分子比在铝电解平稳生产中的作用分析

分子比在铝电解平稳生产中的作用分析

冉景元

广西百色银海铝业有限责任公司

摘要：我国的铝电解技术始于上世纪50年代，铝电解技术发展到现在已经有了相当大的进步，铝电解行业逐步完善，许多铝电解企业也纷纷发展壮大。大多数铝电解槽经过科学合理的焙烧启动后各项技术条件会趋于正常，铝电解槽进入平稳生产时期。此时各基层管理者需认真做好基础工作、两水平管理、分子比控制等几方面工作方可使各项技术条件保持平稳并有所提高。基于此，文章分析了分子比在铝电解平稳生产中的影响、应对措施及电解铝平稳生产的优化措施。

关键词：分子比铝电解；生产

一、铝电解生产基本情况

目前，我国许多工业产品制造涉及到电解铝。而电解铝的主要来源是由氧化铝制造公司把所生产的氧化铝通过转运的方式运至电解铝生产场地。这些电解铝的原材料首先是要通过计量，计量后由高压输送料管直接输送至电解车间的新鲜氧化铝贮仓内。而系列电解生产过程中所使用的氧化铝都是由新鲜氧化铝贮仓下部浓相输送系统输送至日用新鲜氧化铝贮槽的。新鲜氧化铝经电解烟气净化系统后成为载氟氧化铝，后由气力提升机送入载氟氧化铝贮槽，再由超浓相输送系统送至每台电解槽的槽上部料箱内以便使用。

二、分子比在铝电解平稳生产中的作用

（一）分子比对Al₂O₃浓度的影响

铝电解槽保持在最佳运行状态下进行平稳生产是铝冶炼的主题。在生产实践中总结得出分子比偏高的电解质对Al₂O₃的溶解度要大一些(正常生产中的Al₂O₃浓度在1～6之间），而偏低分子比对Al₂O₃的溶解度要小一些。电解质中Al₂O₃浓度较高，电解质的粘度会相对增大，造成碳渣与电解质分离较差，电解质电阻升高，电流效率随之降低；相反，分子比偏低的电解质对Al₂O₃的溶解度要小得多，在确定加工方法和加工间隔的情况下，会造成一定程度的炉底沉淀增加，时间过长会导致炉底生成结壳，炉底压降升高，若沉淀过多会造成热槽，使电解槽运行过程紊乱。所以，多数厂家都采用勤加工少下料的方法来控制电解质中Al₂O₃的浓度，大型预焙槽采用计算机定时定量自动下料，使Al₂O₃浓度尽量保持在2%～4%之间来获得较高的电流效率。另外，合理的分子比可以明显地降低阳极效应系数。

2.分子比对电解质温度的影响

在正常生产过程中，当电解质水平和铝水平一定时，槽温的恒定是铝冶炼的关键，槽温波动较大，对铝电解槽相当不利。在正常情况下（槽温950℃～960℃），槽温每升高或降低10℃电流效率将降低或提高1～1.5%。在电解过程中，计算机对槽电压的瞬时跟踪和控制后，槽温是否平稳，关键就是分子比上面的问题。分子比偏高，电解的初晶温度升高；相反，初晶温度降低。故分子比的高低直接影响电解槽的热收入，当热收入大于热支出时，槽温升高，炉膛四周的炉帮会化掉，造成电解槽侧部漏电，电流空耗，使电流效率降低，严重时炉帮槽壳发红，甚至造成漏槽事故。分子比偏低，热收入小于热支出，电解质发红发暗，粘度较大，碳渣与电解质分离较差，槽膛缩小，伸腿肥大，给出铝工作带来不便，正常的生产秩序遭到破坏，最后会造成电流效率降低。

3.分子比对电解质比重、粘度的影响

电解质比重的大小对铝水与电解质分层的好坏至关重要。分子比偏高比重上升，分子比偏低，粘度增大，对生产有较大的影响。在正常情况下(槽温950℃～960℃)，电解质的比重在2.09～2·1g/cm³之间，而铝水的比重约为2.3g/cm³，二者比重相差0.2g/cm³，分层良好，从电解质中析出的铝珠就能很快沉入槽的下层得到较高的电流效率。若分离较慢(粘度较大)，析出的铝珠碰到CO₂气体迅速被氧化掉，造成二次反应，则会大大降低电流效率。

三、电解铝平稳生产的优化措施

1.分子比管理

电解质分子比是指电解质中氟化钠与氟化铝的物质的量之比的简称。目前，在电解铝生产上采用酸性电解质(分子比小于3)，虽然酸性电解质对提高电流效率和生产操作都有较大好处，但酸性过大也存在如下缺点:(1)氧化铝的溶解度降低；(2)导电离子钠离子减少，电解质的电阻增大，电导率有所降低；(3)氟化铝挥发损失较大；(4)由于电解质中含有的过剩氟化铝，生成低价氟化铝的反应增加，反而会使铝的损失增加。因此，电解质的分子比不能过低。在实际生产中应视槽温、炉底情况、环境温度而适当调高或者调低。

2.两水平管理

（1）电解质水平的管理。氧化铝的溶解能力随电解质水平的增加而增加，高电解质水平虽有利于氧化铝的溶解，但过高会导致水平电流增多，造成炉帮上口空，降低电流效率，且易熔化阳极钢抓，造成原铝品位下降。电解质水平过低则不利于氧化铝的溶解，易造成炉底沉淀。电解质水平低的槽子若不及时调整，则氧化铝连同电解质一起沉于炉底，电解质水平越来越低，电解槽热稳定性变差，易产生病槽。应此，在生产中有些操作者为了提高原铝品位，恶意保持低电解质水平是不正确的。

（2）铝水平的管理。铝水平有调节槽温的作用。铝水平低，发热区接近炉底，铝液散热少，炉底散热不足，易引起槽温升高；铝水过高传导槽内热量，炉底冷，易形成炉底结壳。生产中发现，有些基层管理者在月初、年初存铝，月末、年末猛抽铝，或者在短期内过度抽铝等行为。因此，各铝厂中高层管理者应制定出立足长远、兼顾当前的管理机制，确保长效平稳生产。

3.电解辅助设备管理

电解厂房的辅助设备主要有电解槽的上部结构系统、空压系统、氧化铝浓相和超浓相系统、多功能联合机组及电力供应系统等，加强这些辅助设备的管理与维护，确保这些设备的稳定运行对电解槽的平稳生产十分有益。

4.分子比与其他参数的综合运用思想

（1）先天管理是提高电流效率的基础。抓好电解槽焙烧与启动环节，特别是起动后期管理，高度关注这一时期的槽电压、槽温、分子比、效应系数、电解质水平和铝水平等工艺参数，使电解槽扎糊良好焦化，使电解质形成坚固、规整、稳定的阴极槽膛，这是电解槽高效生产的必备条件，也是节能降耗的前提。所以，电解槽预热、启动和后期管理，重点在分子比与铝水平的综合调控，必需高度重视、精心对待，为提高电流效率打下良好、坚实的基础。

（2）科学管理生产技术参数是提高电流效率的重要途径。上述论证表明，生产技术参数是电解槽能量平衡和物料平衡的基础，是保证电解槽稳定高效运行的重要条件。具有良好技术条件的槽子，自平衡能力强，抗病能力强，电流效率高；反之，电流效率较低。生产中要根据生产实际情况，科学合理选定电流、电压、电解质温度、分子比、铝水平和电解质水平等技术参数，并科学搭配组合并长期保持稳定，防止分子比出现忽高忽低的情况，使电解槽始终运行在最佳工作状态，才能确保生产稳定高效。否则，电解槽始终运行在波动之中，很难取得较高的电流效率。

结语：现代化铝冶炼生产电流效率的提高不外乎几代人的不断摸索、研究、推广与实践得到的结果，相应的技术也在逐步完善中，如槽工作电压、日出铝量、电流分布、阳极电流密度、效应自动报警及自动熄灭、定时定量下料等都不断得到完善，但对熔盐电解质分子比的高温检测、电解质过热度控制等都还有待于进一步研究。

参考文献：

[1]梁学民，张松江.现代铝电解生产技术与管理[M].长沙：中南大学出版社，2011.

[2]刘业翔，李劼.现代铝电解[M].北京：冶金工业出版社，2008.