高大伟
呼和浩特铝电有限公司 内蒙古呼和浩特 010200
【摘 要】近些年以来，铝电解技术也在不断更新，产生了令人瞩目的变化，但一直在追求降低分子比进行铝电解生产。因此，在铝电解生产中进行工艺优化，控制合理的分子比，对提高电解槽的电流效率具有重要作用。本文首先介绍了电解质的分子比，分析了分子比对Al2O3的溶解度、电解质的温度、比重、粘度等的影响，对如何选择分子比和降低分子比进行了讨论，希望以此为相关研究提供一定的指导和借鉴。
【关键词】分子比；铝电解；生产；作用
前言
近些年来，随着铝电解产业的迅猛发展，关于铝电解的生产研究也在不断增加。研究人员主要关注的是如何进行工艺条件的优化和控制，以提高电流效率为主要目标。在铝电解的生产过程中，电解质成分会发生频繁的变化，在变化的过程中会受到诸多因素的影响，例如电解质总量发生变化、槽温发生变化、氟化铝添加时的工作质量等。目前，还没有办法解决利用瞬时检测技术或者方法对电解质成分进行检测，所以对分子比的调整还处于探索阶段。本文将研究和探讨分子比对Al2O3的溶解度、电解质的温度、比重、粘度等的影响以及如何选择分子比和降低分子比，希望以此为相关研究提供一定的指导和借鉴。
1 电解质的分子比介绍
1940年到1950年前后，电解生产中主要为高分子比电解质，一般来说，电解质的分子比大于或者等于3.0。电解质温度高达970-990℃，电流效率大约为80%，电耗高达2万kWh/t。
1950年以后，研究人员发现采用酸性电解质具有诸多优点，电解槽电流效率高、电耗降低，二次反应损失减少，可以在电解生产中进行运用，与此同时，用于改善电解质性能的CaF2、MgF2等诸种添加剂也在生产中不断地得到应用，使得电流效率得到提高、能源消耗得到降低。
2 分子比对铝电解生产的影响
2.1 分子比对Al2O3浓度的影响
铝冶炼要求的主题就是要铝电解槽在最佳运行状态下保持平稳生产。通过生产实践我们总结出：Al2O3的溶解度在分子比偏高的电解质中要大一些。如果电解质中Al2O3保持较高的浓度，其粘度也会随之相应增大，这样就会抑制碳渣与电解质的分离效果，导致电流效率降低的情况产生；相反，Al2O3的溶解度在分子比稍小的电解质中要小的多，这样容易产生炉底沉淀增加的情况产生，随着时间的延长，炉底就会有大量的结壳生成，进而造成热槽的不利状况发生，使电解槽的正常稳定运行发生紊乱。
所以，很多的铝电解生产企业采取了一些有效的方法来控制Al2O3的浓度，一般采用计算机定时定量下料并且勤加的方法，这样会使Al2O3浓度尽量保持在2%-4%，进而获得比较高的电流效率。
2.2 分子比对电解质温度的影响
在正常的铝电解生产过程中，电解槽保持恒定的温度是很关键的，如果电解槽的温度上下波动较大，将对电解槽产生相当不利的影响，而影响槽温是否平稳的关键因素是分子比。如果分子比偏高的话，电解的初晶温度也会升高。相反，如果初晶温度降低的话，分子比的高低将对电解槽的热收入产生直接的影响。如果热收入比热支出高，电解槽的温度就会随之升高，由于温度过高会引起炉帮化掉，进而造成电流效率降低的情况发生，严重时会造成漏槽事故。如果分子比偏低，热收入就会比热支出小很多，造成电解质变成暗红色，严重影响了出铝质量，正常的生产运行也会受到严重破坏，电流效率降低。
2.3 分子比对电解质比重、粘度的影响
电解质比重的大小会影响到铝水与电解质分层效果，在960-970℃的正常温度下，电解质的比重为2.09-2.1g/cm3，而铝水的比重约为2.3g/cm3。两者的比重差值为0.2，这是二者分层的效果良好，析出的铝珠会快速地沉入到电解槽的下层，这时得到的电流效率也会较高；如果二者分离较慢，粘度较大的铝珠就会碰到CO2气体，这样铝珠就会被迅速氧化掉，电流效率就会发生大大的降低。
3 电解质分子比的选择
采用低分子比电解质有一定的好处，可以使预焙槽生产的技术经济指标较好，但是，要想合理选择电解质分子比，需要从企业的生产实际出发，绝对不可以没有目的盲目地进行选择，否则，不但不会取得满意的效果，还会给企业的生产运营带来不必要的麻烦和困难。
实验研究表明：如果电解质分子比降低，电流效率就会得到提高，当电解质分子比每降低0.1时，电流效率则相应的提高0.5%。但是，当电解质分子比出现降低情况时，电解质的导电性能也会变得减弱，在槽电压设定不变的情况下，等同于电解槽的极距降低了，从而对电流效率的提高产生了很大的影响。因此，降低电解质分子比要进行全面的考虑，然后采取适当的技术或者方法来进行此项操作。此外，还要考虑氧化铝的形态特点，在使用面粉状的氧化铝时，最好将电解质的分子比控制在2.4-2.6。如果在铝电解的实际生产过程中，还需要进一步降低分子比，可以选用砂状氧化铝，因为它的溶解性能较好。
4 降低分子比的方法
在实际的铝电解生产过程中，分子比降低，电解质的导电性就会降低，使得溶解氧化铝的能力也会发生减弱；同时，由于强酸性的电解质会产生强酸根离子，而中性的电解质却不具备这样的性质，在电解质分子比降低的过程中，必然会导致热平衡发生一系列的波动。因此，生产中降低电解质的分子比要采用有效的的技术措施和方法。如： 不易过快地降低速度；与其它生产技术等条件进行匹配和协调；电解槽电压要及时的抬高，保证较高的电解质水平，否则将产生大量的沉淀；保持电解质分子比的稳定性，控制好电解质分子比，进行定期检测，搞活电解槽的热平衡与电解质水平，充分利用计算机控制系统进行各种数据的传输和整理，监测好电解槽的生产运行情况，做到有效的预防；掌握好氟化铝的添加方法，只有电解槽温度在正常范围内，添加氟化铝才能达到降低电解质分子比的目的。
5 结束语
现代化铝冶炼生产电流效率经过多年的探索研究得到了很大的提高，在这个过程中，槽工作电压、日出铝量、电流分布、阳极电流密度、效应自动报警及自动熄灭、定时定量下料等都得到了很好的完善，但对熔盐电解质分子比的高温检测、电解质过热度都处在探索阶段，还有待于科研工作者进行深入的研究。
目前，对电解质分子比的认识都是来自检测数据与实践经验相结合的方式来对实际生产进行指导，加之对电解质量上的估计来对分子比的调整，所以调整的准确度并不是很高，所要求的分子比值难以达到。
参考文献：
[1]邱竹贤.电解[M].北京：冶金工业出版社，1982.
[2]戴小平.160kA预焙电解槽电解质组成的选择[J].轻金属，2002（12）.
[3]王家庆.试谈现代化低能耗电解槽的特征[J].轻金属，1995（7）.
[4]高子忠，田宝君，叶绍龙，金属冶金学[M].北京：冶金工业出版社，1990.
[5]何允平，董民杰编.铝电解槽寿命研究.东北工学院出版社，1991.
[6]邱竹贤.铝电解质初晶点数据与低温电解[J].轻金属，2003（3）.
[7]周铁托，洪建中，殷恩生，等.铝电解低分子比控制过程中若干技术问题探讨[J].轻金属，1997（10）.