低溫鋁電解的有關研究

王鐵軍

摘 要：作者對低溫鋁電解進行系統的理論與實踐探討，其內容主要包括低溫鋁電解的定義與低溫鋁電解的意義等，并進一步對含有鋰鹽的低溫鋁電解工業試驗進行了具體的介紹。

關鍵詞：短期電力 負荷預測 研究

中圖分類號：TF821 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0116-01

在1886年美國人霍爾以及法國人埃魯共同合作發明了煉鋁的冰晶石一氧化鋁融鹽電解法。這種方法至今還一直被沿用，但是其還是存在許多如惡劣的環境污染、必須高達940 ℃～960 ℃的工業生產電解溫度以及能量利用率較低等問題。為了更好的解決以上問題，許多學者還在努力研究煉鋁的新方法。在以往科學家的研究中，電解低溫鋁具有提高鋁的純度、有效降低耗能、延長電解槽的壽命等多種優點，如今已經引起世界各地學者的廣泛關注。

1 低溫電解鋁的含義

生產電解的過程中電解質的溫度即稱為電解溫度。電解質溫度等于電解質初晶溫度加過熱度。在實際的生產過程中，可以通過降低電解質的初晶溫度或者降低電解溫度和初晶溫度的差值這兩種方法來降低點解溫度。

由于鋁的熔點為650 ℃，一般來講，在進行電解時只要電解溫度達到700 ℃～800 ℃即可，要想有效將低溫鋁電解的溫度保持在大約700 ℃～800 ℃左右，必須要按要求選擇合適的低溫鋁電解的原材料，在諸多材料中，氧化鋁是較好的選擇，主要原因有：氧化鋁價格較低、吸小性小、運輸便捷以及儲存方便。

2 低溫電解鋁的意義

研究表明，只要溫度達到大約700 ℃～800 ℃左右就能進行電解，但是工業電解的溫度通常需要達到850 ℃～870 ℃左右，因此降低電解溫度的工業生產將成為人類發展史上極為重要的一步。

減少電解槽能量的收入的同時減少能量支出是保持鋁電解槽能量平衡的主要原理。目前，鋁工業在生產的過程中，主要采用的是方式是加強保溫，目的在于盡量避免電解槽的熱量損失，例如，通過對槽體及陽極的保溫加強這種方法可以起到一定的作用，但是由于電解槽的制作成本與槽體保溫層的厚度成正比，如果槽體保溫層的厚度加厚，需要采取新的方法來降低電解溫度。

2.1 通過降低電解溫度可以減少熱能的損失，可以節省電能

如果電解槽的內壁溫度可以減少15 ℃，則相應經過側壁的熱流量會減少大約800 kJ/（m2·h）。例如一臺150 kA的大型電解槽，如果電解溫度減少15 ℃，那么整槽對外損失的熱能總量與損失的幅度大約可以減少80 kWh/t·Al，效果非常可觀。

2.2 通過降低電解溫度可以提升電流效率

鋁液的溶解速度與溶解度在電解質中是隨著電解質的溫度變化而發生改變。隨著溫度的降低，擴散到陽極區被二氧化碳氣體氧化的鋁的數量不斷減少，可以降低鋁的溶解和損失，從而提升電流效率。多項研究發現，當電解溫度維持在大約900 ℃～950 ℃時，與此同時降低電解的溫度，電流效率將會出現明顯提升。例如當溫度從950℃降低到900 ℃時，電流效率將提升5%～7%。

電解溫度的降低同時對降低氟人鹽與陽極炭耗的消耗有較大的好處，當然，還會適的延長電解槽的壽命，或者說這也會降低鋁電解的生產成本。從鋁工業電解的角度出發，不僅可以縮短我國與西方國家的差距，同時還可以提升我國在國際市場上的競爭能力。

在鋁電解實際生產過程中，我們必須抱著科學的態度進行電解質分子的分析，合理而且科學的選擇分析方式。最重要的是在實際的低溫電解過程中控制與測量初晶溫度、電解溫度以及過熱度等，但是，更重要的還是對電導法以及氯化鋁滴定法分析分子比的研究，不僅可以科學合理的分析電解質分子比，而且可以推動鋁電解的生產[5]。

3 對于含有鋰鹽的低溫鋁的工業電解試驗

3.1 對于含有鋰鹽的低溫鋁的電解試驗

電解槽的電解溫度一般大約在920 ℃～940 ℃左右，而電解質分子比一般保持在2.2～2.4之間，如果要降低電解溫度，就必須在技術經濟指標方面進行合理優化，需要成立低溫鋁電解工藝實驗小組，而且每周需要定期召開實驗例會，電解車間的管理人員以及重要技術人員需要積極參與，試驗槽爐膛變化、存在問題以及運行情況、技術開發科統計試驗槽的主要技術條件與各項經濟指標將由試驗車間的生產技術人員進行詳細的介紹，具體內容有：電解質水平、鋁水平、電解溫度（最低點、最高點、最近和平均值）、分子比、效應系數、出鋁量、AIF3添加量以及平均電壓，各成員需要共同討論槽況以及生產的各種問題，并且提出對應改進措施，借鑒以往在試驗中取得成功的經驗并進行推廣。

3.2 有關試驗結果分析

電解實驗中選擇低分子比低溫電解技術尤其重要，具體為電解的溫度需要保持在大約930 ℃左右，而分子比需要保持在大約2.1～2.3之間。但是，槽子在這個過程中還是產生了一些問題。

其中一點是在實際生產的過程中，部分電解槽的爐底出現了大面積結殼導致電解質發粘，同時還出現了明顯的嚴重下縮。另外雖然部分電解槽的電解溫度并不是很高，但還是存在相對偏高的過熱度的情況。槽幫的厚度一般主要是由過熱度所控制，而電解質成分與電解質初晶溫度在生產低溫電解的過程中有著重要的影響，爐幫的長化與熱流量的大小與變化是由過熱度的大小與變化決定的。通過詳細并且細致的深入分析，這種現象的造成是由于分子比的過快降低，電解質的過熱度偏低以及電解溫度過低。主要原因是氟化鋁一次性添加過多。由此分析得出在進行低分比低溫電解的過程中需要避免出現分子比過快降低的情況，可以采取的操作方式是將分子比的降低梯度規定為0.05，同時還需要相應的提升槽工作電壓。

另外，還要將電解槽的爐幫的穩定性能提升，并且創建高分子比的堅固爐幫，對于后期的啟動有重要的作用而且會具有更強的抗過熱度波動與溫度的能力。為了避免出現由于電解溫度與過熱度的大幅度波動對爐幫造成破壞，在實際生產過程中需要進一步加強鋁電解生產技術的管理，應選擇相應的、合適的措施，控制好過熱度以及電解溫度的穩定性。

4 結語

通過對含有鋰鹽的低溫鋁電解工業的研究以及深入探討，已研究出一套相對比較合理的鋁電解槽工藝技術條件，關鍵是對于分子比以及電解溫度的嚴格控制。在降低電解溫度時，盡量防止出現過快降低分子比與爐底形成結殼的情況。

參考文獻

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[2] 盧惠民，邱竹賢.低分子比鋁電解中鋁的溶解度和A1203濃度分布陰，輕金屬，2007（2）：22-25.

[3] 沈時英.鋁電解質的酸度問題[J].輕金屬，2002（11）：24-31.

[4] 張明杰，趙恒先，邱竹賢，等.鋁電解質冰晶石分子比分析中面臨的幾個問題[J].撫鋁科技，2007（10）：1-6.

[5] 盧惠民，邱竹賢.低溫鋁電解的研究（1）[J].輕金屬，2007（4）：24-28.