浅析关于铝电解糟电流效率的提高
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科技创新
２ ０ １ ５ 年６ 月 ・ ２ １ ３－
浅析关于铝 电解槽 电流效率 的提高
徐 敏
宁夏青 铜峡 铝业 股ຫໍສະໝຸດ 有 限公 司质量 检 测 中心 ， 宁夏 吴 忠 ７ ５ １ ６ ０ ３
摘要 ：对影响 电解槽 电流效 率的因素进行 了分析 ，对提 高电流效率的主要措施进行 了介 绍，并结合现代铝 电解 工艺探 讨 了提 高电流效率 的主要途径 。指 出了研 发方向． 关 键 词 ： 铝 电解 槽 ： 电 流 效 率 ：提 供 中图分 类号 ：Ｔ Ｆ ３ ５ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ６ ７ １ ． ５ ５ ８ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ２ ３ ． ０ ２ １ ３ ． ０ １ 前 言 所谓国民经济发展的基础产业， 电解铝是高耗能产 品。 近 年来， 电解铝发展迅速，经过技术进步， 电能效率提升 ， 每 生产 １ ｔ电解铝综合交流 电耗大大降低 ，但是 能耗仍然较 大 。随着 国家国家节 能减排政策和措施 的实施 ，铝生产应该 加 快了结构调整步伐 ，积极探索 降低 电耗 的技术方法 。近年 来 ，有 色行业 的科技创新活动不 断发展 ，电解铝领域 的技术 也正在 进行研究开发，促使我 国铝 电解水平提升 。但是 由于 （ １ ） 国内电解槽的设计经验不足 ， 对于热平 衡设计不够； （ ２ ） 国内的半石 墨质 阴极阴极材料 ，导致压 差较低 ；（ ３ ）国内电 解槽 电流效率与国外相差 ２较大，直流 电耗 高；（ ４ ）国内铝 土矿 品位低 ，造成 电流效率较低 。 因此 ，必须针对 以上 因素， 提 升电流效 率、采取 多种 措施 降低 了铝 电解 槽单 耗。 ２ ． ２ ． １ 电流强度 根据公认的 电流强度 的理论关系式 中，当单位阴极面积 的金属损失量得到有效控制时 ，电流强度增大会 使得 电流效 率随着提高，反之 则降低 ．这也是铝 电解大 型化 的理论依据
２ ． ２ ． ２母线配置与槽壳尺寸 母线配置 方式对 电解槽的磁场产生关键性影响 ，因此铝 液 的稳 定性会 发生变化．电解槽加工距离 同样会对对侧 部散 热产 生影 响，并影 响铝液镜面 的大小，因此母线配置方 式 以 及槽 壳尺 寸大小都会对 铝 电解槽的 电流效率产生影响 。 ３提 高 电流效率的途径 ３ ． １降低 电解 温度 因为 电解 温度主 要对 电解铝 的熔 解度 以及扩 散速度 造 成影 响，因此 降低 点解温度 能够有效 的提 升电解效率 。采 用 生产控制 降低 电解温度 ，降低 电解质分子 比和使用添加剂来 降低初 晶温度 ，从而 降低 电解温度 。 ３ ． ２选择 合适 的电解质成分 低分子 比电解质有利提 高 电流效率，因此选择合适 的电 解质成本 ，适 当的调低分子 比和 Ａ １ Ｆ的成分 ，能够提升 电流 效率 。
之一。
２影响铝电解槽单耗因素
２ ． Ｉ工 艺因素
２ ． １ ． １电解 温 度 铝 电解温 度是 由初 晶温度 决定 的，因为 电解质 成分 不
同， 所以初晶温度 并不相同 ， 工业上常用 电解质成分为 Ｎ ａ Ｆ ６ ＋ Ａ ｌ Ｆ ３ ＋ ｃ ａ Ｆ ＋ Ｍ ｇ Ｆ ２ ＋ Ａ １ ２ ０ ３ ， 组分 比例不 同， 导致初 晶点变化 ． 在 已有 的研 宄中发 现，电解温度每降低 １ ０ ℃，工业铝 电解槽 电 流 效率提 升 １ ．５ ％ ．而且电解铝的工艺也与温度有关 。液态 铝主要 以 ４ 种方 式存在于 电解质熔体 中包括 物理 熔解 、化学 熔解 、置换反应 以及 电化学反应 ．铝的熔解主要是 ：金属铝 发生熔解反应 ；熔解铝扩散 ：熔解铝进入 电解质 ：熔解铝被 氧化 。由于铝液和 电解质交界面 的浓度很大 ，因此溶解过程 不可控制 。而且熔解铝 与 ｃ ０反应 速度 快，影响 了反应过程 的控制性 。温度 升高 时，引起铝损 失增 多，电流 效率 较低 。 ２ ． ｉ ． ２氧化铝浓度 有关 Ａ １ ２ ０ ３ 影 响电流 效率 的机 理研 究中，低 Ａ １ ２ ０ ３电解 时 ，悬浮 的 Ａ １ ２ ０ ３颗粒 ，阻碍铝溶解 ，电解质 的 ｃ ０溶解 度 降低 ， 表面 张力 增大 ，再氧化机率降低，能够提高 电流效率 。 多数研 究结果表 明，Ａ １ ２ ０ ３降低 能够提 高电流效率，因此 在 电解槽设计 中，Ａ １ ２ ０ ３浓 度为 １ ． ５ ％～ ３ ． ５ ％，电流效率相 对 较高 。 ２ ． １ ． ３分子 比 分子 比对 电解温度产生作用 ，从而影响 电流效率 。在 工 艺 中，采用低分子能够降低初 晶温度 。同时采用过量 Ａ １ Ｆ ， 能够增加 电解质液和铝液界面张力 ，抑制 电解铝损失 和钠 的 析 出。相关研究指出 ，电流效率随着分 子比减少 而升高，当 分析 比减少 ０ ． １时提高 ０ ． ５ 。但是 ，分子 比应该在适度 的范 围 内，过低 的分子会导致 Ａ １ Ｆ消耗增加，而且导致槽 电压 提 高 ，电解铝 溶解 速度 下降 。因此，在进行分子 比设计 时必 须 进 行综合分析 。 ２ ． １ ． ４铝水平与 电解质水平 在 对铝 电解槽的计算机仿真技术 中，铝 电解槽 中铝水平 也会对 电流效率造成影响 。 研 究中， 铝水平会影响槽帮结壳 ， 生 产时保持最佳铝液 ，能够形成较小 的铝液镜面和较规整 的 槽 膛，且槽 膛底 部 电流分布也较好 。 ２ ． １ ． ５阳极效应系数 在 铝电解过程中 ，阳极效应期 间会使 电解质产生较大 的 扰 动、温差增大 、导致整体温度提升 ，从而使 电流效率降低 。 但 是取 消阳极效应的工艺流程 ，则会造成铝 的溶解加速 ，降 低 电流 效率 。
３ ． ３ 控制氧化铝的浓度 氧化铝有利于稳 定生产 ，适 当提高浓度能够提高 电流效
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浅析关于铝 电解槽 电流效率 的提高
徐 敏
宁夏青 铜峡 铝业 股ຫໍສະໝຸດ 有 限公 司质量 检 测 中心 ， 宁夏 吴 忠 ７ ５ １ ６ ０ ３
摘要 ：对影响 电解槽 电流效 率的因素进行 了分析 ，对提 高电流效率的主要措施进行 了介 绍，并结合现代铝 电解 工艺探 讨 了提 高电流效率 的主要途径 。指 出了研 发方向． 关 键 词 ： 铝 电解 槽 ： 电 流 效 率 ：提 供 中图分 类号 ：Ｔ Ｆ ３ ５ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ６ ７ １ ． ５ ５ ８ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ２ ３ ． ０ ２ １ ３ ． ０ １ 前 言 所谓国民经济发展的基础产业， 电解铝是高耗能产 品。 近 年来， 电解铝发展迅速，经过技术进步， 电能效率提升 ， 每 生产 １ ｔ电解铝综合交流 电耗大大降低 ，但是 能耗仍然较 大 。随着 国家国家节 能减排政策和措施 的实施 ，铝生产应该 加 快了结构调整步伐 ，积极探索 降低 电耗 的技术方法 。近年 来 ，有 色行业 的科技创新活动不 断发展 ，电解铝领域 的技术 也正在 进行研究开发，促使我 国铝 电解水平提升 。但是 由于 （ １ ） 国内电解槽的设计经验不足 ， 对于热平 衡设计不够； （ ２ ） 国内的半石 墨质 阴极阴极材料 ，导致压 差较低 ；（ ３ ）国内电 解槽 电流效率与国外相差 ２较大，直流 电耗 高；（ ４ ）国内铝 土矿 品位低 ，造成 电流效率较低 。 因此 ，必须针对 以上 因素， 提 升电流效 率、采取 多种 措施 降低 了铝 电解 槽单 耗。 ２ ． ２ ． １ 电流强度 根据公认的 电流强度 的理论关系式 中，当单位阴极面积 的金属损失量得到有效控制时 ，电流强度增大会 使得 电流效 率随着提高，反之 则降低 ．这也是铝 电解大 型化 的理论依据
２ ． ２ ． ２母线配置与槽壳尺寸 母线配置 方式对 电解槽的磁场产生关键性影响 ，因此铝 液 的稳 定性会 发生变化．电解槽加工距离 同样会对对侧 部散 热产 生影 响，并影 响铝液镜面 的大小，因此母线配置方 式 以 及槽 壳尺 寸大小都会对 铝 电解槽的 电流效率产生影响 。 ３提 高 电流效率的途径 ３ ． １降低 电解 温度 因为 电解 温度主 要对 电解铝 的熔 解度 以及扩 散速度 造 成影 响，因此 降低 点解温度 能够有效 的提 升电解效率 。采 用 生产控制 降低 电解温度 ，降低 电解质分子 比和使用添加剂来 降低初 晶温度 ，从而 降低 电解温度 。 ３ ． ２选择 合适 的电解质成分 低分子 比电解质有利提 高 电流效率，因此选择合适 的电 解质成本 ，适 当的调低分子 比和 Ａ １ Ｆ的成分 ，能够提升 电流 效率 。
之一。
２影响铝电解槽单耗因素
２ ． Ｉ工 艺因素
２ ． １ ． １电解 温 度 铝 电解温 度是 由初 晶温度 决定 的，因为 电解质 成分 不
同， 所以初晶温度 并不相同 ， 工业上常用 电解质成分为 Ｎ ａ Ｆ ６ ＋ Ａ ｌ Ｆ ３ ＋ ｃ ａ Ｆ ＋ Ｍ ｇ Ｆ ２ ＋ Ａ １ ２ ０ ３ ， 组分 比例不 同， 导致初 晶点变化 ． 在 已有 的研 宄中发 现，电解温度每降低 １ ０ ℃，工业铝 电解槽 电 流 效率提 升 １ ．５ ％ ．而且电解铝的工艺也与温度有关 。液态 铝主要 以 ４ 种方 式存在于 电解质熔体 中包括 物理 熔解 、化学 熔解 、置换反应 以及 电化学反应 ．铝的熔解主要是 ：金属铝 发生熔解反应 ；熔解铝扩散 ：熔解铝进入 电解质 ：熔解铝被 氧化 。由于铝液和 电解质交界面 的浓度很大 ，因此溶解过程 不可控制 。而且熔解铝 与 ｃ ０反应 速度 快，影响 了反应过程 的控制性 。温度 升高 时，引起铝损 失增 多，电流 效率 较低 。 ２ ． ｉ ． ２氧化铝浓度 有关 Ａ １ ２ ０ ３ 影 响电流 效率 的机 理研 究中，低 Ａ １ ２ ０ ３电解 时 ，悬浮 的 Ａ １ ２ ０ ３颗粒 ，阻碍铝溶解 ，电解质 的 ｃ ０溶解 度 降低 ， 表面 张力 增大 ，再氧化机率降低，能够提高 电流效率 。 多数研 究结果表 明，Ａ １ ２ ０ ３降低 能够提 高电流效率，因此 在 电解槽设计 中，Ａ １ ２ ０ ３浓 度为 １ ． ５ ％～ ３ ． ５ ％，电流效率相 对 较高 。 ２ ． １ ． ３分子 比 分子 比对 电解温度产生作用 ，从而影响 电流效率 。在 工 艺 中，采用低分子能够降低初 晶温度 。同时采用过量 Ａ １ Ｆ ， 能够增加 电解质液和铝液界面张力 ，抑制 电解铝损失 和钠 的 析 出。相关研究指出 ，电流效率随着分 子比减少 而升高，当 分析 比减少 ０ ． １时提高 ０ ． ５ 。但是 ，分子 比应该在适度 的范 围 内，过低 的分子会导致 Ａ １ Ｆ消耗增加，而且导致槽 电压 提 高 ，电解铝 溶解 速度 下降 。因此，在进行分子 比设计 时必 须 进 行综合分析 。 ２ ． １ ． ４铝水平与 电解质水平 在 对铝 电解槽的计算机仿真技术 中，铝 电解槽 中铝水平 也会对 电流效率造成影响 。 研 究中， 铝水平会影响槽帮结壳 ， 生 产时保持最佳铝液 ，能够形成较小 的铝液镜面和较规整 的 槽 膛，且槽 膛底 部 电流分布也较好 。 ２ ． １ ． ５阳极效应系数 在 铝电解过程中 ，阳极效应期 间会使 电解质产生较大 的 扰 动、温差增大 、导致整体温度提升 ，从而使 电流效率降低 。 但 是取 消阳极效应的工艺流程 ，则会造成铝 的溶解加速 ，降 低 电流 效率 。
３ ． ３ 控制氧化铝的浓度 氧化铝有利于稳 定生产 ，适 当提高浓度能够提高 电流效