铝电解质的成份及性质

铝电解质的成份及性质,赵江,在电解生产当中电解质的主要成份由冰晶石和氧化铝而组成。冰晶石为溶剂，氧化铝为溶质。其中还包括添加剂：AlF3,MgF2,LiF,CaF3,NaF,Na2O3等多种成份组成。,一、电解质成份,1.电解质成份的变化及其原因,在电解槽正常生产期间，电解质成份不断发生变化，最为明显的是分子比升高。引起分子比升高的原因。1）原料中杂技对电解质成份的影响在电解生产中所用的氧化铝、氟化铝和阳极中含有一定数量的杂技成份，如：H2O,Na2O,SiO2,MgO,SO等，这些杂技均分解氟化铝和冰晶石使电解质中氧化铝和氟化铝增加，导致分子比升高，其中Na2O,H2O,SiO2影响最大。2）添加剂对分子比的影响分子比：冰晶石中NaF与AlF3的摩尔数叫分子比。所谓分子比，正冰晶石的分子比等于3,冰晶石的分子比既可大于3,也可小于3,一般分子比3的冰晶石又称为中性冰晶石，大于3的称为碱性冰晶石，小于3的被称为酸性冰晶石，分子比大于3或小于3的冰晶石其熔点均小于正冰晶石。所谓正冰晶石，它是由3mol氟化钠（NaF）与1mol氧化铝（AlF3）结合而成，所以人们写成了NaFAlF3，此种配比的冰晶石称为正冰晶石，正冰晶石在常温下呈白色固体，其熔点约为1010，冰晶石的分子式为Na3AlF6。3）电解质的挥发损失影响。在正常电解温度下，从电解质表面挥发出的蒸汽中绝大部分是氟化铝，温度越高损失越大，从而电解质中的氟化钠相对增加，则分子比增高。添加剂对分子比过高或过低的影响。过高时，电解质的密度及粘度大，碳渣分离不良，结壳较硬且其熔点高，电解质粘度高，吨铝电耗增大。过低时，电解质的挥发损失大，氧化铝溶解度降低，容易产生沉淀，降低电解质的导电率，生成低价铝离子的可能性增大。氧化铝是电解中唯一大量消耗的成份。,2.电解质成份的检查,目前，对电解质成份的检查有以下四种方法1）肉眼观察法由眼观察确定电解质成份虽迅速简单，但不精确。因为它是根据电解质的颜色、壳面和固体电解质的断面外观情况来判断电解质的酸碱度范围，具体分子比的精确值很难确定，只能做一般性参考。电解质酸碱度液体电解质外观电解槽Al2O3铁钎上凝固电解质外观固体电解质断面碱性亮黄色很硬电解质紫黑色、较厚、自动裂开、容易脱落很致密中性橙黄色中硬电解质层略厚、致密、白色致密酸性樱红色较软电解质层薄、致密、白色有孔强酸性暗红色很软电解质较薄、不脱落、白色、有时淡黄色多孔。2）指示剂检查法指示剂检查法通常用化学试剂酚酞来检查。将酚酞液滴在固体电解质的断面上，如果呈现紫红色说明该电解质分子比大于3,没有颜色则分子比小于3,这种方法也是一种粗略的检查方法，只能说明分子比的大小范围。3）晶体分析法晶体分析法一个是简便、迅速又比较准确。在分析当中将电解质试料研磨成粉末后，放在偏光显微镜下观察其包晶情况而确定分子比的数值。为了分析准确和正确的调整分子比要求，定期地取出合适要求的试样进行分析。4）热滴定法（即化学分析法）热滴定法分析电解质成份存在分析速度慢、费用大等缺点，因此通常不采用，但是该法分析结果更为准确，因而可用校对性分析。,电解质酸碱度的肉眼鉴别,3.电解质成份调整,电解槽在正常生产期间，电解质成份的变化主要是分子比偏高和添加剂含量的降低。对此，要根据电解质成份的分析报告，按照规程规定的保持范围，因制定进行调整。1、当分子比高于规定范围时，应向槽内添加氟化铝。2、当分子比低于保持范围时，电解质过酸时，应添加曹达和氟化钠，添加氟化钠最好是冰晶石混合添加。注：如添加氟化钙和氟化镁时，要加在大面炉帮规定的地方，而不能加到阳极附近，要沿炉帮均匀添加，不要集中在一起，要勤加少加，不能大量添加。,4.添加量的计算方法,1、添加氟化铝的计算方法。按下列公式计算q（AlF3）2p(k1-k2)/k2(k2+2)kgNaF=P(k2-k1)/k1+2kg式中q为调整时添加物的数量kg，p为电解质中的冰晶石量kg，k1为调整前的电解质分子比，k2为调整后的电解质分子比。例题：电解质中的冰晶石质量为4000kg，求分子比由3降低到2.7时，需要添加氟化铝多少？2*4000(3-2.7)/2.7(3+2)=177.77电解质分子比由3除到了2.7时，添加氟化铝的理论值为178kg，但由于氟化铝的本身含有5%9%的结晶水，添加过程还有飞扬和挥发损失，因此实际加入量一般比理论值大约多50%左右。,二、电解质的性质,电解质的性质对铝电解生产十分重要，了解和掌握电解质的各种性质，有助于指导实际生产条件的控制，改善生产技术指标提高生产效益，铝电解质的性质主要指电解质的初晶温度、密度、导电度、粘度、表面性质、挥发性质。,初晶温度是指液体开始变成固态晶体的温度，叫初晶温度。在日常生产当中需要电解质的初晶温度越低越好，这样可以降低工作温度（工作温度一般控制在初晶温度以上10-20的范围）,1.初晶温度,2.密度,密度是指单位体积的某物质的质量，其单位为g/cm3。在铝电解正常生产当中，上层是电解质下层是铝液，它们之间这样分明是密度差异所致。铝液和电解质的密度差随温度升高而增加，这是因为铝的密度随温度升高下降的速度没有电解质快，相反，二者的密度差随温度的下降而缩小，是由于电解质密度增加比铝快，当二者的密度随温度下降趋于接近时，就会出现互相混？不清的现象，所以在电解过程中，电解温度应尽量维持稳定，减少波动。,3.导电度,导电度也称为比导电或导电率，是物体导电能力大小的标志，通常用比电阴（电阻率）的倒数来表示。影响导电度的因素有以下几条：1、电解质温度的影响。在正常电解过程中槽内只有海量碳渣时，电解质的导电率随温度升高而提高，反之，温度降低则导电度下降，但在生产中不能用提高电解质温度方法来提高导电度，因为这样提高导电度的效益补偿不了降低电流效率的损失。2、分子比的影响。电解质分子比低时导电率降低，分子比高时则导电率高。3、氧化铝浓度的影响。电解质导电率随氧化铝浓度增加而降低，在加料之后，电解质内氧化铝浓度增加，使电解质导电率减小以后随着电解过程的进行，氧化铝浓度逐步降低，电解质的导电率随着逐步提高。,4、粘度,粘度是表示液体中质点之间相对运动的阻力，也称内部摩擦力。电解质的粘度过大或过小对生产都不利。粘度过大，会降低氧化铝在电解质中的溶解速度，会影响电解质中的碳渣分离和阳极气体的排出，给生产带来危害。但是粘度过小，会加快电解质的循环，加快铝在电解质中的溶解损失，降低电流效率，而且加快氧化铝在电解质中的沉降速度造成炉底沉淀。,5.表面性质,1.表面张力：一般情况下物质的表面层有压缩内部质量（原子、分子、离子等）的能力，这种力图收缩表面的的能力叫做物质的表面张力。2.湿润性：湿润性是表示液体对固体的湿润能力。固体的表面被液体湿润的程度可以用湿润“？”表示，该角度是从接触点处影响液？轮廓曲线的切线与固体水平面之间的末角。,液体对固体的湿润角,90表示液体对固体的湿润性不良，角越大，湿润性越差。90则表示液体对固体的湿润性好，角越小，湿润性越好。,影响电解质湿润性的因素：1.电流密度和铝的影响。2.氧化铝浓度的影响。3.