电解铝主材中Si、Fe对原铝质量影响

李新峰

（1中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083 2河南中孚实业股份有限公司， 河南 巩义 451261）

电解铝主材中Si、Fe对原铝质量影响

李新峰1，2

（1中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083 2河南中孚实业股份有限公司， 河南 巩义 451261）

本文通过对影响电解铝质量较为明显的主材微量元素Si、Fe进行相关数据的收集整理，采用统计学方法，运用线性回归方程，建立相应数学模型，量化Si、Fe对原铝质量的影响程度,通过对百分比关系及元素含量走势图分析，达到对氧化铝和预焙阳极中Si、Fe影响原铝质量程度的量化研究。

氧化铝;预焙阳极;Si、Fe;原铝质量;运行变化;函数关系;回归方程;量化研究

原铝中杂质元素主要来源于氧化铝和预焙阳极，但也有一些杂质元素还来源于生产操作环节。其中，影响原铝质量最明显的杂质元素主要是Fe、Si、Zn、V、Ga等，而怎样控制这些杂质元素则成为目前原铝质量控制的关键。本文以Si、Fe为例，通过对原铝、氧化铝和预焙阳极中Fe、Si两元素含量之间的关系，探讨氧化铝和预焙阳极中Si、Fe对原铝质量的影响大小。

以中孚铝业公司的生产数据作为统计对象。在统计时，由于氧化铝和预焙阳极的使用范围不能与电解槽一一对应，所以只能从宏观上来进行统计分析。在统计时需要考虑实际进入原铝中的杂质元素含量，根据中孚铝业公司生产情况，每生产1吨原铝需要净耗1.889吨氧化铝和0.387吨预焙阳极。因此，氧化铝和预焙阳极的Si、Fe含量的月平均值乘以相应系数，再与原铝中Si、Fe含量的月平均值进行计算，找出它们之间的关系。

1 氧化铝

铁硅含量月平均值计算：分别计算每个厂家氧化铝中的Fe2O3含量和SiO2含量的月平均值，然后换算成每个厂家氧化铝的Fe含量和Si含量的月平均值，再乘以每个厂家月供货量，最后相加再除以每月一分厂氧化铝总消耗量得出。其中Fe2O3含量和SiO2含量转换成Fe含量和Si含量的公式为：Fe%= Fe2O3%×，Si%=SiO2%×（铁的原子量56，硅的原子量28）。生产1吨原铝所引入的氧化铝中的铁硅含量为：氧化铝铁硅含量乘以1.889。则每月氧化铝中进入原铝的铁硅含量月平均值为：氧化铝铁硅含量月平均值乘以1.889。

2 预焙阳极

由于预焙阳极微量元素是每月抽查1次，将抽查结果的平均值作为炭素公司的铁硅含量月平均值。同时铁硅含量月平均值需要转换为：每吨原铝中实际需要消耗的预焙阳极量所引入的铁硅含量。即转换后的预焙阳极铁硅含量月平均值为：预焙阳极月平均值乘以0.387。

3 原铝

原铝铁硅含量月平均值直接从生产管理系统统计得出。

4 函数关系

4.1 建立回归模型

根据收集整理的连续12个月的原铝铁硅含量月平均值Y（%）、换算后的氧化铝的铁硅含量月平均值X1（%）及预焙阳极的铁硅含量月平均值X2（%）作为统计依据，运用二元线性回归方程计算原铝、氧化铝、预焙阳极三者之间的铁硅含量函数关系。数据整理见表1：

根据原铝、氧化铝及预焙阳极之间的关系，建立回归模型：Yi=β0+β1X1i+β2X2i+μi。其中：Yi为每月原铝铁硅含量平均值变化量；β0、β1、β2为偏回归系数（其中β0为截距，β1、β2为偏斜率系数）；X1i为换算后氧化铝铁硅含量月平均值变化量；X2i为换算后预焙阳极铁硅含量每月平均值变化量；μi为残差（即随机误差项），是估计值Yi’与实测值Yi之间的偏差，其公式为：μi=Yi-Yi’=Yi-（β0+β1X1i+β2X2i），其中i=1,2,…,13。

图1 氧化铝及预焙阳极铁含量在原铝中的百分比

图2 氧化铝及预焙阳极硅含量在原铝中的百分比

表1 原铝、换算后的氧化铝及预焙阳极铁硅含量月平均值表

4.2 回归方程

4.2.1 铁含量回归方程

根据表1数据可得出求得原铝与氧化铝及预焙阳极中铁含量样本估计回归方程为：

Yi'=0.0955－0.2178X1i－0.03477X2i

总回归方程为：

Yi=0.0955－0.2178X1i－0.03477X2i+μi

4.2.2 硅含量回归方程

根据表1数据可得出原铝与氧化铝及预焙阳极中硅含量样本估计回归方程为：

Yi'=0.0222－0.0429X1i+3.5374X2i

总回归方程为：

Yi=0.0222－0.0429X1i+3.5374X2i+μi

5 氧化铝、预焙阳极中铁硅含量在原铝中的占比分布

根据表1数据可以得到氧化铝、预焙阳极在原铝中的铁硅含量百分比分布图，见图1、图2。

图3 原铝、氧化铝及预焙阳极铁含量走势图

图4 原铝、氧化铝及预焙阳极硅含量走势图

6 原铝、氧化铝和预焙阳极铁硅含量走势图

根据表1数据可得原铝与氧化铝及预焙阳极中铁硅含量走势图，见图3和图4。

7 结语

（1）铁回归方程中，氧化铝和预焙阳极的斜率为负值，硅回归方程中氧化铝的斜率为负值，说明原铝中铁硅元素的含量除了受氧化铝和预焙阳极的影响外，还受到其它因素的影响。同时在铁硅回归方程中，氧化铝的斜率系数小于预焙阳极的斜率系数，则说明在铁硅含量中预焙阳极对原铝的影响比氧化铝大。

（2）根据铁硅百分比，氧化铝和预焙阳极在原铝中的铁硅占比最高均未超过60%，且大多在50%以下。这说明除了氧化铝和预焙阳极对原铝中的铁硅元素影响外，还有外来因素的影响，且影响也较大。

（3）根据铁硅含量走势图，原铝中的铁硅含量是在逐渐递减的，其中铁含量的递减幅度较小，硅含量的递减幅度较大。这说明外来因素引入的铁含量未得到很好控制，而硅含量却得到了较好的控制。

总之，以上分析方法为原铝质量的控制提供了一个研究的方向，虽然理论结果与实际生产中的结果会产生一定的偏差，但此种分析方法值得进一步的探讨。生产上应结合原铝的生产实际情况合理进行调整控制，不断完善，保证原铝质量能完全满足下游客户的要求。

[1]预焙阳极质量现状及影响其质量的主要因素，苍向辉；《铝镁通讯》,2013(4):31-33.

[2]原铝质量的影响因素，袁艺，轻金属:2011（8）:44-47.

[3]白侠飞，电解铝质量管理探讨，中国有色金属，2009（06）.