330KA鋁電解槽零效應生產管理

時朋賓 李吉剛

摘要：本文介紹了氧化鋁濃度控制技術和過熱度控制技術，通過該技術是實現“零效應”管理的關鍵，鋁電解槽進行“零效應”生產管理可以降低能耗，提高生產效率，保護環境，在鋁電解生產中應用前景廣闊。

關鍵詞：鋁電解槽；零效應；電流效率；熱平衡

一、零效應生產管理的應用背景

隨著鋁電解技術的不斷發展，利用陽極電解法在電解槽中進行生產電解鋁，因其生產過程不穩定，電解條件要求復雜，逐漸失去其應用價值，所以利用陽極效應進行電解鋁的生產的優缺點是顯而易見的，該技術的處理方法與“零效應”管理并不矛盾，它們都是隨著現代的科技技術進步和發展的產物[1]。

二、氧化鋁濃度控制技術是“零效應”管理的必要條件

（1）氧化鋁濃度與電解質壓降之間的關系：氧化鋁在被電解時產生大量氟鋁酸鹽絡合物，電解質電阻隨氧化鋁被電解的濃度的增大而增大，但氧化鋁濃度如果低于百分之四之后，電解液濃度降低后，就會使碳陽極反應程度降低，這就會導致電解槽中陽極的電壓不斷增大，電解液電阻與氧化鋁濃度呈現比例關系。

（2）氧化鋁濃度與初級晶體溫度：電解質與初級晶體的溫度以及組成成分有著密切的聯系，電解槽中氧化鋁的濃度也會影響初級晶體的溫度，在一般的生產條件下，氧化鋁濃度大小就決定著電解質中初級晶體的溫度大小，電解槽中電解液氧化鋁百分之一的濃度大約對應的初級晶體的溫度為六攝氏度到八攝氏度之間，如果在電解液中沒添加氟化鎂時，百分之一的氧化鋁對電解質的初晶溫度影響最大[2]。

（3）氧化鋁濃度對電解槽中參與反應物的物質質遷移方向的影響：考慮到溫度的過高或過低都能對電解槽中參與反應物質的反應速率產生影響，溫度過低時使得物質反應活化能降低，物質本身活性變小，氧化鋁濃度對電解槽中參與反應物的物質質遷移速率會變小。溫度過高時，使得物質反應活化能增加，物質本身活性變大，氧化鋁濃度對電解槽中參與反應物的物質質遷移速率會變大。通過溫度對低分子量和高分子量的影響，對電解槽中參與反應的的遷移是流動效率進行有效控制。因此，考慮到電解質溫度對初級晶體的穩定性造成的影響，把氟化鎂添加到電解槽中的電解液中去，但由于分子量低，過熱度低，不利于溶解氧化鋁，因此要注意在對氟化鎂進行添加時對分子量和過熱度的影響，針對不同的設計生產要求調整好添加氟化鎂用量的大小，提高生產效率。因此在進行物質的電解工作時，對鋁濃度的控制技術是提高生產效率的重要保障。在溫度過高時進行電解作業時，在陰極區，鋁在電解液中的溶解度與鋁液表面的氧化鋁濃度成反比，不利于提高流動效率，但一般低氧化鋁濃度有利于提高流動效率[3]。

二、通過對過熱度控制是“零效應”管理重難點

在正常的生產條件下對過熱度的要求：電解槽中電極極性的改變對電解液的過熱度影響很大，在電解過程中，對雙陽極進行替換時，會導致電解槽中電解液的溫度變化五攝氏度到八攝氏度之間。在電解完成后，針對電解液溫度過高的情況下，解決電解液過熱問題需要很長時間。由于極性變化周期和陽極加熱周期不一致，所以重復的時間會有所不同。如果對單個樣機進行替換，電解液溫度的變化會在三攝氏度到五攝氏度之間，儲存電解液的儲罐要需要很長時間才能恢復到正常水平。由于電解質的過熱問題，必須充分考慮改變極性和改變材料用量的客觀因素，根據實際生產情況確定過熱程度。

三、零效應控制方法分析

效果時間的影響：零效應效果時間控制適合多長時間，必須根據電解槽熱平衡的控制能力來確定，一般來說，冷槽的效果時間可以適當地延長，以調節冷槽的溫度使其維持在正常水平。為了解決對電解槽中的反應物填充和增加對電解質溫度的影響問題，同時也是為了防止電解池爆裂，在發生陽極氧化效應部位要對爐子底部進行處理，阻止熱槽反應加劇破壞熱平衡[4]。

（4）通過統計分析表明，不受控制效應的主要原因是氧化鋁的極端效應和低濃度引起的。極化作用誘發原因是由于再進添加反應物料時的溫度變化。低濃度引起的陽極效應的來源是過熱程度低，由NB和NB之間的間隔較大，30kA鋁電解槽的理論NB間隔應為70至75秒，但是由于計算機在生產實踐中控制效果較差，技術管理人員不得不延長NB間隔時間以實現低濃度氧化鋁生產，經過總結分析，我們將最大超標時間從120分鐘縮短到60分鐘。氧化鋁濃度在每個過程循環中增加約百分之一，這提高了濃度控制的可靠性，使得NB的間隔符合標準的設計要求，因為電解槽中隨著物料的投入整體溫度會隨之變化，對電解槽的溫度變化的控制問題始終沒有得到解決，所以存在低過熱和低效系數的現象沖突情況，控制過熱間隔是一個非常復雜的管理問題，但關鍵是如何改變極性的控制以確定氧化鋁濃度大小，對于“零效應”管理是重中之重。

總結：

本文描述了氧化鋁濃度的“核效應”起點，并得出結論，考慮到高效率，合適的效應系數是降低電解槽過熱的必要條件。在單位時間內電解反應的時間縮短是是缺乏過熱控制時間的補充，也是保持熱平衡的原因，它必須減少換極操作對過熱的影響，同時在生產管理中衡量物料添加比例，有效控制熱平衡，進而將氧化鋁濃度控制在百分之一點到百分之三之間，是實現零效應生產的關鍵。

參考文獻：

[1]邱竹賢.鋁電解[M].北京：冶金出版社，2011

[2]姚世煥.大型預焙陽極電解槽發展中的幾個問題[C].第四屆鋁電解專委員會2001年會暨學術交流會論文集，中國.昆明，2011.5

[3]劉建新.預焙陽極質量對鋁電解生產的影響[J].南方金屬，2014，4

[4]楊重愚.氧化鋁生產工藝[M].北京：冶金出版社，2010