淺談降低鋁電解氟化鋁消耗的有效對策

阿富林 尹青華 李善發(fā)

（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810101）

氟化鋁主要是用于調(diào)整鋁電解過程當中電解質(zhì)的成分，而隨著電化學反應的推移產(chǎn)生氟化物的排放量會對環(huán)境造成較大的消極影響，而氟化鋁的消耗量也是與電解生產(chǎn)過程當中的一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標，許多鋁電解生產(chǎn)企業(yè)在進行生產(chǎn)的過程當中，主要將科學研究的重點放在如何降低氟化鋁的消耗并減少污染物排放方面。目前隨著人們環(huán)境保護意識的不斷增強，國民對環(huán)境保護的問題也逐漸關(guān)注，企業(yè)在進行生產(chǎn)時面對著環(huán)境的壓力，環(huán)保壓力以及成本的壓力，更需要在降低氟化鋁消耗以及減少污染物排放方面做出大量的實踐研究。

一、最近兩年氟化鋁消耗情況

從2016年到2017年，我國在氟化鋁消耗方面的情況進行分析，可以發(fā)現(xiàn)2016年和2017年的氟化鋁單耗完成分別為每噸23.91千克鋁和每噸21.17千克。但是我國在氟化鋁消耗的生產(chǎn)計劃方面規(guī)定，每年的消耗量應該是在每噸20千克以內(nèi)。由此我們可以看出，2016年到2017年的氟化鋁剛好情況明顯高于每年的計劃，同時每個月的單耗量高低不等，相對不均勻。

二、影響氟化鋁消耗的分析

（一）與電解槽工藝參數(shù)的關(guān)系

在氟化鋁消耗與電解槽工藝參數(shù)的關(guān)系中，可以具體分為氟化鋁消耗與工作電壓的關(guān)系，氟化鋁消耗與分子比的關(guān)系，氟化鋁消耗與曲線效應系數(shù)的關(guān)系。首先從氟化鋁消耗與工作電壓的關(guān)系進行分析，在2016年度電解槽的平均電壓在4.006伏左右，此時氟化鋁的單耗為每噸23.9千克，而在2017年度的電解槽平均電壓為4.001V左右，此時氟化鋁的單耗為每噸21.9千克。由此我們可以看出電解槽工作電壓與氟化鋁消耗之間存在反比關(guān)系，如果電解槽工作的電壓增加，那么氟化鋁的消耗量將會減少。從氟化鋁消耗與分子比的關(guān)系進行分析，氟化鋁的消耗與槽分子比之間呈現(xiàn)出反比的關(guān)系，要想能夠降低氟化鋁的消耗，可以通過在生產(chǎn)過程當中添加氟化鋁的方式來進行控制。在關(guān)于曲線效應系數(shù)方面的關(guān)系中，可以看出隨著曲線效應的增加，氟化鋁的消耗量也會隨之增加，其主要原因是因為發(fā)生陽極效應或者閃爍效應之后電解槽效應的過熱度就會大大增加，從而提高氟化鋁的揮發(fā)性。

（二）氟化鋁消耗與凈化系統(tǒng)運行的關(guān)系

在針對氟化鋁消耗與凈化系統(tǒng)運行的關(guān)系進行分析時，主要從氟化鋁消耗與凈化排空煙氣氟含量以及凈化動力電的關(guān)系進行探討。首先從氟化鋁消耗與凈化排空煙氣氟含量的關(guān)系進行探討時，從我國2016年到2017年每月的排空煙氣當中的氟含量數(shù)據(jù)總可以看出，月度煙氣排空氟含量與當月的氟化鋁消耗量存在正比關(guān)系。同時與凈化車間動力電消耗之間也存在著正比的關(guān)系，隨著凈化排煙風機電流的增加，氟含量的消耗也會增加。

三、鋁電解生產(chǎn)過程中氟化鋁的消耗

（一）電化學消耗

電化學消耗的過程就是鋁電解生產(chǎn)時原材料中含有的部分雜質(zhì)，比如水，氧化硅，氧化鈣等物質(zhì)會分解到電解質(zhì)當中與氟化鋁或者冰晶石生成各種各樣的氟化物。其中最主要的電化學反應能夠?qū)諝庠斐蓢乐赜绊懙模饕欠X與水的反應，也就是水解反應，它的反應結(jié)果會直接引起分子比的升高，進而生產(chǎn)出氟化氫氣體，并對環(huán)境造成污染。

（二）物理損耗

所謂的物理損耗是指電解鋁過程當中氟化鋁存在的揮發(fā)性使得氟化鋁消耗大大增加，在多種電解質(zhì)組分當中，氟化鋁的電解溫度下飽和蒸氣壓最高，所以該電解過程會首先將氟化鋁分離出來，并隨著溫度的不斷升高，氟化鋁的揮發(fā)損失也在不斷的增大。目前大部分電解鋁企業(yè)都配置了氟化鋁的自動加料和控制系統(tǒng)，使得揮發(fā)性損失得到了有效的控制。

四、降低氟化鋁消耗的措施

（一）嚴格控制氟化鋁原料水分

原材料當中的結(jié)合水含量越多，那么水解反應就會隨之增加，氟化鋁的用量也會增加，目前我國大部分生產(chǎn)氟化鋁的企業(yè)所生產(chǎn)出來的氟化鋁，結(jié)合水量一般都在4%以上，這使得鋁電解生產(chǎn)使用的氟化鋁量大大增加。目前我國氟化鋁產(chǎn)品主要有三種類型，它們分別是無水氟化鋁，干法氟化鋁和濕法氟化鋁。

（二）應用新技術(shù)降低電解生產(chǎn)溫度

在鋁電解生產(chǎn)過程當中，溫度對于電解槽電流效率會產(chǎn)生較大的影響，如果能夠?qū)㈦娊獠鄣臏囟冗M行有效的降低，那么整個反應過程將能長期保持低溫生產(chǎn)的狀態(tài)，最終在電解質(zhì)當中的氟化鋁揮發(fā)損失就會減少。從天泰鋁業(yè)低溫操作的管理思路來看，應用新的技術(shù)將電解生產(chǎn)的溫度進行有效的降低，能夠降低氟化鋁的消耗，并促進企業(yè)的長期發(fā)展。

（三）保持合理的分子比

低分子比生產(chǎn)是許多大型預培槽普遍采用的生產(chǎn)方式，此時的分子比普遍在2.2~2.4之間，較低的電解質(zhì)分子比能夠提高電流的效率，但是氟化鋁的揮發(fā)程度與分子比之間存在反比關(guān)系，所以分子比越低，氟化鋁的揮發(fā)程度就越高。所以才對分子比進行調(diào)節(jié)時，應該是其保持在2.4~2.5之間。

五、結(jié)語

通過上文的分析，我們可以看出，能夠影響氟化鋁消耗的人數(shù)主要有電解槽工藝技術(shù)的控制以及凈化系統(tǒng)的運行狀況。首先從電解槽工藝技術(shù)的控制進行分析，如果控制技術(shù)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，比如電解槽在運行的過程當中，存在溫度偏高分子比長期按照標準下限的控制進行，或者電解質(zhì)的水平長期保持上限水平等，多種因素都會使得氟化鋁的消耗率大大增加。如果進化系統(tǒng)處于非正常運行的狀態(tài)，那么煙氣氟化鋁的回收誤會大大降低，從而影響了整體的氟化鋁消耗情況。