时间：2022-09-19 01:02:59
摘要：本文从原铝中杂质的构成和来源等方面作了分析，提出了控制原材料质量、改善优化电解槽原铝生产工艺技术参数和加强原铝质量考核等措施。
关键词：电解铝；原铝质量；原辅材料
分类号：TF821
一、国标中原铝质量的品级标准
评定原铝质量的主要标准是比较原铝中杂质含量的多少。应用330KA大型预焙铝电解槽和其他型号的预焙铝电解槽的设备生产的原铝中含有大约20多种其他金属杂质，含量较多对原铝质量影响较大的有铁（Fe）、硅（Si）、铜（Cu）、镓（Ga）和镁（Mg）等。由于自然界存在的铝元素以化合物的形态存在，电解生产的原铝中不可避免地含有氢、氧和碳等非金属杂质。这类杂质一般会和铝或者原铝中其他的金属元素形成化合物，留存在预焙铝电解槽生产的原铝中。电解法生产的原铝中铜（Cu）、镓（Ga）和镁（Mg）等金属元素杂质的含量较少，稳定性较高[1]。通常情况下，以铁（Fe）、硅（Si）这两种主要杂质的含量多少，将原铝划分为若干个不同的品级。
二、电解铝生产工艺
电解铝主要生产工艺为：以氧化铝为原料，以冰晶石和其它氟盐为熔剂，组成电解质溶液。在电解槽内经碳素电极导入直流电，发生电化学反应，在碳阴极上析出金属铝，在碳素阳极产生一氧化碳和二氧化碳。
三、原铝生产中原辅料带来的杂质
大型预焙铝电解槽电解铝的生产是一种使用电化学手段分解氧化铝，进而得到金属铝的过程。一般情况下，两吨的氧化铝才能电解出大约一吨的金属铝。在生产过程中氧化铝所含有的杂质就成了电解出的金属铝的一个主要的杂质来源。
作为电解铝原料的氧化铝本身就不是纯净物，或多或少含有二氧化硅、氧化铁等杂质，这些杂质在电解槽会随着金属铝一同在阴极析出，这就降低了金属铝的纯度。在生产原铝时，要尽可能使用纯度较高的氧化铝原料，以生产出杂质较少、质量品级较高的原铝。建议选用氧化铝原料时，保证其中Al2O3含量不低与98.6%。电解铝使用的熔剂也是原铝杂质的一个重要来源，铝电解过程中使用的熔剂一般是冰晶石和氟化铝。熔剂中含有的杂质也会造成金属原铝品级的下降，一般每生产一吨金属铝要消耗30-50千克的电解熔剂，因此铝电解对使用的冰晶石和氟化铝的纯度有较高的要求，原辅料中另外一个杂质来源就是铝电解过程中使用到的各种添加剂[2]。大型预焙铝电解槽电解铝的工艺中，出于改善铝电解质的理化性质、降低电解槽的电解温度、提高电解槽的电流效率以及减少氟化盐在电解过程中的蒸发损失的考量，一般在电解铝的过程中加入锂盐、镁盐等添加剂。这样添加剂会造成电解出的金属原铝的品级的下降。比如，只要添加3%左右的镁盐，阴极析出的镁含量就会从12ppm猛然增加到150ppm。
四、原铝生产中其他方面带来的杂质
电解生产中电解槽采用的碳素阳极是消耗型的，电解槽每析出一吨金属铝要消耗500千克左右的碳素阳极。若是碳素阳极的纯度较低，就会污染电解质进而降低阴极析出的金属铝。为了保证获得品级较高的电解铝，有必要采取质量优秀、杂质较少的碳素阳极。
预焙阳极在使用的最后阶段，电解液容易接触到钢爪，造成钢爪化爪、涮爪等现象，一般情况下，电解槽发生化爪、涮爪一次，可使槽内原铝杂质Fe含量增加10kg～20kg。导致原铝杂质增加，降低原铝质量。
电解槽启动期间，槽下积聚了大量脏料，为降低成本，决定集中使用槽下脏料和残极上清理的覆盖料。槽下脏料和残极上清理的覆盖料中的灰砂杂质和氧化铁，分离较困难，进入电解槽后，使原铝中Fe、Si含量增加。操作质量差和换极时铁工具熔化。新投产企业由于新工人业务水平偏低，操作不够熟练，操作质量跟不上，一次换极操作时间长达40分钟，造成铁工具熔化，Fe含量增加。大型预焙铝电解槽打壳锤头一般在4个～6个，出现脱落或卡在电解质中的现象时有发生，使打壳锤头熔化，进入铝液中。
五、提高原铝质量的途径
要生产出质量较高的原铝，既要保证氧化铝、熔剂和添加剂的较高纯度，此外也要保证铝电解车间的作业环境和电解作业的规范。虽然不能保证铝电解材料有100%的纯度，而原辅料中的杂质大部分会在铝元素之前被还原而进入金属铝中，只有少量杂质元素能从电解质中蒸发，并随废气排出。因此通过控制电解工艺让电解质中的杂质蒸发排出和通过对电解质进行定期处理排除杂质的做法都是不可行的[3]。但可以通过以下方面尽量保障原铝质量品级。其一，在铝电解的过程中要尽量使用质量优良，纯度较高的氧化铝原料、碳素阳极和冰晶石和氟化盐，在其运输、储存、投放生产的过程中避免人为因素的污染；其二，在大型预焙铝电解槽铝电解的作用中，使用惰性阳极和阴极，设计新的槽型提高铝电解的电流效率和电解效率，并减少活性电机本身消耗引入的杂质；其四，在电解铝铸锭前要对真空抬包中的铝液进行直接的净化处理。脏料的使用要与新鲜料搭配。使用槽下脏料和极上壳块时，要将杂物、磷生铁屑挑捡干净或用磁铁吸引。换极封料时，脏料的使用要根据分析结果与新鲜氧化铝适当搭配，不要集中使用。在换极捞壳块时，铁工具要及时更换，避免在电解质或铝液中停留时间过长。提高阳极更换质量，确保新极安装精度，避免阳极电流分布不均匀，造成化爪或脱极。经常检查槽内衬情况，特别是槽膛底部，避免阴极钢棒熔化。另外，对电解槽上部结构部件要经常检查，发现有磨损、松动的部件，要及时更换或维修，特别是打壳锤头的更换。
六、总结
总之，在电解槽原铝质量管理中，首先要严格控制原辅材料质量；其次，要严格执行工艺管理程序；第三，要稳定电解槽的工艺技术条件，切忌出现问题不深入分析，就随意调整技术参数；第四，提高操作质量，加强作业质量和原铝质量的检查考核。
参考文献：
[1]李清.大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践[M].长沙：中南大学出版社， 2005. 118～169.
[2]郑立鹏.电解铝出路再探[J].中国投资，2012（09）.
[3]白侠飞.电解铝质量管理探讨[J].中国有色金属，2009（06）.