一种铝电解槽中氧化铝浓度测定装置及方法

摘要

本发明公开了一种铝电解槽中氧化铝浓度的在线测定方法及装置，所述方法的原理是根据悬挂在电解质中的刚玉陶瓷件的质量（或者重量）变化来测定电解质中的氧化铝浓度，所述装置是由天平或压力传感器、悬挂刚玉陶瓷件、数据采集系统组成的一套便携式测定装置。所述的氧化铝浓度在线测定方法包括两个步骤：首先建立d?m/dt（或者d?G/dt）及氧化铝浓度的标准曲线，然后根据在线采集并处理得到的d?m/dt（或者d?G/dt）值，得到一个时间段（1-10分钟）内的氧化铝浓度平均值。该方法具有快速、直接、成本低、干扰小、误差小的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽中氧化铝浓度的在线测定装置及方法。

背景技术

在铝电解的过程中，控制好电解质中的氧化铝浓度是至关重要的，氧化铝浓度控制过低，对于传统电解槽会出现阳极效应，对于使用惰性阳极的电解槽会加剧阳极的腐蚀，氧化铝浓度控制过高，则会出现槽底沉淀。及时准确测定电解质中的氧化铝浓度可以帮助下料系统更准确的控制电解质中的氧化铝浓度。现已经有很多种测定氧化铝浓度的方法，包括取样化验法（包括氯化铝溶出法、X-射线衍射法、测定总氧量法等）、电化学法（包括计时电位法、临界电流密度法、阳极效应电压法、电动势法等）及槽电阻推算法。在这些方法中，取样化验法中的氯化铝溶出法在工业上已广泛应用，其特点是廉价并且方便，其缺点是分析时间长，不能就地及时得到在线的氧化铝浓度。已有的电化学法一般只是局限于实验室的研究，且误差较大，很难用于工业电解槽的氧化铝浓度测定。现阶段的铝电解槽一般通过测定槽电阻而间接推算电解槽中的Al₂O₃浓度，从而进行自动控制，这种方法存在误差大、干扰大的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝电解槽中氧化铝浓度的测定装置及测定方法。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种铝电解槽中氧化铝浓度在线测定装置，其特征在于，所述测定装置包括质量或重量变化测定装置、悬丝、悬垂物，所述悬丝的一端连接所述质量或重量变化测定装置，另一端悬挂所述悬垂物，所述质量或重量变化测定装置的信号输出端连接到数据采集计算机。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，在所述悬丝外设有保护管，在所述质量或重量变化测定装置外设有保护罩。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述质量变化测定装置为电子天平，所述重量变化测定装置为电子压力传感器。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述悬垂物为刚玉陶瓷材料。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述刚玉陶瓷件的形状是片状或球状。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述数据采集计算机安装在推车上，该推车上安装有升降器，该升降器上安装有延伸平台，所述质量或重量变化测定装置安装在所述延伸平台上。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述电子天平的精度不低于0.01克，所述压力传感器的精度不低于0.1牛顿。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述悬丝为耐热耐蚀的合金丝或者金属丝。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述悬丝的材质为不锈钢、钨、哈氏合金、或镍合金，悬丝直径为2-8mm。

根据上述的在线测定装置，其特征在于，所述保护管为刚玉管或不锈钢管。

一种铝电解槽中氧化铝浓度测定方法，其特征在于，所述方法包括将悬丝的一端悬挂悬垂物，并将悬垂物浸入熔融电解质中，所述悬丝的另一端与重量变化测定装置；所述质量或重量变化测定装置将测得的悬垂物的测量质量或测量重量变化信息传输给数据采集计算机，该数据采集计算机根据悬垂物的测量质量或测量重量变化计算熔融电解质中氧化铝的浓度。

根据上述的测定方法，其特征在于，计算步骤包括：首先建立d?m/dt或者d?G/dt与氧化铝浓度关系标准曲线，其中?m为悬垂物质量变化量，?G为悬垂物重量变化量，t为时间；电解质中氧化铝实时浓度根据在线测定的d?m/dt或者d?G/dt值与标准曲线比对来进行确定。 

根据上述的测定方法，其特征在于，进行在线氧化铝浓度测定时，取1-10分钟多个d?m/dt或者d?G/dt测定值的平均值来判断氧化铝的实时浓度值。

根据上述的测定方法，其特征在于，在所述悬丝外设有保护管，在所述质量或重量变化测定装置外设有保护罩。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述质量变化测定装置为电子天平，所述重量变化测定装置为电子压力传感器。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述悬垂物为刚玉陶瓷材料。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述刚玉陶瓷件的形状是片状或球状。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述数据采集计算机安装在推车上，该推车上安装有升降器，该升降器上安装有延伸平台，所述质量或重量变化测定装置安装在所述延伸平台上。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述电子天平的精度不低于0.01克，所述压力传感器的精度不低于0.1牛顿。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述悬丝为耐热耐蚀的合金丝或者金属丝。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述悬丝的材质为不锈钢、钨、哈氏合金、或镍合金，悬丝直径为2-8mm。

根据上述的测定方法，其特征在于，所述保护管为刚玉管或不锈钢管。

    本发明的有益效果：本发明的装置及方法能够实现氧化铝浓度的在线测定，当电解质中氧化铝浓度接近饱和浓度时，刚玉陶瓷件的质量（或者重量）变化不大，接近于零，容易测定到氧化铝是否处于饱和的状态，可以及时在氧化铝接近饱和时停止加料。而当电解质中氧化铝浓度较低时，刚玉陶瓷件的质量（或者重量）变化较为显著，而且浓度越小刚玉陶瓷件的质量（或者重量）变化越大，可以及时下料，补充所需的氧化铝。该方法具有快速、直接、成本低、干扰小、误差小的特点。

附图说明

图1是本发明的铝电解槽中氧化铝浓度的在线测定装置的结构示意图；

图2是本发明的d?m/dt与氧化铝浓度关系标准曲线。

具体实施方式

下面结合附图更详细的描述本发明的技术方案。

本发明的铝电解槽中氧化铝浓度的在线测定装置的示意图见图1，整套装置包括：电子天平（或者电子压力传感器）的保护罩1，电子天平（或者电子压力传感器）2，悬挂并固定悬垂物（优选为耐高温和耐腐蚀的刚玉陶瓷件5）的悬丝3，该悬丝为耐热耐蚀的金属丝或者合金丝，保护悬丝的保护管4，可以减小气流的干扰并减少粉状物料或者挥发物粘附在悬丝上，形状是片状或球状的刚玉陶瓷件5用来测定电解质中6的氧化铝实时浓度， 7为延伸平台，用来来放置电子天平（或者电子压力传感器），升降器8用来升降延伸平台7，推车9用来移动整套测定装置。

本发明的测定方法包括以下步骤：

（1）建立d?m/dt（或者d?G/dt）及氧化铝浓度的标准曲线：

       选择和电解槽中的电解质成分接近的电解质，电解质中开始不加入氧化铝，把电解质置于石墨内坩埚中，选择一定尺寸的刚玉陶瓷件5（图1），使用耐热耐蚀的合金丝或者金属丝2（图1）悬挂于电子天平（或者压力传感器）1底部的挂钩上，当电解质熔化后，把刚玉陶瓷件5（图1）浸入到电解质中6（图1），记录刚玉陶瓷件的测量重量变化，同时记录电解质中的氧化铝浓度，把数据进行处理后得到下的d?m/dt（或者d?G/dt）及氧化铝浓度的标准曲线（图2）；

       （2）测定电解槽中氧化铝浓度时，把便携式测定装置放置于电解槽旁，通过小推车9（图1）、升降器8（图1）及延伸平台7（图1）来调节电子天平（或者电子压力传感器）2（图1）的位置，把刚玉陶瓷件5（图1）预热后浸入电解质6（图1）中，稳定几分钟后根据d?m/dt（或者d?G/dt）及氧化铝浓度的标准曲线（图2）。结合计算机10（图1）在线采集并处理得到的d?m/dt（或者d?G/dt）值，得到一个时间段（1-10分钟）内的氧化铝浓度平均值。

    测定结束后，把刚玉陶瓷件从电解质中取出。刚玉陶瓷件及悬丝要根据使用情况及时更换，以保证结果的准确性。

实施例1

使用千分之一的天平来测定刚玉陶瓷件质量变化，使用刚玉管来保护悬丝，悬丝采用直径为4mm的310S不锈钢材质，根据上面的测定步骤（1）-（2）来测定氧化铝浓度，取1分钟内测定结果的平均值。

实施例2

使用精度为0.1牛顿的压力传感器来测定刚玉陶瓷件重量变化，使用刚玉材质的保护管来保护悬丝，悬丝采用直径为8mm的310S不锈钢材质，根据上面的测定步骤（1）-（2）来测定氧化铝浓度，取5分钟内测定结果的平均值。

实施例3

使用千分之一的天平来测定刚玉陶瓷件质量变化，使用310S不锈钢材质的保护管来保护悬丝，悬丝采用直径为2mm的钨丝，根据上面的测定步骤（1）-（2）来测定氧化铝浓度，取10分钟内测定结果的平均值。

实施例4

使用百分之一的天平来测定刚玉陶瓷件质量变化，使用刚玉材质的保护管来保护悬丝，悬丝采用直径为4mm的镍合金材质，根据上面的测定步骤（1）-（2）来测定氧化铝浓度，取3分钟内测定结果的平均值。

实施例5

使用百分之一的天平来测定刚玉陶瓷件质量变化，使用哈氏合金材质的保护管来保护悬丝，悬丝采用直径为6mm的镍合金材质，根据上面的测定步骤（1）-（2）来测定氧化铝浓度，取6分钟内测定结果的平均值。

实施例6

使用精度为0.01牛顿的压力传感器来测定刚玉陶瓷件质量变化，使用刚玉材质的保护管来保护悬丝，悬丝采用直径为6mm的哈氏合金材质，根据上面的测定步骤（1）-（2）来测定氧化铝浓度，取4分钟内测定结果的平均值。