一种复杂电解质体系下建立氧化铝浓度平衡的方法

摘要

一种复杂电解质体系下建立氧化铝浓度平衡的方法，预先设定铝电解槽电压U、电解质温度T、电解质水平L1以及铝水平L2；然后设置初始电压U0=U+u，初始铝水平L20=L2+l2cm，通过调控电解槽中NaF投放量的方式，逐步将NaF/AlF3的分子比提高到2.60～2.75的范围内，然后将电压、温度以及铝水平降至预先设定值，在预先设定值下达到能量平衡和物料平衡后，设置最终电压为U1=U-umv；本发明能够更加科学、有效地控制氧化铝浓度并能更好地因槽制宜建立氧化铝浓度平衡关系，将氧化铝浓度平均保持在2.6%左右，波动范围从最低1.5%左右到最高3.5%左右。

说明书

技术领域

本发明属于电解铝技术领域，特别涉及一种复杂电解质体系下建立氧化铝 浓度平衡的方法。

背景技术

在大型预焙铝电解槽生产实践中，氧化铝浓度控制技术的好坏以及平衡 的建立与否对于稳定槽况、提高电流效率以及降低能耗至关重要。

目前，在国内大量的生产实践中，由于受现有技术条件、人工操作质量、 原辅材料质量以及辅助工序等各种相关因素的影响，导致电解质体系成分复 杂多样且不同成分之间浓度比例不易控制，特别是氧化铝浓度难以控制到最 佳状态，氧化铝浓度平均达到3.5%左右，且波动较大，电解质流动性、导电 性及溶解氧化铝的性能较差，浓度平衡很难建立。因此，严重影响了铝电解 槽电流效率的提高和能耗的降低，也在很大程度上制约了铝电解生产的进一 步发展。

在目前国内铝电解生产自动化程度不高的情况下，人工操作质量的好坏 对于控制氧化铝浓度、建立浓度平衡会有很大影响，主要体现在以下两个方 面：1）阳极交换；现状：①换极质量差，新极16h合格率≤90%；②换极 操作时间过长（交换一块阳极约需28分钟）且操作不规范，对电解槽的干扰 较大；2）下料点开孔率；现状：下料点开孔率≤80%，严重影响向电解槽 供料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复杂电解质体 系下建立氧化铝浓度平衡的方法，能够更加科学、有效地控制氧化铝浓度并能 更好地因槽制宜建立氧化铝浓度平衡关系。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种复杂电解质体系下建立氧化铝浓度平衡的方法，通过增加电解质中 NaF投放量或减少电解质中AlF₃投放量的方式，逐步将NaF/AlF₃的分子比提 高到2.60～2.75的范围内。

在调整所述NaF/AlF₃分子比之前，预先设定铝电解槽电压U、电解质温 度T、电解质水平L1以及铝水平L2；然后设置初始电压U₀=U+u，初始铝水 平L2₀=L2+l₂cm，在调整所述NaF/AlF₃分子比之后，将电压、温度以及铝水平 降至预先设定值；在预先设定值下达到能量平衡和物料平衡后，设置最终电 压为U₁=U-umv。

所述铝电解槽为180kA预焙铝电解槽，U=3.75～3.95V，T=920～935℃， L1=19～22cm，L2=22～25cm，u=（5～10）mv，l₂=（0.5～5）cm。

对所述铝电解槽的阳极更换，在铝电解槽处于能量平衡和物料平衡状态 下时进行，过程中维持电压在设定范围内。

在所述铝电解槽的进料孔中埋设电磁线圈，以实施监控铝电解槽在下料 状态时的下料量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.氧化铝浓度平均保持在2.6%左右，相比之前的3.5%有明显下降，波动 范围也有进一步缩小，从最低1.5%左右到最高3.5%左右；

2.电解质过热度更加趋于合理，非常有利于电解槽炉帮的形成，这对于 更好地控制氧化铝浓度稳定槽况有很大帮助；

3.电解质流动性、导电性及溶解氧化铝性能得到明显改善，特别是在同 等槽电压情况下因电解质电导率的提高使极距得到有效释放从而实现提高电 流效率、降低电耗的目的。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。

本公司某车间A槽（180kA预焙铝电解槽）槽况稳定性差，电解质发粘， 氧化铝浓度偏高，导致工作电压居高不下且效率低下（该槽各项技术参数见 下表1）。

表1：A槽技术参数一览表

新技术如下：

1.优化电解质成分

本发明最核心的部分就是对于电解质成分的优化，重点是对电解质中分 子比（NaF/AlF₃之比）的优化。现有技术要求分子比较低，导致电解质导电 性能较差，同时也在很大程度上影响了电解质的流动性和溶解氧化铝的性能， 因此，本发明通过增加电解质中NaF投放量或减少电解质中AlF₃投放量的方 式，逐步将NaF/AlF₃的分子比提高到2.60～2.75的范围内，具体方案为：

方案1：增加电解质中NaF投放量

电解槽有液体电解质8000Kg,将分子比从2.4提高到2.7,需加入曹达量 （Na₂CO₃）的计算方法为：

解:曹达与冰晶石发生反应：

3Na₂CO₃+2Na₃AlF₆→Al₂O₃+12NaF+3CO₂

Na2CO3的分子量为106，NaF的分子量为42，ALF₃的分子量,84，8000kg 分子比为2.4的电解质中

NaF量＝8000*2.4*42/（2.4*42＋84）＝4364kg

ALF₃量＝8000－4364＝3636kg

若将100kg曹达加入电解质中，则由反应可知：1个分子的曹达与冰晶 石作用后使电解质中增加2个分子的NaF，而减少了2/3个分子的AlF₃

NaF增加100*（2*42）/106=79kg

ALF3减少100*84/106*2/3=53kg

此时电解质分子比变为

(4364＋79)/42÷(3636-53)/84=2.48

分子比升高2.48－2.4＝0.08

加曹达数量为：100：0.08＝X：（2.7－2.4）

X=100*0.3/0.08＝375kg

即总共需加入375kg曹达后，可将电解质分子比从2.4提高至2.7。但 为了防止分子比突变后电解槽发生激烈波动，375kg的曹达需分批次添加， 即每天添加20kg，19天后可将分子比逐步从2.4提高至2.7。

方案2：减少电解质中AlF₃投放量

电解槽有液体电解质8000Kg,将分子比从2.4提高到2.7,需减少电解质 中AlF₃投放量的计算方法为：

Q(AlF₃)=[2P（K1-K2）]/[K2（2+K1）]

=[2×8000×（2.7-2.4）]/[2.4×（2+2.7）]=425kg

上述计算公式中P为电解质总量，K1为调整后分子比，K2为调整前分子 比。

即总共需减少425kg AlF₃后，可将电解质分子比从2.4提高至2.7。由 于实际生产中每天AlF₃的添加量为25kg，因此将AlF₃停止添加17天后可 将分子比逐步从2.4提高至2.7。

2.调整技术条件

在优化电解质成分的整个过程中，必须兼顾其他技术条件的合理匹配， 特别是槽电压（决定电解槽热收入）和铝水平（决定电解槽热支出）的保持 尤为重要，因为，电解槽稳定运行的基础是必须要保证两个平衡——能量平 衡和物料平衡，相比之下保证能量平衡更为关键，只有在保证能量平衡的前 提下才能实现物料的平衡。

需要强调的是，对于电解槽设定电压的调整应该遵循“先升后降、先高 后低”的原则。因为，随着分子比上升必然会导致电解质初晶温度升高，为 了保证足够的过热度，需适当增加热收入以保证合适的槽温，因此，在调整 分子比起初阶段应先将设定电压提高5～10mv，并加强电解槽保温以减少热 损失，待分子比上升到合适的范围且电解质物化性能有了明显改善并保持稳 定之后再将电压逐步降下来。与此同时，为防止槽温上升过快促使炉底结壳 和沉淀融化太快导致炉底返热甚至出现阴极破损，铝水平调整应该遵循“先 留铝后撤铝”的原则。即在槽温上升化炉底的过程中适当留铝，待炉底基本 清理干净炉膛达到规整后再将铝水平调整到合理范围。

具体到本实施例中，参数设定如下：

1）在调整分子比起初阶段先将设定电压提高5mv至3.905V，并加强电 解槽保温，减少热损失。槽温从原来的919℃逐渐上升至927℃左右；

2）分子比调整结束后下调设定电压5mv，待槽况稳定之后继续下调设定 电压5mv。

表2：A槽技术参数调整前后对比表

3.提高人工操作质量

1）确保换阳极质量

阳极是预焙铝电解槽的“心脏”。阳极工作的好与坏直接决定着电解槽的 平稳运行，因此，难免会严重影响到氧化铝浓度的控制和平衡的建立。鉴于此， 对阳极交换主要工序进行归纳总结形成统一规范——“一稳、二看、三认真”： 一稳就是在换极前要保证电解槽运行基本稳定；二看就是在交换阳极的过程中 看好电压，在作业完毕后的一段时间内还要多看几次电压，确保电压保持在正 常范围内；三认真就是要在操作的整个过程中做到认真扒浮料、认真捞块、认 真检查相邻阳极、换极处两水平以及炉膛状况等。

2）保证进料孔畅通

目前，大型预焙铝电解槽基本都采用点式自动打壳下料系统，电解槽进料 孔畅通与否直接影响到氧化铝能否真正进入到电解质中，因此，对于氧化铝浓 度控制和平衡的建立也是非常重要。

因此，在保证打壳下料系统运行正常的前提下，加强巡视，确保下料点火 眼畅通，同时采用自动监控技术，在下料孔处埋设电磁线圈，当铝电解槽在下 料状态时时，通过电磁线圈的感应电流大小，判断下料状态，如果感应电流 降低，则说明可能产生拥堵，需要人工干涉，加强了监控能力。

新技术实施后A槽整体槽况运行平稳，电解质流动性、导电性及溶解氧化 铝性能等有了明显改善，检测证明氧化铝浓度降低到了2.5%左右，直流电单耗 有所降低，整体效果良好。