氧化铝浓度参数调控降低阳极效应生产实践

张旭贵,周云峰,梁玉冬,王俊青,张芳芳

(中铝郑州有色金属研究院有限公司,河南 郑州 450041)

阳极效应是熔盐电解中发生在阳极上的一种特殊现象,表现为槽电压急剧升高,电解槽出现明显摆动,铝电解中阳极效应的发生尤为普遍[1-2]。虽然阳极效应发生的机理有多种解释,但是氧化铝浓度偏低是导致阳极效应发生的主要原因。影响电解槽中氧化铝浓度的因素主要有槽控系统氧化铝浓度参数设置、氧化铝性能和电解质体系,在氧化铝性能和电解质体系相对稳定的情况下,阳极效应主要与槽控系统氧化铝浓度参数控制有关[3-5]。槽控系统中控制氧化铝浓度主要有氧化铝浓度周期切换系数、增量控制倍率、减量控制倍率、正常期限定时间、减量期限定时间和过量期限定时间等6个参数构成,各个参数设置合理可以保障氧化铝浓度范围合理稳定,降低阳极效应发生。

本文主要针对某电解铝企业300 kA系列电解槽在更换槽控系统后阳极效应明显增多的现象,分析了阳极效应偏多的主要原因,采取了相应措施,阳极效应明显降低,氧化铝浓度参数调控降低阳极效应取得了显著效果,本研究可为铝电解降低阳极效应提供数据参考。

1 阳极效应现状及原因分析

某电解铝企业300 kA系列有6个车间,在更换完槽控系统后阳极效应明显增大,闪烁效应系数1.2次/(槽·日),效应系数约0.3次/(槽·日),全效应系数在1.5次/(槽·日)以上,详细数据如图1所示。

图1 全效应系数随月份变化图

对阳极效应增多的现象进行原因分析,首先对电解质中氧化铝浓度进行分析,结果如图2所示。

图2 氧化铝浓度区间分布图

从图2可以看出,氧化铝浓度控制特征一是浓度偏低,区间分布窄(1.3%～2.2%);二是6个车间的氧化铝浓度控制区间没有差异。因此,效应系数偏多问题不是操作可以解决的,需要系统性优化。

2 氧化铝浓度参数调控措施

在操控系统控制氧化铝浓度的6个参数中,最为重要的是氧化铝浓度周期切换系数和过量期时间,主要对这两个参数进行调整,改变下料切换时间点和过量下料时间,提高氧化铝浓度,降低阳极效应。

为了使氧化铝浓度参数调整更精准,参考A、B和C三家电解铝企业的氧化铝浓度控制参数,详细数值如表1所示。

表1 不同企业氧化铝浓度参数对比

从表1可以看出,本企业的氧化铝浓度周期切换系数和过量期时间偏低,导致氧化铝浓度偏低,阳极效应增多,因此,主要从氧化铝浓度周期切换系数和过量期时间这两个方面进行调整,初步计划将氧化铝浓度周期切换系数从11调整到12,过量期时间从25 min调整到30 min。

3 试验槽氧化铝浓度参数调控效果

为了降低氧化铝浓度参数调整对整个系列的影响,首先选择了6台槽进行试验,试验取得效果后再全系列推广。

试验开始2周后,对氧化铝浓度进行取样分析,详细数据见表2。

表2 氧化铝浓度调控试验电解槽氧化铝浓度数据对比 %

由表2可以看出,试验开展两周后,氧化铝浓度切换系数和过量期时间调整后氧化铝浓度整体上明显上升。从1.715%上升到1.999%,增加了0.284%,增幅达到了16.5%。

试验进行2个月后,对试验前后闪烁效应、效应系数和全效应系数进行数据统计分析,如表3和表4所示。

表3 试验槽效应系数原始值 次/(槽·日)

表4 试验槽效应系数对比分析 次/(槽·日)

表5 试验槽效应分摊电压数据对比分析 V

由表3和表4可以看出,氧化铝浓度参数调整对降低效应具有积极作用,效果非常明显。效应系数逐步下降,经过2个月试验时间,闪烁效应从1.270次/(槽·日)降到0.751次/(槽·日),效应系数从0.250次/(槽·日)降到0.149次/(槽·日),全效应系数从1.520次/(槽·日)降低到0.901次/(槽·日),整体降幅在40%左右。

同时考察了试验前后效应分摊电压变化情况,从表5可以看出,6台试验槽试验后2个月的效应分摊电压与试验当月份平均值相比整体平均下降了18 mV。统计数据显示,6台试验槽电流效率从试验前的91.83%提高到试验后的92.18%,电流效率提高了0.35%。

试验槽氧化铝浓度参数调整取得了较为理想的效果,氧化铝浓度周期切换系数从11调整到12,过量期时间从25 min调整到30 min后,经过2个月的试验,效应系数整体降幅达40%,效应分摊电压降低18 mV,电流效率提高了0.35%,电压降低和电流效率提高折合吨铝节电降低约110 kWh。

4 推广应用效果

鉴于氧化铝浓度参数调控降低阳极效应试验槽取得了良好效果,全系列6个车间开始全面推广应用,统一将氧化铝浓度周期切换系数从11调整到12,过量期时间从25 min调整到30 min,推广应用1个月后全系列电解槽运行参数如表6所示。

从表6可以看出,氧化铝浓度参数调控降低阳极效应在全系列推广应用后,氧化铝浓度达到2.014%,增幅为10.110%,效应系数降低了近40%,全效应系数降低了22%,效应均摊电压降低了15 mV,电流效率提高了0.32%,电压降低和电流效率提高折合吨铝节电约100 kWh,推广应用取得了理想效果。

表6 氧化铝浓度参数调控推广应用效果

5 结 语

本文针对某电解铝企业300 kA系列更换槽控系统后阳极效应增多的现象,发现氧化铝浓度偏低是导致阳极效应增多的主要原因,而槽控系统氧化铝浓度参数设置不合理造成了氧化铝浓度偏低,通过采取相应措施,把氧化铝浓度周期切换系数从11调整到12,过量期时间从25 min调整到30 min,效应系数明显降低。6台试验槽氧化铝浓度提高幅度16.5%,阳极效应系数和全效应系数降幅度都在40%以上,效应分摊电解降低18 mV,电流效率提高了0.35%。全系列推广后平均氧化铝浓度提高幅度10.1%,效应系数降低了近40%,全效应系数降低了22%,效应均摊电压降低了15 mV,电流效率提高了0.32%,折合吨铝节电约100 kWh,取得了良好的应用效果。本研究可为铝电解降低阳极效应提供数据参考。