浅析关于铝电解槽电流效率的提高

摘要：本文对于影响电解槽电流效率的因素进行分析，，对提高电流效率的主要措施进行介绍，并结合现代铝电解工艺探讨了提高电流效率的主要途径，指出研发方向．

关键词：铝电解槽；电流效率；提供

中图分类号：TM835.2文献标识码： A

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l 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．同时由于国内出现电力紧张的现象，用电形势不容乐观．电解铝等行业实行差别电价，取消优惠电价措施，使电解铝企业必须要增强电流效率，从而完成节能降耗、节约用电成本．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；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、影响铝电解槽单耗因素

2．1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NaF6+ A1F3+CaF+MgF2+ A1203，组分比例不同，导致初晶点变化．在已有的研究中发现，电解温度每降低10℃，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．随着熔体中氧化铝浓度的增加，铝的熔解度降低，而且随着熔体温度的升高铝的熔解度有所增加．当达到溶解饱和后，由于电解过程熔体中存在有CO，熔解铝会逐渐氧化，点解平衡遭受破坏，导致电流效率降低．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CO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．

2．1．2氧化铝浓度

有关A12O3影响电流效率的机理研究中，低A12O3电解时，悬浮的A12O3颗粒，阻碍铝溶解，电解质的CO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，A12O3降低能够提高电流效率，因此在电解槽设计中，A12O3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A1F，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A1F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．比如在160kA电解槽设计时，分子比控制与槽电压设定相适应，设定电压应随着分子比每降低0．1时提高50mV．

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．因此在铝电解工业生产中，应当保持19~21cm铝水平，在冬季与夏季的最佳铝水平会有所变化．在相关的研究中，铝电解槽的电解质水平每提高lcm，电流效率会增加0．3％左右．因此电解质水平的提升，能够使电解槽的稳定性提升，通过对电解温度变化进行平衡，增强电解槽的热稳定性．但是过高的电解质水平会对残极高度以及阳极气体的排除造成影响，同时电解槽水平会产生过度扰动，以及电解质的损失．因此在国内的工艺中，通常保持电解质高度为20-22cm．

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．因此，必须将阳极效应系数保持在较低的水平，从而提高电流效率．

2．1．6极距和槽工作电压

在关于铝电解槽的研究中，极距增大能够使电解质的搅动减轻，从而减少铝损失．但极距超过了一定程度时时，电流效率的影响会变小．同时在电解槽上电流效率随着极距降低有加大的减小，因此综合考虑极距的影响，工业生产中极距应该保持在4．4cm左右，一般保持不变．足量的电解质液体不仅可以提高电解槽造成影响，一般电压保持在恒定值，但是当其他的工艺参数变化时，槽工作电压应该发生变化．

2．2设计因素

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之一．

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

（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．

（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A1F的成分，能够提升电流效率．

（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率．

（4）降低阳极效应系数

阳极效应系数与电解槽中槽况以及氧化铝的浓度有直接的关系，直接反映了控制技术水平的高低，因此应该降低阳极效应系数，从而提高电解槽电流效率．

（5）优化极距选择

极距过大或过小都是不适宜的，根据其他参数设定极距，并且对参数进行优化．

（6）控制好两液水平

控制好铝水平和电解液水平，使整体工艺保持在良好运行的情况下，适当的提升两液水平，能够使电流效率提高．

（7）加强操作管理

电解生产过程应该进行严格控制，采用科学化操作，尽可能保持槽自调能力范围内，对相关的参数进行调节．电解槽管理主要采用现代智能化控制，因此需要对操作员的操作能力、控制水平以及风险处理能力进行有效的培训，避免控制系统误判，保持电解槽顺利进行，提升电流效率．

4、结论

本文从铝电解槽的电流效率的影响因素出发，探讨了能够有效的提升电流效率的方法．在实际成山过程中，保持合理的温度，防止出现冷槽的同时，提升电解槽的电流效率；对于铝水平以及电解质水平进行严格控制，在避免病槽的情况下适当提升铝水平与电解液水平，保持在一定范围内；同时对于其他的相关参数进行设计．通过在保持铝电解槽正常运行的前提下，对于相关的工艺参数进行设计计算，从而进行有效的控制，保证提升电解槽电流效率，增加用电质量，降低生产成本．

5、参考文献：

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