浅谈如何提高铝液原铝质量

王远鹏

（广西华磊新材料有限公司，广西 平果 531400）

铝是一种应用十分广泛地的金属材料，它不只质轻、导电强、导热强，而且还耐高压耐腐蚀，具备很强的可塑性。要想生产出品质良好的铝合金，就必须生产出高质量的原铝，如果原铝不具备较好的品质，高品质的铝合金产品将无法得到质量方面的保障，故对于电解铝生产的企业而言，保障并进一步提升原铝质量是至关重要的。而铝电解过程非常复杂且多变，因为轻金属铝的特殊属性使得其电解过程必须借助熔盐电解法才能实现，熔盐电解难度较高、可变因素太多，使得原铝质量管控难度提升，因此，本文就对原铝质量影响的主要因素进行探索，在此基础之上进一步提升原铝质量的措施[1-3]。

1 原铝质量的分级

原铝液产生于铝电解的生产过程之中，原铝是否具备较高的质量会极大程度上决定最终产品品质，如果电解产生的原铝不具备较高的品质，那么在此基础之上生产的铝锭产品就无法符合质量标准与要求，产品的性能也无法得到满足，这必定会影响电解铝生产企业的收益。一般而言，原铝之中包含的杂质越多，其质量越低。从生产过程上来看，原铝可能含有大约二十种其余金属杂质，在这些金属杂质之中含量最高且最普遍的有铁、硅、铜等金属元素，这几种金属杂质含量相对比较固定，不会产生异常波动，故铁、硅含量的高低是衡量原铝品质的优劣，不同原铝质量等级对应铁硅含量不同，含量越低品质越高。

原材料性能的高低，在一定的程度上直接与原铝质量有着密切的联系。这种主要因素体现在采购环节对于质量管控指标把控不严格导致的。其次，在中间产品的环节中由于没有做好物料回收以及循环利用的控制，基于成本控制就会出现电解质增加问题，继而出现电解质水平波动异常，在一定的范围内给操作工艺造成影响。

2 原铝中各种杂质的来源

2.1 杂质铁和硅

原铝之中的杂质，例如铁与硅来自原材料之中的氧化铝、碳阳极、冰晶石等，原材料之中往往存在一定含量的氧化硅与氧化铁。这些杂质的氧化物会和铝液发生化学反应，从而被还原成铁与硅，作为金属单质混合在铝液之中。基于这种氧化还原反应的原理，如果一些铁质的生产用具接触到了原铝就可能发生类似反应。杂质铁的来源相较于杂质硅更加广泛一些，倘若在操作过程之中出现“阳极化爪”或者“化磷生铁”的现象，原铝之中都可能出现一定含量的铁杂质。与此同时，如果在运输氧化铝的过程之中没有注意管道磨损问题，那么原铝之中就会携带一部分杂质铁与杂质硅，只有把控好进槽原料纯净度，才能有效管控原铝质量。

表1 金属铝化学成分标准（GB/T 1196-2017）

2.2 其它杂质

原铝液之中也可能存在其他的杂质，例如铁、铜、钙、镁、锌等等。一般而言，铜、钙、镁、锌的氧化物杂质一般起源于原材料，因为其还原性强于铝，后经电解还原反应进入到原铝之中，原铝之中的杂质并非都是金属元素，也存在一些非金属的杂质，例如炭、氧、氢等都可能存在.

图1 原铝中各杂质含量及占比

原铝中的杂质来源于氧化铝、预焙炭阳极、覆盖料等原料，这些原料随着电解过程的进行不断消耗，其中的杂质元素也随之转移到电解槽中，析出电位正于Al元素的杂质会在电解过程中被还原而进入铝液中，给铝液造成污染。

从图可知，Fe、Si两种杂质占所有杂质含量的76.6%，Fe、Si元素是造成原铝质量下降的主要原因。

3 提高原铝质量的措施

3.1 加强日常管理，提高现场操作质量

3.1.1 加强换极工作质量管理

（1）新极上槽前要用牛皮纸包好钢爪，并加满新鲜氧化铝粉，防止泡爪。

（2）新极上槽前要清干净极上掉落的磷生铁，防止磷生铁掉入槽内。

（3）设置好阳极高度，防止因阳极设置过低而造成阳极脱落、泡爪现象。

（4）淋好对面阳极的内端，防止氧化。

（5）严禁用大块收边，收边时必须拍实，防止化空阳极氧化。

（6）推好中结料，防止阳极氧化。

（7）收边物料里面如果若有铁质杂物，必须清理到指定放置点才能使用。

3.1.2 加强电解槽巡视

（1）严格执行电解槽巡视制度，对巡视出来的问题及时处理，减少因设备原因而造成电解槽的异常运行；提高巡查检视的频次，一旦出现打壳锤头卡堵的现象，应该第一时间进行疏通与打捞，阻止其对原铝的污染。

（2）适当控制电解槽效应时间，防止效应时间超长而导致电解槽破损。

（3）责任槽严禁升降电压，升降电压应该由主操及以上管理人员操作，防止电解槽出现异常。

3.2 控制生产工艺和指标，密切关注电解槽动态指标

配备有经验的管理人员和熟练操作的工人，及时调整生产工艺参数，以热平衡与物料平衡为中心控制工艺技术条件，做好单台槽数据的收集和分析，便于对槽况的变化做出及时准确的判断，“确保电解槽温度低、电解槽电压低、分子比例低、氧化铝所占的浓度低、效应系数低，同时保证电解质的水平与铝的水平处在最佳电解的阶段。让槽膛内型保持标准的形态时间更长，从而减缓杂质的溶解，进一步提升原铝的质量水平，保证电解槽良好运行状态。

控制好技术条件，电解质水平要控制在15cm～17cm之间，防止阳极出现化爪现象；控制好适当的铝水平，提高电解槽运行稳定，减少槽破损；严格控制原铝铁含量，在实践阶段需要对含铁量出现的异常情况给予高度重视，要采取动态跟踪、跟踪调查的方式积极寻找影响原因，减少原来铝质量问题出现；根据异常槽质量需求，对监测频率合理制定，将相关的数据收集、整理汇报，及时落实处理[4]。

3.3 严格把控进入电解槽物料

把控原材料的品质，确保采用的原材料质量高于国家使用标准，满足行业使用的规范，使用的氧化铝应该确保其中一级品的比例大于等于98%。与此同时，其他需要的原材料，例如冰晶石、氟化钙等等，也应在质量上有所保证，尽可能选用知名品牌的产品；电解铝生产过程中预焙炭阳极是影响原铝纯度的另一个主要因素。一般情况下，生产1吨原铝需净消耗预焙炭阳极约410 公斤左右。预焙炭阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂生产的炭块，随着石油焦/煤沥青的原料质量的下降、杂质的提高，影响了预焙炭阳极的质量，提高了铝阳极消耗，并且随预焙炭阳极的消耗而进入电解槽内的杂质含量也越来越多，导致原铝杂质增加，原铝纯度降低。此外，预焙炭阳极在使用一段时间后，与其连接的钢爪与电解质接触造成化爪/涮爪等现象，使电解槽内原铝杂质Fe含量增加。

从整体层面分析，在铝电解环节中杂质引起原因多数是电解原料以及操作时管理不当进入到电解槽当中。对于铝氧化来说影响最大的是杂质问题，这主要是相关厂家没有对工艺给予高度重视，导致产品中含有杂质；在受到冰晶石以及相关氟化铝影响后，电解槽的杂质成份会增加；在石油焦质量性能下降影响之下，就会导致预焙炭阳极直接进入到电解槽当中，此时内在杂质就会增加；另外，在换极环节中若有Fe杂质物质，电解烟气的干法净化吸附在一定的程度上会导致循环效果下降，导致杂质富集问题出现，使得相关参数性能下降。

3.4 做好槽电解槽启动及后期管理工作

电解槽启动是把电压控制在8V以下，防止电解槽出现破损；控制好氧化铝下料间隔时间，安排专人看电压曲线，严禁启动当天来效应。启动后期的管理过程之中秉持着一个准则那就是：“确保电解槽温度高、电压高、电解质水平高、氟化铝过剩量低、效应系数高、铝水平低”，从而确保在电解槽之中产生炉邦，推动炉膛内部形状的标准化。

4 结语

综上所述，虽然影响原铝杂质的种类较多，来源也广泛，但是整体而言，杂质的含量是能够控制的，想要保障电解槽原铝质量，必须从源头抓好，控制电解槽进入物料品质，做好现场操作质量管理，及时分析异常情况，匹配合适的技术条件，避免槽况引起波动甚至出现破损，造成原铝异常。加强对电解槽的管理、优化铝电解的操作能在一定程度上减少杂质的含量，提升原铝质量。