朱作貴

摘 要：氟化鋁是鋁電解生產(chǎn)中的溶劑，也是主要的添加劑，本文通過(guò)氟化鋁消耗原理，氟化鋁本身的物理特性以及電解生產(chǎn)技術(shù)條件分析和煙氣凈化系統(tǒng)幾個(gè)方面分析了氟化鋁單耗高的原因并對(duì)如何降低氟化鋁單耗進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：揮發(fā);水解反應(yīng);技術(shù)條件;物料平衡

氟化鋁是鋁電解生產(chǎn)的熔劑，也是最主要的添加劑，主要用來(lái)調(diào)控電解質(zhì)的分子比，ALF3對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響主要有以下幾個(gè)方面：降低Na+的活度;降低電解質(zhì)的初晶溫度;降低電解質(zhì)密度;減小電解質(zhì)與鋁液的界面張力;降低電解質(zhì)粘度;另外，ALF3還能增大電解質(zhì)電阻率，降低氧化鋁的溶解能力，增加電解質(zhì)的揮發(fā)。所以氟化鋁的消耗量是鋁電解生產(chǎn)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。

1 氟化鋁的消耗原理

對(duì)于正常運(yùn)行的電解槽，槽內(nèi)襯對(duì)氟鹽的吸附已達(dá)到平衡。氟化鋁僅作為電解鋁生產(chǎn)中熔鹽添加劑。理論上在電解鋁生產(chǎn)中并不消耗，但實(shí)際上由于：①高溫蒸發(fā)、水解、原料雜質(zhì)、技術(shù)條件紊亂、凈化系統(tǒng)不能完全吸附等;②原料雜質(zhì)中Na2O、CaO、SiO2、MgO等在電解里產(chǎn)生的中和作用和分解反應(yīng)：2ALF3+3H2O=6HF+AL2O33Na2O+

2ALF3=6NaF+AL2O3，3SiO2+4Na3ALF3=2AL2O3+12NaF+3SiF4，3CaO+2Na3ALF3=3CaF2+6NaF+AL2O3，3MgO+

2Na3ALF3=3MgF+6NaF+AL2O3，3Na2SO4+2Na3ALF3+3C=12NaF+AL2O3+3SO2+3CO造成了電解質(zhì)中游離氟化鋁濃度降低，使氟化鋁的單耗約為15-20kg/t-Al。

2 氟化鋁的揮發(fā)

氟化鋁的揮發(fā)可以分為兩種：直接揮發(fā)與間接揮發(fā)。①直接揮發(fā)是指氟化鋁自身受熱后的揮發(fā)。氟化鋁無(wú)液相，受熱直接升華為氣體，升華速度隨溫度的升高逐漸增大。直接揮發(fā)與槽溫和添加方式有關(guān);②間接揮發(fā)是指電解質(zhì)體系中，由于電解質(zhì)（其組分或生成物）的蒸發(fā)，而使氟化鋁消耗增大。在Na3#ALF6#AL2O3的三元電解質(zhì)體系下，易生成一些不穩(wěn)定物資，如單冰晶石（NaALF4）等，再由其揮發(fā)或分解。電解質(zhì)溫度對(duì)電解質(zhì)蒸發(fā)的影響較大，正常運(yùn)行時(shí)期，通過(guò)揮發(fā)損失的氟化鋁較少，主要是在效應(yīng)次數(shù)多且效應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)候揮發(fā)量較大。另，電解槽由于槽罩板密封不好，以及各種操作打開(kāi)槽罩板期間揮發(fā)物及粉塵直接排在電解槽外，還有部分的揮發(fā)和飛揚(yáng)經(jīng)過(guò)車間廠房排放無(wú)法回收。

3 氟化鋁的水解反應(yīng)

氟化鋁作為鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中重要的添加劑，在電解槽內(nèi)反應(yīng)中起負(fù)反應(yīng)--水解反應(yīng)。這一反應(yīng)對(duì)電解行程中的原料和能量都有很大的影響。氟化鋁在鋁電解反應(yīng)過(guò)程中，其所含水分對(duì)氟化鋁的使用效果將產(chǎn)生相當(dāng)大的負(fù)作用。這是因?yàn)樵陔娊獠蹆?nèi)的高溫條件下，ALF3和H2O作用發(fā)生如下反應(yīng)：2ALF3+3H2O=6HF+AL2O3，根據(jù)該反應(yīng)式計(jì)算：氟化鋁每含1kgH2O會(huì)使3.1kgALF3發(fā)生水解反應(yīng)而損失并產(chǎn)生2.2kgHF氣體，從而使氟化鋁的實(shí)際有效成分減少，降低了氟化鋁的利用率，致使氟化鋁的消耗增加，產(chǎn)生的氟化氫氣體也相應(yīng)增加。

①電解溫度升高，氟化鋁的分解率上升，不同溫度對(duì)應(yīng)不同的分解率（930-940-950-960-970-980℃對(duì)應(yīng)23.34%-

24.56%-25.83%-27.2%-28.42%-29.77%）;②在氟化鋁原料中水分主要以兩種形式存在，一種是以吸潮等形式引入的吸附水，另一種是以水化物形式存在于其中的結(jié)晶水;③正常生產(chǎn)時(shí)，氧化鋁濃度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)（1%-3%），這種動(dòng)態(tài)的平衡對(duì)反應(yīng)式影響不大。但在陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生時(shí)，氧化鋁濃度低，從而使反應(yīng)就會(huì)向右加快進(jìn)行;④炭渣的吸附：炭渣結(jié)構(gòu)疏松，有一定的吸附性能。從電解槽中打撈出的炭渣，其中70%左右是電解質(zhì)。在電解槽中不僅吸附電解質(zhì)，也吸附HF，由于炭渣的吸附，造成反應(yīng)不斷地向右進(jìn)行。水分是氟化鋁分解的根源。1kgH2O會(huì)使3.1kg ALF3發(fā)生水解，其分解而造成的影響不可忽視。當(dāng)采用不合格原料或原料庫(kù)存時(shí)間長(zhǎng)，含水量就會(huì)增加?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外鋁廠對(duì)氟化鋁的主要要求為含水份低、氟含量高、顆粒較粗、流動(dòng)性好、雜質(zhì)低，氟化鋁自身的化學(xué)純度和松裝密度對(duì)氟化鋁消耗量有較大的影響，生產(chǎn)中，純度越高消耗量越小。

4 技術(shù)條件紊亂的影響

4.1 物料平衡破壞

電解質(zhì)水平是物料平衡的重要標(biāo)志之一。電解質(zhì)水平過(guò)高時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)熔化上部結(jié)殼和覆蓋料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)大面積塌殼，這時(shí)電解質(zhì)水平會(huì)越來(lái)越高且分子比上升較快。為了保證技術(shù)條件，一是要取出大量電解質(zhì)（里面本身含有氟化鋁），二是要添加過(guò)多的氟化鋁，這都會(huì)造成ALF3的浪費(fèi)。電解質(zhì)水平高往往是由于化爐幫、塌殼造成的，而化爐幫、塌殼又是造成物料平衡破壞的重要原因。

4.2 能量平衡破壞

電解質(zhì)溫度是能量平衡的重要標(biāo)志之一。槽溫升高，電解質(zhì)過(guò)熱度增大時(shí)，一方面溫度升高本身會(huì)造成氟化鋁揮發(fā)和分解增加，再者又會(huì)出現(xiàn)化爐幫、塌殼現(xiàn)象，從而又造成物料平衡破壞進(jìn)而增加氟化鋁的消耗。槽溫降低時(shí)，電解質(zhì)過(guò)熱度減小，電解質(zhì)收縮。嚴(yán)重時(shí)，電解質(zhì)水平過(guò)低且電解質(zhì)發(fā)粘，槽底沉淀多，效應(yīng)偏多。這時(shí)為了改善電解質(zhì)成分和提高電解質(zhì)水平，往往需要加入一些物料和較多的氟化鋁，從而使得氟化鋁的消耗增加。

5 煙氣凈化系統(tǒng)的影響

煙氣凈化系統(tǒng)的重要作用之一就是將電解槽產(chǎn)生的煙氣通過(guò)干法煙氣凈化系統(tǒng)回收并完成吸附反應(yīng)后，達(dá)標(biāo)外排。其中吸附反應(yīng)的過(guò)程就是對(duì)煙氣中的HF氣體重新回收的過(guò)程，然后再利用超濃相輸送系統(tǒng)返回電解槽進(jìn)行再利用。

根據(jù)凈化干法煙氣回收系統(tǒng)工藝條件得知，含氟量的多少，能夠體現(xiàn)出煙氣中HF氣體的回收效果的好壞。因此，提高煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增加吸附反應(yīng)后的氧化鋁含氟量，理論上可以對(duì)降低氟化鋁單耗起到一定的作用。因此，提高集氣效率和凈化效率是降低氟化鋁單耗需要努力的重點(diǎn)之一。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上分析可以看出，影響氟化鋁消耗的原因有原料質(zhì)量、電解質(zhì)成分和煙氣凈化回收。在進(jìn)一步提高凈化煙氣回收率和集氣效率的同時(shí)，原材物料影響氟化鋁單耗上升，電解槽在產(chǎn)鋁量的大小以及是否長(zhǎng)期保持各項(xiàng)工藝技術(shù)條件的穩(wěn)定對(duì)氟化鋁單耗上升起到至關(guān)重要的作用。

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