鋰鹽、鉀鹽對預焙槽生產的影響

陳富強

（寧夏能源鋁業集團公司,寧夏 青銅峽 751603）

鋰鹽、鉀鹽對預焙槽生產的影響

陳富強

（寧夏能源鋁業集團公司,寧夏 青銅峽 751603）

電解鋁工業生產中可通過添加鋰鹽以改善電解質狀態和降低電解質初晶溫度,從而取得更高的電流效率。但由于國產氧化鋁中雜質較多、溶解性差,隨著槽齡的增長,采用該類型氧化鋁作為原料的電解槽出現鋰、鉀的大量富集,電解質成分變得復雜,過熱度增大,技術條件保持難度增加,本文重點闡述氟化鋰和氟化鉀長期積累帶來的一些影響.

1 鋰、鉀來源

電解鋁預焙槽生產的原料主要為氧化鋁、陽極炭塊.某公司 120 kA系列使用的國產面粉狀氧化鋁,生產廠商主要為中州、山西等,對比砂狀氧化鋁存在溶解性差、流動性差、雜質含量高等缺點,長期采用該類型氧化鋁使氟化鋰、氟化鉀含量遠高于國內其他鋁廠.該系列啟動至今槽齡已在 1 500天以上,隨著槽齡的增長和長期雜質的累積,使該系列電解質成分變得異常的復雜.

2 氟化鹽含量

國內外的一些資料上顯示,氟化鈣含量保持在 6%左右對提高電效有較好效果,從相關的分析數據顯示,120 kA系列氟化鈣含量均值在3.7%左右,氟化鎂含量均值在 0.5%左右,疊加在 4%左右,遠低于該公司 200 kA系列和350 kA系列的 6%～7%,而氟化鉀的含量曾一度達到 4%,后經過使用一段時間的進口氧化鋁,鋰鹽和鉀鹽的富集有所減緩,濃度下降,保持在 3%左右.

表 1 近期該系列抽樣電解質成分分析 （質量分數） %

3 氟化鹽性質對比

氟化鈣我們較為熟悉,它是一種中性添加劑,對分子比不會造成影響.優點:可以降低初晶溫度,增加鋁液與電解質界面的張力,降低鋁在電解質中的溶解度,提高炭渣分離效果,增大陽極氣體尺寸,減小陽極氣體表面積,減少鋁的二次溶解損失等.但氟化鈣添加也會帶來負面影響,如降低電解質的電導,降低氧化鋁的溶解度,增加電解質的密度.堿金屬氟化物都可以增加電解質的電導能力,而堿土金屬氟化物會降低電解質的電導能力.

同主族氟化物氟化鈣與氟化鎂的性質極其相似,這兩種添加劑都能從一定程度改善電解質的物理化學性質.國內外對于氟化鋰、氟化鈣、氟化鎂等研究較為透徹,而對氟化鉀研究資料較少,我 們可以通過推導得出氟化鉀的一些基本性質.

表 2 常見氟化鹽性質對比

3.1 對電解質密度的影響

氟化鋰、氟化納均可以降低電解質的密度,氟化鈉降低的效果要小于氟化鋰,根據第一主族金屬元素及其化合物的性質,可以推斷出氟化鉀也可降低電解質密度,效果小于氟化鋰、氟化鈉.電解質密度的降低有利于電解質與鋁液的分層,減小單質鋁在電解質中的溶解,有利于電流效率的提高.

圖 1 常見添加劑對電解質密度的影響

3.2 對電導率的影響

氟化鋰和氟化鈉均可以增大電解質的電導率,工業生產中通過添加適量的氟化鋰以改善電解質導電能力.同 3.1,我們可以推導出氟化鉀也可以增加電解質的電導能力,即在同等電壓保持情況下,可以增大極距,有利于增加電解槽穩定性和提高電流效率.

3.3 對分子比的影響

氟化鋰屬于堿性添加劑,可以提高電解質的分子比,而氟化鈣屬于中性添加劑,對電解質分子比基本無影響,而氟化鎂是酸性添加劑,它的加入會降低分子比.氟化鋰加入和 A lF3反應,生成L i3A lF6,該反應和氟化鈉與 A lF3反應類似,同理我們可以推測 KF可能也存在類似的反應,參考氟化鋰添加對分子比的影響推測 KF的加入會引起分子比的上升,從對爐底沉淀的分析的結果中,存在 K2NaA lF6這樣一個相,說明 KF對電解質狀態存在影響,但具體影響有多大,是否是簡單的疊加,仍需要進一步探討.

由于該系列中氟化鋰和氟化鉀的富集,過高的鋰、鉀含量導致該系列真實分子比偏高,對電流效率的負面影響較大.

3.4 對電解質黏度的影響

電解質黏度大會造成氧化鋁擴散溶解能力的降低,陽極氣體排出困難,炭渣分離效果變差,但它同時也降低了鋁在電解質中的擴散和氧化損失,延長了氧化鋁在電解質中的停留時間,減少爐底沉淀.氟化鋰、氟化鉀可以降低電解質的黏度,從而有利于陽極氣體的排除,減小鋁的二次溶解,有利炭渣分離,但同時可能會造成爐底的沉淀增加.

3.5 對過熱度的影響

所有添加的氧化物和氟化物都有降低初晶溫度的作用,如二氧化硅、氧化鈉、氧化鐵、氧化鎂、氟化鋁、氟化鋰、氟化鎂、氟化鈣等,尤其是氟化鋰、氟化鉀具十分明顯的降低初晶作用,導致該系列過熱度過大,爐幫偏薄.同時由于氟化鋰、氟化鉀降低氧化鋁溶解能力,如果一味的通過降低槽溫來縮減過熱度,將導致氧化鋁溶解能力進一步下降,電解槽穩定性下降,目前該系列一直處于爐幫偏薄的狀況,對槽壽命的延長和電效的提高存在不利影響.

4 結 語

電解鋁工業生產中通過添加鋰鹽以改善電解質和降低初晶溫度,從而取得更高的電流效率.由于考慮鋰鹽的成本,未進行大規模添加.該系列電解質成分中鋰鹽、鉀鹽含量過高,雜質較多,電解質成分復雜從而導致種種弊端.如果通過定期使用進口氧化鋁進行稀釋,使電解質中鋰鹽、鉀鹽的量能得到有效控制,使得過熱度保持適當,充分發揮出鋰鹽、鉀鹽的正面作用,該系列將取得一個更高的電流效率.

A

1671-6620（2010）S1-0148-02