淺析分子比控制.doc

淺析中間下料預焙槽電解質分子比的控制方法摘要 采用低分子比電解質生產是現(xiàn)代中間下料預焙槽的重要標志。低分子比電解質雖然有一定的缺點，但優(yōu)點遠遠大于其缺點。在生產中只要調整好技術條件，是能夠實現(xiàn)高效抵耗的。關鍵詞：低分子比電解質；鋁電解生產 ； 中間下料預焙槽。 Get off the stuff between the easy unpack to bake beforehand the trough electrolyte numerator ratio method of control （Chinese branch corporation Shanxi of aluminium trade Shanxi Longmen aluminium trade limited company ， Shanxi he jin 043300 china) Liu Jian-xin Abstract ：Adoping the low numerator is that the contemporary middle gets off the stuff and bakes the significant sign of trough beforehand than electrolyte manufacture 。Although the low numerator possess the specified defect than the electrolyte ，Yet the strong point is more than such defect far away 。Regulate good technical specifications in the manufacture only being living ，Is attain high efficiency to sustain effect that costs 。Key words ：The low numerator is than the electrolyte ；The aluminium electrolysis is gived birth to ； The middle is geted off the stuff and is baked the trough beforehand 。 受國家產業(yè)結構調整，和環(huán)保的要求，智能化的大型中間下料預焙鋁電解槽，已成為鋁電解生產的主流槽型。與此同時熔鹽電解質的性質也隨著發(fā)生了實質性的變化，特別是在電解質分子比方面。目前，普遍采用低分子比電解質生產，因此低分子比生產，已成為中間下料預焙槽的重要標志。1 電解質的分子比 在鋁電解生產中，電解質的分子比是指電解質中NaF與AlF3,的摩爾系數(shù)之比。生產中一般將電解質分子比等于3的確定為中性，大于3的為堿性，而小于3的為酸性。根據生產實際的需要將電解質又分為強堿性、弱堿性、弱酸性和強酸性電解質【1】。4050年代，鋁電解生產中，電解質的分子比一般都大于3.0，電解質溫度高達970990，電流效率大約為80%，電耗高達20000kwh/T-Al。電解質外觀特征為白色、致密、堅硬，鋁液損失極為嚴重。50年代以后，科學研究發(fā)現(xiàn)：【2】在鋁電解生產中采用酸性電解質比采用堿性電解質有很多優(yōu)點，如電解槽電流效率高、電耗降低，鋁的二次反應損失減少。因此酸性電解質，即分子比小于3的電解質開始應用于鋁電解生產中。與此同時，為了改善電解質的導電性能，多種添加劑（CaF2 、MgF2 、LiF 、AiF3、Nacl等）在生產中得到了廣泛應用。在60年代，國內工業(yè)鋁電解槽幾乎全部為邊部下料加工自焙槽。自從90年代中間下料預焙槽興起以來，電解質的性質發(fā)生了巨大變化，電解質的分子比由邊部加工自焙槽的2.72.9降低到2.22.6。但隨著分子比的降低，給生產帶來三個不利方面：1. 酸性電解質，粘度增加；2. 氧化鋁濃度溶解性降低；3. 電解質的導電性減弱，電阻增大，應此需要采用可靠的技術解決上述問題。而目前智能模糊控制技術將氧化鋁濃度控制在低濃度區(qū)（1.53.5），且每此下料量只有1.21.8kg從而使氧化鋁融解更加從充分，避免產生爐底沉淀，解決了低分子比使氧化鋁溶解性降低的問題。因此低分子比電解質在中間下料預焙槽上得到了廣泛應用。低分子比電解質在生產中所表現(xiàn)出的優(yōu)點遠遠大于其缺點，如初晶溫度較低，蒸汽壓有所降低、電解質流動性好、密度較小，鋁的二次反應損失明顯降低等。在鋁電解生產中，所用的氧化鋁根據物理性質主要分為面粉狀氧化鋁、中間狀氧化鋁、砂狀氧化鋁【3】，而國內鋁電解生產所用的原料大多為面粉狀氧化鋁，而面粉狀氧化鋁在電解質中的溶解性能較差，這對預焙槽生產有很大影響，如果在電解質中溶解性能較好、吸附氟化氫氣體能力極強的砂狀氧化鋁在生產中能得到應用，電解質分子比可降低到目前國際上所保持的條件。近年來，在鋁電解行業(yè)界，科學家們，在低分子比生產的研究上取得了很大進展，1985年，邱竹賢專家等【2】研究出分子比為1.02.2的電解質用于鋁電解生產，電解質溫度降到800900。國外中間下料預焙槽【4】，電解質分子比大都在2.4以下，電流效率達到9495%，電耗降到1300013500Kwh/T-Al。由此可以看出，采用低分子比生產是實現(xiàn)鋁電解生產高效率低耗的重要途徑。國內外一些鋁電解廠的電解質分子比及經濟技術指標如表1所列。 表1為國內外一些鋁廠的電解質分子比及經濟技術指標指標廠家 分子比 電解溫度（） 電流效率% 槽電壓（V） 直流電耗kwh/T-Ai青海鋁廠 2.12.35 920940 9293 4.20 13460法國彼施涅 2.2 952 94.5 4.25 13400加拿大鋁業(yè) 2.2 940 93 4.43 14200美國霍利薩鋁業(yè) 2.2 945960 92 4.20 13600關公鋁業(yè) 2.22.4 940950 93.8 4.164.18 13337新安鋁廠 2.22.4 940950 9394 4.22 13381龍門鋁業(yè) 2.62.75 945955 95 4.35 135382、 2 電解質中的添加劑在鋁電解生產中，電解質主要以冰晶石為熔劑，氧化鋁為溶質。為了改善電解質的物理、化學性能，有利于提高電解生產的經濟技術指標，需加入一些添加劑，目前主要有MgF2、CaF2 、Li2CO3、BaCl2、NaCl等，因此，工業(yè)鋁電解槽的電解質是由多種成分構成的。各添加劑對電解質性質的影響是不同的，但它們有共同的特點：能改變電解質熔體的物理、化學性質，如降低熔點，減少鋁的溶解度，降低其蒸汽壓，且來源較廣，價格適當【1】。在鋁電解生產中各種氟化鹽添加劑，都可降低電解質的初晶溫度【1】，但也都有降低氧化鋁溶解度的缺點，特別是對于中間下料預焙槽采用低分子比生產，影響較明顯。在生產中較常用的是AlF3，而CaF2、MgF2平時并不添加。CaF2除新槽裝爐外，平時并不用，但電解質中CaF2卻不斷增加，其原因是原料中的氧化鋁不斷帶入。MgF2 由于能加速電解質中-Al2O3向-Al2O3轉化【4】，易結晶形成爐底結殼，導致電解槽爐底壓降的升高，電耗增加。同時CaF2、MgF2還能導致氧化鋁溶解度的所降低，為此中間下料預焙槽采用低分子比生產，添加 CaF2、MgF2對生產弊大于利。 電解生產中 ，CaF2、 MgF2、 LiF、 AlF3 等作為改變電解質性質的添加劑，其物理化學性質，對電解生產的經濟技術指標影響較大，其中CaF2 MgF2 兩種添加劑性質較相似，都有降低電解質初晶溫度的作用，且MgF2比CaF2 稍強一些。如圖1【4】所示。圖1 氟化鹽的添加量與溫度的關系3 分子比的合理選擇當今中間下料預焙槽采用低分子比生產，經濟技術指標較好，但電解質分子比的選擇，要切合企業(yè)電解生產的實際情況，不可盲目進行，否則所得其反，給生產帶來許多麻煩。實驗研究表明，分子比每降低0.1，則電流效率提高0.5%【4】。在槽電壓設定不變的情況下，相當于降低電解槽的極距，從而影響電流效率的提高。因此降低分子比，要與其他技術條件配合進行。同時在降低分子比時，還要考慮所使用的氧化鋁特點。如使用面粉狀氧化鋁，由于面粉狀氧化鋁在電解質中溶解性能較差，制約了電解質分子比的進一步降低，因此使用面粉狀氧化鋁，電解質的分子比不易保持過低，一般控制在2.42.6較符合預焙槽生產實際。如需進一步降低分子比，最好使用溶解性能較好的砂狀氧化鋁。電解質分子比降低，電解質中的AlF3就會過剩，由于其揮發(fā)性較大。如果煙氣干法凈化系統(tǒng)效果不好或未使用，將使氟化鹽無法得到回收，導致氟化鹽的大量損失。 以本公司為例，2001年12月26日將60KA自焙槽改造為75KA中間下料預焙槽后，生產初期，預焙槽電解質的分子比保持較高達到2.72.9。電解質的溫度也較高960970，電流效率只有88%90%，如表2所示。表2為改造為預焙槽后的電解槽生產工藝技術指標項目 月份 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月槽電壓 4.296 4.34 4.31 4.26 4.35 4.325 4.319 4.33 4.28分子比 2.88 2.85 2.81. 2.78 2.8 2.77 2.75 2.70 2.70電流效率 88 88.5 90.37 90.69 91.7 91.58 91.33 91.45 91.7直流電耗 14551 14616 14215 14296 14139 14076 14095 14113 13912我公司生產中使用的氧化鋁為中鋁山西分公司生產的的面粉狀氧化鋁以及電收塵回收的粒度較細的氧化鋁。飛揚損失及其嚴重，氧化鋁溶解性能很差。由于種種原因煙氣干法凈化系統(tǒng)未能用于生產，氟化鹽飛揚揮發(fā)損失較嚴重，所以選擇較低的分子比電解質生產不具備條件。因此我們在分子比的選擇上考慮到使用粉狀氧化鋁，干法凈化系統(tǒng)未投入生產，將分子比控制在2.42.6之間較切合實際；如果使用砂狀氧化鋁且干凈化凈化系統(tǒng)投入生產后，可將分子比調整為2.22.4之間。目前， 國內正在加大砂狀氧化鋁生產的科技開發(fā)力度。中鋁股份在山西分公司，投入巨資進行砂狀氧化鋁的工業(yè)化試驗，為鋁電解生產采用砂狀氧化鋁進一步降低分子比提供了有利條件。4 降低分子比的技術要領強酸性的電解質與接近中性的電解質性質差別較大，在降低的過程中必然引起電解槽的熱平衡波動。生產中降低電解質的分子比，速度不易過快，而且在降低分子比的同時應及時提高槽電壓【4】，且要與其它生產技術條件相互配合。，保證有足夠量的電解質（即較高的電解質水平），否則將造成大量沉淀。電解質分子比降低后，技術工藝參數(shù)的變化范圍變得較窄，電解槽對外界的干擾較敏感，因此保持分子比的穩(wěn)定性對生產極為重要，控制好分子比，首先要求人工定期檢測，搞活好電解槽的熱平衡與電解質水平，學會利用計算機控制系統(tǒng)所提供的各種數(shù)據、報表、解析電解槽的生產情況，做到預防為主。切記：只有在電解槽溫度在正常范圍內，添加氟化鋁才能達到降低分子比的目的【4】。但要注意氟化鋁的添加方法，否則電解過程進入冷行程。本公司在生產中，主要使用的氟化鹽添加劑為：AlF3、CaF2 、 MgF2 。 其中CaF2主要是在電解槽焙燒前裝爐使用，有利于電解槽爐幫的建立，一般量控制在100200kg，MgF2也不常使用，主要在一些電解槽電解質溫度高、炭渣分離較困難時使用。而AlF3添加較頻繁， 這是由于AlF3由于揮發(fā)性較嚴重，電解質分子比會自動上升，特別是在電解槽來陽極效應時揮發(fā)極為嚴重，以我公司為例：來一個陽極效應時間保存5分鐘，由于陽極效應時槽電壓急劇升高，造成AlF3的大量揮發(fā)，使電解質的分子比上升0.1以上因此，在添加AIF3時要注意：對設有氟化鹽料倉的大型預焙電解槽，可采用定點打殼加入；而對小型電解槽由于無氟化鹽料倉，可采用與氧化鋁一起加入料箱中加入。如采用在陽極更換時加入，揮發(fā)較嚴重，如在打邊部時加入，易造成爐幫上口熔化。 5 結語1、現(xiàn)代中間下料預焙槽采用低分子比生產是由自身的特點所決定的。生產中低分子比電解質雖有一定不足，但是通過采取相應的生產工藝技術措施，是可以彌補的。2、目前國內企業(yè)大部分采用面粉狀氧化鋁，若采用分子比過低的電解質生產，對生產是不利的，特別是中小型中間下料預焙槽，分子比的降低要切合實際，不可盲目行事。3、采用低分子比生產，必須在生產中保持足夠量的電解質水平，及時抬高槽電壓 ，否則將造成大量沉淀。同時還要注意氟化鋁的添加方法。4、使用面粉狀氧化鋁，將電解質的分子比控制在2.42.6之間較符合當前中間下料預焙槽的實際。如果砂狀氧化鋁在