铝电解质分析检测方法研究

段 波

（陕西有色榆林新材料集团有限公司，陕西榆林 719000）

铝电解质是指用于熔盐法电解铝的溶剂类型，主要以氟化物为主。在元素组成分布方面，包括氟、铝、钙、钠等多种不同类型的物质，不同类型的物质生产控制的要求相对严格，与氧化铝的含量相关。一般来说，铝电解质的主要功能是溶解氧化铝，需要具有一定的导热导电性能。铝电解质成分复杂多样，再加上其很容易受到外部因素的影响出现测试结果不稳定的问题，阻碍了化工生产的进程。为了进一步探讨铝电解质分析检测的优化策略，现就铝电解质的分类特征分析如下。

1 铝电解质概述

1.1 基本类型

铝电解质的成分会影响到初晶温度，初晶温度会直接与电解温度相互关联。随着近些年来工业生产规模的持续扩大，国内许多企业都遇到了铝电解质成分多元化的问题，这也体现了分子比与初晶温度的关联性。目前，传统铝电解质的主要物质类型为冰晶石、亚冰晶石以及氧化铝等，人造冰晶石的分子比与工业生产的铝电解质分子比类似，而人造冰晶石的分子比更高。为了解决铝电解质熔点以及抗击打性能等方面的问题，会适当添加氟化钙，通过氟化钙对其进行强化后，能够显著改善铝电解质的物理化学性质。

1.2 成分变化的影响因素

铝电解质成分变化多样性主要与其成分的多样性有关。实际上，影响到铝电解质成分变化多样性的因素众多，包括原材料当中钾与锂的含量较高，这也是最为主要的因素。由于电解槽启动过程中会影响到电解质的含量变化，一些其他的因素也会被添加进来，导致电解质的样品检测结果存在不小的差异。

2 铝电解质分析检测方法

截至目前，铝电解质的测定方法已经十分丰富，在成分的分析方面，主要包括湿法化学法、X射线荧光光谱技术，而分子比的测定当中主要采用成分换算、电导处理以及显微镜法等。对于初晶温度的测定主要以步冷法、综合热分析法以及成分计算法为主。就现阶段而言，使用最为广泛的铝电解质分析测试方法分别包括如下三个方面。

2.1 湿法化学法

湿法化学法主要用于测试铝、钠、钾与F等类型元素的含量，其中铝的测定主要通过硫酸钾溶解后EDTA滴定处理的方式予以确定。三氯化铝溶解后则可以采取重量法对氧化铝进行标定。采取原子吸收光谱法能够解决高频耦合离子分析的问题，氟元素的测定通过硫酸蒸馏后硝酸滴定的方式予以解决。在完成整体铝含量测定后，减去测定的氧化铝比例即可得到最终换算的氟化铝的数值，根据相关比例也可以进一步计算出其他铝电解质的分子比例。

2.2 X射线荧光光谱法

通过XRF测定方法分别对各种元素的含量进行测定，重量法可以解决氧化铝含量的测定问题，锂离子的测定通过ICP测定方法。在上述两种主要物质完成测定后，可以进一步借助于湿法化学法来进行其他元素的测定。测定完成后通过氧化铝折合铝含量，随后折算氟化铝的方式予以确定。测定完成后，钾离子、钠离子以及镁离子等含量都可以划分为相应的氟化物，通过总比例减去折算出的比例，就可以确定氟化锂的含量。在仅仅进行锂离子的含量测定时，通过氟化物的加减平衡关系来进行计算。实际上，许多企业在进行含量测定时，会通过预设缺省值的方式予以处理，折合后可以获得相应的含量比例，但是由于平衡关系的不稳定性，可能会存在计算出负值的问题，这显然是误差控制不到位的表现。

2.3 X射线衍射法

X射线衍射法是一种综合了湿法化学法以及X射线荧光光谱技术的测试方法。通过该方法能够确定不同类型的组分比例，同时也可以进一步确定铝电解质当中不同组分的物相状态，包括有冰晶石、钙冰晶石、锂冰晶石等，结合化学成分分析测试的标准与峰的强度情况，可以进一步计算出各种不同类型的相所占的比例，借助于已经完成测试的物质铝电解质来进行工作曲线的绘制，可以进一步完善测试样本的检测条件与强度关系公式，共同展示在分析测试曲线上。根据分析结果可以发现，氧化铝以及游离的氟化钙含量一旦确定，就可以完成其他元素的测定工作。对于过剩的氟化铝则可以通过亚冰晶石、锂冰晶石的判断标准来进行含量判断。值得注意的是，在测定过程中可以通过在衍射仪上添加能量色散探头的方式解决钙元素的分析测试问题，剩下的部分则被认为大部分存在于钙冰晶石当中，以此来换算出具体的含量，完成过剩氟化铝的计算工作。

实际操作过程中发现，校准曲线的绘制难度较高，整体工作量较大，所以采取这种方法对所有的物相成分进行标定是不现实的。另外，不同类型的铝电解质本身在物相成分上存在不小的差异和区别，实际测试过程中为了方便起见，多采用预设缺省值的方式来完成分析测试工作，如果采用X射线衍射法，则通过只测定萤石、亚冰晶石以及钙冰晶石的方法来确定具体的含量标准，然后再套用相关公式排除、分析出其他类型的冰晶石，以此来提升分子比的计算效率，迎合分析测试简单化、标准化以及准确化的要求。

3 铝电解质分析检测的注意事项

在铝电解质分析检测过程中，如果选择不同类型的技术方法，也需要选择相对的控制机制，从而提升铝电解质分析检测的精准度。比如说在湿法化学法使用过程中，除了直接测定氧化铝，其他类型的组分是无法直接进行测定的，需要经过元素含量的换算来获取其具体的比例，这个过程中不涉及具体的直接作用关系。一些情况下可能需要对整体结构的可靠性进行判断，这个过程中可以通过F测定的方式来达到平衡计算的效果。具体过程中为了提升测试的精度，需要确保取样过程的准确性与规范化，能够显著提升最终测试结果精度水平。

X射线荧光光谱法相比于湿法化学法具有一些类似的测试特征，但是仅依靠XRF技术无法完成全部类型元素的测定，特别是氧化铝以及锂离子的测定，所以要通过两种方法混合使用的模式来提升测定的效果。另外，相比于传统的XRD技术而言，XRF测试方法取样的过程更为讲究，所以取样难度高、设备维护的要求较高，这一点需要特别注意。

采用X射线衍射技术时，需要考虑到锂离子与钾离子的分析过程，这个过程可以将锂离子与钾离子同视为钠离子来进行处理，这样一来后续的分析会变得更加简单。另外，铝电解质当中氧化铝的物质相类型十分复杂，XRD的测定结果具有许多不确定影响因素，所以在实际的操作过程中一般会将氧化铝含量设置为缺省值再进行测定。如果采用EDS技术来进行钙含量的设定，需要排除掉钾离子的影响后再进行测定。如果锂离子的含量较高，那么可能会存在一些游离的其他锂化物，同样需要将其纳入测定结果内，否则会对测定效果产生影响。

在实施成分分析过程中，需要尽可能降低含量测定的偏差影响，针对物相测定时则应该关注氧化铝等化合物的测定结果真实性，这也是铝电解质成分测定中最为关键的部分。在分析测试过程中，许多测试方法都无法完全满足不同类型的铝电解质，X射线衍射技术就是其中之一，所以尽管三种方法都可以使用，但是如果属于锂离子以及钾离子含量较高的铝电解质，也不建议选择X射线衍射方法予以处理。

4 结束语

综上所述，铝电解质成分的不稳定会给企业的日常生产带来不小的负面影响。通过长期关注导致变化的原因后发现，电解槽启动时冰晶石的质量、预配阳极的质量都会显著影响铝电解质的成分比例。如果需要对铝电解质进行其他物质的添加，则需要提前进行周期评价，否则也存在成分大比例变动的风险。在出现成分变动后，初晶温度也会发生变化，这会导致工艺的稳定性下降。在日常检测过程中，无论选择何种合适检测分析方法，都应该尽可能避免分子比的定义调整，同时如果存在预设与忽略实验条件的问题，也要做好提前的通知，满足统一实验要求，这样可以更好地确保铝电解质检测的效果，同时也为进一步解决铝电解质本身的导电性能、黏度和其他性能指标问题创造条件。