优化添加剂配比,改善电解质性质工艺技术研究报告

1目录前言.........................................................................................3一、190KA大型预焙槽电解质性质概述...........................4二、优化添加剂配比，改善电解质性质工艺技术研究....5（一）问题提出.....................................................................5（二）铝电解质性质参数概述............................................6一）初晶温度.......................................................................6二）密度...............................................................................7三）导电度...........................................................................7四）粘度...............................................................................8五）挥发性...........................................................................8（三）改善电解质性质关键技术研究................................9一）添加剂的选择技术......................................................9二）氧化铝浓度控制技术................................................11三）电解温度控制技术....................................................11四）过热度控制技术........................................................13三、技术方案的确定..........................................................152（一）氟化镁含量的调整..................................................15（二）氟化铝含量的调整..................................................16（三）技术方案的确定......................................................17四、方案实施.......................................................................17（一）氟化铝添加...............................................................17（二）氟化镁添加...............................................................18（三）技术条件的调整及维护..........................................19五、结果分析.......................................................................20六、效益分析.......................................................................213优化添加剂配比，改善电解质性质工艺技术研究前言自从1886年霍尔——埃鲁铝电解法问世以来，工业铝电解质一直以冰晶石——氧化铝熔盐为基本体系。其间虽然试验了各种各种氯化物、硫化物、碳酸盐、硫酸盐、铝酸盐来代替冰晶石，实际上均无成效。因此，只能采取改善的途径，往冰晶石——氧化铝熔液中，添加某些能够改善它的物理化学性质，以提高电解生产指标。这些物质称之为添加剂。2006年10月，泰山铝业公司一期续建电解槽成功启动，新启槽启动后，经过一段时间后期管理，即可转入正常生产管理。在生产过程中，为了有效地改善电解质的性质，我们将氟化铝、氟化钙、氟化镁等几种添加剂配合使用，优化控制其含量，尽量发挥各自的优点，避开其缺点，使电解质初晶温度降低到935℃左右，电解生产工作温度控制在940～955℃范围内，过热度保持在10～20℃之间，大大提高了电流效率，取得了良好的技术经济指标。本文从六个方面对这一科技成果进行了总结。4一、190KA大型预焙槽电解质性质概述在电解过程中，液体电解质是保证电解过程能够进行的重要条件之一。液体电解质即指冰晶石———氧化铝均匀熔融体，其主要成分是冰晶石（占85%左右）。冰晶石的化学式为Na3AlF6，从分子结构上讲，它是由3mol氟化钠（NaF）与1mol氟化铝（AlF3）结合而成，所以又可写成3NaF·AlF3，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，其实测熔点约为1010℃，自然界中天然冰晶石的贮量极少，工业上所用冰晶石均为化学合成产品。冰晶石中所含氟化钠摩尔数与氟化铝摩尔数之比，称为冰晶石的摩尔比（俗称分子比）。正冰晶石的摩尔比等于3，冰晶石的摩尔比既可大于3，也可小于3，摩尔比等于3的冰晶石称为中性冰晶石，大于3的称为碱性冰晶石，小于3的称为酸性冰晶石。摩尔比大于3或小于3的冰晶石其熔点均小于正冰晶石。工业上将冰晶石中氟化钠与氟化铝的组成比用质量比表示。在比值上，摩尔比是质量比的2倍，即摩尔比等于3的冰晶石，其质量比等于1.5.摩尔比等于3（质量比等于1.5）的冰晶石形成的电解质称为中性电解质，摩尔比大于3（质量比大于1.5）的冰晶石形成的电解质称为碱性电解质，摩尔比小于3（质量比小于1.5）的冰晶石形成的电解质称为酸性电解质。目前，铝工业上均采用5酸性电解质生产。氟化铝的最大缺点是增大电解质的挥发损失，从而恶化工人劳动条件，在早期的无烟气集中收集和处理的自焙电解槽上不能大量使用，一般将电解质摩尔比（分子比）控制在2.7（氟化铝过量5%左右）。近年发展起来的大型密闭中间下料预焙槽，电解烟气可以集中收集和净化，从而扩大了氟化铝的应用。目前的密闭型大型预焙槽，电解质摩尔比（分子比）一般控制在2.6以下，有些已经达到2.3左右（氟化铝过量近10%）。铝电解质的性质，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、挥发性等。二、优化添加剂配比，改善电解质性质工艺技术研究（一）问题提出泰山铝业公司一期62台电解槽长期采用的工业铝电解质，经全分析化验结果表明：含有冰晶石（约75%～85%）、氟化铝（约8%～11%）和氧化铝（约1.5%～3.5%）以及添加剂氟化钙（约5%）、氟化镁（约1.5%～2%）等。这种电解质成分，分子比控制在2.4～2.55之间。经现场实际应用，电解温度控制在950～960℃，取得的电流效率仅在90%～92%，这远远达不到93%～94%的先进技术经济指标要求。6借鉴其他铝厂的先进做法，我们考虑到能否使添加剂配比进一步优化，通过改善电解质的性质，提高电流效率。考虑到氯化钠、氟化锂等添加剂市场价格、产量等外界因素的影响，我们决定暂不添加这两种添加剂，仍保持原有的电解质成份，初步提出了将电解质中氟化铝浓度进一步提高，氟化镁浓度进一步下降的技术改进方案。（二）铝电解质性质参数概述一）初晶温度初晶温度是指液体开始形成固态晶体的温度。固态晶体开始熔化的温度称为该晶体的熔点。初晶温度与熔点的物理意义不同，但在数值上相等。冰晶石—氧化铝均匀熔体电解质其初晶温度随氧化铝含量增多而降低。电解质的摩尔比（分子比）降低，其初晶温度也随之降低，但氧化铝的溶解量也会降低。电解生产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℃范围）。工作温度越低，减少设备变形，延长设备使用寿命，工人劳动环境改善，电解质挥发损失小。而且，更重要一点，电解过程中电流效率随电解温度降低而提高，即可以降低电能消耗，又可以增加产量。电解温度是指电解生产中电解质的温度。电解质温度=电解质初晶温度+过热度。在铝电解生产上，通常电解温度看作重要7技术条件。所谓电解温度，是指电解质温度而言。现代大型预焙槽的电解温度大多是在940～960℃之间。这是一个温度范围，大约高出电解质的初晶点5～20℃。两者之间的差值称为过热度。电解质温度过高会增加金属铝的损失，降低电流效率，并能熔化炉膛，增加物料消耗，导致病槽。温度过低的电解质，其密度增大，粘度增大，铝液与电解质分离不开，阳极气体不易畅快排出，炉膛过小，伸腿伸长，电解质溶解氧化铝的能力降低，阳极效应系数增大，炉底沉淀增多，电解槽底部易长结壳，分子比下降，电解质急剧收缩，严重时造成滚铝，产生病槽，生产紊乱，使各项生产指标大幅度下降。二）密度密度是指单位体积的某物质的质量，冰晶石在接近熔点处的密度为2.112g/cm3，随着温度升高，密度呈线性降低。工业铝电解质熔体的密度随氧化铝含量增多而降低。实际生产中，需要电解质密度较低为好。铝电解生产中，铝与电解质是两种相溶性很小（铝在电解质中的最大溶解度约为1%）的液体，铝水的密度比电解质大些。故沉于电解槽底部，它们之间的分离靠两种液体的密度差来实现。纯度较高的铝水平密度一定，因此，只有减小电解质熔体的密度来增大其密度差，从而使两种液体良好分离。三）导电度导电度也称为比电导或导电率，它是物体导电能力大小的8标志，通常用比电阻的倒数来表示。电解质的比电阻定义为截面1cm2，长度为1cm的熔体的电阻，其单位为欧姆·厘米。显然，电解质的比电阻小，其导电度大，电解质的导电性就好，相反则差。生产中需要电解质具有大的导电度。电解质导电性赿好，其电压降就赿小，赿有利于降低生产能耗。四）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。熔体内质点间相对运动的阻力越大，该熔体的粘度就越大。一般说来，熔体粘度随温度升高而成线性减小。工业铝电解质的粘度一般保持在3×10-3Pa·s左右，过大或过小，对生产均不利。电解质粘度过大，会降低氧化铝在其中的溶解速度，会阻碍电解质中的炭渣分离和阳极气体的排出，给生产带来危害。但电解质粘度过小，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，造成槽底沉淀。五）挥发性物质的挥发性，一般是指液体在低于沸点的状态下，分子以气态蒸发的程度。挥发性通常用物质的蒸汽压来表示，某种液体在某一温度下的蒸汽压力大，即说其挥发性大，否则就小。蒸汽压随温度升高而升高，到液体的沸点时，蒸汽压与大气压相等，液体沸腾。9生产中要求电解质的挥发性要小，一是可以减小冰晶石的挥发损失，二是可以减少有害物的排放，对人体减少危害，并减轻环境污染。（三）改善电解质性质关键技术研究一）添加剂的选择技术在生产过程中，为了改善电解质的性质，有利于生产，通常向电解质中添加各种添加剂，藉以达到提高电流效率，降低能耗的目的。能作为添加剂的条件为：在电解过程中不参与电化学反应，以免电解出其他元素而影响铝的纯度；能够对电解质的性质有所改善；对氧化铝的溶解度不至太大影响；吸水性和挥发性要小；价格要低廉等。目前还未找到能够同时满足上述要求的添加剂，能够部分满足上述要求的添加剂有氟