有關低溫鋁電解的研究

白崇文

（遵義鋁業股份有限公司，貴州 遵義563100）

1886 年，煉鋁的冰晶石一氧化鋁融鹽電解法是由美國霍爾和法國埃魯共同發明的。雖然這種方法一直沿用到今天，但是這種方法還是存在較多的問題，比如：較低的能量利用率、高達940—960℃的工業生產電解溫度、存在嚴重的環境污染等等。基于以上的考慮，人們一直在不斷的加大對煉鋁的新方法的研發力度。在諸多研究之中，由于，低溫鋁電解具有提高原鋁純度、有效的減少能耗、延長電解槽壽命等等一系列優點，已經廣泛的引起關注。

1 低溫鋁電解的定義

電解溫度一般是指在電解生產過程中電解質的溫度，電解質溫度=電解質初晶溫度+過熱度。在實際生產過程中，有兩個方面能有效降低電解溫度，其一是對電解質的初晶溫度進行降低，其二是對電解溫度與初晶溫度的差值進行降低。

考慮到鋁的熔點為650℃，從理論上來分析，電解溫度來說只要達到700 一800℃即可進行電解，為了能使低溫鋁電解發生在溫度700-800℃左右，對低溫鋁電解的原材料的選擇是非常重要的，通常情況下，可以選擇氧化鋁，分析原因可得：這是由于較低的氧化鋁價格，此外，還有較小的吸水性，同時又方便運輸和貯存。

2 低溫鋁電解的意義

從理論上來說，電解溫度一旦700-800℃就可以進行電解，而工業電解溫度一般為850-870℃，降低電解溫度工業生產是一個非常有價值的工作。

保持鋁電解槽能量平衡的基本原理是:對電解槽能量收入進行必要的減少，與此同時，還需要對能量支出進行減少。就當前而言，在實際鋁工業生成過程中，通常采取加強保溫的方式，其目的是希望能盡可能的防止電解槽熱量損失，比如：對陽極保溫和槽體保溫進行加強，這些方法在一定程度上起到了作用，然而，電解槽的制造費用通常與槽體保溫層的厚度成正比，如果槽體保溫層出現相對較厚的情況，就需要去開發新的方法去降低電解溫度。

2.1 降低電解溫度可減少熱損失，有利于節電

電解槽內壁溫度每減少15℃，經側壁的熱流量大概損失800kJ/(m2.h)。就一臺150KA的大型電解槽而言，一旦電解溫度減少15℃，那么全槽的對外熱損失總量損失的幅度，大概是節省了80kwh/t.Al。

2.2 降低電解溫度可提高電流效率

在電解質中，鋁液的溶解度和溶解速度通常是隨著電解質溫度的降低而降低，這樣將直接造成溶液中的鋁擴散到陽極區被CO2氣體氧化的數量大大減少，從而降低了鋁的溶解與損失，提高了電流效率。按照以往的實驗表明，在900—950℃的電解溫度范圍內，隨著電解溫度的降低，電流效率的會得到明顯的提高，從950℃降低到900℃，電流效率可提高5%—7%。

還有，電解溫度的降低，將會有助于陽極炭耗以及氟化鹽的消耗的降低，當然，還會對電解槽的壽命起到一定的延長作用，換個角度來說，這將會對鋁電解的生產成本起到降低的作用。在鋁電解工業方面，這最終會縮短我國和國外的差距，在國際市場上競爭能力也會有所提高。

在鋁電解的實際生產過程當中，必須對電解質的分子比進行科學、合理的分析，當然，是否選擇一個科學、合理的分析方式在很大程度上會影響到低溫電解槽溫度的穩定性。在實際低溫電解過程中，非常重要的是測量和控制電解溫度、初晶溫度和過熱度，當然，更為重要的是研究了電導法和氯化鋁滴定法分析分子比，這在很大程度上解決了科學合理的分析電解質的分子比的問題，這將在很大程度上對鋁電解生產起到積極的推動作用[5]。

3 含有鋰鹽的低溫鋁電解工業試驗

3.1 含有鋰鹽的低溫鋁電解試驗

通常來說，電解槽電解溫度920—940℃，電解質分子比保持在2.2—2.4，為了對電解溫度進行必要的降低，對技術經濟指標進行合理的優化，可以通過成立低溫鋁電解工藝試驗小組的方式，每周召開一次試驗例會，電解車間的主任和主要技術人員都需要參加，由試驗車間主要生產技術人員介紹試驗槽爐膛變化、運行情況及存在問題，技術開發科統計試驗槽主要技術條件和經濟指標，包括:電解質水平、鋁水平、分子比、電解溫度(最低、最高、最近和平均值)、AIF3 添加量、效應系數、平均電壓及出鋁量，討論研究槽況及問題產生的原因，并提出改進的措施，對在試驗中取得一些成功的經驗，盡快地推廣應用到系列中其它電解槽上。

3.2 試驗結果的討論

在對電解進行試驗的前提下，需要選擇低分子比低溫電解技術，其中電解溫度保持在930℃左右，分子比保持在2.1-2.3。當然，在這過程中，槽子還是不可避免的出現了一些問題：

在實際生產時，其中一些電解槽爐底出現大面積結殼現象，這就直接造成電解質的發粘，同時觀察發現存在明顯的嚴重下縮現象。此外，雖然一些槽的電解溫度不高，然而可能存在偏高的過熱度，通常來說，槽幫的厚度是由過熱度控制的，在進行低溫電解生產時，電解質成分在很大程度上決定了電解質初晶溫度，過熱度大小和變化決定著熱流量的大小和變化，也決定著爐幫的長化。對以上出現的這些問題進行進一步的分析，最終發現所得其主要原因是由一次性添加氟化鋁的量太多添，過快的降低分子比，偏低的電解質過熱度，出現過低的電解溫度引起的。基于以上問題的分析，在進行低分子比低溫電解時，盡量不要出現過快的降低分子比的現象，為了使得低溫電解的順利進行，可以規定分子比的降低梯度為0.05，當然，在對分子比進行降低的同時，需要對槽工作電壓進行相應的升高。

此外，還需要進一步提高電解槽的爐幫的穩定性，這啟動后期顯得尤為重要，還需要建立好高分子比的堅固爐幫，這樣就具有更強抗溫度和過熱度波動的能力，在實際生產過程當中，需要對鋁電解生產技術管理進行進一步的加強，為了防止出現由于電解溫度和過熱度的大幅波動對爐幫造成破壞的現象，應該選擇恰當的控制策略，控制好電解溫度的穩定性，過熱度進行較好的控制。

結語

總之，通過對含有鋰鹽的低溫鋁電解工業的試驗研究，已研究出一套較為合理的鋁電解槽工藝技術條件，對分子比和電解溫度的嚴格控制是其中的關鍵環節。在對電解溫度進行降低的過程中，盡可能的去避免因過快的降低分子比降以及爐底形成結殼。

[1]周鐵托，洪建中.鋁電解低分子比控制過程中若干技術問題探討[J]， 輕金屬，2007(10):38—42.

[2]盧惠民，丘口竹賢.低分子比鋁電解中鋁的溶解度和A1203 濃度分布陰， 輕金屬，2007(2):22—25.

[3]沈時英.鋁電解質的酸度問題[J]，輕金屬，2002(11):24—31.

[4]張明杰，趙恒先，邱竹賢等.鋁電解質冰晶石分子比分析中面臨的幾個問題[J]，撫鋁科技，2007(10):1—6.

[5]盧惠民，邱竹賢.低溫鋁電解的研究(l)[J]，輕金屬，2007(4):24—28.