氧化铝质量对铝电解生产的影响

张成梅

摘 要：生产氧化铝的原料主要是铝土矿，根据矿石的不同，采用的工艺有拜耳法、烧结法和混联法。国外的铝土矿多为高铝硅比的三水铝石和一水软铝石，通过拜耳法生产出的氧化铝为砂状；而我国可经济应用的铝土矿资源大部分是高铝、高硅、低铁、难溶（铝硅比较低）的中低品位一水硬铝石，通过烧结法或混联法生产出的氧化铝为粉状，并且杂质含量比较高。

关键词：氧化铝；物理化学性能；铝电解；电流效率

對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。

1 氧化铝质量对铝电解的影响

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V2O5 P2O5 MnO 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

影响原铝质量的主要因素是氧化铝的化学纯度，同时铝电解过程的技术经济指标也受到影响。①氧化钠。氧化铝产品中的主要杂质是氧化钠，氧化钠含量过高影响电解槽的运行。当电解质中钠含量增高时，为维持正常的NaF/A1F3值必须多加入氧化铝，造成氟化盐耗费量增加，同时电解槽中电解质的体积也跟着增加。氧化钠在电解质化学变化和电解槽的传料和工艺控制方面发挥着重要作用；②其他氧化物杂质。氧化铝中含有的比铝更具正电性的氧化物杂质Fe203、Si02、Ti02等，电解时这些杂质元素首先在阴极上析出而使原铝的质量降低，同时影响电流效率。

1.3 物理性质的影响

目前铝电解厂需要氧化铝的物理性能良好，这样可以在电解质中的溶解速度加快，减少槽底沉淀：流动性好，使得自动向电解槽添加和风动输送非常方便：其加料和输送过程中减少飞扬损失，使氧化铝单耗降低，环境得以改善：吸附氟化氢的能力强，改善氧化铝做吸附剂的干法烟气净化的效果：保温性强，在电解质上能够形成良好的结膜，隔绝电解质熔体，减少热流失：有效预防阳极氧化，减少阳极消耗。常用表征氧化铝物理性质的指标有：粒度、磨损指数、比表面积等。氧化铝的流动性、灰尘量、保温性能、融解冰晶石熔体的速度和吸附氟化氢的能力等都取决于以上各项物理性质。

2 氧化铝质量的控制

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：a.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。b.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物理性质的控制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。a.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。b.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。

参考文献：

[1]张晓敏，浅谈氧化铝质量对铝电解生产的影响[J].中国有色冶金，2017.