1、2008年第5期 青海斛技 预焙铝电解生产控制策略的转变 孙正龙 (中国铝业青海分公司第一电解厂，青海大通810108) 摘要：现代铝电解生产的控制策略基本是“四低一高”，并取得了很好的成绩。由于节能的要求，设定电压被进 一步降低，为了保证极距不被压缩，必须对原有的“四低一高”控制策略进行转变，在保证电流效率和降低能耗的前提 下，采取适当提高槽温和分子比等措施。本文分析了中铝青海分公司预焙铝电解生产控制策略(即“四低一高”)的转 变。 关键词：控制策略；“四低一高”；电流效率；极距 戴小平等人在上世纪末对铝电解生产提出的“低 温、低分子比、低氧化铝浓度、低效应系数和高极 距” (即“四低一高”
2、)控制策略，是基于用提高电 流效率的方法求得吨铝电耗的降低，从而降低原铝生 产成本。 2007年以来，为了进一步降低吨铝电耗，中铝青 海分公司对“四低一高”控制策略开始转变。 1 高极距控制策略的转变 11 高极距生产的观点 “四低一高”控制策略中，高极距是取得高电流 效率的前提。在工业电解槽上，极距从正常的4em降 低到3em，电流效率约降低4t”。极距小时，使得溶 解铝扩散到氧化区的距离短，有时阳极气体直接将铝 液上层的铝氧化；极距增大，熔体的对流搅拌作用减 弱，扩散层厚度增大，铝损失减少。因此，保持足够 高的极距是取得高电流效率的前提。 1-2高极距生产被迫改变 电解槽工作电压的高低，跟
3、极距成正比，跟电解 质导电度成反比，跟氧化铝浓度成反比(1535 范围内)。由于节能减排的需求，电解槽工作电压被 迫降低，如果只降低平均电压，不改变电解质导电度 和氧化铝浓度，就相当于压缩了极距，严重损失电流 效率。这样不仅节能的目的达不到，而且还造成铝产 量和电流效率的下降。 为此，在降低平均电压的同时，必须适当增大电 解质导电度和氧化铝浓度，以保证极距不被缩小。其 中电解质导电度在添加剂不变的情况下，取决于分子 比的高低和温度的高低。分子比越高(Na 含量高)导电 度越好，温度越高导电度越好。这就要求必须提高分 子比和槽温，也就是说“四低一高”控制必须改变。 2低温生产观点的改变 58 0
4、T 21低温生产的观点 电解质温度过低，其密度增大，黏度增大，铝液 与电解质分离不开，阳极气体不易顺畅排出；槽膛过 小，伸腿伸长；电解质溶解氧化铝的能力降低，槽底 沉淀增多，电解槽底部易结壳，阳极效应系数增大。 若电解质温度过高，会增加金属铝的损失，降低电流 效率，并能熔化槽膛，增加物料消耗，导致病槽。因 此，以温度为控制中心，保证电解槽的正常电解温 度，对于提高电流效率、降低消耗是大有益处的。 电解温度对电流效率的影响最为直接，它主要影 响铝在电解质中的溶解度，特别是影响溶解铝的扩散 速度，因为扩散到阳极氧化区的速度越快，电流效率 的损失就越大。因此，电解温度升高意味着铝的二次 反应加剧，铝
5、的溶解损失增大，电解效率降低。生产 实践证明，在其他条件相同的情况下，电解温度每降 低1O，电流效率可提高约1520r”。 22低温生产转变为低过热度生产 降低电解质的温度有两种方法，即降低电解质的 初晶温度和降低过热度，其实质都是通过调整电解质 成分来实现的。事实上，单纯降低电解质的初晶温度 对电流效率的提高效果是不明显的，而且，过低的电 解温度，会导致槽底生成沉淀、效应增多、电压针振 等现象，进而导致操作上的困难。因此，在电解生产 中，提高电流效率的主要途径，不是降低电解质的初 晶温度，而是降低电解质的过热度。在较高的电解温 度(945955 )和较低的过热度下(5101，更容易 取得较高
6、的电流效率。在国外一些先进的铝电解企业 中。其电解温度并不是我们想象的那么低，大都在 945955 之间，而其过热度是很低的，一般都在 10 左右。处于这种条件下的电解槽，生产平稳，操 作容易，也能够取得很高的电流效率f9596)12l。 青海斟技 2008年第5期 因此，对于电解温度的选择，最重要的一点是要 能够做到长期、平稳地保持低温。事实证明，电解槽 的平稳生产至关重要，在平稳的情况下，其电解温度波 动很小，过热度会逐渐降低。因为电解质的成分决定了 电解质的初晶温度，而电解温度的波动就是过热度的波 动。这也是为什么在实际生产中，经常见到电解质成分 相差不多的电解槽，其电解温度却相差很大的
7、原因网。 3低分子比生产观点的转变 31低分子比生产观点 随电解质分子比减小，铝在电解中的溶解度显著 降低。在碱性电解质中，加强了铝与氟化钠置换反应 的进行，增加了铝的损失。由于氟化钠的过多剩余， 也大大增加了钠离子放电的可能性，同时氟化钠还会 降低铝对电解质熔体的表面张力，对电流效率产生不 利的影响。而在酸性电解质中，氟化铝能增加铝液同 电解质熔体相接触的表面张力，有利于铝与电解质分 离，减少铝的损失。酸性电解质能有效地抑制钠离子 放电和铝置换氟化钠的反应，对电流效率有好的影响， 同时还能降低电解质比重，有利于铝与电解质分层。 32低分子比生产观点的改变 理论和实践表明电解质分子比降低，电流
8、效率提 高。但分子比过低(A1F 含量过高)则带来：电解质 导电度减小，氧化铝溶解度减小，电解质的挥发损失 增大，AhC，的溶解损失增大(阴极和内衬的腐蚀增 大)，操作困难、对控制要求高等。因此，不能稳定 保持的低分子比并非能得到高电流效率的结果。 由于分子比降低和温度降低带来电解质导电度减 小和氧化铝溶解度减小，这样就导致在工作电压不变 的情况下，极距被缩短。现在由于工作电压也被迫下 降，在这种情况下，如果继续保持低温、低分子比， 就相当于把极距进一步缩短，将带来电流效率的损失。 针对大型预焙槽进行理论计算表明，若要保持极 距不变，则分子比每降低01，设定工作电压应提高约 50mV。因此，若
9、分子比在26时的工作电压为40V，则 当分子比调整为23时，设定工作电压应调整为415V 方可保持极距不缩小，这与生产实际情况相符。 4低氧化铝浓度生产观点的改变 氧化铝浓度控制的好坏是电解槽能否稳定运行的 决定性因素。研究表明，在15氧化铝浓度以内，容 易发生阳极效应。氧化铝浓度超过5时，容易形成 沉淀，增大槽电阻，影响电流分布，从而降低电流效 率，增加电耗。 勤加工、少加料，能使电流效率均衡保持在较高 的水平上。大型预焙槽采取半连续自动下料，电解处 于低A1 O。浓度(1535)下进行，其主要优点为： A1 O 很快溶解，熔体中无悬浮的A1 O 固体颗粒，对 熔体的粒度、导电度以及防止在槽
10、底产生氧化铝沉淀 都有良好的作用，有利于稳定生产，提高电流效率 当 A1 0。浓度在1535范围内时，A1 O，浓度越低， 则电流效率越大，同时槽电阻越大，工作电压越高。 因此，为了适应低电解温度和低分子比的要求(氧 化铝的饱和浓度较低)，氧化铝浓度设置在15一 35之间，可尽量避免槽底沉淀和阳极效应，从而获 得稳定的槽况和较高的电流效率。同时，也可为阳极 效应的预报创造条件，有利于降低阳极效应系数。 5低效应系数生产观点的改变 阳极效应是电解过程中一种特有的现象。在铝电 解生产过程中，它与阳极性质、电解质性质、阳极气 体性质等很多因素有关。阳极效应有利也有弊，其弊 端主要表现为增加氟化盐消耗
11、、耗费大量的电能等。 其有利的方面是能够熔化一部分炉底沉淀，同时补充 一部分热量，建立新的能量平衡和物料平衡。 效应系数的确定，有赖于控制的合理化程度和操 作的精细化程度，在目前尚依靠人力来进行控制和操 作的今天，不能彻底杜绝阳极效应的发生，保持低于 005次槽日的效应系数是必要的。 6结语 高极距是取得高电流效率的前提，极距过低铝的 氧化损失过大。而在降低工作电压的时候，必须首先要 保证极距不被缩小，这就要求我们提高电解质导电度和 氧化铝浓度。但同时氧化铝浓度对效率和槽况的影响也 较大，所以重点应该放在提高电解质导电度方面。 提高电解质导电度可以从三方面着手：提高电 解槽工作温度；提高电解质分子比；使用LiF等 能够较大幅度提高导电度的添加剂。 同时由于过低的温度和过低的分子比对生产带来 诸多不利影响，因此对电解温度和分子比要适当提 高，以保证极距不被缩小，电流效率不损失。 参考文献： 【1】邱竹贤预焙槽炼铝M北京：冶金工业出版社，2005： 97-103 【2邓发权提高铝电解电流效率、降低电耗的指导思想和工艺 控制要点叭世界有色金属，2005，(4)：2734 59
