铝电解槽炉底沉淀物的生成原因与控制方法分析尹啟华

尹啟华汪东平

摘要：在电解铝工艺中，铝电解槽炉底沉淀物的生成会对电解铝生产造成一定的影响，本文首先对铝电解槽炉底沉淀物的生成原因进行了介绍，然后对其对生产过程的影响进行了分析，最后对沉淀物的控制方法进行探讨，力求为今后的工作提供一定的技术支持。

关键词：铝电解槽；沉淀物；控制方法

引言

在铝电解过程中，往往在电解槽炉底会产生少量的沉淀物，其还会对阴极产生一定的保护作用，但是若是产生的沉淀物过多，则会严重危害阴极，其造成的危害主要有以下两个方面，一方面是沉淀物会随着流体运动而对阴极造成磨损，另一方面是所产生的沉淀物会增加槽电阻，使阴极的电流分布不均匀，造成电解槽电压不稳，增加电耗，所以在进行铝电解的过程中，需要有效的控制槽底沉淀物的产生，这样才能提升生产效率，增加设备的使用年限。

一、电解槽炉底沉淀物生成原因

1、分子比保持较低

分子比是在铝电解过程中需要重点控制的参数，过往的经验显示，降低分子比有利于提升电解槽的电流效率，在一般的状态下，氧化铝不易生成沉淀，但是在实际的生产过程中，电解槽中分子比可能会偏离控制范围，使得分子比处于过低的状态下，这样会造成电解质处于低温状态，因为传质和传热的限制，氧化铝不能实现立即溶解，这样就容易形成电解质和氧化铝冷凝团块，若是持续的时间较长，则在炉底容易形成沉淀，而且沉淀物难以容易，会硬化形成结壳。

2、电解质水平过低

在铝电解过程中，电解质既提供了用于氧化铝扩散和溶解的产所，而且还能对槽温起到一定的调节作用，因此电解质在铝电解过程中扮演着非常重要的角色，电解质水平是电解生产中需要控制的重要参数。若是电解槽工艺相关参数失控，电解质水平偏低，则会影响到氧化铝在电解质中的扩散和溶解能力，部分未溶解的电解铝会再炉底形成沉淀。

3、电解槽铝量超标

为了保证铝电解过程稳定、高效的运转，电解槽中的铝业水平需要控制在合理的范围内，若是铝量过高，反而会对电解过程造成影响。第一，铝量过高，会增加电解槽的散热面积，造成热量散失过快，槽底温度降低，电解质和氧化铝就会发生沉积；第二，因为电解槽的容积有效，铝量的增加势必会挤占电解质的空间，这样就容易造成电解质水平失控，进而会在炉底生成大量的沉淀。

4、氧化铝浓度偏大

现阶段，大部分的铝电解过程都是采用氧化铝浓度智能模糊控制技术，往往将氧化铝的浓度控制在较低的范围内，若是无法对电解铝的实际情况进行准确的采集，则只能利用槽电阻与氧化铝浓度间的关系，根据槽电阻来对氧化铝浓度进行调整，因此不能及时、准确的确定电解槽内氧化铝的浓度，尤其在设备出现故障等突发状况，更容易出现氧化铝浓度过高的状况，进而会再炉底形成大量的沉淀。

5、不当的人工作业

在铝电解的生产过程中，需要定期或者不定期的对电解槽进行人工作业，比如阳极更换、母线调整等，这些人工作业不可避免的会电解槽的能量或者物料平衡以及电解槽运行的稳定性产生影响，尤其是进行阳极更换作业，往往需要在电解槽中投入大量的氧化铝，若是正常的生产过程无法对其进行溶解消化，则容易在炉底形成沉淀而影响铝电解过程的正常进行。

二、炉底沉淀物对铝电解生产过程的影响

炉底沉淀物的形成会增加槽底压降，降低电解槽的电导率，造成不必要的电能浪费。虽然少量的沉淀物会对阴极产生保护作用，但是过量的沉淀物或者结壳则会减少电导率，并在阴极周边产生较大的电流，这样容易造成阴极的损坏，影响电解槽的使用寿命。此外，过量的沉淀物容易造成炉膛畸形，严重时会抵断阳极导杆，阴极电流分布不均匀，影响电解槽运行的稳定性。

三、铝电解槽炉底沉淀物的控制方法

工艺条件设置的不合理、操作质量不过关以及预防处理措施不到位等均会导致炉底沉淀物的产生，一旦大量沉淀物产生，则需要及时采取有效的措施，将过多的沉淀物进行融化，避免出现炉底结壳的状况。

1、保证合理的工艺条件

（1）电解槽温度、分子比不宜过低

分子比要高于2.3，这样氧化铝才可以在电解质中进行有效的溶解，若是槽温和分子比过低，则会影响到电解铝的溶解速度，造成炉底偏冷，这样就容易在炉底形成沉。若是槽温和分子比过高，虽然在一定程度上会增加电解铝的溶解能力，但是会造成炉帮融化变薄，造成电解槽内的水平电流增加，影响到电流效率，容易造成阴极受损，因此槽温和分子比需要控制在合理的范围内，这样不但会减少沉淀物的生成，易于沉淀物的融化，而且还能有效的提升电流效率，降低电耗，延长电解槽的使用年限。

（2）电解质和铝业水平控制在适宜的范围内

铝液水平过高，会造成电解槽的散热速度过快，使炉底温度偏低，不利于沉淀物的融化，若是铝液水平过低，则不利于炉帮的生成，铝液流速大，二次反应增多，造成电流效率下降。电解质水平偏低，会导致氧化铝溶解能力下降，形成沉淀，而电解质浓度过高，虽然一定程度上增加了电解铝的溶解能力，但却会影响最终铝液的质量，而且还不利于阳极气体的排出，导致电流效率降低。因此，铝液水平和电解质水平需要控制在合理的范围内，一般情况下，铝液水平需要保持在25-28cm之间，电解质水平需要保持在18-22之间。

（3）稳定LiF含量

LiF可以降低电解质的初晶温度，有效的提升电解槽的导电率，但是同时也应注意到，其可以降低氧化铝的饱和溶解度，因此需要将LiF的含量控制在1.5-2.5%之间，这样可以抑制炉底沉淀物的产生。

（4）采取必要的保温措施

在阳极和路面可以采取一定的保温措施，比如覆盖保温材料等，这样可以酱烧电解槽的热量损失，调节电解槽的热平衡，使炉底温度区域稳定。

2、建立健全电解槽作业制度

在电解生产过程中，人工作业不可避免的会对电解槽的物料及能量平衡造成一定的影响，依据ISO9001质量管理体系的要求，可以建立一套标准化的电解槽作业制度，从细节出发，避免或者减轻人工作业队铝电解过程的扰动，尤其是在进行更换阳极或者是添加物料的过程中，因为氧化铝和面壳块的带入，会造成氧化铝浓度的升高，进而未溶解的物料容易形成大量的沉淀。所以应严格落实标准化作业精神，从作业准备、作业时间、作业工具等多方面入手，对人工作业过程进行优化，减少人工作业所带来的不良影响。

3、融化多余的沉淀物

要想实现对多余沉淀物的融化，首先应该对炉膛进行规整，以便形成坚固的炉帮。通过计算机控制系统，可以将氧化铝浓度控制在1.5-2.5%之间，并通过对工艺参数的调整来提升物料的溶解能力，不让过多的物料进入炉底，使电解槽处于平稳状态；其次，应该适当提高电解槽的热度，使冰晶石得以融化，重新回到电解质层中，但是因为氧化铝的熔点较高，其在铝液层无法进行融化，可以通过铝液的流动将其带至电解质层进行电化学反应生成铝，而其他杂质会随着铝液被抽走；最后应该做好相关的监控工作，对炉底以及槽壳温度进行实时跟踪，避免出现融化过头的状况，保证电解槽安全稳定的运行。

结语：控制铝电解槽炉底沉淀物的生成，最主要还在于提早进行预防，对工艺条件进行优化，采取标准化、规范化的操作，这样才能防止或者减轻炉底沉淀物的产生，同时还应该注意对炉底沉淀物的融化，这样才能达到电解槽高效、低耗、长寿的目标。

参考文献：

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