铝电解新型氟化盐加料方式分析

铝电解新型氟化盐加料方式分析
铝电解新型氟化盐加料方式分析
电解一厂牛文玮·刘冬喜·祁居玺
摘要：铝电解生产新型氟化盐加料方式，使氟化盐能定量均匀加入载氟氧化铝溜槽中，并与氧化铝充分混合，为氟化盐的精细化调控提供了一种途径。

此方式同电解槽氟化铝料箱加料方式中自动输送方式相比较节省投资数额约586万元—1048万元，具有推广应用价值。

此新型氟化铝加料装置已获得国家实用新型专利。

关键词：新型氟化盐加料方式获得国家实用新型专利
1氟化盐加料现状
目前，铝电解生产中氟化盐添加方式主要有：
A、人工直接添加到电解槽内；
B、人工或天车用料斗添加到铝电解槽氧化铝料箱中，再与氧化铝一同进入电解槽内；
C、在载氟氧化铝料仓出料口，用定容器定时定量添加到超浓相输送溜槽中，然后输送到铝电解槽氧化铝料箱里，同氧化铝一同进入电解槽内；
D、在铝电解槽旁边设一个氟化铝侧壁料箱，氟化铝侧壁料箱下来的氟化铝和氧化铝侧壁料箱下来的氧化铝，同时添加到铝电解槽上的风动溜槽内，混合后进入电解槽氧化铝料箱，与氧化铝一同进入电解槽。

E、在铝电解槽上单独设置氟化铝料箱，通过定容器，定时定量添加到电解槽中。

2现有技术中，氟化盐加料方式存在的问题
2.1 A种方式，不能够定时、定量均匀添加,氟化盐加料量集中，存在氟化盐挥发量较大、添加量不均匀的问题。

2.2 B、C、D三种方式，氟化铝下料量不容易控制，氟化铝与氧化铝混合不均匀，进入氧化铝料箱出现，氟化铝在氧化铝料箱中，集中某一区域，造成在某一时段中定容器下来的只有氟化铝，另一时段
下来的只有氧化铝，造成铝电解槽中出现缺氧化铝的时段，从而引发突发阳极效应，消耗电能，影响铝电解正常生产，难以定时、定量、均匀添加。

D种方式，这种氧化铝侧壁料箱目前基本上已经没有厂家使用了。

2.3 E种方式，氟化铝能够定时、定量集中添加，但存在氟化铝添加量集中，存在氟化铝挥发损失量较大的问题，另外需要在电解槽上增加氟化铝料箱，增加相应的设备，增加了电解槽上部空间的布局难度，增加了电解槽制作费用和电解槽的日常维护工作量。

现有技术中A、B、C、D氟化盐加料方式不能够定时、定量，均匀加料，造成铝电解槽生产分子比波动大，从而导致电解槽温度变化大，槽况不稳定,进而影响电流效率。

E种方式，氟化铝能够定时、定量集中添加，但此方式必须将氟化铝输送到电解槽的氟化铝料箱中，目前采用的氟化铝输送形式有：（1）人工加入氟化铝料斗，天车吊运到加入电解槽氟化铝料箱中；（2）是将氟化铝通过自动输送方式输送到电解槽氟化铝料箱，自动输送方式可采用多功能机组加料、专用氟化盐加料车、浓相输送系统等三种氟化铝输送方式，投资较大。

3项目背景与总体思路
3.1项目背景
随着铝工业发展，电解铝技术水平不断提高，工艺技术控制进入精细化，同时要求氟化盐的加料方式有所改进，能够精细化，达到氟化盐加料定时、定量、均匀。

在铝电解槽上单独设置氟化铝料箱，通过定容器，定时定量添加到电解槽中，能够实现上述要求，但是存在着需要电解槽上增加氟化铝料箱，增加定容器等相应的设备；需要氟化盐输送到氟化盐料箱中，结构复杂，日常工作、维护量较大。

3.2总体思路
A要达到氟化盐加料定时、定量、均匀。

B要解决简化氟化盐加料结构，降低日常工作量和维护工作量。

C解决减少投资的问题，节约费用。

D关注干法氟化铝，比重为2.882～3.13g/cm3,容重为1.3～1.6g/cm3。

氧化铝比重为3.6g/cm3,容重为1g/cm3。

4新型氟化盐加料方式试验
4.1新型氟化盐加料方式方案
为实现上述目的，采取的技术方案是：在烟气净化系统载氟氧化铝溜槽上部安装氟化盐料箱，氟化盐定时、定量地加到载氟氧化铝溜槽中，经物料提升设备输送到载氟氧化铝料仓，然后通过超浓相输送系统输送到电解槽氧化铝料箱中，氟化盐同氧化铝一起进入电解槽。

在此过程中，氟化盐同载氟氧化铝在载氟氧化铝溜槽中第一次混合，进入物料提升设备内进行第二次混合，到载氟氧化铝料仓内进行第三次混合，载氟氧化铝料仓出料过程进行第四次混合，进入电解槽氧化铝料箱中进行第五次混合，充分的混合均匀，供铝电解生产用。

做此项试验时用干法氟化铝，比重为2.882～3.13g/cm3,容重为1.3～1.6g/cm3；氧化铝比重为3.6g/cm3,容重为1g/cm3，而载氟氧化铝的容重更低。

由于两者的容重差，存在氟化铝被分离出来、滞留于水平布置的超浓相输送系统溜槽中的可能性。

图1 氟化盐与载氟氧化铝混合流程图
4.2新型氟化盐加料方式方案的优点
新型氟化盐加料装置与现有氟化铝加料技术相比，具有以下有益效果：
①该装置由于很好地利用了铝电解净化系统载氟氧化铝溜槽、物料提升设备以及载氟氧化铝料仓，超浓相输送系统，实现了氟化铝添加后的五次混合，充分实现物料的均匀混合，解决了氟化盐不能够与载氟氧化铝混合均匀的问题。

②该装置的下料处设有调节流量大小的阀门，能够保障定量、均匀添加。

③该装置结构简单，制作安装方便，投资小、见效快，便于付诸实施，只需在原有铝电解净化
系统载氟氧化铝溜槽末段，利用原净化系统钢结构，将本装置制作安装上即可。

④该装置可以实现多种氟化盐的定时、定量、均匀加料，促进电解生产中综合利用多种氟化盐，调整电解铝生产工艺技术的发展。

图2 新型氟化盐加料装置的结构示意图
图中：1—氟化盐料箱；2—下料管；3—蝶阀；4—载氟氧化铝溜槽；5物料提升设备。

通过三个多月实验，氟化铝与氧化铝的容重差，可能导致氟化盐加到载氟氧化铝中出现被分离、滞留于水平布置超浓相输送系统溜槽中的现象，没有出现。

氟化盐进入电解槽氧化铝料箱共进行了五次混合，达到充分混合均匀，然后供铝电解生产用，为铝电解生产工艺中氟化盐添加的精细化控制提供了必要的基本条件。

此新型氟化盐加料装置已获得国家实用新型专利。

4.3新型氟化盐加料方式使用效果
2008年7月首先在电解一厂三车间100KA，172台电解槽，二个净化系统用氟化铝进行试验，80%的氟化盐在新型氟化盐加料装置中添加，20%在电解车间添加，获得如下效果：
4.3.1氟化铝单耗大幅度降低，分子比合格率明显提高,见下表1.
分子比合格率2008年1-6月份合格率平均为85.56%，2008年7-10月份平均为93.0%，合格率实验前后比较提高7.44%。

定量性分析电解槽运行状况得到改善。

2008年1-6月份吨铝氟化盐单耗平均为28.3kg/t，2008年7-10月份氟化盐单耗平均完成23.0kg/t，实验前后比较净降低5.3kg/t。

效果十分明显。

4.3.2电解槽温度趋于稳定。

见下图
2008年1-6月份电解温度平均为928.2℃，最大平均温度与最小平均温度相差17℃。

改造后，2008年7-10月份平均为923.5℃，实验前后比较净降低4.7℃，而且最大平均温度与最小平均温度相差仅3℃，实验前后比较最大平均温度与最小平均温度差减少了14℃。

因而电解槽温的稳定性进一步增强。

4.3.3进一步推广
2009年进一步推广到电解一厂的电解一车间、电解二车间，包括二个烟气净化系统，352台电解槽。

氟化铝单耗由一月的28.4 kg/t，二月的32.5 kg/t，一、二月平均单耗30.45 kg/t；降低到三月份的25.2 kg/t，四月份的25.48 kg/t，平均降低约5.08 kg/t。

5经济效益估算
5.1节约投资估算
新型氟化盐加料方式同电解槽氟化铝料箱加料方式进行对比分析，因为此两种方式具有：氟化铝能够定时、定量加入电解槽，氟化铝加料控制准确性强，自动化程度高。

5.1.1电解槽氟化铝料箱加料方式投资估算
此方式需要将氟化铝输送到电解槽氟化铝料箱中，目前采用的输送到电解槽氟化铝料箱的自动输送方式有：采用多功能机组加料、专用氟化盐加料车、浓相输送系统等三种氟化铝输送方式。

第一种：多功能机组加料方式包括氟化盐仓库和加料平台、电解车间外的氟化铝高位料仓、电解车间内的天车加料器、电解多功能机组的氟化铝料仓等。

氟化铝在氟化盐仓库内拆袋后，装入汽车罐车，送入电解车间外的氟化盐高位料仓，再通过天车加料器加入电解多功能机组的氟化盐料仓中，电解多功能机组将氟化铝加入电解槽的料箱中，完成氟化盐的添加过程。

缺点在于：由于需要用电解多功能机组进行加料，需要多功能机组与天车加料器和槽上料箱对位，都增加了多功能机组的工作负荷率；多功能机组加料过程中需要车间人员辅助操作，增加工人的工作量；多功能机组设备重量增加，设备维护量较
大等。

第二种：专用氟化盐加料车方式包括氟化盐仓库和加料平台、引进的氟化盐加料车。

氟化铝在氟化盐仓库拆袋后，装入专用的氟化盐加料车，加料车返回电解车间，利用可伸缩的加料管，直接将氟化铝加入电解槽料箱中。

该方式的优点在于：系统成熟、简单、加料灵活。

缺点在于：氟化盐加料车与电解槽出铝工作时相互影响；受加料管长度的限制，影响电解槽氟化盐料箱的数量和位置；加料过程中需要车间人员辅助操作，增加工作量；进口设备维修不方便。

第三种：浓相输送方式包括氟化盐仓库和加料平台，浓相输送系统等。

氟化铝在氟化盐仓库拆袋后装入浓相输送系统的压力罐，通过浓相输送管路加入到电解槽槽上氟化盐料箱内。

该方式的优点在于：自动化程度高，操作人员少，设备维护量小，由于是封闭系统输送，物料损失小等；缺点在于：造价相对较高；电解槽上新增管路，造成槽上空间布置复杂；维护工作量大。

表3 新型氟化盐加料方式同电解槽氟化铝料箱加料方式对比表
两个电解系列氟化铝输送到电解槽氟化铝料箱三种氟化铝输送方式，投资需要：多功能机组加料方式需投资约500万元；专用氟化铝加料车，投资约850万元；浓相输送系统方式，投资约950
万元。

以上方式还要增加另外的费用，电解槽增加氟化铝料箱，配套增加定容器等设备费用需要约100万元。

5.1.2新型氟化铝加料方式投资估算
两个电解系列新型氟化铝加料方式投资约4万元，配套增加的设备有单梁吊6台、氟化盐料箱6个，投资额很低，相比电解槽氟化铝料箱三种氟化铝输送方式节省投资数额约586万元—1048万元。

5.2节约氟化铝效益估算
5.2.1电解一厂电解三车间节约氟化铝效益估算
电解一厂电解三车间2008年1-6月份吨铝氟化盐单耗平均为28.3kg/t， 2008年7-10月份氟化铝单耗完成23.0kg/t，同比净降低
5.3kg/t。

年产铝锭约42000吨。

氟化铝2009年计划价5128元/吨。

年节约氟化铝量约：42000x5.3/1000=222.6（吨/年）
年节约氟化铝价值约：222.6 x5128 x1/10000=114.1(万元／年)
5.2.2电解一厂电解一车间、电解二车间节约氟化铝效益估算
2009年进一步推广到整个电解一厂,电解一车间、电解二车间。

年产铝锭约89000吨。

氟化铝单耗由一月的28.4 kg/t，二月的32.5 kg/t，一、二月平均单耗30.45 kg/t；降低到三月份的25.2 kg/t，四月份的25.48 kg/t，平均降低约5.08 kg/t。

电解一厂电解一、二车间，年节约氟化铝量约：89000x5.08/1000=452.1（吨/年）
年节约氟化铝价值约：452.1 x5128 x1/10000=231.8(万元／年) 总计电解一厂年节约氟化铝价值约：114.1+231.8=345.9（万元/年）。

5.2.3其它间接效益
新型氟化铝加料方式，同其它方式相比，投资少，增加设备数量少，同时其结构简单，设备故障率很低，维护工作量很小，因此能够节约相应的设备维护检修费用。

新型氟化铝加料方式，氟化铝加料可以纳入输料净化车间负责，不用新增人员，节约人工费用。

6综述
氟化盐是电解生产中十分重要的原料,它对控制电解槽电解质温度,保持电解槽技术条件发挥着重要的作用。

新型氟化盐加料方式能够定时定量，均匀添加，减小铝电解槽分子比波动，从而导致电解槽温度变化减小，槽况趋与稳定。

新型氟化盐加料方式为电解质过热度变化的可控性提供了一种途径和条件，促使热平衡调整进一步的改进，从而最终影响电解技术经济指标的提升和优化提供了一种途径。

该装置可以实现多种氟化盐的定时、定量、均匀加料，促进电解生产中综合利用多种氟化盐，调整电解铝生产工艺技术的发展。

在电解一厂电解三车间年产4.2万吨电解铝的100KA电解槽试验
三个月，80%的氟化盐在新型氟化盐加料装置中添加，20%在电解车间添加，取得了如下效果：
（1）分子比合格率实验前后比较提高7.44%。

（2）氟化盐平均单耗实验前后比较净降低5.3kg/t。

（3）电解平均温度实验前后比较净降低4.7℃，而且实验前后比较最大平均温度与最小平均温度差减少了14℃。

定量分析电解槽温的稳定性进一步增强，电解槽运行状况得到较大改善。

新型氟化盐加料方式同电解槽氟化铝料箱加料方式的自动输送方式相比节约投资额在586万元—1048万元。

电解一厂电解三车间试验，年节约氟化铝222.6吨，价值约：114.1万元／年。

同时其结构简单，设备故障率很低，维护工作量很小，能够节约相应的设备维护检修费用。

具有推广应用价值和潜在的经济效益、环境效益和社会效益。

参考文献：刘冬喜，氟化盐混合氧化铝调整电解质分子比的工业性试验，[J].甘肃冶金，2009。