氧化鋁質(zhì)量對(duì)鋁電解的影響及控制分析

楊　帆（廣西華銀鋁業(yè)有限公司，廣西 百色 533700）

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氧化鋁質(zhì)量對(duì)鋁電解的影響及控制分析

楊帆（廣西華銀鋁業(yè)有限公司，廣西 百色 533700）

近年來(lái)，受全球宏觀經(jīng)濟(jì)增速放緩的影響，鋁電解鋁價(jià)下滑，加之產(chǎn)能過(guò)剩，行業(yè)內(nèi)企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)日具激烈，為求生存與發(fā)展，鋁電解廠更加注重生態(tài)環(huán)境與生產(chǎn)條件的改善，并由于現(xiàn)代鋁電解廠采用大型中間干法煙氣凈化與下料預(yù)焙槽技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于氧化鋁材料也提出了更高的要求。對(duì)氧化鋁除了要求其具有較高的純度和穩(wěn)定的質(zhì)量外，還要求其具有優(yōu)良的物理性質(zhì)：流動(dòng)性好、強(qiáng)度高、溶解性好、不產(chǎn)生粉塵、具有較高的比表面積等。本文就氧化鋁質(zhì)量對(duì)鋁電解造成的影響進(jìn)行深入的分析，并提出氧化鋁化學(xué)及物理性能質(zhì)量改善的有效策略。

氧化鋁；電解鋁；質(zhì)量影響與分析

1　氧化鋁質(zhì)量的要求及對(duì)鋁電解影響

1.1氧化鋁質(zhì)量要求

氧化鋁質(zhì)量現(xiàn)行有效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T24487-2009，其中化學(xué)成分為應(yīng)符合表1的規(guī)定。

氧化鋁微量元素主要包括V2O5P2O5MnO TiO2等。

物理性能主要包括粒度、比表面積、松裝密度等項(xiàng)目。

鋁電解廠對(duì)氧化鋁的質(zhì)量要求，化學(xué)成分一般按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也均能符合，質(zhì)量差別不大；氧化鋁質(zhì)量的好否更是具體體現(xiàn)在物理性能的優(yōu)劣，物理性能滿足的程度越高氧化鋁質(zhì)量越好，產(chǎn)品越受用戶的青睞。

1.2化學(xué)性質(zhì)的影響

氧化鋁的化學(xué)純度是對(duì)原鋁質(zhì)量造成影響的主要因素，除此之外，與鋁電解反應(yīng)中的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也有著直接的關(guān)聯(lián)。

1.2.1氧化鈉

氧化鋁存在的雜質(zhì)大多為氧化鈉，一旦氧化鈉的含量超標(biāo)將會(huì)直接威脅到電解槽正常工作。如果出現(xiàn)電解質(zhì)鈉含量過(guò)高的情況時(shí)，只有添加氧化鋁才能夠使NaF/A1F3值維持在正常值，從而也耗費(fèi)了更多的氟化鹽，同時(shí)電解槽中電解質(zhì)的體積也跟著增加。根據(jù)計(jì)算，氧化鋁中氧化鈉含量每增加0.1%，每產(chǎn)生1t鋁需要多消耗價(jià)格昂貴的氟化鋁3.8kg。

1.2.2其他氧化物雜質(zhì)

氧化鋁中具有的如TiO2，SiO2，F(xiàn)e203等氧化物雜質(zhì)，和鋁相比更具正電性，上述雜質(zhì)元素在電解時(shí)，會(huì)從陰極上析出，降低原鋁質(zhì)量，并對(duì)電流效率產(chǎn)生影響。

1.2.3灼減

灼減具體表現(xiàn)為進(jìn)入電解槽后，氧化鋁所釋放的總水量。氟化氫氣體是由于電解質(zhì)中的氟化物與氧化鋁中吸附的水共同反應(yīng)生成，使得氟化物排放量增加。氧化鋁如果灼減量較高，那么溶解時(shí)間也就相應(yīng)較短，所生成的結(jié)殼，硬度與強(qiáng)度都較大，能夠有效降低熱損失，使其長(zhǎng)期維持在電解質(zhì)上方。但電解質(zhì)熔體進(jìn)入的氧化鋁灼減量較高時(shí)，因?yàn)楦咝阅艿娜芙鈽O易造成、顆粒處于游離狀態(tài)，揮發(fā)物起泡的狀況。如果氧化鋁的吸附的水份較多或灼減較高時(shí)，將增加電解質(zhì)中氟化物水解產(chǎn)生氟化氫。電解廠要求氧化鋁水份少，但水份在很大程度上取決于焙燒程度，這就要求灼減小、比表面積大，但吸濕性要大，這樣才能維持均衡。

1.3物理性質(zhì)的影響

氧化鋁物理性質(zhì)的表征指標(biāo)常表現(xiàn)為：比表面積、磨損指數(shù)、粒度等。氧化鋁的融解冰晶石熔體的速度、保溫性、灰塵量、吸附氟化氫的能力以及流動(dòng)等均與上述物理性質(zhì)有著密切的關(guān)聯(lián)。確保氧化鋁物理性能的穩(wěn)定性，保持良好的流動(dòng)性，溶解性，才能為電解槽的風(fēng)動(dòng)輸送與自動(dòng)向添加提供便利，產(chǎn)品在輸送與下料過(guò)程中，增強(qiáng)氟化氫吸附能力，減少飛揚(yáng)損失，發(fā)揮吸附劑的煙氣凈化功效，改善生態(tài)環(huán)境，降低氧化鋁單耗。

1.3.1粒 度

粒度是氧化鋁一個(gè)很重要的質(zhì)量指標(biāo)，主要表現(xiàn)為百分比小于45μm的細(xì)顆粒與大于150μm的粗顆粒的兩種主要粒級(jí)參數(shù)表現(xiàn)形式。大于150μm粗顆含量會(huì)降低氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解速度和影響沉淀。而小于45μm細(xì)顆含量增多給電解作業(yè)帶來(lái)諸多影響：①因粒度細(xì)流動(dòng)性差，在流程中易堵塞，特別是下料口電解結(jié)殼，增加了人工清結(jié)殼的次數(shù)，尤其氧化鋁細(xì)度-45μm＞20%時(shí)，用人工捅電解槽結(jié)殼的次數(shù)明顯增多；②因粒度細(xì)溶解性差使電解電流分布、溫度分布不均增加電耗，據(jù)某廠測(cè)試-45μm粒度比例每增加10～12%，每噸鋁增加1%左右的電耗；③氧化鋁粒度細(xì)，其吸附能力差，增加氟化鹽的消耗，另外氟化物排放高，不利于環(huán)境保護(hù)；④氧化鋁粒度細(xì)會(huì)增加其在生產(chǎn)流程中的飛揚(yáng)損失。

1.3.2磨損指數(shù)

氧化鋁粒度與強(qiáng)度與磨損指數(shù)都有著決定性的關(guān)聯(lián)。磨損指數(shù)越小越好，越小表征氧化鋁強(qiáng)度越大，從而也能夠減少煙氣凈化系統(tǒng)在運(yùn)輸及電解槽過(guò)程中因磨擦、碰撞而引起的粒級(jí)含量增加的情況。

1.3.3比表面積

比表面積是單位物料外表面積和內(nèi)孔表面積之和，比表面積一般控制在60～80m2/g左右。比表面積大的氧化鋁在電解質(zhì)中溶解性能好、活性大，而比表面積小的氧化鋁吸附能力差不利對(duì)氟化氫的吸附，同時(shí)在電解質(zhì)中其溶解速度也會(huì)降低，結(jié)晶度提高，在槽底易產(chǎn)生沉淀。

2　氧化鋁質(zhì)量的控制

2.1化學(xué)性質(zhì)的控制

Na2O是氧化鋁樣品中含量最高的雜質(zhì)，氧化鋁在堿法生產(chǎn)的氫氧化鋁中存在兩種形式的氧化鈉：①氫氧化鋁在洗滌過(guò)程中，并未將殘留在其中母液完全清除，降低堿含量可以通過(guò)表面活性劑使過(guò)濾濾餅脫水或大量、多次的清洗來(lái)實(shí)現(xiàn)。②氫氧化鋁晶格中與氫氧化鋁分解產(chǎn)生的堿相互融合，當(dāng)前還未發(fā)現(xiàn)有效的去除方法。所以，為了能夠降低氧化鈉在氧化鋁中的含量、并且在降低消耗的同時(shí)提高溶液的產(chǎn)量，應(yīng)當(dāng)不斷對(duì)分解步驟進(jìn)行改良優(yōu)化。生產(chǎn)砂狀氧化鋁的廠家，因?yàn)橄礈齑螖?shù)多、粒度粗、粘度低、溫度高，而氧化鋁樣品中的Na2O低于0.40%，氫氧化鋁濾餅堿附著量低于0.06%。粉狀氧化鋁廠商，因?yàn)闇囟鹊汀⒘６燃?xì)，Na2O含量約占樣品的0.50%左右，因其進(jìn)行清洗，以使Na2O含量降低，提高了廠家投入成本。

2.2物理性質(zhì)的控制

表1

氧化鋁物理性質(zhì)的差異，大多是因?yàn)椴煌臍溲趸X鍛燒與鋁酸鈉溶液分解過(guò)程的技術(shù)工藝所導(dǎo)致。

2.2.1合理控制分解工藝

氧化鋁中間產(chǎn)品氫氧化鋁的強(qiáng)度與粒度在一定程度上決定了氧化鋁的強(qiáng)度與粒度。砂狀氧化鋁在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)確保所制的氫氧化鋁強(qiáng)度較大、粒度較粗。氫氧化鋁的粒度和強(qiáng)度取決于分解過(guò)程的控制，根據(jù)對(duì)產(chǎn)品粒度的要求，控制生產(chǎn)條件，生產(chǎn)出粉狀的氧化鋁和砂狀氧化鋁。中間狀與生產(chǎn)粉狀的氧化鋁生產(chǎn)廠家，砂狀氧化鋁也能夠經(jīng)過(guò)焙燒與分解技術(shù)的改良生產(chǎn)出來(lái)。提高分解溫度能使氫氧化鋁顆粒相對(duì)增大，但不利于分解率和產(chǎn)能的提高；鋁酸鈉料漿溶液稀些有利于分解率和粒度增大，但會(huì)影響到設(shè)備產(chǎn)能的提高；攪拌的目以保證晶種與溶液有良好的接觸，但攪拌過(guò)慢起不到攪拌的作用，甚至還有可能造成氫氧化鋁沉淀，過(guò)快會(huì)把生產(chǎn)的氫氧化鋁晶體打碎，造成氫氧化鋁變得更細(xì)。因此，應(yīng)該綜合考慮上述各種因素對(duì)設(shè)備產(chǎn)能、分解率和氫氧化鋁質(zhì)量的影響，優(yōu)化種分作業(yè)條件，確定比較合理的操作條件，最終確保氫氧化鋁的質(zhì)量。

2.2.2掌握合理的焙燒工藝條件

氧化鋁的焙燒質(zhì)量與焙燒工藝的控制有著最為直接的關(guān)聯(lián)。焙燒過(guò)程不僅是氧化鋁脫水的過(guò)程，而且存在氧化鋁復(fù)雜的相變過(guò)程，不同程度的相變會(huì)導(dǎo)致氧化鋁γ-A12O3、a-A12O3的比例不同，它影響著產(chǎn)品流動(dòng)性、安息角、比表面積、吸附能力等物理性質(zhì)。氫氧化鋁進(jìn)行烘焙時(shí)，首先必須合理控制焙燒溫度，因?yàn)檠趸X的焙燒量較高、比表面積高、a-A12O3含量較低，通過(guò)焙燒溫度的提高，降低焙燒控制，也易引起能耗提升。大部分研究顯示，采取低溫快速焙燒工藝，氧化鋁粒度中細(xì)粒少、比表面積大，揮發(fā)及含水均較多。

3　結(jié)語(yǔ)

（1）鋁電解行業(yè)企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)日具激烈，為求生存與發(fā)展，更應(yīng)當(dāng)不斷完善氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)，從而有效改善鋁電解的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提升金屬鋁質(zhì)量。

（2）氧化鋁的物理性質(zhì)強(qiáng)度和粒度在很大程度上取決于中間產(chǎn)品氫氧化鋁的強(qiáng)度與粒度，氧化鋁的a-A1203、比表面積與焙燒程度與焙燒控制密切相關(guān)，分解與焙燒控制是生產(chǎn)物理指標(biāo)優(yōu)質(zhì)氧化鋁的關(guān)鍵工序。

（3）原鋁的質(zhì)量與氧化鋁中的TiO2，SiO2，F(xiàn)e203等雜質(zhì)等密切相關(guān)，雜質(zhì)含量過(guò)高，原鋁質(zhì)量就會(huì)下降，在一定程度上也影響著電流效率，最終對(duì)鋁電解的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成不利影響，因此，必須盡最大限度地降低氧化鋁雜質(zhì)含量。

［1］畢詩(shī)文，主編.氧化鋁生產(chǎn)工藝.化學(xué)工業(yè)出版社出版，2006.

［2］趙清杰，等.氧化鋁廠如何滿足現(xiàn)代鋁電解用氧化鋁的質(zhì)量要求［J］.世界有色金屬，2001（1）：15～17.

［3］景衛(wèi)兵，等.砂狀氧化鋁幾個(gè)重要的物理指標(biāo)，中國(guó)焦作［Z］.第十屆全國(guó)氧化鋁學(xué)術(shù)會(huì)，2004，12，99～100.

［4］劉保偉.砂狀氧化鋁質(zhì)量問(wèn)題的研究［J］.世界有色金屬，1999（10）：45～47.

楊 帆（1973-），男，工程師，主要從事生產(chǎn)質(zhì)量技術(shù)管理等工作。

TE821

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2095-2066（2016）17-0257-02

2016-2-20