氧化铝质量对铝电解的影响及控制分析

2016-08-12广西华银铝业有限公司广西百色533700

低碳世界 2016年17期

杨　帆（广西华银铝业有限公司，广西百色 533700）

氧化铝质量对铝电解的影响及控制分析

杨帆（广西华银铝业有限公司，广西百色 533700）

近年来，受全球宏观经济增速放缓的影响，铝电解铝价下滑，加之产能过剩，行业内企业间的竞争日具激烈，为求生存与发展，铝电解厂更加注重生态环境与生产条件的改善，并由于现代铝电解厂采用大型中间干法烟气净化与下料预焙槽技术的不断发展，对于氧化铝材料也提出了更高的要求。对氧化铝除了要求其具有较高的纯度和稳定的质量外，还要求其具有优良的物理性质：流动性好、强度高、溶解性好、不产生粉尘、具有较高的比表面积等。本文就氧化铝质量对铝电解造成的影响进行深入的分析，并提出氧化铝化学及物理性能质量改善的有效策略。

氧化铝；电解铝；质量影响与分析

1　氧化铝质量的要求及对铝电解影响

1.1氧化铝质量要求

氧化铝质量现行有效的国家标准是GB/T24487-2009，其中化学成分为应符合表1的规定。

氧化铝微量元素主要包括V2O5P2O5MnO TiO2等。

物理性能主要包括粒度、比表面积、松装密度等项目。

铝电解厂对氧化铝的质量要求，化学成分一般按国家标准，也均能符合，质量差别不大；氧化铝质量的好否更是具体体现在物理性能的优劣，物理性能满足的程度越高氧化铝质量越好，产品越受用户的青睐。

1.2化学性质的影响

氧化铝的化学纯度是对原铝质量造成影响的主要因素，除此之外，与铝电解反应中的经济技术指标也有着直接的关联。

1.2.1氧化钠

氧化铝存在的杂质大多为氧化钠，一旦氧化钠的含量超标将会直接威胁到电解槽正常工作。如果出现电解质钠含量过高的情况时，只有添加氧化铝才能够使NaF/A1F3值维持在正常值，从而也耗费了更多的氟化盐，同时电解槽中电解质的体积也跟着增加。根据计算，氧化铝中氧化钠含量每增加0.1%，每产生1t铝需要多消耗价格昂贵的氟化铝3.8kg。

1.2.2其他氧化物杂质

氧化铝中具有的如TiO2，SiO2，Fe203等氧化物杂质，和铝相比更具正电性，上述杂质元素在电解时，会从阴极上析出，降低原铝质量，并对电流效率产生影响。

1.2.3灼减

灼减具体表现为进入电解槽后，氧化铝所释放的总水量。氟化氢气体是由于电解质中的氟化物与氧化铝中吸附的水共同反应生成，使得氟化物排放量增加。氧化铝如果灼减量较高，那么溶解时间也就相应较短，所生成的结壳，硬度与强度都较大，能够有效降低热损失，使其长期维持在电解质上方。但电解质熔体进入的氧化铝灼减量较高时，因为高性能的溶解极易造成、颗粒处于游离状态，挥发物起泡的状况。如果氧化铝的吸附的水份较多或灼减较高时，将增加电解质中氟化物水解产生氟化氢。电解厂要求氧化铝水份少，但水份在很大程度上取决于焙烧程度，这就要求灼减小、比表面积大，但吸湿性要大，这样才能维持均衡。

1.3物理性质的影响

氧化铝物理性质的表征指标常表现为：比表面积、磨损指数、粒度等。氧化铝的融解冰晶石熔体的速度、保温性、灰尘量、吸附氟化氢的能力以及流动等均与上述物理性质有着密切的关联。确保氧化铝物理性能的稳定性，保持良好的流动性，溶解性，才能为电解槽的风动输送与自动向添加提供便利，产品在输送与下料过程中，增强氟化氢吸附能力，减少飞扬损失，发挥吸附剂的烟气净化功效，改善生态环境，降低氧化铝单耗。

1.3.1粒度

粒度是氧化铝一个很重要的质量指标，主要表现为百分比小于45μm的细颗粒与大于150μm的粗颗粒的两种主要粒级参数表现形式。大于150μm粗颗含量会降低氧化铝在电解质中的溶解速度和影响沉淀。而小于45μm细颗含量增多给电解作业带来诸多影响：①因粒度细流动性差，在流程中易堵塞，特别是下料口电解结壳，增加了人工清结壳的次数，尤其氧化铝细度-45μm＞20%时，用人工捅电解槽结壳的次数明显增多；②因粒度细溶解性差使电解电流分布、温度分布不均增加电耗，据某厂测试-45μm粒度比例每增加10～12%，每吨铝增加1%左右的电耗；③氧化铝粒度细，其吸附能力差，增加氟化盐的消耗，另外氟化物排放高，不利于环境保护；④氧化铝粒度细会增加其在生产流程中的飞扬损失。

1.3.2磨损指数

氧化铝粒度与强度与磨损指数都有着决定性的关联。磨损指数越小越好，越小表征氧化铝强度越大，从而也能够减少烟气净化系统在运输及电解槽过程中因磨擦、碰撞而引起的粒级含量增加的情况。

1.3.3比表面积

比表面积是单位物料外表面积和内孔表面积之和，比表面积一般控制在60～80m2/g左右。比表面积大的氧化铝在电解质中溶解性能好、活性大，而比表面积小的氧化铝吸附能力差不利对氟化氢的吸附，同时在电解质中其溶解速度也会降低，结晶度提高，在槽底易产生沉淀。

2　氧化铝质量的控制

2.1化学性质的控制

Na2O是氧化铝样品中含量最高的杂质，氧化铝在碱法生产的氢氧化铝中存在两种形式的氧化钠：①氢氧化铝在洗涤过程中，并未将残留在其中母液完全清除，降低碱含量可以通过表面活性剂使过滤滤饼脱水或大量、多次的清洗来实现。②氢氧化铝晶格中与氢氧化铝分解产生的碱相互融合，当前还未发现有效的去除方法。所以，为了能够降低氧化钠在氧化铝中的含量、并且在降低消耗的同时提高溶液的产量，应当不断对分解步骤进行改良优化。生产砂状氧化铝的厂家，因为洗涤次数多、粒度粗、粘度低、温度高，而氧化铝样品中的Na2O低于0.40%，氢氧化铝滤饼碱附着量低于0.06%。粉状氧化铝厂商，因为温度低、粒度细，Na2O含量约占样品的0.50%左右，因其进行清洗，以使Na2O含量降低，提高了厂家投入成本。

2.2物理性质的控制

表1

氧化铝物理性质的差异，大多是因为不同的氢氧化铝锻烧与铝酸钠溶液分解过程的技术工艺所导致。

2.2.1合理控制分解工艺

氧化铝中间产品氢氧化铝的强度与粒度在一定程度上决定了氧化铝的强度与粒度。砂状氧化铝在生产过程中，应确保所制的氢氧化铝强度较大、粒度较粗。氢氧化铝的粒度和强度取决于分解过程的控制，根据对产品粒度的要求，控制生产条件，生产出粉状的氧化铝和砂状氧化铝。中间状与生产粉状的氧化铝生产厂家，砂状氧化铝也能够经过焙烧与分解技术的改良生产出来。提高分解温度能使氢氧化铝颗粒相对增大，但不利于分解率和产能的提高；铝酸钠料浆溶液稀些有利于分解率和粒度增大，但会影响到设备产能的提高；搅拌的目以保证晶种与溶液有良好的接触，但搅拌过慢起不到搅拌的作用，甚至还有可能造成氢氧化铝沉淀，过快会把生产的氢氧化铝晶体打碎，造成氢氧化铝变得更细。因此，应该综合考虑上述各种因素对设备产能、分解率和氢氧化铝质量的影响，优化种分作业条件，确定比较合理的操作条件，最终确保氢氧化铝的质量。

2.2.2掌握合理的焙烧工艺条件

氧化铝的焙烧质量与焙烧工艺的控制有着最为直接的关联。焙烧过程不仅是氧化铝脱水的过程，而且存在氧化铝复杂的相变过程，不同程度的相变会导致氧化铝γ-A12O3、a-A12O3的比例不同，它影响着产品流动性、安息角、比表面积、吸附能力等物理性质。氢氧化铝进行烘焙时，首先必须合理控制焙烧温度，因为氧化铝的焙烧量较高、比表面积高、a-A12O3含量较低，通过焙烧温度的提高，降低焙烧控制，也易引起能耗提升。大部分研究显示，采取低温快速焙烧工艺，氧化铝粒度中细粒少、比表面积大，挥发及含水均较多。