氧化鋁濃度參數調控降低陽極效應生產實踐

張旭貴,周云峰,梁玉冬,王俊青,張芳芳

(中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041)

陽極效應是熔鹽電解中發生在陽極上的一種特殊現象,表現為槽電壓急劇升高,電解槽出現明顯擺動,鋁電解中陽極效應的發生尤為普遍[1-2]。雖然陽極效應發生的機理有多種解釋,但是氧化鋁濃度偏低是導致陽極效應發生的主要原因。影響電解槽中氧化鋁濃度的因素主要有槽控系統氧化鋁濃度參數設置、氧化鋁性能和電解質體系,在氧化鋁性能和電解質體系相對穩定的情況下,陽極效應主要與槽控系統氧化鋁濃度參數控制有關[3-5]。槽控系統中控制氧化鋁濃度主要有氧化鋁濃度周期切換系數、增量控制倍率、減量控制倍率、正常期限定時間、減量期限定時間和過量期限定時間等6個參數構成,各個參數設置合理可以保障氧化鋁濃度范圍合理穩定,降低陽極效應發生。

本文主要針對某電解鋁企業300 kA系列電解槽在更換槽控系統后陽極效應明顯增多的現象,分析了陽極效應偏多的主要原因,采取了相應措施,陽極效應明顯降低,氧化鋁濃度參數調控降低陽極效應取得了顯著效果,本研究可為鋁電解降低陽極效應提供數據參考。

1 陽極效應現狀及原因分析

某電解鋁企業300 kA系列有6個車間,在更換完槽控系統后陽極效應明顯增大,閃爍效應系數1.2次/(槽·日),效應系數約0.3次/(槽·日),全效應系數在1.5次/(槽·日)以上,詳細數據如圖1所示。

圖1 全效應系數隨月份變化圖

對陽極效應增多的現象進行原因分析,首先對電解質中氧化鋁濃度進行分析,結果如圖2所示。

圖2 氧化鋁濃度區間分布圖

從圖2可以看出,氧化鋁濃度控制特征一是濃度偏低,區間分布窄(1.3%～2.2%);二是6個車間的氧化鋁濃度控制區間沒有差異。因此,效應系數偏多問題不是操作可以解決的,需要系統性優化。

2 氧化鋁濃度參數調控措施

在操控系統控制氧化鋁濃度的6個參數中,最為重要的是氧化鋁濃度周期切換系數和過量期時間,主要對這兩個參數進行調整,改變下料切換時間點和過量下料時間,提高氧化鋁濃度,降低陽極效應。

為了使氧化鋁濃度參數調整更精準,參考A、B和C三家電解鋁企業的氧化鋁濃度控制參數,詳細數值如表1所示。

表1 不同企業氧化鋁濃度參數對比

從表1可以看出,本企業的氧化鋁濃度周期切換系數和過量期時間偏低,導致氧化鋁濃度偏低,陽極效應增多,因此,主要從氧化鋁濃度周期切換系數和過量期時間這兩個方面進行調整,初步計劃將氧化鋁濃度周期切換系數從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min。

3 試驗槽氧化鋁濃度參數調控效果

為了降低氧化鋁濃度參數調整對整個系列的影響,首先選擇了6臺槽進行試驗,試驗取得效果后再全系列推廣。

試驗開始2周后,對氧化鋁濃度進行取樣分析,詳細數據見表2。

表2 氧化鋁濃度調控試驗電解槽氧化鋁濃度數據對比 %

由表2可以看出,試驗開展兩周后,氧化鋁濃度切換系數和過量期時間調整后氧化鋁濃度整體上明顯上升。從1.715%上升到1.999%,增加了0.284%,增幅達到了16.5%。

試驗進行2個月后,對試驗前后閃爍效應、效應系數和全效應系數進行數據統計分析,如表3和表4所示。

表3 試驗槽效應系數原始值 次/(槽·日)

表4 試驗槽效應系數對比分析 次/(槽·日)

表5 試驗槽效應分攤電壓數據對比分析 V

由表3和表4可以看出,氧化鋁濃度參數調整對降低效應具有積極作用,效果非常明顯。效應系數逐步下降,經過2個月試驗時間,閃爍效應從1.270次/(槽·日)降到0.751次/(槽·日),效應系數從0.250次/(槽·日)降到0.149次/(槽·日),全效應系數從1.520次/(槽·日)降低到0.901次/(槽·日),整體降幅在40%左右。

同時考察了試驗前后效應分攤電壓變化情況,從表5可以看出,6臺試驗槽試驗后2個月的效應分攤電壓與試驗當月份平均值相比整體平均下降了18 mV。統計數據顯示,6臺試驗槽電流效率從試驗前的91.83%提高到試驗后的92.18%,電流效率提高了0.35%。

試驗槽氧化鋁濃度參數調整取得了較為理想的效果,氧化鋁濃度周期切換系數從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min后,經過2個月的試驗,效應系數整體降幅達40%,效應分攤電壓降低18 mV,電流效率提高了0.35%,電壓降低和電流效率提高折合噸鋁節電降低約110 kWh。

4 推廣應用效果

鑒于氧化鋁濃度參數調控降低陽極效應試驗槽取得了良好效果,全系列6個車間開始全面推廣應用,統一將氧化鋁濃度周期切換系數從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min,推廣應用1個月后全系列電解槽運行參數如表6所示。

從表6可以看出,氧化鋁濃度參數調控降低陽極效應在全系列推廣應用后,氧化鋁濃度達到2.014%,增幅為10.110%,效應系數降低了近40%,全效應系數降低了22%,效應均攤電壓降低了15 mV,電流效率提高了0.32%,電壓降低和電流效率提高折合噸鋁節電約100 kWh,推廣應用取得了理想效果。

表6 氧化鋁濃度參數調控推廣應用效果

5 結 語

本文針對某電解鋁企業300 kA系列更換槽控系統后陽極效應增多的現象,發現氧化鋁濃度偏低是導致陽極效應增多的主要原因,而槽控系統氧化鋁濃度參數設置不合理造成了氧化鋁濃度偏低,通過采取相應措施,把氧化鋁濃度周期切換系數從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min,效應系數明顯降低。6臺試驗槽氧化鋁濃度提高幅度16.5%,陽極效應系數和全效應系數降幅度都在40%以上,效應分攤電解降低18 mV,電流效率提高了0.35%。全系列推廣后平均氧化鋁濃度提高幅度10.1%,效應系數降低了近40%,全效應系數降低了22%,效應均攤電壓降低了15 mV,電流效率提高了0.32%,折合噸鋁節電約100 kWh,取得了良好的應用效果。本研究可為鋁電解降低陽極效應提供數據參考。