低温铝电解的有关研究

王铁军

摘 要：作者对低温铝电解进行系统的理论与实践探讨，其内容主要包括低温铝电解的定义与低温铝电解的意义等，并进一步对含有锂盐的低温铝电解工业试验进行了具体的介绍。

关键词：短期电力 负荷预测 研究

中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0116-01

在1886年美国人霍尔以及法国人埃鲁共同合作发明了炼铝的冰晶石一氧化铝融盐电解法。这种方法至今还一直被沿用，但是其还是存在许多如恶劣的环境污染、必须高达940 ℃～960 ℃的工业生产电解温度以及能量利用率较低等问题。为了更好的解决以上问题，许多学者还在努力研究炼铝的新方法。在以往科学家的研究中，电解低温铝具有提高铝的纯度、有效降低耗能、延长电解槽的寿命等多种优点，如今已经引起世界各地学者的广泛关注。

1 低温电解铝的含义

生产电解的过程中电解质的温度即称为电解温度。电解质温度等于电解质初晶温度加过热度。在实际的生产过程中，可以通过降低电解质的初晶温度或者降低电解温度和初晶温度的差值这两种方法来降低点解温度。

由于铝的熔点为650 ℃，一般来讲，在进行电解时只要电解温度达到700 ℃～800 ℃即可，要想有效将低温铝电解的温度保持在大约700 ℃～800 ℃左右，必须要按要求选择合适的低温铝电解的原材料，在诸多材料中，氧化铝是较好的选择，主要原因有：氧化铝价格较低、吸小性小、运输便捷以及储存方便。

2 低温电解铝的意义

研究表明，只要温度达到大约700 ℃～800 ℃左右就能进行电解，但是工业电解的温度通常需要达到850 ℃～870 ℃左右，因此降低电解温度的工业生产将成为人类发展史上极为重要的一步。

减少电解槽能量的收入的同时减少能量支出是保持铝电解槽能量平衡的主要原理。目前，铝工业在生产的过程中，主要采用的是方式是加强保温，目的在于尽量避免电解槽的热量损失，例如，通过对槽体及阳极的保温加强这种方法可以起到一定的作用，但是由于电解槽的制作成本与槽体保温层的厚度成正比，如果槽体保温层的厚度加厚，需要采取新的方法来降低电解温度。

2.1 通过降低电解温度可以减少热能的损失，可以节省电能

如果电解槽的内壁温度可以减少15 ℃，则相应经过侧壁的热流量会减少大约800 kJ/（m2·h）。例如一台150 kA的大型电解槽，如果电解温度减少15 ℃，那么整槽对外损失的热能总量与损失的幅度大约可以减少80 kWh/t·Al，效果非常可观。

2.2 通过降低电解温度可以提升电流效率

铝液的溶解速度与溶解度在电解质中是随着电解质的温度变化而发生改变。随着温度的降低，扩散到阳极区被二氧化碳气体氧化的铝的数量不断减少，可以降低铝的溶解和损失，从而提升电流效率。多项研究发现，当电解温度维持在大约900 ℃～950 ℃时，与此同时降低电解的温度，电流效率将会出现明显提升。例如当温度从950℃降低到900 ℃时，电流效率将提升5%～7%。

电解温度的降低同时对降低氟人盐与阳极炭耗的消耗有较大的好处，当然，还会适的延长电解槽的寿命，或者说这也会降低铝电解的生产成本。从铝工业电解的角度出发，不仅可以缩短我国与西方国家的差距，同时还可以提升我国在国际市场上的竞争能力。

在铝电解实际生产过程中，我们必须抱着科学的态度进行电解质分子的分析，合理而且科学的选择分析方式。最重要的是在实际的低温电解过程中控制与测量初晶温度、电解温度以及过热度等，但是，更重要的还是对电导法以及氯化铝滴定法分析分子比的研究，不仅可以科学合理的分析电解质分子比，而且可以推动铝电解的生产[5]。

3 对于含有锂盐的低温铝的工业电解试验

3.1 对于含有锂盐的低温铝的电解试验

电解槽的电解温度一般大约在920 ℃～940 ℃左右，而电解质分子比一般保持在2.2～2.4之间，如果要降低电解温度，就必须在技术经济指标方面进行合理优化，需要成立低温铝电解工艺实验小组，而且每周需要定期召开实验例会，电解车间的管理人员以及重要技术人员需要积极参与，试验槽炉膛变化、存在问题以及运行情况、技术开发科统计试验槽的主要技术条件与各项经济指标将由试验车间的生产技术人员进行详细的介绍，具体内容有：电解质水平、铝水平、电解温度（最低点、最高点、最近和平均值）、分子比、效应系数、出铝量、AIF3添加量以及平均电压，各成员需要共同讨论槽况以及生产的各种问题，并且提出对应改进措施，借鉴以往在试验中取得成功的经验并进行推广。

3.2 有关试验结果分析

电解实验中选择低分子比低温电解技术尤其重要，具体为电解的温度需要保持在大约930 ℃左右，而分子比需要保持在大约2.1～2.3之间。但是，槽子在这个过程中还是产生了一些问题。

其中一点是在实際生产的过程中，部分电解槽的炉底出现了大面积结壳导致电解质发粘，同时还出现了明显的严重下缩。另外虽然部分电解槽的电解温度并不是很高，但还是存在相对偏高的过热度的情况。槽帮的厚度一般主要是由过热度所控制，而电解质成分与电解质初晶温度在生产低温电解的过程中有着重要的影响，炉帮的长化与热流量的大小与变化是由过热度的大小与变化决定的。通过详细并且细致的深入分析，这种现象的造成是由于分子比的过快降低，电解质的过热度偏低以及电解温度过低。主要原因是氟化铝一次性添加过多。由此分析得出在进行低分比低温电解的过程中需要避免出现分子比过快降低的情况，可以采取的操作方式是将分子比的降低梯度规定为0.05，同时还需要相应的提升槽工作电压。

另外，还要将电解槽的炉帮的稳定性能提升，并且创建高分子比的坚固炉帮，对于后期的启动有重要的作用而且会具有更强的抗过热度波动与温度的能力。为了避免出现由于电解温度与过热度的大幅度波动对炉帮造成破坏，在实际生产过程中需要进一步加强铝电解生产技术的管理，应选择相应的、合适的措施，控制好过热度以及电解温度的稳定性。

4 结语

通过对含有锂盐的低温铝电解工业的研究以及深入探讨，已研究出一套相对比较合理的铝电解槽工艺技术条件，关键是对于分子比以及电解温度的严格控制。在降低电解温度时，尽量防止出现过快降低分子比与炉底形成结壳的情况。

参考文献

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[2] 卢惠民，邱竹贤.低分子比铝电解中铝的溶解度和A1203浓度分布阴，轻金属，2007（2）：22-25.

[3] 沈时英.铝电解质的酸度问题[J].轻金属，2002（11）：24-31.

[4] 张明杰，赵恒先，邱竹贤，等.铝电解质冰晶石分子比分析中面临的几个问题[J].抚铝科技，2007（10）：1-6.

[5] 卢惠民，邱竹贤.低温铝电解的研究（1）[J].轻金属，2007（4）：24-28.