電解原鋁中Fe含量來源分析及控制措施

王巖

摘 要：根據鋁電解生產的實際情況，從鋁電解生產過程所需原料、操作、工藝、設備等方面對電解原鋁中Fe元素含量的來源進行分析，并針對存在的問題提出控制措施，從而有效的控制電解原鋁中Fe元素的含量，提高電解原鋁的品質。

關鍵詞：電解原鋁;Fe含量;來源分析;控制措施

由于鋁具有材質輕、導熱性和導電性良好、可塑性強以及構成高強度、耐腐蝕性的合金和再生循環利用等優良的性能，因而鋁成為了有色金屬中應用最廣泛的的金屬。鋁電解生產主要采取冰晶石--氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽極和炭素陰極，直流電通入電解槽，在陰極和陽極上起電化學反應。電解原鋁質量的標準是以電解原鋁中雜質含量的多少進行判斷，其中Si、Fe的含量是制約電解原鋁品級的主要因素，有效降低Si、Fe等雜質的含量，能提高電解原鋁的品級，為企業創造更大的經濟效益。本文針對電解原鋁中Fe含量的來源及控制措施進行分析探討。

1 來源分析

1.1 原料帶入雜質Fe

1.1.1 氧化鋁

氧化鋁是當前冰晶石--氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來的有一定粒度要求的白色粉料，流動性很好。工業用的氧化鋁通常含98.5%的氧化鋁以及二氧化硅、三氧化二鐵等少量雜質，在電解生產過程中，電位比鋁正的雜質元素，如三氧化二鐵、二氧化硅等都會被優先還原，還原出來的Fe進入電解原鋁內，從而使電解原鋁內的Fe含量上升，造成電解原鋁品位下降。

1.1.2 預焙陽極

在冰晶石--氧化鋁熔鹽電解生產中，預焙陽極作為導電的陰陽極的各種材料，既能良好導電，又能耐高溫、抗腐蝕，電解生產所用的預焙陽極的質量對電解原鋁中Fe含量的影響主要有以下幾個方面：①預焙陽極炭塊是利用一定粒度、配比的石油焦和殘極，與一定比例的煤瀝青，經過混捏、成型、焙燒而成的陽極炭塊。石油焦、殘極中會含有Si、Fe等各類雜質元素，進而造成預焙陽極中Si、Fe等雜質含量較高，在電解過程中隨著預焙陽極的消耗，Fe元素被還原進入電解原鋁內，使得電解原鋁中的Fe含量升高;②陽極組澆鑄質量不達標，運輸或使用過程中造成陽極脫極，從而造成陽極組鋼爪化爪、涮爪，導致電解原鋁中鐵含量大幅度升高。

1.1.3 保溫覆蓋料

鋁電解生產過程中使用的保溫覆蓋料主要是電解質，如電解質中Fe高，破碎后再次做為覆蓋料使用，會使槽內Fe含量升高。

1.1.4 氟化鹽

在鋁電解生產過程中，常向電解質中加入氟化鈉、氟化鋁、氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰等氟化鹽，用以改善鋁電解過程中的各項指標，氟化鹽中常含有三氧化二鐵等雜質，電解時隨著電流的通入，三氧化二鐵會參與電化學反應被還原，進而使得電解原鋁中的Fe含量升高。

1.2 生產過程引入Fe

1.2.1 鋼爪化爪引入Fe

生產過程中因工藝控制不當、員工操作不熟練或者違規操作等，易造成陽極組鋼爪化爪，進而使得電解原鋁中的Fe含量升高，主要表現為以下幾個方面：①電解槽過熱度控制不當時，陽極組受鋁電解質的浸泡和沖刷，尤其是當氣溫回升和電解槽參數未預見性合理調整的情況下，極易造成鋼爪化爪，這也是電解原鋁中Fe含量急劇升高的主要原因;②因陽極組偏流（含陽極組自身電阻不均勻）造成的電解槽穩定性變差，若過熱度增加情況下或操作管理質量波動時，易引起化爪;③爐膛存在畸形或者爐底狀況較差，造成電解槽電壓擺動，當鋁水平較低或處于下降通道情況下，不理想的爐膛有放大的負面作用;④預焙陽極的重量及尺寸沒有達到要求，造成陽極重量偏輕，陽極周期未進行合理調整，造成陽極透底、化爪。

1.2.2 鐵質工具引入Fe

①預焙陽極的生產質量未達到要求，造成預焙陽極使用過程中出現掉渣、裂紋、斷層等現象，在用鐵質工具打撈時時間掌握不當，造成工具使用時間過長造成工具熔化;②員工在生產操作過程中，因操作不當或違規操作，使得鐵質工具進入電解槽內，造成Fe含量升高。

2 控制措施

為了能夠得到高品級的電解原鋁，有必要控制電解原鋁中的Fe含量，根據上述電解原鋁中Fe含量的來源分析，制定如下控制措施：①從源頭控制各類原料的質量，包括氧化鋁、氟化鹽、石油焦等，采購時可選擇含Fe含量低的原料，或者對原料進行合理摻配;②預焙陽極使用的破碎料在破碎過程中，必須安裝除鐵設備，有效的進行除鐵，降低Fe含量;③加強預焙陽極的質量要求，對陽極的外觀、尺寸、理化性能等指標必須嚴格控制，達到使用要求;④做好電解生產工藝控制，保持工藝參數在合理區間，確保過熱度穩定適當，防止出現過熱度過高洗刷爐膛、過低造成電壓波動情況;⑤加強對電解員工操作質量的管理，做好鐵質工具的使用控制，換極操作期間使用大鉤和摸爐底釬子等鐵工具時，要做到輪換使用減少鐵工具在槽內停留時間，避免在電解質或鋁液中停留時間過長造成鐵質工具熔化，杜絕鐵質工具掉入槽內的情況。

3 結語

本文從原料、生產過程中的各種因素對電解原鋁中Fe含量的來源進行分析，并針對Fe含量的來源提出控制電解原鋁中Fe含量的相應措施。生產過程中應合理利用文中控制措施，有效控制電解原鋁中的Fe含量，提高電解原鋁品級。

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