楊　帆（廣西華銀鋁業(yè)有限公司，廣西 百色 533700）

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氧化鋁質量對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，受全球宏觀經濟增速放緩的影響，鋁電解鋁價下滑，加之產能過剩，行業(yè)內企業(yè)間的競爭日具激烈，為求生存與發(fā)展，鋁電解廠更加注重生態(tài)環(huán)境與生產條件的改善，并由于現代鋁電解廠采用大型中間干法煙氣凈化與下料預焙槽技術的不斷發(fā)展，對于氧化鋁材料也提出了更高的要求。對氧化鋁除了要求其具有較高的純度和穩(wěn)定的質量外，還要求其具有優(yōu)良的物理性質：流動性好、強度高、溶解性好、不產生粉塵、具有較高的比表面積等。本文就氧化鋁質量對鋁電解造成的影響進行深入的分析，并提出氧化鋁化學及物理性能質量改善的有效策略。

氧化鋁；電解鋁；質量影響與分析

1　氧化鋁質量的要求及對鋁電解影響

1.1氧化鋁質量要求

氧化鋁質量現行有效的國家標準是GB/T24487-2009，其中化學成分為應符合表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、松裝密度等項目。

鋁電解廠對氧化鋁的質量要求，化學成分一般按國家標準，也均能符合，質量差別不大；氧化鋁質量的好否更是具體體現在物理性能的優(yōu)劣，物理性能滿足的程度越高氧化鋁質量越好，產品越受用戶的青睞。

1.2化學性質的影響

氧化鋁的化學純度是對原鋁質量造成影響的主要因素，除此之外，與鋁電解反應中的經濟技術指標也有著直接的關聯(lián)。

1.2.1氧化鈉

氧化鋁存在的雜質大多為氧化鈉，一旦氧化鈉的含量超標將會直接威脅到電解槽正常工作。如果出現電解質鈉含量過高的情況時，只有添加氧化鋁才能夠使NaF/A1F3值維持在正常值，從而也耗費了更多的氟化鹽，同時電解槽中電解質的體積也跟著增加。根據計算，氧化鋁中氧化鈉含量每增加0.1%，每產生1t鋁需要多消耗價格昂貴的氟化鋁3.8kg。

1.2.2其他氧化物雜質

氧化鋁中具有的如TiO2，SiO2，Fe203等氧化物雜質，和鋁相比更具正電性，上述雜質元素在電解時，會從陰極上析出，降低原鋁質量，并對電流效率產生影響。

1.2.3灼減

灼減具體表現為進入電解槽后，氧化鋁所釋放的總水量。氟化氫氣體是由于電解質中的氟化物與氧化鋁中吸附的水共同反應生成，使得氟化物排放量增加。氧化鋁如果灼減量較高，那么溶解時間也就相應較短，所生成的結殼，硬度與強度都較大，能夠有效降低熱損失，使其長期維持在電解質上方。但電解質熔體進入的氧化鋁灼減量較高時，因為高性能的溶解極易造成、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，將增加電解質中氟化物水解產生氟化氫。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物理性質的影響

氧化鋁物理性質的表征指標常表現為：比表面積、磨損指數、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等均與上述物理性質有著密切的關聯(lián)。確保氧化鋁物理性能的穩(wěn)定性，保持良好的流動性，溶解性，才能為電解槽的風動輸送與自動向添加提供便利，產品在輸送與下料過程中，增強氟化氫吸附能力，減少飛揚損失，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

粒度是氧化鋁一個很重要的質量指標，主要表現為百分比小于45μm的細顆粒與大于150μm的粗顆粒的兩種主要粒級參數表現形式。大于150μm粗顆含量會降低氧化鋁在電解質中的溶解速度和影響沉淀。而小于45μm細顆含量增多給電解作業(yè)帶來諸多影響：①因粒度細流動性差，在流程中易堵塞，特別是下料口電解結殼，增加了人工清結殼的次數，尤其氧化鋁細度-45μm＞20%時，用人工捅電解槽結殼的次數明顯增多；②因粒度細溶解性差使電解電流分布、溫度分布不均增加電耗，據某廠測試-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，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；④氧化鋁粒度細會增加其在生產流程中的飛揚損失。

1.3.2磨損指數

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

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氟化氫的吸附，同時在電解質中其溶解速度也會降低，結晶度提高，在槽底易產生沉淀。

2　氧化鋁質量的控制

2.1化學性質的控制

Na2O是氧化鋁樣品中含量最高的雜質，氧化鋁在堿法生產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表面活性劑使過濾濾餅脫水或大量、多次的清洗來實現。②氫氧化鋁晶格中與氫氧化鋁分解產生的堿相互融合，當前還未發(fā)現有效的去除方法。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提高溶液的產量，應當不斷對分解步驟進行改良優(yōu)化。生產砂狀氧化鋁的廠家，因為洗滌次數多、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，因為溫度低、粒度細，Na2O含量約占樣品的0.50%左右，因其進行清洗，以使Na2O含量降低，提高了廠家投入成本。

2.2物理性質的控制

表1

氧化鋁物理性質的差異，大多是因為不同的氫氧化鋁鍛燒與鋁酸鈉溶液分解過程的技術工藝所導致。

2.2.1合理控制分解工藝

氧化鋁中間產品氫氧化鋁的強度與粒度在一定程度上決定了氧化鋁的強度與粒度。砂狀氧化鋁在生產過程中，應確保所制的氫氧化鋁強度較大、粒度較粗。氫氧化鋁的粒度和強度取決于分解過程的控制，根據對產品粒度的要求，控制生產條件，生產出粉狀的氧化鋁和砂狀氧化鋁。中間狀與生產粉狀的氧化鋁生產廠家，砂狀氧化鋁也能夠經過焙燒與分解技術的改良生產出來。提高分解溫度能使氫氧化鋁顆粒相對增大，但不利于分解率和產能的提高；鋁酸鈉料漿溶液稀些有利于分解率和粒度增大，但會影響到設備產能的提高；攪拌的目以保證晶種與溶液有良好的接觸，但攪拌過慢起不到攪拌的作用，甚至還有可能造成氫氧化鋁沉淀，過快會把生產的氫氧化鋁晶體打碎，造成氫氧化鋁變得更細。因此，應該綜合考慮上述各種因素對設備產能、分解率和氫氧化鋁質量的影響，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量。

2.2.2掌握合理的焙燒工藝條件

氧化鋁的焙燒質量與焙燒工藝的控制有著最為直接的關聯(lián)。焙燒過程不僅是氧化鋁脫水的過程，而且存在氧化鋁復雜的相變過程，不同程度的相變會導致氧化鋁γ-A12O3、a-A12O3的比例不同，它影響著產品流動性、安息角、比表面積、吸附能力等物理性質。氫氧化鋁進行烘焙時，首先必須合理控制焙燒溫度，因為氧化鋁的焙燒量較高、比表面積高、a-A12O3含量較低，通過焙燒溫度的提高，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，氧化鋁粒度中細粒少、比表面積大，揮發(fā)及含水均較多。

3　結語

（1）鋁電解行業(yè)企業(yè)間的競爭日具激烈，為求生存與發(fā)展，更應當不斷完善氧化鋁的化學性質與物理性質，從而有效改善鋁電解的技術經濟指標，提升金屬鋁質量。

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

（3）原鋁的質量與氧化鋁中的TiO2，SiO2，Fe203等雜質等密切相關，雜質含量過高，原鋁質量就會下降，在一定程度上也影響著電流效率，最終對鋁電解的經濟指標造成不利影響，因此，必須盡最大限度地降低氧化鋁雜質含量。

［1］畢詩文，主編.氧化鋁生產工藝.化學工業(yè)出版社出版，2006.

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

［3］景衛(wèi)兵，等.砂狀氧化鋁幾個重要的物理指標，中國焦作［Z］.第十屆全國氧化鋁學術會，2004，12，99～100.

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

楊 帆（1973-），男，工程師，主要從事生產質量技術管理等工作。

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2095-2066（2016）17-0257-02

2016-2-20