有关低温铝电解的研究

白崇文

（遵义铝业股份有限公司，贵州 遵义563100）

1886 年，炼铝的冰晶石一氧化铝融盐电解法是由美国霍尔和法国埃鲁共同发明的。虽然这种方法一直沿用到今天，但是这种方法还是存在较多的问题，比如：较低的能量利用率、高达940—960℃的工业生产电解温度、存在严重的环境污染等等。基于以上的考虑，人们一直在不断的加大对炼铝的新方法的研发力度。在诸多研究之中，由于，低温铝电解具有提高原铝纯度、有效的减少能耗、延长电解槽寿命等等一系列优点，已经广泛的引起关注。

1 低温铝电解的定义

电解温度一般是指在电解生产过程中电解质的温度，电解质温度=电解质初晶温度+过热度。在实际生产过程中，有两个方面能有效降低电解温度，其一是对电解质的初晶温度进行降低，其二是对电解温度与初晶温度的差值进行降低。

考虑到铝的熔点为650℃，从理论上来分析，电解温度来说只要达到700 一800℃即可进行电解，为了能使低温铝电解发生在温度700-800℃左右，对低温铝电解的原材料的选择是非常重要的，通常情况下，可以选择氧化铝，分析原因可得：这是由于较低的氧化铝价格，此外，还有较小的吸水性，同时又方便运输和贮存。

2 低温铝电解的意义

从理论上来说，电解温度一旦700-800℃就可以进行电解，而工业电解温度一般为850-870℃，降低电解温度工业生产是一个非常有价值的工作。

保持铝电解槽能量平衡的基本原理是:对电解槽能量收入进行必要的减少，与此同时，还需要对能量支出进行减少。就当前而言，在实际铝工业生成过程中，通常采取加强保温的方式，其目的是希望能尽可能的防止电解槽热量损失，比如：对阳极保温和槽体保温进行加强，这些方法在一定程度上起到了作用，然而，电解槽的制造费用通常与槽体保温层的厚度成正比，如果槽体保温层出现相对较厚的情况，就需要去开发新的方法去降低电解温度。

2.1 降低电解温度可减少热损失，有利于节电

电解槽内壁温度每减少15℃，经侧壁的热流量大概损失800kJ/(m2.h)。就一台150KA的大型电解槽而言，一旦电解温度减少15℃，那么全槽的对外热损失总量损失的幅度，大概是节省了80kwh/t.Al。

2.2 降低电解温度可提高电流效率

在电解质中，铝液的溶解度和溶解速度通常是随着电解质温度的降低而降低，这样将直接造成溶液中的铝扩散到阳极区被CO2气体氧化的数量大大减少，从而降低了铝的溶解与损失，提高了电流效率。按照以往的实验表明，在900—950℃的电解温度范围内，随着电解温度的降低，电流效率的会得到明显的提高，从950℃降低到900℃，电流效率可提高5%—7%。

还有，电解温度的降低，将会有助于阳极炭耗以及氟化盐的消耗的降低，当然，还会对电解槽的寿命起到一定的延长作用，换个角度来说，这将会对铝电解的生产成本起到降低的作用。在铝电解工业方面，这最终会缩短我国和国外的差距，在国际市场上竞争能力也会有所提高。

在铝电解的实际生产过程当中，必须对电解质的分子比进行科学、合理的分析，当然，是否选择一个科学、合理的分析方式在很大程度上会影响到低温电解槽温度的稳定性。在实际低温电解过程中，非常重要的是测量和控制电解温度、初晶温度和过热度，当然，更为重要的是研究了电导法和氯化铝滴定法分析分子比，这在很大程度上解决了科学合理的分析电解质的分子比的问题，这将在很大程度上对铝电解生产起到积极的推动作用[5]。

3 含有锂盐的低温铝电解工业试验

3.1 含有锂盐的低温铝电解试验

通常来说，电解槽电解温度920—940℃，电解质分子比保持在2.2—2.4，为了对电解温度进行必要的降低，对技术经济指标进行合理的优化，可以通过成立低温铝电解工艺试验小组的方式，每周召开一次试验例会，电解车间的主任和主要技术人员都需要参加，由试验车间主要生产技术人员介绍试验槽炉膛变化、运行情况及存在问题，技术开发科统计试验槽主要技术条件和经济指标，包括:电解质水平、铝水平、分子比、电解温度(最低、最高、最近和平均值)、AIF3 添加量、效应系数、平均电压及出铝量，讨论研究槽况及问题产生的原因，并提出改进的措施，对在试验中取得一些成功的经验，尽快地推广应用到系列中其它电解槽上。

3.2 试验结果的讨论

在对电解进行试验的前提下，需要选择低分子比低温电解技术，其中电解温度保持在930℃左右，分子比保持在2.1-2.3。当然，在这过程中，槽子还是不可避免的出现了一些问题：

在实际生产时，其中一些电解槽炉底出现大面积结壳现象，这就直接造成电解质的发粘，同时观察发现存在明显的严重下缩现象。此外，虽然一些槽的电解温度不高，然而可能存在偏高的过热度，通常来说，槽帮的厚度是由过热度控制的，在进行低温电解生产时，电解质成分在很大程度上决定了电解质初晶温度，过热度大小和变化决定着热流量的大小和变化，也决定着炉帮的长化。对以上出现的这些问题进行进一步的分析，最终发现所得其主要原因是由一次性添加氟化铝的量太多添，过快的降低分子比，偏低的电解质过热度，出现过低的电解温度引起的。基于以上问题的分析，在进行低分子比低温电解时，尽量不要出现过快的降低分子比的现象，为了使得低温电解的顺利进行，可以规定分子比的降低梯度为0.05，当然，在对分子比进行降低的同时，需要对槽工作电压进行相应的升高。

此外，还需要进一步提高电解槽的炉帮的稳定性，这启动后期显得尤为重要，还需要建立好高分子比的坚固炉帮，这样就具有更强抗温度和过热度波动的能力，在实际生产过程当中，需要对铝电解生产技术管理进行进一步的加强，为了防止出现由于电解温度和过热度的大幅波动对炉帮造成破坏的现象，应该选择恰当的控制策略，控制好电解温度的稳定性，过热度进行较好的控制。

结语

总之，通过对含有锂盐的低温铝电解工业的试验研究，已研究出一套较为合理的铝电解槽工艺技术条件，对分子比和电解温度的严格控制是其中的关键环节。在对电解温度进行降低的过程中，尽可能的去避免因过快的降低分子比降以及炉底形成结壳。

[1]周铁托，洪建中.铝电解低分子比控制过程中若干技术问题探讨[J]， 轻金属，2007(10):38—42.

[2]卢惠民，丘口竹贤.低分子比铝电解中铝的溶解度和A1203 浓度分布阴， 轻金属，2007(2):22—25.

[3]沈时英.铝电解质的酸度问题[J]，轻金属，2002(11):24—31.

[4]张明杰，赵恒先，邱竹贤等.铝电解质冰晶石分子比分析中面临的几个问题[J]，抚铝科技，2007(10):1—6.

[5]卢惠民，邱竹贤.低温铝电解的研究(l)[J]，轻金属，2007(4):24—28.