浅析在电解铝生产中保持电解质水平的方法

凡强峰

青海桥头铝电股份有限公司

摘要：我国的铝工业起步于20世纪50年代，经过半个多世纪的发展，目前已形成一个较完善的产业链，为社会各领域持续不断地提供铝材。从产量上看，我国无疑是世界第一铝生产大国。为了提高生产质量，生产厂商一直在研究如何保证电解质水平的办法，通过长时间的经验积累和不断探索，终于得出了一些能够有效提升电解质水平的办法，作用于生产过程中，能够有效提高铝生产效率，减少相应成本的投入，提高企业经济效益。

关键词： 铝电解；电解质；电解质水平

电解质的组成和性质

由于产地和自然环境不同的因素，不同产地的电解质在组成成分方面存在一定的差异。为了保证产量和最终成品的质量，在电解过程中，工作人员还会依据不同的生产要求和产品原材料质量，向其中添加一些额外的化合物，用于改善电解质属性。化合物的增加使其组成成分变得更加复杂，可变因素更多。常见的电解质成分为冰晶石，氟化铝，氧化铝，氟化钙。

电解质的性质通常意义上是指该物质的物理性质和化学性质，其与生产有关的性质包括密度，导电度，浓度，过热度。不同的性质对于生产结果的影响是不同的，需要工作人员根据经验和具体的要求对于材料的不同性质进行优化调整，以保证最终成品的质量。

电解质水平对电解生产的影响

水平电流

电解质层是极化反应区域，电解质中炭渣含量，阳极气体含量，氧化铝浓度等因素与电解槽水平电流相关。单从电解槽的导电途径分析，高电解质水平容易增加水平电流。

电解质水平与操作质量及劳动强度

在电解过程中需要工作人员进行细致操作在生产过程中必须调控好操作质量和劳动强度之间的平衡。只有保证具有适当的电解质水平，氧化铝才能够以最好的状态进入电解质中，不会出现堵料积料的情况，工作人员进行换机操作时，结壳块比较容易打捞，炉底的沉淀较少，可以减少工作人员进行打捞沉淀的工作，从而减少了由于打捞沉淀所造成的二次反应。如果在生产过程中出现电解质过低的情况，对氧化铝的溶解程度就会出现不足，相应的生产材料就不能以较好的状态进入电解质，随之出现的问题就是造成堵料，沉淀形成的情况，工作人员需要花费大量的时间和精力去处理这些堵料沉淀，会严重影响到工作进度，并且容易产生二次反应，影响到整体的工作质量。

氧化铝浓度的控制

较高的电解质水平有利于增强电解质体系对氧化铝的溶解能力，但电解质量的增加会导致体系氧化铝浓度的降低。电解质水平过低，则热稳定性差，易发病槽，影响电流效率,而且在出铝等作业过程中增加了系列不安全因素。

电解质高度与阳极效应和阳极气体排放

传统的电解工艺认为阳极效应的发生可以调整槽子的热平衡,校正电解槽内电解质中氧化铝的浓度,并达到洁净电解质,清理阳极底掌,炉底沉淀以及规整炉膛的目的，电解槽是按设定的效应等待时间发生阳极效应。对于电解槽来说弊大于利的阳极效应在如今节能降耗的要求下不能按传统的概念控制。趋于无效应管理的理念逐步在现代电解铝生产管理当中被重视起来。降低效应系数是节能降耗的一个重要手段。在铝电解过程中电解质是氧化铝的载体。除氧化铝浓度外，电解质高度对槽温的控制、电解质循环、阳极底掌气泡的释放都有很大的关系，而它们于阳极效应的发生又有直接的关系。阳极气体主要以气泡的形式释放，气泡的行为大致可分为3个阶段：(1)气泡在阳极底掌生成并长大；气泡在阳极底掌上水平运动；(3)气泡受浮力作用在阳极侧部垂直运动。由此说明电解质水平较高时增加了气泡垂直运动的行程，不利于气泡的排除，引发阳极效应的可能性增加。

电解质水平影响电解质浓度

在生产过程中，电解质水平的高低会直接影响到电解质浓度，而浓度代表了单位空间内生产所需材料的数量，一旦生产所用材料数量过低就会影响到产品的形成，电解质水平与电解质浓度之间呈正相关关系。按照正常的NB间隔，电解质中的氧化铝浓度会出现偏低的情况，而且偏低趋势愈发明显。当电解质水平过低时，会出现以下两种情况，第一种情况是由于电解质过低，从定容下料器下来的材料在火眼处不容易在电解质表面扩散开，而是聚集在一堆，形成堵料情况，造成氧化铝不容易进入到电解质中，产生缺料的情况，造成浓度降低。第二种情况是，材料能够较好的进入熔体中，但是由于电解质自身的水平偏低，影响到了溶解水平，造成氧化铝过剩，而出现沉淀悬浮的情况，影响到氧化铝浓度。为了减少由于电解质水平对于生产过程的影响，现代生产过程中一般都采用计算机进行自动控制，能够实现更加精确的用料管理。

电解质水平降低的原因

在目前对于电解质水平降低的原因，探究中，主要出现的原因是由于技术条件失控，造成电解质水平出现迅速降低。

铝水平过高，增加了铝液保持一定温度所需吸收的能量。由于铝材料自身的散热性较好，铝水平的增加造成体积增大会提高其散热性能，导致电解质在边部出现结晶。炉膛减少，此时液态的电解质数量减少，电解质水平出现降低。

工作人员计算失误，设定电压偏低，导致电解槽中所需的能量不足，造成电解质出现萎缩情况。

分子比低。电解质温度低，在这种情况下，电解液的初晶温度降低，容易出现电解质结晶，降低了电解质浓度，减少了电解质中的材料含量。

阳极保温料不足，导致上部散热增加，电解质在电解质液表面出现结晶情况，吸附在结壳块底部，降低电解质浓度，降低了电解质水平。

保持电解质水平措施

确保结壳块的返回利用

每一块残极都会吸附大量的电解质，在工作人员打捞这部分残极过程中大量的电解质材料会伴随残极被一同打捞，造成电解质材料损失，根据统计工作人员每进行一次更换阳极操作，整个电解质都会损失约40-80kg。在打捞碳渣的过程中，也会造成一部分电解质损失。在进行处理作业时，一部分电解质会随铝业被一同抬包，并且吸出管的表面也会吸附一部分电解质。以上三点都会造成大量的电解质损失，所以在生产过程中必须要保证从电解槽中取出的矿量能够全部返回到电解槽内，保证电解槽内的电解质数量平衡。

有计划的添加冰晶石或电解质块

对于生产过程中一些无法避免的材料损失情况，工作人员要进行具体的统计，并且在生产过程中适时增加相应数量的电解质材料，保证整体的电解质浓度符合生产标准。

提高自动化管理控制水平

铝电解生产采用多达数百台电解槽串联成一个生产系列的方式进行。在强大的直流电流的作用下铝电解槽内发生着复杂的高温物理化学和电化学反应，在该体系内形成互有关联的、可变的电场、磁场、温度场、熔体流动场等物理场。由于铝电解槽内高温熔体的强腐蚀性，浓度、极距和温度等重要的被控参数目前尚不能在线检测，能在线检测的信号只有槽电压和系列电流。要获得理想的技术经济指标，关键是控制好几个主要的技术参数：物料平衡、热平衡和极距、槽况的综合分析与辅助决策。因此必须充分借助自动化技术提高管理控制水平，不断促使铝电解企业从“高能耗、大污染、劳动力密集型”的传统形象向“高效率、无污染、自动化”的现代化企业形象跨越。

结语：在铝电解生产过程中，电解质如何保持是一个难题，随着近些年精确测量仪器的出现，可以使生产人员在生产过程中较为精确的了解到电解质材料的容量情况，作出相应调整，保证生产过程的顺利进行。

参考文献：

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王玉西，张中良，夏浩.电解铝生产工艺流程改进及执行方法[J].科学与财富，2015，（3）

赵忠兴.高分子比电解质在铝工业的应用及节能效果研究[D].兰州理工大学，2013.