氧化铝成分对电解生产的影响

氧化铝成分对电解生产的影响国家经济建设将要走“以提高资源的利用率，依靠科技促进发展”的经济路线。而铝电解是高能耗企业，电解槽是该类企业中最大的能耗设备，降低吨铝直流电耗是节能有效途径。影响吨铝电耗的主要因素从吨铝直流电耗的计算公式（直流电耗=2980x平均电压一电流效率）可以看出：降低平均电压与提高电流效率是降低吨铝直流电耗的关键。氧化铝中微量元素过高，必然会导致电解槽电解温度大幅度下降，炉膛规整度恶化，电流效率降低，槽底就会被氧化铝沉淀所覆盖，造成阳极消耗不均匀，破坏了电解槽工艺制度，降低了电流效率，增高能耗。因此想要降低电解槽平均电压与提高电流效率，必须控制好原材料氧化铝质量。1氧化铝品质对电解生产的影响1.1物理性质氧化铝的物理性能要满足下列生产要求：在电解质中溶解速度快、槽底沉淀少；流动性好，便于风动输送和向电解槽自动添加；在加料和输送过程中飞扬损失少，能降低氧化铝单耗，改善环境；对氟化氢吸附能力强，能提高干法烟气净化效果；保温性能好，能在电解质上形成良好结壳，屏蔽电解质熔体，减少热损失；有效防护阳极氧化，减少阳极消耗［1］。氧化铝的流动性、粉尘量、保温能力，在冰晶石熔体中的溶解速度和吸附氟化氢的能力等物理性质，主要取决于氧化铝晶体的晶型、粒度和几何形状。氧化铝具体物理性能指标要求见表1。•糜匀i粒3-度粒角息宀丸O4-52•糜匀i粒3-度粒角息宀丸O4-52%9.〕£屮A多£过尘淀沉易ma--、--1-1.2化学纯度化学纯度方面，要求氧化铝中杂质含量和水分要低。因为氧化铝中那些电位正于铝的元素的氧化物，如SiO2、Fe2O3、TiO2等，在电解过程中会被铝还原，或者优先于铝离子在阴极析出，析出的Si、Fe、Ti进入铝内，降低铝的品位；而那些电位负于铝元素的氧化物，如Na2O、CaO会分解冰晶石，使电解质成分改变，并增加氟化盐消耗。氧化铝中的水分同样会分解冰晶石，一是引起氟化盐消耗，二是增加铝中的氢含量，三是产生氟化氢气体污染环境。P2O5则会影响电流效率。因此，生产中必须尽可能地降低氧化铝中的杂质含量。2氧化铝中微量元素对电解生产的影响铝电解质中微量元素锂、钾、钙、镁等的含量对电解生产影响很大。氧化铝中的微量元素对我公司生产影响主要是锂、钾等元素，具体影响见表2。

表2Li,心Ca.Mg、Ti>Y对生产的影响*「元素J密度门耳、电度庄度€表面性质心挥发怪氧化铝滚解度卫论潯加说的LIF降低初晶温虜小存提咼卢”卜卢影响很小中降低卩降低氧优铝的濬：録度和瀋解速度屮分子比驱.时,KF含SB题降低2〜心心.降:对践块有侵蚀』但10%以下钾盐对槽寿命影响不天一：中资料显示』可以増加氧优铝濬解性能。中C却•添扣讽的c%辺最逼農3匕.*J-护増大口増大心増犬铝液界面张力和碳素材料猊羽角。口降■（氐心减小氧化铝溶解度。扣速乍冋□-A1A转优，利于形成槽帮。总添加1毗的血F■“腔低初晶温度増.大尸减；•怜増大F-増大铝液界面赍力和碳素材耗泯润角卩隆减小氧化铝的澹解度相君解遠度打其它巧、队：砧等話在阴极祈出卜使原铝爲量下降，降低金属导电性、号熱性、耐腐锂性准川2.1使用高锂氧化铝给电解生产造成的影响2.1.1降低电解质熔点LiF每升高1%降低初晶温度7〜9°C,iF含量在1%〜8%,电解质熔点差别可高达40〜60°C[2],造成电解温度差别巨大（900〜960°C）。LiF、KF添加对电解温度影响（如图1）。图1LiF、KF添加对电解温度的影响屮2.1.2降低电解质中氧化铝溶解性能1%的LiF能降低电解质中氧化铝溶解度约3%左右，降低氧化铝溶解速度约5%左右，这和电解质成分及氧化铝类型有密切关系。2.1.3对电流效率的影响氟化锂含量越高，槽底就会被氧化铝沉淀所覆盖，造成阳极消耗不均匀，破坏了电解槽工艺制度，降低了电流效率，增高能耗，氟化锂超过7%电解质凝固点很低，对电解槽的热平衡起到不利影响。氟化锂含量在8%〜10%的电解质，会造成经济指标极端恶化。氟化锂含量为3%〜5%的电解质，能获得最佳电流效率和最低能耗。2.1.4对氟化盐消耗的影响高锂电解质降低过剩氟化铝量效果明显，通常1%的LiF减少过剩氟化铝量为2.1%。2.1.5对槽寿命的影响在电解槽的内衬中，较小的锂离子能替代较大的钠离子，所以能减少内衬的应力，延长槽寿命，一般认为可延长1〜2年。2.1.6对产品质量与铸造的影响原铝中一般含有10〜30ppm的金属锂，铝锭中锂超过2ppm以上，铝液流动变粘滞，铸造困难，铸造过程可能出现断流现象，甚至会阻塞浇注口。锂含量超过10ppm，板锭、拉丝或其他铸造件表面将变得非常粗糙，铝材脆性增加。2.2使用国产氧化铝中的微量元素对生产的影响目前国内尤其是河南境内使用国产氧化铝比例普遍偏高，其氟化锂含量有的已超出3〜5%范围，给电解生产带来负面影响，主要表现在：（1）电解温度大幅度降低；（2） 造成炉膛规整度恶化，主要表现在炉底沉淀增加，炉帮变薄，液体电解质总量增多（3） 电解生产稳定性降低，电压升高，电压摆动增加，部分电解槽出现滚铝；（4） 电流效率降低、能耗增高。炉膛恶化，极距降低且与理论值差别大，过热度增大等，导致能耗与电效指标恶化。

表3国产氧化铝和进口氧化铝差距d指标类别卩国产氧化铝屮进口氧化铝口差距J氧化鋁形状卫: 粉状细料多屮「 砂状细料少卢K含量％卫0.036^0.0014^+0.0346^.Ca含量和0.027P <+0.02L1含童畑10；05抑0；OCLCIE+0.©5碑3杂质含重卩大㈠小订初凤动遛戯困H宦容器定容下料玄阻塞卜料』打不够』打不卜，下不准。和扌丁料顺畅瞒症时定谷定童.准确下料卫 £电解温度辽曰910〜舵5t>940〜960t>-30V35^过热度12〜20t>. L10t>谓解度屮小而鳳大而快卢沉淀压降"沉淀芬°压降360ihVp:汎淀;込压降320mVP+40IHV+1效应系数存. 0.3< .0:03^0,05^+0.2^-^0.'27电流效率Q低J咼冲-0,3—C1.如平均电压両LCJ”3. ；十①12^各种潘加剂总量Q16~1晡浪费氟盐^<12^^®盐门+2〜蛭心影响原铝质量口:杂■质天卫- 纯度高心 ’吨铝影响电耗存浪裁犬F浪费小p+30k^h^議响环境和加剧污染宀利于牺气净化口戢响操作卩加剧操作困难屮便于操作户L—「匸—■=_-————3某厂近3年使用氧化铝比例及指标分析表4某厂2013〜2015年前8个月各厂使用氧化铝比例结构"电存解Q铝厂Q类别Q省內“省外Q进口仪年份4用量（吨〉心百分比&用量（吨）“百分比空用量（吨〉羊百分比"2013^215331.2254.31%^O0-00%心181161.28^45.69%门201如247848.08359.05%"8023.73^1.91%^163844.84<p39.04畑2015^147777.15-P66.49転36441.51f16.4：0%p3804:3.30卢17.12%pa上.河南令表5某厂2012〜2015年指标情况a指标名称Q2012^2013心20132015^3进口alq：比例却未统计845.69P39.04亠17.12"LiF?kVZ*^Z*Z*^z3.9的3.8沖5.4力5.33^KF転1.91-1.5「1.89「1.86^CoF戲卩6.565.67^5.m4.73"AL：CW2.221.85^2・W2.3扣分子比&2.77“2.82Q2.96门2.96^槽温0928.78^927.“926.胖923.9口效应系数J0.14：5t'0.277^0.41P0.為平均电压"3.99匕4.008^3.976^3.979Q电流败率灯91.49^92.13^92.畑92.33心炉底压降m3338.66屮331.95卩337.25^332.23P直流电耗kwh/t-Al*3132i6.垛1.3086门12925.0并12842"氧化铝单耗血/t-A21924.93<1927^1927.21913氟化铝里耗kg/t-Al^22.62P21.7"20.5如21.33亠碳块毛耗kg/t-Al^511.3507.9Q491.83心492.2?各年大修启动台数门1曲334“；了-詡J甫有色金属杲厂近四年运行指标曲线图"杲厂近四年运行指标曲线图"――进口AL203比例％-LiF%-^CaF2%f-分子比——效应系数——平均电压Y3.1运行分析随进口氧化铝比例不断减小，电解质中锂盐含量进一步加大，电解质分子比不断升高，槽温进一步下降，电解槽效应越来越多。炉底压降变化不大，甚至略有下降，这与电解槽大修启动有关，大修启动电解槽共124台，占总数的48.4%。进口氧化铝比例虽然逐年下降，氧化铝中锂盐、杂质对电解生产也造成了一定影响。但电解温度、电流效率、平均电压、直流电耗、炉底压降及各种能耗基本正常，总体指标保持较好，生产稳定。平均槽温四年来降低5°C,锂盐含量5.33%，稍微超标，综合压降、分子比、平均电压、效率多种因素测算，氧化铝进口比例最低应保持在30%。4稳定生产使用合理氧化铝比例按以上指标计算，若进口氧化铝比例保持在30%,大约需要一年时间，能使Li、K、Ca含量基本降到或接近于行业统计标准，槽温上升到930r左右，按比例混合后的氧化铝流动性和溶解性能基本满足电解生产的正常要求。表620"年某厂进口氧化铝使用情况屮设计原铝产能杆Z万十丿年）4按设计需氧化屮铝〔万土■/年》Q2015年孔3.月逬口比例?U12015年刖氏月进口量（万20PSB.404^17.12^3.80433^4.1按30%或50%进口比例配比进口氧化铝措施一：按30%或50%进口比例配比进口氧化铝，具体使用氧化铝量（见表7）。表7按30%或50%进口比例核算需用进口氧化铝量每月需氧化铝量（万t）0.9621每年需氧化铝量（万t）11.54524.2进口氧化铝和山东或广西氧化铝搭配使用措施二：进口氧化铝和山东或广西氧化铝搭配使用，具体使用氧化铝量（见表8）。表8进口氧化铝和山东或广西氧化铝搭配使用核算需屈氧化铝量-」毎月需进口氧化铝量〈万t）屮 ...毎月需山东或广西氧化铝「 S〈万t八毎年需进□氧化铝量（万t）户每年需山东或广西氧化铝童（万t〉卩—0.3207^0.E414Q8484^7.6966^可南有色金属4.3公司高锂盐电解质与国内厂家低锂盐电解质置换措施三：山东一厂、山东二厂与四川厂家三家铝厂电解质块锂盐含量较低，建议和以上三家按1:1比例置换电解质块。表9山东一厂、二厂与四川厂家电解质成分卍厂家W分子比厂CaF-r*-1山东一厂P2.29屮0.547^1-012^S.蠹总&63^&个劇毎山东二厂厂2.SS^1.493^-■2：.0込3.11^-1.抚裁1个祥