着系统的行为，使整个系统走向稳定的有序状态。影响过热度的“快变量”主要是：氧化铝浓度、分子比、热收入；慢变量主要有：铝水平、电解质成分（主要是钙、镁、锂等的含量）、炉膛变化等，而“快变量”中氧化铝浓度、热收入均由计算机控制。

由于电解温度对氧化铝的溶解速度影响较为明显，所以在控制过程中，要力求槽温平稳偏低，减少单槽长时间低温。既对降低电耗、提高电流效率有利，也不影响氧化铝的溶解速度。图六是200KA某区某月的槽温控制情况，较均匀的槽温对氧化铝的溶解速度影响较小，同时可以用较低的电耗获得较高的电流效率。

×区×月槽温控制情况

图六

3．3控制较低的氧化铝浓度

通过双平衡控制系统对电解槽内氧化铝浓度进行管理控制，调整过欠加工，始终保持较低的氧化铝浓度（1.5%-3%）。减少电解操作过程中氧化铝物料入槽量，例如在阳极更换过程中，先把极上物料扒干净再开口提极，减少电解槽局部氧化铝浓度偏高的情况。对于单槽下料点漏料等因素造成的氧化铝浓度偏高，可通过NB间隔的调整和单点关下料器的方法，快速降低该点氧化铝浓度，始终保持较低的氧化铝浓度，促使有较快的氧化铝溶解速度。

3．4保持合理的电解质水平

电解质水平过低，电解槽的热熔变小，槽温易波动，不利于氧化铝的扩散和溶解。对于电解质水平低的电解槽可灌入适量的电解质，或通过工艺调整以保持足够的电解质量。电解质水平过高，易化上部物料使氧化铝浓度偏高，不利于氧化铝的溶解进程。对于电解质水平高的电解槽，可通过调高铝水平和加强基础工作的管理等办法处理。

4效果分析

200KA某区在开始低温低电压生产时，下料点积料严重，效应不受控，槽温波动大且电解质水平偏低，给生产带来不利影响。通过以上措施的实施，取得了良好的效果。措施前后各项工艺参数如表一。表一

通过对制定的各项措施的分解实施后，各项工艺参数得到明显改善，取得良好的效果。

5结语

在电解铝市场处于低迷时期，各大铝厂为了进一步降低成本以获得盈利。采用低温、低电压铝电解技术进行生产，其制约瓶颈之一就是要解决氧化铝的溶解速度，只有攻克这一瓶颈，才能获得更大的空间，否则容易使电解槽槽况恶化，无法保证规整的炉膛。

参考文献：

【1】、邱竹贤．《预焙槽炼铝》．北京.冶金工业出版社2003.

【2】、丁吉林．大型预焙槽生产实践．昆明.云南铝业股份有限公司

【3】、冯乃祥.铝电解［M］.北京.化学工业出版社，2006.

【4】、杨重愚.《轻金属冶金学》北京.冶金工业出版社2002

作者简介：黄河（1973-）男，本科，工程师