氧化铝浓度控制

何 文，唐 勇，李 锐

（眉山市博眉启明星铝业有限公司，四川 眉山 620041）

在电解铝生产过程中，影响生产指标的因素较多，如原材料、电解质成份、氧化铝浓度、电压、在产铝量、控制系统、操作管理等，尤其是技术条件管理，需多参数综合调控，建立平衡体系，保持8℃～12℃的过热度有利于实现较好的生产指标。

本文对电解铝生产过程中的氧化铝浓度控制对电压、电流效率的影响进行论述。

1 电解质电阻与氧化铝浓度的关联性

电解质电阻随氧化铝浓度变化而变化，其关联性如下图：

图1 电解质电阻随氧化铝浓度变化

如图所示，电解质电阻在氧化铝浓度为4%的条件下具有最小值，4%的氧化铝浓度是电解质电阻变化的临界点。以临界点划分，氧化铝浓度分为高浓度区域和低浓度区域。在高浓度区域，随氧化铝浓度增加，电解质电阻增加；在低浓度区域，随氧化铝浓度减小，电解质电阻增加，浓度越低变化越大。

在电解铝生产过程中，利用电解质电阻随氧化铝浓度变化的特性来进行氧化铝浓度控制。在生产过程中，电解质电阻的变化表现为电解槽电压的变化，如下图所示：

图2 电解铝生产过程

电解槽在过量加料的状态下，氧化铝浓度增加，电压下降；电解槽在欠量加料的状态下，氧化铝浓度降低，电压上升。

2 氧化铝浓度控制要求

电解质对氧化铝的溶解存在最大值，是指氧化铝溶解在电解质中的最大浓度，饱和度。不同的电解质体系具有不同的饱和度，常规的电解质体系（低锂钾）饱和度在8%左右，高锂钾含量的电解质体系氧化铝饱和度更低。

在电解铝生产过程中，若氧化铝量超过饱和度，多余部份不能溶解，沉积在电解槽底，形成沉淀，甚至变成硬结壳，破坏电解槽炉膛，造成电解槽电流分布紊乱，引发电解槽波动，严重影响电解槽生产。若氧化铝浓度偏低，会造成电流空耗，引发阳极效应，电压大幅上升，降低电流效率并且增加电耗。因此氧化铝浓度控制首先要控制沉淀产生，保持电解槽炉膛规整，稳定生产；其次是维持足够的浓度，避免电流空耗，控制阳极效应。

根据电解质电阻与氧化铝浓度的关联性，以及氧化铝浓度控制要求，在电解铝生产中，为避免沉淀产生，保持炉膛规整，氧化铝浓度应控制在低浓度区域；为减小电解质电阻，降低无功电压，在低浓度区域应尽可能高。在这样的浓度区域能保持稳定生产取得较好的生产指标。

3 优化氧化铝浓度控制

目前有很大比例的电解铝生产的槽控机控制系统对电压的调控设定参数为窄死区上限偏差值（与设定电压比较）50mv，下限偏差值30mv，宽死区上限偏差值100mv，下限偏差值50mv。在窄死区范围内不对电压进行调整，超出窄死区范围，在宽死区范围内对电压进行调整。并对超出宽死区范围的电压进行报警，提醒人工干预。

在这种模式下，当电解槽电压超出窄死区范围，在宽死区范围内槽控机对电压进行主动调整。当电压在宽、窄死区上限时，槽控机主动下降电压；在宽、窄死区下限时，槽控机主动提升电压。电解槽在正常的生产状态下，电压的变化是由氧化铝浓度变化引起的，氧化铝浓度降低时电压上升，氧化铝浓度增加时电压下降，电压变化是氧化铝浓度变化的特征表现。槽控机通过对电压区域的设定来调整电压，在宽窄死区的上下限主动干预电压，没有充分利用氧化铝浓度变化对电解质电阻的影响，尤其是在氧化铝浓度偏低电压上升时降电压压缩极距，氧化铝浓度较长时间保持在低浓度状态，造成电流效率降低。

针对目前的槽控机干预电压的控制模式存在的缺陷，选10台电解槽修改电压控制模式，在氧化铝浓度偏低时电压上升不进行干预调整，而是通过调整氧化铝过欠量加料来修正电压，避免较长时间保持低氧化铝浓度状态增加无功电压，避免降电压电解槽压极距降低电流效率。

在过量加料时，氧化铝浓度增加，电解质电阻降低，电压表现为下降状态，逐渐低于目标电压，当电压下降到一定程度，变化斜率降低，电压曲线平缓时加料状态转换为欠量；在欠量加料状态下，电压表现为上升状态，当电压超过目标电压时立即转换为过量加料状态。通过这样的控制模式，电解槽在低浓度区域始终保持较高浓度，电解质电阻保持在低位，并且降低电解质浓度差异电压，有效的降低了无功电压。

试验槽电压控制曲线：

图3 试验槽电压控制变化曲线

4 生产指标对比

试验槽生产两年的生产指标与正常槽比较如下：

表1 试验槽生产两年的生产指标与正常槽比较

从两年时间的生产指标比较，试验槽优化了氧化铝浓度控制，电解质中氧化铝浓度在低浓度区域始终保持较高浓度状态，有效的降低了电解质电阻，降低浓度差异电压，与原有的控制模式比较，有效的降低了无功电压，电解槽极距稳定。试验槽电流效率提高0.24%，吨铝电耗降低104度，降低了生产成本。

5 结论

通过优化氧化铝浓度控制，控制氧化铝浓度在低浓度区域保持较高的浓度状态，能降低电解质电阻，降低无功电压，在氧化铝浓度偏低时电压上升不进行干预调整，而是通过调整氧化铝过欠量加料来修正电压，避免较长时间保持低氧化铝浓度状态增加无功电压，避免降电压电解槽压极距降低电流效率。优化氧化铝浓度控制的电解槽提高了电流效率，降低了电耗。