鋁電解新型氟化鹽加料方式分析

1、鋁電解新型氟化鹽加料方式分析電解一廠 牛文瑋·劉冬喜·祁居璽摘要：鋁電解生產新型氟化鹽加料方式，使氟化鹽能定量均勻加入載氟氧化鋁溜槽中，并與氧化鋁充分混合，為氟化鹽的精細化調控提供了一種途徑。此方式同電解槽氟化鋁料箱加料方式中自動輸送方式相比較節(jié)省投資數(shù)額約586萬元1048萬元，具有推廣應用價值。此新型氟化鋁加料裝置已獲得國家實用新型專利。關鍵詞：新型 氟化鹽 加料方式 獲得 國家 實用新型 專利1氟化鹽加料現(xiàn)狀目前，鋁電解生產中氟化鹽添加方式主要有：A、人工直接添加到電解槽內；B、人工或天車用料斗添加到鋁電解槽氧化鋁料箱中，再與氧化鋁一同進入電解槽內；C、在載氟氧化鋁料

2、倉出料口，用定容器定時定量添加到超濃相輸送溜槽中，然后輸送到鋁電解槽氧化鋁料箱里，同氧化鋁一同進入電解槽內；D、在鋁電解槽旁邊設一個氟化鋁側壁料箱，氟化鋁側壁料箱下來的氟化鋁和氧化鋁側壁料箱下來的氧化鋁，同時添加到鋁電解槽上的風動溜槽內，混合后進入電解槽氧化鋁料箱，與氧化鋁一同進入電解槽。E、在鋁電解槽上單獨設置氟化鋁料箱，通過定容器，定時定量添加到電解槽中。2現(xiàn)有技術中，氟化鹽加料方式存在的問題2.1 A種方式，不能夠定時、定量均勻添加,氟化鹽加料量集中，存在氟化鹽揮發(fā)量較大、添加量不均勻的問題。2.2 B、C、 D三種方式，氟化鋁下料量不容易控制，氟化鋁與氧化鋁混合不均勻，進入氧化鋁料箱出

3、現(xiàn)，氟化鋁在氧化鋁料箱中，集中某一區(qū)域，造成在某一時段中定容器下來的只有氟化鋁，另一時段下來的只有氧化鋁，造成鋁電解槽中出現(xiàn)缺氧化鋁的時段，從而引發(fā)突發(fā)陽極效應，消耗電能，影響鋁電解正常生產，難以定時、定量、均勻添加。D種方式，這種氧化鋁側壁料箱目前基本上已經(jīng)沒有廠家使用了。連 鋁 科 技2.3 E種方式，氟化鋁能夠定時、定量集中添加，但存在氟化鋁添加量集中，存在氟化鋁揮發(fā)損失量較大的問題，另外需要在電解槽上增加氟化鋁料箱，增加相應的設備，增加了電解槽上部空間的布局難度，增加了電解槽制作費用和電解槽的日常維護工作量?，F(xiàn)有技術中A、B、C、D氟化鹽加料方式不能夠定時、定量，均勻加料，造成鋁電解槽

4、生產分子比波動大，從而導致電解槽溫度變化大，槽況不穩(wěn)定,進而影響電流效率。E種方式，氟化鋁能夠定時、定量集中添加，但此方式必須將氟化鋁輸送到電解槽的氟化鋁料箱中，目前采用的氟化鋁輸送形式有：（1）人工加入氟化鋁料斗，天車吊運到加入電解槽氟化鋁料箱中；（2）是將氟化鋁通過自動輸送方式輸送到電解槽氟化鋁料箱，自動輸送方式可采用多功能機組加料、專用氟化鹽加料車、濃相輸送系統(tǒng)等三種氟化鋁輸送方式，投資較大。3項目背景與總體思路3.1項目背景隨著鋁工業(yè)發(fā)展，電解鋁技術水平不斷提高，工藝技術控制進入精細化，同時要求氟化鹽的加料方式有所改進，能夠精細化，達到氟化鹽加料定時、定量、均勻。在鋁電解槽上單獨設置氟

5、化鋁料箱，通過定容器，定時定量添加到電解槽中，能夠實現(xiàn)上述要求，但是存在著需要電解槽上增加氟化鋁料箱，增加定容器等相應的設備；需要氟化鹽輸送到氟化鹽料箱中，結構復雜，日常工作、維護量較大。3.2總體思路A要達到氟化鹽加料定時、定量、均勻。B要解決簡化氟化鹽加料結構，降低日常工作量和維護工作量。C解決減少投資的問題，節(jié)約費用。D關注干法氟化鋁，比重為2.8823.13g/cm3,容重為1.31.6g/cm3。氧化鋁比重為3.6g/cm3,容重為1g/cm3。4新型氟化鹽加料方式試驗4.1新型氟化鹽加料方式方案為實現(xiàn)上述目的，采取的技術方案是：在煙氣凈化系統(tǒng)載氟氧化鋁溜槽上部安裝氟化鹽料箱，氟化鹽

6、定時、定量地加到載氟氧化鋁溜槽中，經(jīng)物料提升設備輸送到載氟氧化鋁料倉，然后通過超濃相輸送系統(tǒng)輸送到電解槽氧化鋁料箱中，氟化鹽同氧化鋁一起進入電解槽。在此過程中，氟化鹽同載氟氧化鋁在載氟氧化鋁溜槽中第一次混合，進入物料提升設備內進行第二次混合，到載氟氧化鋁料倉內進行第三次混合，載氟氧化鋁料倉出料過程進行第四次混合，進入電解槽氧化鋁料箱中進行第五次混合，充分的混合均勻，供鋁電解生產用。做此項試驗時用干法氟化鋁，比重為2.8823.13g/cm3,容重為1.31.6g/cm3；氧化鋁比重為3.6g/cm3,容重為1g/cm3，而載氟氧化鋁的容重更低。由于兩者的容重差，存在氟化鋁被分離出來、滯留于水平

7、布置的超濃相輸送系統(tǒng)溜槽中的可能性。載氟溜槽物料提設備載氟氧化鋁料 倉電解槽氧化鋁料箱氟化鹽料箱一次混合二次混合三次混合五次混合載氟氧化鋁料倉出料四次混合圖1 氟化鹽與載氟氧化鋁混合流程圖4.2新型氟化鹽加料方式方案的優(yōu)點新型氟化鹽加料裝置與現(xiàn)有氟化鋁加料技術相比，具有以下有益效果：該裝置由于很好地利用了鋁電解凈化系統(tǒng)載氟氧化鋁溜槽、物料提升設備以及載氟氧化鋁料倉，超濃相輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)了氟化鋁添加后的五次混合，充分實現(xiàn)物料的均勻混合，解決了氟化鹽不能夠與載氟氧化鋁混合均勻的問題。該裝置的下料處設有調節(jié)流量大小的閥門，能夠保障定量、均勻添加。該裝置結構簡單，制作安裝方便，投資小、見效快，便于付諸

8、實施，只需在原有鋁電解凈化系統(tǒng)載氟氧化鋁溜槽末段，利用原凈化系統(tǒng)鋼結構，將本裝置制作安裝上即可。連 鋁 科 技該裝置可以實現(xiàn)多種氟化鹽的定時、定量、均勻加料，促進電解生產中綜合利用多種氟化鹽，調整電解鋁生產工藝技術的發(fā)展。35421圖2 新型氟化鹽加料裝置的結構示意圖圖中：1氟化鹽料箱；2下料管；3蝶閥；4載氟氧化鋁溜槽；5物料提升設備。通過三個多月實驗，氟化鋁與氧化鋁的容重差，可能導致氟化鹽加到載氟氧化鋁中出現(xiàn)被分離、滯留于水平布置超濃相輸送系統(tǒng)溜槽中的現(xiàn)象，沒有出現(xiàn)。氟化鹽進入電解槽氧化鋁料箱共進行了五次混合，達到充分混合均勻，然后供鋁電解生產用，為鋁電解生產工藝中氟化鹽添加的精細化控制提

9、供了必要的基本條件。此新型氟化鹽加料裝置已獲得國家實用新型專利。4.3新型氟化鹽加料方式使用效果2008年7月首先在電解一廠三車間100KA，172臺電解槽，二個凈化系統(tǒng)用氟化鋁進行試驗，80%的氟化鹽在新型氟化鹽加料裝置中添加，20%在電解車間添加，獲得如下效果：4.3.1氟化鋁單耗大幅度降低，分子比合格率明顯提高,見下表1.時間項目試 驗 前試 驗 后一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月不合格分子比臺數(shù)1487122096675分子比合格率（%）84.390.791.986.176.889.693939294氟化鋁單耗（Kg/t-Al)28293029282624242321分子比合格

10、率分布圖7075808590951月2月3月4月5月6月7月8月9月10月時間合格率%分子比合格率分子比合格率2008年1-6月份合格率平均為85.56%，2008年7-10月份平均為93.0%，合格率實驗前后比較提高7.44%。定量性分析電解槽運行狀況得到改善。氟化鋁單耗分布圖2022242628301月2月3月4月5月6月7月8月9月10月氟化鋁單耗氟化鋁單耗2008年1-6月份噸鋁氟化鹽單耗平均為28.3kg/t， 2008年7-10月份氟化鹽單耗平均完成23.0kg/t，實驗前后比較凈降低5.3kg/t。效果十分明顯。4.3.2電解槽溫度趨于穩(wěn)定。見下圖連 鋁 科 技電解一廠三車間槽溫

11、統(tǒng)計表2時間1月2月3月4月5月6月7月8月8月10月溫度9189439319169399229239259249222008年1-6月份電解溫度平均為928.2，最大平均溫度與最小平均溫度相差17。改造后，2008年7-10月份平均為923.5，實驗前后比較凈降低4.7，而且最大平均溫度與最小平均溫度相差僅3，實驗前后比較最大平均溫度與最小平均溫度差減少了14。因而電解槽溫的穩(wěn)定性進一步增強。4.3.3進一步推廣2009年進一步推廣到電解一廠的電解一車間、電解二車間，包括二個煙氣凈化系統(tǒng)，352臺電解槽。氟化鋁單耗由一月的28.4 kg/t，二月的32.5 kg/t，一、二月平均單耗30.4

12、5 kg/t；降低到三月份的25.2 kg/t，四月份的25.48 kg/t，平均降低約5.08 kg/t。5經(jīng)濟效益估算5.1節(jié)約投資估算新型氟化鹽加料方式同電解槽氟化鋁料箱加料方式進行對比分析，因為此兩種方式具有：氟化鋁能夠定時、定量加入電解槽，氟化鋁加料控制準確性強，自動化程度高。5.1.1電解槽氟化鋁料箱加料方式投資估算此方式需要將氟化鋁輸送到電解槽氟化鋁料箱中，目前采用的輸送到電解槽氟化鋁料箱的自動輸送方式有：采用多功能機組加料、專用氟化鹽加料車、濃相輸送系統(tǒng)等三種氟化鋁輸送方式。第一種：多功能機組加料方式包括氟化鹽倉庫和加料平臺、電解車間外的氟化鋁高位料倉、電解車間內的天車加料器、

13、電解多功能機組的氟化鋁料倉等。氟化鋁在氟化鹽倉庫內拆袋后，裝入汽車罐車，送入電解車間外的氟化鹽高位料倉，再通過天車加料器加入電解多功能機組的氟化鹽料倉中，電解多功能機組將氟化鋁加入電解槽的料箱中，完成氟化鹽的添加過程。缺點在于：由于需要用電解多功能機組進行加料，需要多功能機組與天車加料器和槽上料箱對位，都增加了多功能機組的工作負荷率；多功能機組加料過程中需要車間人員輔助操作，增加工人的工作量；多功能機組設備重量增加，設備維護量較大等。第二種：專用氟化鹽加料車方式包括氟化鹽倉庫和加料平臺、引進的氟化鹽加料車。氟化鋁在氟化鹽倉庫拆袋后，裝入專用的氟化鹽加料車，加料車返回電解車間，利用可伸縮的加料管

14、，直接將氟化鋁加入電解槽料箱中。該方式的優(yōu)點在于：系統(tǒng)成熟、簡單、加料靈活。缺點在于：氟化鹽加料車與電解槽出鋁工作時相互影響；受加料管長度的限制，影響電解槽氟化鹽料箱的數(shù)量和位置；加料過程中需要車間人員輔助操作，增加工作量；進口設備維修不方便。第三種：濃相輸送方式包括氟化鹽倉庫和加料平臺，濃相輸送系統(tǒng)等。氟化鋁在氟化鹽倉庫拆袋后裝入濃相輸送系統(tǒng)的壓力罐，通過濃相輸送管路加入到電解槽槽上氟化鹽料箱內。該方式的優(yōu)點在于：自動化程度高，操作人員少，設備維護量小，由于是封閉系統(tǒng)輸送，物料損失小等；缺點在于：造價相對較高；電解槽上新增管路，造成槽上空間布置復雜；維護工作量大。表3 新型氟化鹽加料方式同電

15、解槽氟化鋁料箱加料方式對比表序號輸送方式投資（萬元/2個電解系列）自動化程度操作人員設備利用率維護量1多功能機組加料方式約500一般較多增加多功能機組負荷率較大2專用氟化鋁加料車方式約850較高較少一般進口設備維護不便3濃相輸送方式約950高少較低較小4新型氟化鹽加料方式約4高少高很小兩個電解系列氟化鋁輸送到電解槽氟化鋁料箱三種氟化鋁輸送方式，投資需要：多功能機組加料方式需投資約500萬元；專用氟化鋁加料車，投資約850萬元；濃相輸送系統(tǒng)方式，投資約950萬元。以上方式還要增加另外的費用，電解槽增加氟化鋁料箱，配套增加定容器等設備費用需要約100萬元。連 鋁 科 技5.1.2新型氟化鋁加料方式

16、投資估算兩個電解系列新型氟化鋁加料方式投資約4萬元，配套增加的設備有單梁吊6臺、氟化鹽料箱6個，投資額很低，相比電解槽氟化鋁料箱三種氟化鋁輸送方式節(jié)省投資數(shù)額約586萬元1048萬元。5.2節(jié)約氟化鋁效益估算5.2.1電解一廠電解三車間節(jié)約氟化鋁效益估算電解一廠電解三車間2008年1-6月份噸鋁氟化鹽單耗平均為28.3kg/t， 2008年7-10月份氟化鋁單耗完成23.0kg/t，同比凈降低5.3kg/t。年產鋁錠約42000噸。氟化鋁2009年計劃價5128元/噸。年節(jié)約氟化鋁量約：42000x5.3/1000=222.6（噸/年）年節(jié)約氟化鋁價值約：222.6 x5128 x1/1000

17、0=114.1(萬元年)5.2.2電解一廠電解一車間、電解二車間節(jié)約氟化鋁效益估算2009年進一步推廣到整個電解一廠,電解一車間、電解二車間。年產鋁錠約89000噸。氟化鋁單耗由一月的28.4 kg/t，二月的32.5 kg/t，一、二月平均單耗30.45 kg/t；降低到三月份的25.2 kg/t，四月份的25.48 kg/t，平均降低約5.08 kg/t。電解一廠電解一、二車間，年節(jié)約氟化鋁量約：89000x5.08/1000=452.1（噸/年）年節(jié)約氟化鋁價值約：452.1 x5128 x1/10000=231.8(萬元年)總計電解一廠年節(jié)約氟化鋁價值約：114.1+231.8=345

18、.9（萬元/年）。5.2.3其它間接效益新型氟化鋁加料方式，同其它方式相比，投資少，增加設備數(shù)量少，同時其結構簡單，設備故障率很低，維護工作量很小，因此能夠節(jié)約相應的設備維護檢修費用。新型氟化鋁加料方式，氟化鋁加料可以納入輸料凈化車間負責，不用新增人員，節(jié)約人工費用。6綜述氟化鹽是電解生產中十分重要的原料,它對控制電解槽電解質溫度,保持電解槽技術條件發(fā)揮著重要的作用。新型氟化鹽加料方式能夠定時定量，均勻添加，減小鋁電解槽分子比波動，從而導致電解槽溫度變化減小，槽況趨與穩(wěn)定。新型氟化鹽加料方式為電解質過熱度變化的可控性提供了一種途徑和條件，促使熱平衡調整進一步的改進，從而最終影響電解技術經(jīng)濟指標的提升和優(yōu)化提供了一種途徑。該裝置可以實現(xiàn)多種氟化鹽的定時、定量、均勻加料，促進電解生產中綜合利用多種氟化鹽，調整電解鋁生產工藝技術的發(fā)展。在電解一廠電解三車間年產4.2萬噸電解鋁的100KA電解槽試驗三個月，80%的氟化鹽在新型氟化鹽加料裝置中添加，20%在電解車間添加，取得了如下效果：（1）分子比合格率實驗前后比較提高7.44%。（2）氟化鹽平均單耗實驗前