锂盐、钾盐对预焙槽生产的影响

陈富强

（宁夏能源铝业集团公司,宁夏 青铜峡 751603）

锂盐、钾盐对预焙槽生产的影响

陈富强

（宁夏能源铝业集团公司,宁夏 青铜峡 751603）

电解铝工业生产中可通过添加锂盐以改善电解质状态和降低电解质初晶温度,从而取得更高的电流效率。但由于国产氧化铝中杂质较多、溶解性差,随着槽龄的增长,采用该类型氧化铝作为原料的电解槽出现锂、钾的大量富集,电解质成分变得复杂,过热度增大,技术条件保持难度增加,本文重点阐述氟化锂和氟化钾长期积累带来的一些影响.

1 锂、钾来源

电解铝预焙槽生产的原料主要为氧化铝、阳极炭块.某公司 120 kA系列使用的国产面粉状氧化铝,生产厂商主要为中州、山西等,对比砂状氧化铝存在溶解性差、流动性差、杂质含量高等缺点,长期采用该类型氧化铝使氟化锂、氟化钾含量远高于国内其他铝厂.该系列启动至今槽龄已在 1 500天以上,随着槽龄的增长和长期杂质的累积,使该系列电解质成分变得异常的复杂.

2 氟化盐含量

国内外的一些资料上显示,氟化钙含量保持在 6%左右对提高电效有较好效果,从相关的分析数据显示,120 kA系列氟化钙含量均值在3.7%左右,氟化镁含量均值在 0.5%左右,叠加在 4%左右,远低于该公司 200 kA系列和350 kA系列的 6%～7%,而氟化钾的含量曾一度达到 4%,后经过使用一段时间的进口氧化铝,锂盐和钾盐的富集有所减缓,浓度下降,保持在 3%左右.

表 1 近期该系列抽样电解质成分分析 （质量分数） %

3 氟化盐性质对比

氟化钙我们较为熟悉,它是一种中性添加剂,对分子比不会造成影响.优点:可以降低初晶温度,增加铝液与电解质界面的张力,降低铝在电解质中的溶解度,提高炭渣分离效果,增大阳极气体尺寸,减小阳极气体表面积,减少铝的二次溶解损失等.但氟化钙添加也会带来负面影响,如降低电解质的电导,降低氧化铝的溶解度,增加电解质的密度.碱金属氟化物都可以增加电解质的电导能力,而碱土金属氟化物会降低电解质的电导能力.

同主族氟化物氟化钙与氟化镁的性质极其相似,这两种添加剂都能从一定程度改善电解质的物理化学性质.国内外对于氟化锂、氟化钙、氟化镁等研究较为透彻,而对氟化钾研究资料较少,我 们可以通过推导得出氟化钾的一些基本性质.

表 2 常见氟化盐性质对比

3.1 对电解质密度的影响

氟化锂、氟化纳均可以降低电解质的密度,氟化钠降低的效果要小于氟化锂,根据第一主族金属元素及其化合物的性质,可以推断出氟化钾也可降低电解质密度,效果小于氟化锂、氟化钠.电解质密度的降低有利于电解质与铝液的分层,减小单质铝在电解质中的溶解,有利于电流效率的提高.

图 1 常见添加剂对电解质密度的影响

3.2 对电导率的影响

氟化锂和氟化钠均可以增大电解质的电导率,工业生产中通过添加适量的氟化锂以改善电解质导电能力.同 3.1,我们可以推导出氟化钾也可以增加电解质的电导能力,即在同等电压保持情况下,可以增大极距,有利于增加电解槽稳定性和提高电流效率.

3.3 对分子比的影响

氟化锂属于碱性添加剂,可以提高电解质的分子比,而氟化钙属于中性添加剂,对电解质分子比基本无影响,而氟化镁是酸性添加剂,它的加入会降低分子比.氟化锂加入和 A lF3反应,生成L i3A lF6,该反应和氟化钠与 A lF3反应类似,同理我们可以推测 KF可能也存在类似的反应,参考氟化锂添加对分子比的影响推测 KF的加入会引起分子比的上升,从对炉底沉淀的分析的结果中,存在 K2NaA lF6这样一个相,说明 KF对电解质状态存在影响,但具体影响有多大,是否是简单的叠加,仍需要进一步探讨.

由于该系列中氟化锂和氟化钾的富集,过高的锂、钾含量导致该系列真实分子比偏高,对电流效率的负面影响较大.

3.4 对电解质黏度的影响

电解质黏度大会造成氧化铝扩散溶解能力的降低,阳极气体排出困难,炭渣分离效果变差,但它同时也降低了铝在电解质中的扩散和氧化损失,延长了氧化铝在电解质中的停留时间,减少炉底沉淀.氟化锂、氟化钾可以降低电解质的黏度,从而有利于阳极气体的排除,减小铝的二次溶解,有利炭渣分离,但同时可能会造成炉底的沉淀增加.

3.5 对过热度的影响

所有添加的氧化物和氟化物都有降低初晶温度的作用,如二氧化硅、氧化钠、氧化铁、氧化镁、氟化铝、氟化锂、氟化镁、氟化钙等,尤其是氟化锂、氟化钾具十分明显的降低初晶作用,导致该系列过热度过大,炉帮偏薄.同时由于氟化锂、氟化钾降低氧化铝溶解能力,如果一味的通过降低槽温来缩减过热度,将导致氧化铝溶解能力进一步下降,电解槽稳定性下降,目前该系列一直处于炉帮偏薄的状况,对槽寿命的延长和电效的提高存在不利影响.

4 结 语

电解铝工业生产中通过添加锂盐以改善电解质和降低初晶温度,从而取得更高的电流效率.由于考虑锂盐的成本,未进行大规模添加.该系列电解质成分中锂盐、钾盐含量过高,杂质较多,电解质成分复杂从而导致种种弊端.如果通过定期使用进口氧化铝进行稀释,使电解质中锂盐、钾盐的量能得到有效控制,使得过热度保持适当,充分发挥出锂盐、钾盐的正面作用,该系列将取得一个更高的电流效率.

A

1671-6620（2010）S1-0148-02