1 河南山西氧化鋁現(xiàn)狀，引起區(qū)域內(nèi)電解鋁廠電解質(zhì)體系變化
由于我國不同地區(qū)的氧化鋁鋁土礦品位相差較大(見表1)，以黃河流域即河南和山西的鋁土礦為原料生產(chǎn)的氧化鋁粉中，含有不盡相同的鈣，鋰，鉀等微量元素，當電解鋁廠長期使用某種雜質(zhì)較高的氧化鋁時，這種雜質(zhì)就會在電解質(zhì)中富集，致使電解質(zhì)體系發(fā)生較大變化，給電解槽的長周期平穩(wěn)生產(chǎn)帶來重大影響。
表1 各氧化鋁廠中鋰含量分析
某鋁廠長期使用河南境內(nèi)的某鋁廠的氧化鋁，該廠的氧化鋁中含有較高的鈣，鋰，鉀的微量元素，尤其是鋰元素，造成電解質(zhì)體系具有較高的鋰含量，致使現(xiàn)階段電解槽初晶溫度溫度偏低，閃爍效應大量增加，氧化鋁溶解性降低，造成大量爐底沉淀，同時在槽內(nèi)易形成爐底結(jié)殼，降低電解槽的穩(wěn)定性，給電解生產(chǎn)帶來較大的影響。電解質(zhì)中的LiF會隨著電解槽槽齡的增加不斷富集從而改變電解質(zhì)的性質(zhì)，給電解生產(chǎn)技術(shù)指標造成巨大影響。導致電解質(zhì)富集較高的LiF，造成電解質(zhì)初晶溫度過低，溫度呈明顯下降趨勢，達到905度左右，使電解質(zhì)成分變的復雜，閃爍效應大量增加，氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度降低，造成爐底沉淀，電解槽穩(wěn)定性降低，電解質(zhì)中碳渣難以分離，同時在槽內(nèi)易形成結(jié)殼，影響爐底壓降，使槽況難以穩(wěn)定運行，技術(shù)條件保持難度增加，電解槽的正常生產(chǎn)難以為繼，對穩(wěn)定生產(chǎn)極為不利。
2 目前電解鋁廠生存困境，急需嚴控成技能降耗的需求
國家工信部2013年1月28日下發(fā)《鋁行業(yè)準入條件(2012)》(征求意見稿)?！稐l件》對電解槽能源消耗做出了明確規(guī)定：新建和改造的電解鋁液綜合交流電耗低于13300kwh/tAl,現(xiàn)有的電解鋁企業(yè)綜合交流電耗必須低于13900 kwh/tAl。
同時，受電力成本高、鋁價持續(xù)走低和日益嚴峻的環(huán)境污染等諸多因素影響，電解鋁企業(yè)綜合成本也隨著電價水漲船高，面臨產(chǎn)量越大虧損越嚴重，使電解鋁廠面臨生存困境，急需嚴控成本。
2014年在現(xiàn)有復雜電解質(zhì)體系的情況下，通過努力，我們實踐總結(jié)了一些工作實踐經(jīng)驗，尋找適合現(xiàn)階段多元電解質(zhì)體系下電解槽穩(wěn)定節(jié)能生產(chǎn)的方法，并積極努力，持續(xù)不斷的學習著。
3 電解質(zhì)體系對生產(chǎn)技術(shù)條件的影響
電解質(zhì)的組成以冰晶石和氧化鋁，氟化鋁和氟化鈣為常用添加劑，電解質(zhì)的組成對初晶溫度，分子比，密度，電導率等起著界定性因素。
3.1高鋰鹽對初晶溫度的影響
張躍宏等對電解質(zhì)中含有3%的氧化鋁，分子比體系2.3的電解質(zhì)初晶溫度進行測定，實驗結(jié)果表明，氟化鋰添加量在0-7%含量變化時，體系的初晶溫度從967降至902度。某廠由于鋰鹽在電解質(zhì)中的富集，電解質(zhì)的溫度也有較大的降低(見表2)。
表2 鋰鹽富集對槽溫的影響
從上表溫度的變化，我們可以看出隨著鋰鹽在電解質(zhì)中的富集，電解槽溫逐年降低。六年時間年均氟化鋰增加0.98，槽溫每年降低8.33度。
3.2電解質(zhì)密度的影響
實現(xiàn)霍爾-埃魯法煉鋁的關(guān)鍵之一是電解質(zhì)與鋁液的順利分離，這一過程主要靠兩者的密度不同實現(xiàn)，因此低密度的電解質(zhì)對鋁電解過程是必要的。
一般認為添加劑對Na3AlF6-Al2O3體系密度的變化關(guān)系可從下圖判斷(見圖1)。
圖1 添加劑對Na3AlF6-Al2O3體系密度的影響
如圖所示，當Na3AlF6-Al2O3中含有LiF時，熔體密度降低，更有利于鋁液與電解質(zhì)分離。
3.3 鋰鹽對電壓，分子比，Al2O3熔解度的影響
根據(jù)邱竹賢編著的《預焙槽煉鋁》書中添加劑對電解質(zhì)導電性的影響，可知鋰鹽每增加1%可降低工作電壓30mv左右，對分子比增加0.07。
但是，隨著鋰鹽含量的增加也會降低Al2O3在電解質(zhì)中的溶解度，增加突發(fā)閃爍效應，故鋰鹽含量并非越多越好，一般控制在4%以內(nèi)較好，可見電解質(zhì)成分的改變會影響到電解槽技術(shù)條件，電解溫度，分子比，氧化鋁溶解度，導電度的變化，如果工藝技術(shù)條件搭配不當，會影響到電解槽的平穩(wěn)和能耗。
4 KF對電解質(zhì)的影響
中南大學劉芳玉對KF添加劑對電解質(zhì)體系初晶溫度進行研究，實驗表明KF每增加1wt%電解質(zhì)體系的初晶溫度降低3—4℃。
鉀鹽可以提高電解質(zhì)對氧化鋁的溶解性，降低鋰鹽的負面影響。
五十年代前蘇聯(lián)一些學者研究了用鉀鹽取代鈉冰晶石以解決在鈉冰晶石體系中低溫對氧化鋁溶解度較小的問題，然而在試驗中發(fā)現(xiàn)鉀鹽對碳素材料的滲透力非常強，大約為鈉鹽的數(shù)十倍。
國內(nèi)外對添加劑KF的研究相對較少，資料顯示KF對電解質(zhì)具有降低電解質(zhì)密度，提高電解質(zhì)體系的氧化鋁溶解度，消除陰極結(jié)殼，目前在KF含量為2.4%情況下，電解槽運行較好，說明KF在低濃度的情況下，是電解生產(chǎn)允許的。
5 400KA電解槽多元電解質(zhì)體系節(jié)能技術(shù)實踐
2014年初至年末，某廠針對多元電解質(zhì)體系現(xiàn)狀，針對節(jié)能降耗的電解生產(chǎn)需求，通過使用部分進口氧化鋁，稀釋電解質(zhì)中的鋰鹽鉀鹽含量，調(diào)整分子比，因槽制宜采取降電壓工作，調(diào)整極上保溫料厚度，規(guī)范化操作，科學的管理理念等，對技術(shù)條件優(yōu)化。
5.1 采用稀釋法合理搭配使用進口氧化鋁降低電解質(zhì)中的鋰鹽鉀鹽含量
進口氧化鋁含有較低的鋰鹽鉀鹽，通過調(diào)整氧化鋁的使用結(jié)構(gòu)，使過熱度保持適當，從分發(fā)揮鋰鹽鉀鹽的正面作用，提高電流效率。
5.2 分子比
從歷年分子比變化來看，分子比保持在2.75—2.85之間是合適的，過高電解質(zhì)發(fā)紅堿性嚴重，大殼包過硬不易處理，碳渣不易分離，過低電解質(zhì)發(fā)粘，流動性差，易堵料下料口位置易形成沉淀。
5.3 電壓的調(diào)整
從2014年平均電壓的保持可以看出，電解槽整體運行性穩(wěn)定，平均電壓降低了120 mv,達到了預期的效果，高鋰高鉀的低溫生產(chǎn)，降低了電解槽的熱損失，對節(jié)能有一定的正面作用，2014年因槽制宜，在槽子穩(wěn)定，質(zhì)水平穩(wěn)定的前提下，將平均電壓降至3.978V,達到了節(jié)能降耗的目的。
5.4 調(diào)整極上保溫料厚度，加強角部極保溫，減少熱損失，遏制角部極伸腿肥大
在長期的電解生產(chǎn)中，400KA電解槽四個角部極極易形成伸腿，伸腿處理難度較大，必須對電解槽加強腳部保溫，對角部散熱孔進行封堵，加強角部保溫，在一定程度上遏制了電解槽四個角部的伸腿的形成，目前取得了較好的效果。極上保溫料由16-18cm增加至19-21cm，有效的提高了極上保溫料的保溫作用。
5.5 加強過程控制
400KA電解槽在電壓降至3.95V-3.90V時電解槽比較敏感，電解槽需要我們精細化規(guī)范化操作，換極時盡量扒凈極上浮料，陽極設置精度要精確盡可能減小誤差，換極時要使用移動托盤，減少換極造成的時間熱損失，同時槽蓋板要盡量密封好，減少熱損失。
5.6 樹立科學的管理理念
因槽制宜，與時俱進，通過盡可能的減少人為干擾，充分利用計算機控制，通過查看曲線結(jié)合現(xiàn)場情況分析、判斷指導生產(chǎn)，出現(xiàn)異常，及時處理，防止異常情況惡化。
經(jīng)過一年的實踐，2014年指標相對比2013年指標取得一定的成效(見表3)。
表3 2014年底指標與2013年指標情況
通過實踐，從上表可以看出2014年較2013年，直流電單耗降低了278 Kwh/t.Al，平均電壓降低了0.12mv，電流效率降低了0.5%，炭耗降低了9 Kg/t.Al，氟化鋁降低了3 Kg/t.Al，在節(jié)能降耗上取得了一定的成績。
6 結(jié) 語
目前電解鋁企業(yè)為能耗較高，需要我們降低電耗，節(jié)能降耗，面對對高鋰高鉀的電解質(zhì)體系現(xiàn)狀，我們不能按傳統(tǒng)的電解槽進行管理，需要我們因槽而異對待處理，槽溫低要在工業(yè)生產(chǎn)可控的范圍內(nèi)進行，現(xiàn)階段槽溫過低，鋰鹽過高，氧化鋁的溶解性較差，需要我們適當?shù)氖褂貌糠诌M口氧化鋁，調(diào)整下電解質(zhì)中鋰鹽的含量，對氧化鋁的溶解性有所提高，使沉淀結(jié)殼生成的幾率降低，分子比調(diào)整到適合目前電解質(zhì)體系的需要。同時加強現(xiàn)場員工的標準化培訓，提高實操技能，通過優(yōu)化技術(shù)條件調(diào)整氟化鋁添加量，使電解槽安全穩(wěn)定運行，達到節(jié)能降耗的目的。
參考文獻
[1] 辛鵬飛.富Li、K工業(yè)鋁電解質(zhì)的物理化學性質(zhì)研究.2012.5
[2] 邱竹賢.預焙槽煉鋁.第三版;冶金工業(yè)出版社
[3] 黃海波.NaFKFLiFAlFlt3gt系鋁電解質(zhì)熔鹽電導率研究.2009.5
[4] 楊曉東 岳海濤 趙浩然.400KA電解槽低溫運行優(yōu)化.2013.2
[5] 程保生. 鋁電解質(zhì)體系中鋰鹽含量對技術(shù)參數(shù)的影響. 甘肅冶金.2012.10
[6] 楊玉榮. 在復雜電解質(zhì)體系中預焙電解槽低電壓工藝技術(shù)探討.輕金屬。2011.12
[7] 內(nèi)部資料
聲明：
“400KA電解槽多元電解質(zhì)體系節(jié)能技術(shù)實踐” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
907
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：陜縣恒康鋁業(yè)有限公司、伊電控股集團有限公司
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
中冶有色技術(shù)平臺
2025年03月21日 ~ 23日 
