淺談如何提高鋁液原鋁質(zhì)量

王遠(yuǎn)鵬

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 平果 531400）

鋁是一種應(yīng)用十分廣泛地的金屬材料，它不只質(zhì)輕、導(dǎo)電強(qiáng)、導(dǎo)熱強(qiáng)，而且還耐高壓耐腐蝕，具備很強(qiáng)的可塑性。要想生產(chǎn)出品質(zhì)良好的鋁合金，就必須生產(chǎn)出高質(zhì)量的原鋁，如果原鋁不具備較好的品質(zhì)，高品質(zhì)的鋁合金產(chǎn)品將無法得到質(zhì)量方面的保障，故對于電解鋁生產(chǎn)的企業(yè)而言，保障并進(jìn)一步提升原鋁質(zhì)量是至關(guān)重要的。而鋁電解過程非常復(fù)雜且多變，因為輕金屬鋁的特殊屬性使得其電解過程必須借助熔鹽電解法才能實現(xiàn)，熔鹽電解難度較高、可變因素太多，使得原鋁質(zhì)量管控難度提升，因此，本文就對原鋁質(zhì)量影響的主要因素進(jìn)行探索，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步提升原鋁質(zhì)量的措施[1-3]。

1 原鋁質(zhì)量的分級

原鋁液產(chǎn)生于鋁電解的生產(chǎn)過程之中，原鋁是否具備較高的質(zhì)量會極大程度上決定最終產(chǎn)品品質(zhì)，如果電解產(chǎn)生的原鋁不具備較高的品質(zhì)，那么在此基礎(chǔ)之上生產(chǎn)的鋁錠產(chǎn)品就無法符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與要求，產(chǎn)品的性能也無法得到滿足，這必定會影響電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的收益。一般而言，原鋁之中包含的雜質(zhì)越多，其質(zhì)量越低。從生產(chǎn)過程上來看，原鋁可能含有大約二十種其余金屬雜質(zhì)，在這些金屬雜質(zhì)之中含量最高且最普遍的有鐵、硅、銅等金屬元素，這幾種金屬雜質(zhì)含量相對比較固定，不會產(chǎn)生異常波動，故鐵、硅含量的高低是衡量原鋁品質(zhì)的優(yōu)劣，不同原鋁質(zhì)量等級對應(yīng)鐵硅含量不同，含量越低品質(zhì)越高。

原材料性能的高低，在一定的程度上直接與原鋁質(zhì)量有著密切的聯(lián)系。這種主要因素體現(xiàn)在采購環(huán)節(jié)對于質(zhì)量管控指標(biāo)把控不嚴(yán)格導(dǎo)致的。其次，在中間產(chǎn)品的環(huán)節(jié)中由于沒有做好物料回收以及循環(huán)利用的控制，基于成本控制就會出現(xiàn)電解質(zhì)增加問題，繼而出現(xiàn)電解質(zhì)水平波動異常，在一定的范圍內(nèi)給操作工藝造成影響。

2 原鋁中各種雜質(zhì)的來源

2.1 雜質(zhì)鐵和硅

原鋁之中的雜質(zhì)，例如鐵與硅來自原材料之中的氧化鋁、碳陽極、冰晶石等，原材料之中往往存在一定含量的氧化硅與氧化鐵。這些雜質(zhì)的氧化物會和鋁液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而被還原成鐵與硅，作為金屬單質(zhì)混合在鋁液之中。基于這種氧化還原反應(yīng)的原理，如果一些鐵質(zhì)的生產(chǎn)用具接觸到了原鋁就可能發(fā)生類似反應(yīng)。雜質(zhì)鐵的來源相較于雜質(zhì)硅更加廣泛一些，倘若在操作過程之中出現(xiàn)“陽極化爪”或者“化磷生鐵”的現(xiàn)象，原鋁之中都可能出現(xiàn)一定含量的鐵雜質(zhì)。與此同時，如果在運(yùn)輸氧化鋁的過程之中沒有注意管道磨損問題，那么原鋁之中就會攜帶一部分雜質(zhì)鐵與雜質(zhì)硅，只有把控好進(jìn)槽原料純凈度，才能有效管控原鋁質(zhì)量。

表1 金屬鋁化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1196-2017）

2.2 其它雜質(zhì)

原鋁液之中也可能存在其他的雜質(zhì)，例如鐵、銅、鈣、鎂、鋅等等。一般而言，銅、鈣、鎂、鋅的氧化物雜質(zhì)一般起源于原材料，因為其還原性強(qiáng)于鋁，后經(jīng)電解還原反應(yīng)進(jìn)入到原鋁之中，原鋁之中的雜質(zhì)并非都是金屬元素，也存在一些非金屬的雜質(zhì)，例如炭、氧、氫等都可能存在.

圖1 原鋁中各雜質(zhì)含量及占比

原鋁中的雜質(zhì)來源于氧化鋁、預(yù)焙炭陽極、覆蓋料等原料，這些原料隨著電解過程的進(jìn)行不斷消耗，其中的雜質(zhì)元素也隨之轉(zhuǎn)移到電解槽中，析出電位正于Al元素的雜質(zhì)會在電解過程中被還原而進(jìn)入鋁液中，給鋁液造成污染。

從圖可知，F(xiàn)e、Si兩種雜質(zhì)占所有雜質(zhì)含量的76.6%，F(xiàn)e、Si元素是造成原鋁質(zhì)量下降的主要原因。

3 提高原鋁質(zhì)量的措施

3.1 加強(qiáng)日常管理，提高現(xiàn)場操作質(zhì)量

3.1.1 加強(qiáng)換極工作質(zhì)量管理

（1）新極上槽前要用牛皮紙包好鋼爪，并加滿新鮮氧化鋁粉，防止泡爪。

（2）新極上槽前要清干凈極上掉落的磷生鐵，防止磷生鐵掉入槽內(nèi)。

（3）設(shè)置好陽極高度，防止因陽極設(shè)置過低而造成陽極脫落、泡爪現(xiàn)象。

（4）淋好對面陽極的內(nèi)端，防止氧化。

（5）嚴(yán)禁用大塊收邊，收邊時必須拍實，防止化空陽極氧化。

（6）推好中結(jié)料，防止陽極氧化。

（7）收邊物料里面如果若有鐵質(zhì)雜物，必須清理到指定放置點才能使用。

3.1.2 加強(qiáng)電解槽巡視

（1）嚴(yán)格執(zhí)行電解槽巡視制度，對巡視出來的問題及時處理，減少因設(shè)備原因而造成電解槽的異常運(yùn)行；提高巡查檢視的頻次，一旦出現(xiàn)打殼錘頭卡堵的現(xiàn)象，應(yīng)該第一時間進(jìn)行疏通與打撈，阻止其對原鋁的污染。

（2）適當(dāng)控制電解槽效應(yīng)時間，防止效應(yīng)時間超長而導(dǎo)致電解槽破損。

（3）責(zé)任槽嚴(yán)禁升降電壓，升降電壓應(yīng)該由主操及以上管理人員操作，防止電解槽出現(xiàn)異常。

3.2 控制生產(chǎn)工藝和指標(biāo)，密切關(guān)注電解槽動態(tài)指標(biāo)

配備有經(jīng)驗的管理人員和熟練操作的工人，及時調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)，以熱平衡與物料平衡為中心控制工藝技術(shù)條件，做好單臺槽數(shù)據(jù)的收集和分析，便于對槽況的變化做出及時準(zhǔn)確的判斷，“確保電解槽溫度低、電解槽電壓低、分子比例低、氧化鋁所占的濃度低、效應(yīng)系數(shù)低，同時保證電解質(zhì)的水平與鋁的水平處在最佳電解的階段。讓槽膛內(nèi)型保持標(biāo)準(zhǔn)的形態(tài)時間更長，從而減緩雜質(zhì)的溶解，進(jìn)一步提升原鋁的質(zhì)量水平，保證電解槽良好運(yùn)行狀態(tài)。

控制好技術(shù)條件，電解質(zhì)水平要控制在15cm～17cm之間，防止陽極出現(xiàn)化爪現(xiàn)象；控制好適當(dāng)?shù)匿X水平，提高電解槽運(yùn)行穩(wěn)定，減少槽破損；嚴(yán)格控制原鋁鐵含量，在實踐階段需要對含鐵量出現(xiàn)的異常情況給予高度重視，要采取動態(tài)跟蹤、跟蹤調(diào)查的方式積極尋找影響原因，減少原來鋁質(zhì)量問題出現(xiàn)；根據(jù)異常槽質(zhì)量需求，對監(jiān)測頻率合理制定，將相關(guān)的數(shù)據(jù)收集、整理匯報，及時落實處理[4]。

3.3 嚴(yán)格把控進(jìn)入電解槽物料

把控原材料的品質(zhì)，確保采用的原材料質(zhì)量高于國家使用標(biāo)準(zhǔn)，滿足行業(yè)使用的規(guī)范，使用的氧化鋁應(yīng)該確保其中一級品的比例大于等于98%。與此同時，其他需要的原材料，例如冰晶石、氟化鈣等等，也應(yīng)在質(zhì)量上有所保證，盡可能選用知名品牌的產(chǎn)品；電解鋁生產(chǎn)過程中預(yù)焙炭陽極是影響原鋁純度的另一個主要因素。一般情況下，生產(chǎn)1噸原鋁需凈消耗預(yù)焙炭陽極約410 公斤左右。預(yù)焙炭陽極是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑生產(chǎn)的炭塊，隨著石油焦/煤瀝青的原料質(zhì)量的下降、雜質(zhì)的提高，影響了預(yù)焙炭陽極的質(zhì)量，提高了鋁陽極消耗，并且隨預(yù)焙炭陽極的消耗而進(jìn)入電解槽內(nèi)的雜質(zhì)含量也越來越多，導(dǎo)致原鋁雜質(zhì)增加，原鋁純度降低。此外，預(yù)焙炭陽極在使用一段時間后，與其連接的鋼爪與電解質(zhì)接觸造成化爪/涮爪等現(xiàn)象，使電解槽內(nèi)原鋁雜質(zhì)Fe含量增加。

從整體層面分析，在鋁電解環(huán)節(jié)中雜質(zhì)引起原因多數(shù)是電解原料以及操作時管理不當(dāng)進(jìn)入到電解槽當(dāng)中。對于鋁氧化來說影響最大的是雜質(zhì)問題，這主要是相關(guān)廠家沒有對工藝給予高度重視，導(dǎo)致產(chǎn)品中含有雜質(zhì)；在受到冰晶石以及相關(guān)氟化鋁影響后，電解槽的雜質(zhì)成份會增加；在石油焦質(zhì)量性能下降影響之下，就會導(dǎo)致預(yù)焙炭陽極直接進(jìn)入到電解槽當(dāng)中，此時內(nèi)在雜質(zhì)就會增加；另外，在換極環(huán)節(jié)中若有Fe雜質(zhì)物質(zhì)，電解煙氣的干法凈化吸附在一定的程度上會導(dǎo)致循環(huán)效果下降，導(dǎo)致雜質(zhì)富集問題出現(xiàn)，使得相關(guān)參數(shù)性能下降。

3.4 做好槽電解槽啟動及后期管理工作

電解槽啟動是把電壓控制在8V以下，防止電解槽出現(xiàn)破損；控制好氧化鋁下料間隔時間，安排專人看電壓曲線，嚴(yán)禁啟動當(dāng)天來效應(yīng)。啟動后期的管理過程之中秉持著一個準(zhǔn)則那就是：“確保電解槽溫度高、電壓高、電解質(zhì)水平高、氟化鋁過剩量低、效應(yīng)系數(shù)高、鋁水平低”，從而確保在電解槽之中產(chǎn)生爐邦，推動爐膛內(nèi)部形狀的標(biāo)準(zhǔn)化。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然影響原鋁雜質(zhì)的種類較多，來源也廣泛，但是整體而言，雜質(zhì)的含量是能夠控制的，想要保障電解槽原鋁質(zhì)量，必須從源頭抓好，控制電解槽進(jìn)入物料品質(zhì)，做好現(xiàn)場操作質(zhì)量管理，及時分析異常情況，匹配合適的技術(shù)條件，避免槽況引起波動甚至出現(xiàn)破損，造成原鋁異常。加強(qiáng)對電解槽的管理、優(yōu)化鋁電解的操作能在一定程度上減少雜質(zhì)的含量，提升原鋁質(zhì)量。