陳富強(qiáng)

（寧夏能源鋁業(yè)集團(tuán)公司,寧夏 青銅峽 751603）

鋰鹽、鉀鹽對預(yù)焙槽生產(chǎn)的影響

陳富強(qiáng)

（寧夏能源鋁業(yè)集團(tuán)公司,寧夏 青銅峽 751603）

電解鋁工業(yè)生產(chǎn)中可通過添加鋰鹽以改善電解質(zhì)狀態(tài)和降低電解質(zhì)初晶溫度,從而取得更高的電流效率。但由于國產(chǎn)氧化鋁中雜質(zhì)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(xiàn)鋰、鉀的大量富集,電解質(zhì)成分變得復(fù)雜,過熱度增大,技術(shù)條件保持難度增加,本文重點(diǎn)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(yù)焙槽生產(chǎn)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(chǎn)面粉狀氧化鋁,生產(chǎn)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(dòng)性差、雜質(zhì)含量高等缺點(diǎn),長期采用該類型氧化鋁使氟化鋰、氟化鉀含量遠(yuǎn)高于國內(nèi)其他鋁廠.該系列啟動(dòng)至今槽齡已在 1 500天以上,隨著槽齡的增長和長期雜質(zhì)的累積,使該系列電解質(zhì)成分變得異常的復(fù)雜.

2 氟化鹽含量

國內(nèi)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(guān)的分析數(shù)據(jù)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(yuǎn)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(dá)到 4%,后經(jīng)過使用一段時(shí)間的進(jìn)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(zhì)成分分析 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

3 氟化鹽性質(zhì)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(yōu)點(diǎn):可以降低初晶溫度,增加鋁液與電解質(zhì)界面的張力,降低鋁在電解質(zhì)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(fù)面影響,如降低電解質(zhì)的電導(dǎo),降低氧化鋁的溶解度,增加電解質(zhì)的密度.堿金屬氟化物都可以增加電解質(zhì)的電導(dǎo)能力,而堿土金屬氟化物會降低電解質(zhì)的電導(dǎo)能力.

同主族氟化物氟化鈣與氟化鎂的性質(zhì)極其相似,這兩種添加劑都能從一定程度改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì).國內(nèi)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(dǎo)得出氟化鉀的一些基本性質(zhì).

表 2 常見氟化鹽性質(zhì)對比

3.1 對電解質(zhì)密度的影響

氟化鋰、氟化納均可以降低電解質(zhì)的密度,氟化鈉降低的效果要小于氟化鋰,根據(jù)第一主族金屬元素及其化合物的性質(zhì),可以推斷出氟化鉀也可降低電解質(zhì)密度,效果小于氟化鋰、氟化鈉.電解質(zhì)密度的降低有利于電解質(zhì)與鋁液的分層,減小單質(zhì)鋁在電解質(zhì)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(zhì)密度的影響

3.2 對電導(dǎo)率的影響

氟化鋰和氟化鈉均可以增大電解質(zhì)的電導(dǎo)率,工業(yè)生產(chǎn)中通過添加適量的氟化鋰以改善電解質(zhì)導(dǎo)電能力.同 3.1,我們可以推導(dǎo)出氟化鉀也可以增加電解質(zhì)的電導(dǎo)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(wěn)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(zhì)的分子比,而氟化鈣屬于中性添加劑,對電解質(zhì)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(yīng),生成L i3A lF6,該反應(yīng)和氟化鈉與 A lF3反應(yīng)類似,同理我們可以推測 KF可能也存在類似的反應(yīng),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(jié)果中,存在 K2NaA lF6這樣一個(gè)相,說明 KF對電解質(zhì)狀態(tài)存在影響,但具體影響有多大,是否是簡單的疊加,仍需要進(jìn)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(dǎo)致該系列真實(shí)分子比偏高,對電流效率的負(fù)面影響較大.

3.4 對電解質(zhì)黏度的影響

電解質(zhì)黏度大會造成氧化鋁擴(kuò)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(shí)也降低了鋁在電解質(zhì)中的擴(kuò)散和氧化損失,延長了氧化鋁在電解質(zhì)中的停留時(shí)間,減少爐底沉淀.氟化鋰、氟化鉀可以降低電解質(zhì)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(shí)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(dǎo)致該系列過熱度過大,爐幫偏薄.同時(shí)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(dǎo)致氧化鋁溶解能力進(jìn)一步下降,電解槽穩(wěn)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(jié) 語

電解鋁工業(yè)生產(chǎn)中通過添加鋰鹽以改善電解質(zhì)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(jìn)行大規(guī)模添加.該系列電解質(zhì)成分中鋰鹽、鉀鹽含量過高,雜質(zhì)較多,電解質(zhì)成分復(fù)雜從而導(dǎo)致種種弊端.如果通過定期使用進(jìn)口氧化鋁進(jìn)行稀釋,使電解質(zhì)中鋰鹽、鉀鹽的量能得到有效控制,使得過熱度保持適當(dāng),充分發(fā)揮出鋰鹽、鉀鹽的正面作用,該系列將取得一個(gè)更高的電流效率.

A

1671-6620（2010）S1-0148-02