铝电解复杂电解质体系电导率研究

王俊青，李昌林，周云峰，方 斌，邱仕麟，汪艳芳，罗丽芬

（1.中国铝业郑州有色金属研究院有限公司，河南 郑州 450041；2.国家铝冶炼工程技术研究中心，河南 郑州 450041）

降低预焙铝电解槽的槽电压是实现铝电解节能的一种重要途径，降低电解槽槽电压最直接的方式是降低极距，在目前的电解槽控制系统中，提高电解质电导率，可以有效释放极距，提高电解槽稳定性，同时还创造了进一步降低极距的可能，是实现进一步大幅度节能减排的关键所在[1-3]。

近年来国内氧化铝原料中锂、钾等杂质含量较高，在电解质过程中锂、钾在电解槽中富集，电解质的性质不同，影响了电解质的导电性，尤其是各种氟化物添加剂对电解质的电导率具有显著的影响。研究复杂电解质中各种添加剂对电解质导电性的影响规律可为实现铝电解节能提供理论支持。

1 试验部分

1.1 试验原理与方法

采用氮化硼管作为电导池，利用PGSTAT30恒电位仪和Booster20A电流扩展仪在高频范围内用小振幅的正弦波信号测量阻抗，通过CVCC的实验原理测量电导率[4]。

1.2 试验试剂

试验所用试剂包括，六氟铝酸三钠、氟化铝、氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化镁、氟化钙、氧化铝等均为分析纯。使用前药品置于烘箱中于250℃脱除水分，样品经称量、充分混匀后放入干燥器中备用。

2 各因素对电导率的影响

研究了各种添加剂及过热度对电导率的影响。电导率测试均在过热度为20℃的条件下测定。

2.1 分子比对电导率的影响

图1 分子比对电导率的影响

从图1可以看出，电解质电导率随着分子比的增加而增加，分子比增加0.1，电导率提高0.1081S/cm。

2.2 锂盐含量对电导率的影响

图2 锂盐含量对电导率的影响

氟化锂的含量对电导率的影响如图2所示，从中可以看出，随着氟化锂浓度的提高，电解质的电导率持续增加。氟化锂浓度提高1%，电导率增加0.042S/cm。

2.3 钾盐含量对电导率的影响

图3 钾盐含量对电导率的影响

从图3可以看出，随着钾盐含量增加，电导率提高。氟化钾浓度每提高1%，电导率提高0.0268S/cm。

2.4 镁盐含量对电导率的影响

从图4可以看出，随着镁盐含量增加，电导率呈降低趋势。氟化镁每增加1%，电导率降低0.0285S/cm。

图4 镁盐含量对电导率的影响

2.5 钙盐含量对电导率的影响

图5 钙盐含量对电导率的影响

从图5可以看出，随着钙盐含量增加，电导率呈降低趋势。氟化钙每增加1%，电导率降低0.0107S/cm。

2.6 氧化铝浓度对电导率的影响

图6 氧化铝浓度对电导率的影响

以上结果表明，氧化铝浓度增加，电导率降低。氧化铝每增加1%，电导率降低0.0523S/cm。

2.7 过热度对电导率的影响

图7 过热度对电导率的影响

研究中发现，过热度低于20℃时，电导率测试结果重现性差，因此实验中仅研究过热度20℃以上时过热度对电导率的影响。研究结果表明，过热度提高，电解质电导率升高。

2.8 各种添加剂与电导率之间的关系

根据测试结果拟合出复杂电解质体系电导率与各参数间的关系如下：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为分子比，T为绝对温度。经实际测算，电解质电导率实测值与计算值误差不大，说明拟合出的复杂电解质体系电导率与各参数间关系准确可靠。

3 结论

（1）研究了复杂电解质体系中添加剂及过热度对其电导率的影响规律，电解质的电导率随着分子比、氟化锂浓度、氟化钾浓度和过热度提高而提高，随着氟化镁浓度、氟化钙浓度、氧化铝浓度提高而降低。

（2）根据研究结果拟合了复杂电解质体系电导率与各参数间的关系公式，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。