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        鋁電解復(fù)雜電解質(zhì)體系電導(dǎo)率研究

        2020-10-10 12:01:28王俊青李昌林周云峰邱仕麟汪艷芳羅麗芬
        世界有色金屬 2020年15期
        關(guān)鍵詞:電解槽氧化鋁電解質(zhì)

        王俊青,李昌林,周云峰,方 斌,邱仕麟,汪艷芳,羅麗芬

        (1.中國鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041;2.國家鋁冶煉工程技術(shù)研究中心,河南 鄭州 450041)

        降低預(yù)焙鋁電解槽的槽電壓是實(shí)現(xiàn)鋁電解節(jié)能的一種重要途徑,降低電解槽槽電壓最直接的方式是降低極距,在目前的電解槽控制系統(tǒng)中,提高電解質(zhì)電導(dǎo)率,可以有效釋放極距,提高電解槽穩(wěn)定性,同時還創(chuàng)造了進(jìn)一步降低極距的可能,是實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步大幅度節(jié)能減排的關(guān)鍵所在[1-3]。

        近年來國內(nèi)氧化鋁原料中鋰、鉀等雜質(zhì)含量較高,在電解質(zhì)過程中鋰、鉀在電解槽中富集,電解質(zhì)的性質(zhì)不同,影響了電解質(zhì)的導(dǎo)電性,尤其是各種氟化物添加劑對電解質(zhì)的電導(dǎo)率具有顯著的影響。研究復(fù)雜電解質(zhì)中各種添加劑對電解質(zhì)導(dǎo)電性的影響規(guī)律可為實(shí)現(xiàn)鋁電解節(jié)能提供理論支持。

        1 試驗(yàn)部分

        1.1 試驗(yàn)原理與方法

        采用氮化硼管作為電導(dǎo)池,利用PGSTAT30恒電位儀和Booster20A電流擴(kuò)展儀在高頻范圍內(nèi)用小振幅的正弦波信號測量阻抗,通過CVCC的實(shí)驗(yàn)原理測量電導(dǎo)率[4]。

        1.2 試驗(yàn)試劑

        試驗(yàn)所用試劑包括,六氟鋁酸三鈉、氟化鋁、氟化鋰、氟化鈉、氟化鉀、氟化鎂、氟化鈣、氧化鋁等均為分析純。使用前藥品置于烘箱中于250℃脫除水分,樣品經(jīng)稱量、充分混勻后放入干燥器中備用。

        2 各因素對電導(dǎo)率的影響

        研究了各種添加劑及過熱度對電導(dǎo)率的影響。電導(dǎo)率測試均在過熱度為20℃的條件下測定。

        2.1 分子比對電導(dǎo)率的影響

        圖1 分子比對電導(dǎo)率的影響

        從圖1可以看出,電解質(zhì)電導(dǎo)率隨著分子比的增加而增加,分子比增加0.1,電導(dǎo)率提高0.1081S/cm。

        2.2 鋰鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        圖2 鋰鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        氟化鋰的含量對電導(dǎo)率的影響如圖2所示,從中可以看出,隨著氟化鋰濃度的提高,電解質(zhì)的電導(dǎo)率持續(xù)增加。氟化鋰濃度提高1%,電導(dǎo)率增加0.042S/cm。

        2.3 鉀鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        圖3 鉀鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        從圖3可以看出,隨著鉀鹽含量增加,電導(dǎo)率提高。氟化鉀濃度每提高1%,電導(dǎo)率提高0.0268S/cm。

        2.4 鎂鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        從圖4可以看出,隨著鎂鹽含量增加,電導(dǎo)率呈降低趨勢。氟化鎂每增加1%,電導(dǎo)率降低0.0285S/cm。

        圖4 鎂鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        2.5 鈣鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        圖5 鈣鹽含量對電導(dǎo)率的影響

        從圖5可以看出,隨著鈣鹽含量增加,電導(dǎo)率呈降低趨勢。氟化鈣每增加1%,電導(dǎo)率降低0.0107S/cm。

        2.6 氧化鋁濃度對電導(dǎo)率的影響

        圖6 氧化鋁濃度對電導(dǎo)率的影響

        以上結(jié)果表明,氧化鋁濃度增加,電導(dǎo)率降低。氧化鋁每增加1%,電導(dǎo)率降低0.0523S/cm。

        2.7 過熱度對電導(dǎo)率的影響

        圖7 過熱度對電導(dǎo)率的影響

        研究中發(fā)現(xiàn),過熱度低于20℃時,電導(dǎo)率測試結(jié)果重現(xiàn)性差,因此實(shí)驗(yàn)中僅研究過熱度20℃以上時過熱度對電導(dǎo)率的影響。研究結(jié)果表明,過熱度提高,電解質(zhì)電導(dǎo)率升高。

        2.8 各種添加劑與電導(dǎo)率之間的關(guān)系

        根據(jù)測試結(jié)果擬合出復(fù)雜電解質(zhì)體系電導(dǎo)率與各參數(shù)間的關(guān)系如下:lnκ=1.7803+0.2153CR-0.01835wt%(Al2O3)-0.003743wt%(CaF2)-0.009359wt%(MgF2)+0.03048 wt%(LiF)+0.0155 wt%(KF)-1832.8/T,其中CR為分子比,T為絕對溫度。經(jīng)實(shí)際測算,電解質(zhì)電導(dǎo)率實(shí)測值與計算值誤差不大,說明擬合出的復(fù)雜電解質(zhì)體系電導(dǎo)率與各參數(shù)間關(guān)系準(zhǔn)確可靠。

        3 結(jié)論

        (1)研究了復(fù)雜電解質(zhì)體系中添加劑及過熱度對其電導(dǎo)率的影響規(guī)律,電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著分子比、氟化鋰濃度、氟化鉀濃度和過熱度提高而提高,隨著氟化鎂濃度、氟化鈣濃度、氧化鋁濃度提高而降低。

        (2)根據(jù)研究結(jié)果擬合了復(fù)雜電解質(zhì)體系電導(dǎo)率與各參數(shù)間的關(guān)系公式,公式如下:㏑κ=1.9548+0.1603CR-0.01835 wt%(Al2O3)-0.003743wt%(CaF2)-0.009359 wt%(MgF2)+0.02348 wt%(LiF)+0.0105 wt%(KF)-1832.8/T。

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