王小杰

（陜縣恒康鋁業(yè)有限公司，河南 陜縣 472100）

由于氧化鋁中含有微量的鋰、鉀元素，在鋁電解質(zhì)中富集，鋁電解質(zhì)中的氟化鋰含量達(dá)到8%，氟化鉀的含量達(dá)到1.5%，公司要求電解質(zhì)分子比控制在2.75～2.85，但實(shí)際控制在2.80～2.95，要求噸鋁氟化鋁單耗為28公斤，但實(shí)際氟化鋁消耗在30公斤。有時為了降低分子比加入了大量的氟化鋁，但分子比下降的不明顯，是什么原因引起的分子比變化不大呢？本文做一論述。

1 電解生產(chǎn)過程中保持分子比不變需要添加的氟化鋁分析

1.1 我公司的電解質(zhì)成分有以下幾種物相組成

冰晶石（Na3AlF6）游離氟化鈣（CaF2）鈣冰晶石（NaCaAlF6）鋰鈉冰晶石（LiNa2AlF6）鉀鈉冰晶石（K2NaAlF6）游離氟化鋰（LiF）亞冰晶石（Na5Al3F14）

1.2 氧化鋁粉中的雜質(zhì)元素含量表1。

表1 氧化鋁雜質(zhì)含量

1.3 噸鋁消耗的氟化鋁有兩部分組成

一部分是雜質(zhì)元素的氧化物轉(zhuǎn)化為氟化物消耗的，用X表示；另一部分是雜質(zhì)元素相應(yīng)的氟化物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的冰晶石消耗的，用Y表示。（Z表示氟化鈉的量）

（1）噸鋁消耗的氧化鋁粉為1920公斤，氧化鋁中的雜質(zhì)元素要與氟化鋁反應(yīng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氟化物?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式各自為并根據(jù)質(zhì)量守恒定律計(jì)算出消耗的氟化鋁的數(shù)值（備注：62（1）是Na2O的分子量，其它數(shù)值右上角方框數(shù)字表示該物質(zhì)相應(yīng)的分子量或原子量）。

由以上計(jì)算知，氧化鋁粉中的雜質(zhì)氧化物轉(zhuǎn)化為氟化物消耗的氟化鋁為X，X=X1+X2+X3+X4=6.94+0.54+3.99+0.36=11.83（Kg）

1.3 2噸鋁消耗的氧化鋁粉中的雜質(zhì)元素轉(zhuǎn)化為氟化物再轉(zhuǎn)化為相應(yīng)冰晶石消耗的氟化鋁為Y，化學(xué)反應(yīng)方程式各自為并根據(jù)質(zhì)量守恒定律計(jì)算出消耗的氟化鋁的數(shù)值

由以上計(jì)算知，氧化鋁粉中的雜質(zhì)氧化物轉(zhuǎn)化為氟化物再轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的冰晶石消耗的氟化鋁為Y

Y=Y1+Y2+Y3+Y4=-1.5+0.81+11.98+0.54=11.83（Kg）

（3）由1.3.1和1.3.2兩項(xiàng)計(jì)算，氧化鋁粉中的雜質(zhì)元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的冰晶石消耗的氟化鋁有X和Y 組成11.83+11.83=23.66（Kg）即噸鋁消耗的氟化鋁為23.66公斤才能保持分子比不變。

2 分子比降低消耗的氟化鋁量

電解質(zhì)分子比要降低需要人工添加氟化鋁，氟化鋁的添加量是多少才能是分子比降低0.1呢？現(xiàn)對這一問題做一論述。

以1噸電解質(zhì)為例來分析：電解質(zhì)成分如下表2。

表2 電解質(zhì)成分表

若是分子比從2.32降為2.22，即降0.1，需要添加的氟化鋁為 ：MB=2＊NaF/AlF3=2＊43.93/AlF3=2.22

分子比2.22時的氟化鋁為：AlF3=2＊43.93/2.22=39.58

需要增加的氟化鋁為39.58-37.95=1.63

即100公斤的電解質(zhì)需要添加1.63公斤的氟化鋁才能是分子比從2.32降低0.1為2.22，那么1噸電解質(zhì)需要添加16.3公斤的氟化鋁.

3 實(shí)際生產(chǎn)分析

（1）我公司電解槽介紹：400KA大型預(yù)焙電解槽，每臺槽產(chǎn)鋁3噸，電解質(zhì)為10噸。

（2）維持分子比不變需添加的氟化鋁為3×23.66=70.98（Kg），若是分子比從2.32降低0.1為2.22，另需要添加氟化鋁為10×16.3=163（Kg），兩者相加為70.98+163=233.98（Kg）

4 X衍射儀測定電解質(zhì)分子比在3時變化不明顯的原因分析

X衍射儀分析原理是測定電解質(zhì)中的亞冰晶石含量和鈣鈉冰晶石含量，通過公式計(jì)算出的分子比。

由于我公司使用的電解質(zhì)基本上是中性，電解質(zhì)中含的亞冰晶石量很低，含有大量的冰晶石、游離氟化鈣、游離氟化鋰、鋰鈉冰晶石、鉀鈉冰晶石等，加入的氟化鋁，除了與氧化鋁粉中帶入的鈉、鈣、鋰、鉀等氧化物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氟化物，多余的氟化鋁轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的冰晶石，再多余的氟化鋁才與電解質(zhì)中游離的氟化鈣、氟化鋰反應(yīng)生成相應(yīng)的冰晶石，當(dāng)電解質(zhì)中的游離氟化鈣（6.26%）、氟化鋰（5.23%）消耗完了，氟化鋁才會與冰晶石反應(yīng)生產(chǎn)亞冰晶石。

1噸電解質(zhì)把游離的氟化鈣、氟化鋰消耗完需要添加的氟化鋁量為：

M=M1+M2=69.19+168.97=238.16

M1和M2的數(shù)值有（9）、（10）化學(xué)方程式計(jì)算得到。

游離氟化鈣與加入的氟化鋁化學(xué)反應(yīng)方程式為（9）消耗的氟化鋁為M1

有質(zhì)量守恒定律得出

M1=6.26%＊1000＊84/76=69.19

游離氟化鋰與加入的氟化鋁化學(xué)反應(yīng)方程式為（10）消耗的氟化鋁為M2

有質(zhì)量守恒定律得出

M1=5.23%＊1000＊84/26=168.97

有以上計(jì)算可知，1噸電解質(zhì)把其中的游離氟化鈣和游離氟化鋰轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鈉冰晶石需要消耗的氟化鋁量為238.16公斤。若對一臺含有10噸電解質(zhì)每天產(chǎn)鋁為3噸的電解槽來說，保持分子比不變需添加70.98公斤的氟化鋁，但使電解質(zhì)成分明顯改變需一次添加2381.6公斤的氟化鋁，才能是電解質(zhì)由中性變?yōu)槿跛嵝?，每天添加氟化鋁量為70.98公斤為保持分子比不變的平衡點(diǎn)，如低于70.98公斤，電解質(zhì)逐漸變堿性，若大于70.98公斤，電解質(zhì)逐漸變酸性，如每天加入100公斤，即超過平衡點(diǎn)多加了29.02公斤，（2381.6/29.02=82天）82天以后分子比才會明顯變化。主要原因是把10噸電解質(zhì)中的游離氟化鈣和游離氟化鋰慢慢轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鈉冰晶石。

5 一個新概念的提出：惰性電解質(zhì)體系

定義：加入一定量的氟化鋁，分子比數(shù)值基本不變的電解質(zhì)體系。

我公司的電解質(zhì)體系穩(wěn)定不變的原因是有：游離氟化鈣（CaF2）—鈣冰晶石（NaCaAlF6）鋰鈉冰晶石（LiNa2AlF6）—游離氟化鋰（LiF）之間的相互轉(zhuǎn)化，加入的氟化鋁多了，游離氟化鈣和游離氟化鋰轉(zhuǎn)換為鈣冰晶石和鋰鈉冰晶石，反之鈣冰晶石和鋰鈉冰晶石轉(zhuǎn)換為游離氟化鈣和游離氟化鋰，電解質(zhì)的其它成分變化不大。

6 結(jié)束語

本文用數(shù)據(jù)論述了含有鋰、鉀元素的鋁電解質(zhì)的分子比變化不明顯的有關(guān)情況，找到了引起分子比變化不明顯的原因是電解質(zhì)中游離氟化鈣（CaF2）—鈣冰晶石（NaCaAlF6）、鋰鈉冰晶石（LiNa2AlF6）—游離氟化鋰（LiF）之間的相互轉(zhuǎn)化，并提出了一個惰性電解質(zhì)體系的新概念。如何用衍射儀測定含有鋰、鉀元素的鋁電解質(zhì)的分子比特別是中性點(diǎn)附近的分子比數(shù)值的準(zhǔn)確性是任重而道遠(yuǎn)的研究課題。