提高350ka預焙鋁電解槽電流效率綜合性研究?？瞥山坍厴I(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-16 22:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 中，在冰晶石熔體中，鈉離子析出的電位比鋁離子約負250mv（1000℃）。正常情況下，鈉離子是不可能放電的。然而，在技術(shù)條件發(fā)生變化 時，鈉離子則有可能和鋁離子共同放電。況且，鋁在電解質(zhì)中多數(shù)是以鋁氧氟配離子形式存在，基活度降低，鈉析出后進入鋁液中造成卻板化作用，這一因素更有利于鈉離子在陰極上放電?？v觀鋁電解全過程，鈉離子放電常常在電解溫度較高、電解質(zhì)分子比較高、陰極電流密度較大、氧化鋁濃度較低的情況下發(fā)生。研究證明，在實驗電解槽上，于酸性電解質(zhì)中，當電解溫度為975℃是，℃時，兩者放電的電位差為零。也就是說隨著電解溫度的升高，鋁與鈉析出的電位差越來越小，鈉離子越容易放電；到1150℃時，在任何電流密度下都是鋁離子與鈉離子共同放電，從而降低了鋁電解的電流效率。同時，研究還表明：當鋁電解質(zhì)分子比升高，鈉離子濃度增大時，鈉離子析出的溫度降低，析出的陰極電流密度減小。通過對工業(yè)鋁電解質(zhì)中鈉含量的測定，得出分子比增大，鋁中鈉含量增大的結(jié)論。960℃時，，%，%，約增加一倍。事實證明，鋁電解中分子比增加，熔體中鈉離子濃度也增大，鈉的析出速度增加較大。這一現(xiàn)象完全符合質(zhì)量作用定律（對某基無反應，其反應速度與各反應物濃度冪的乘積成正比）。當然，氧化鋁濃度較低時，電解質(zhì)中鈉離子的濃度相對增高，根據(jù)質(zhì)量作用定律可知，鈉離子析出的速度也會增加，另外，陰極電流密度增大時，不僅為鋁離子的析出，同時也為鈉離子的析出提供了足夠的電子，使鈉離子有條件和鋁離子共同析出。因鈉在鋁中的溶解度較小，其沸點又低（880℃），析出后或蒸發(fā)逸出后會發(fā)生燃燒，或滲入炭塊中，尤其是滲入炭塊中能引起陰極炭塊的早期破損。綜上所述，降低電解溫度、采用低分子電解質(zhì)、保持較高的氧化鋁濃度和采用適宜的陰極電流密度，都有利于抑制鈉離子的放電，從而提高電流效率。其他損失水和其他雜質(zhì)的放電原料進入電解質(zhì)中，不僅帶有雜質(zhì)，還帶有水份，會發(fā)生水的分解，高溫下也可和溶解的鋁作用，即： 2H2O（氣）→2H2（氣）+O2（氣）2Al（液）+2H2O（氣）——3H2（氣）+Al2O3（固）水的分解不僅降低了電流效率，而且氫氣殘留在鋁液中，會使鋁的機械性能變差。碳化鋁的生成鋁電解生產(chǎn)中，碳化鋁的生成會降低鋁的質(zhì)量、增大電能消耗、縮短電解槽壽命、降低電流效率。高溫條件下，鋁可跟碳發(fā)生反應生成碳化鋁。4Al=3C=Al4C3通過熱力學分析，該瓜的生成自由能有很大的負值，說明Al4C3易于生成。鋁電解中，電解質(zhì)在出現(xiàn)局部過熱、滾鋁和炭渣分離不好時，都可能引起碳化鋁的大量生成，而使電流效率下降。抑制碳化鋁生成的主要措施是防止電解溫度過高，保持電解質(zhì)干凈（不含炭、或盡快分離炭渣），保持平穩(wěn)生產(chǎn)。除此之外，陰、陽極的短跑、漏電以及出鋁時的機械損失等，也都是電流效率下降的原因。） 影響電流效率的幾個主要因素舉例 陽極效應 陽極效應發(fā)生的原因?qū)嵺`證明，陽極效應的發(fā)生，與電解質(zhì)缺少氧化鋁有關(guān)。在其它條件不變時，電解質(zhì)中的氧化鋁降低到一定程度時，就發(fā)生陽極效應。主要是因為當電解質(zhì)中的氧化鋁濃度降低到一定程度后，電解質(zhì)在陽極上的界面張力增加，此時電解質(zhì)的濕潤能力已不足以排擠氣體離開陽極表面，使陽極氣體在陽極表面上停留，逐漸連成一片薄膜，因而使電壓升高，產(chǎn)生火花放電，電解質(zhì)沸騰停止，陽極效應到來。 陽極效應對電解生產(chǎn)的利弊利的方面有：（1）可以利用其來檢查電解槽的生產(chǎn)狀態(tài)是否正常；（2）電解槽發(fā)生冷槽時，效應提供熱量調(diào)整熱平衡；（3）可以達到潔凈槽底．規(guī)整爐膛．清理陽極底掌．校正氧化鋁濃度；清潔電解質(zhì)等方面的作用；弊的方面有：（1）浪費大量電力．人力．物力；（2）影響系列供電的穩(wěn)定；（3）惡化工作場所．打亂正常作業(yè)秩序；（4）嚴重時還將燒壞爐幫。 電解槽中鋁損失[5] 盡管鋁在電解質(zhì)中熔解度不大，但由于電解質(zhì)的強烈循環(huán)，它攜帶溶解金屬到陽極空間，在那里溶解金屬被陽極氣體中的CO2氧化，反復循環(huán)最終造成鋁的損失還是很大，這是電流效率降低的主要原因。圖1表示鋁電解槽中電解質(zhì)流動及溶解鋁與陽極氣體（CO2和CO）的傳輸過程的大致情景。圖1鋁電解槽中電解質(zhì)流動及溶解與陽極氣體傳輸過程示意圖研究證明，在電解槽中鋁的損失由三個階段構(gòu)成：1）陰極鋁在電解質(zhì)中的溶解；2）溶解的鋁向陽極轉(zhuǎn)移。溶解的鋁首先通過靠近陰極的電解質(zhì)平流擴散層，然后進入由于陽極氣體析出及熱磁場作用造成電解質(zhì)湍流層而被流動著的電解質(zhì)所帶走，奔向陽極空間；3）被流動著的電解質(zhì)帶到陽極空間的溶解鋁為陽極氣體中的CO2（或空中的氧）所氧化：3Al+3CO2= AlO2+ Al3++3 CO2Al+3CO2= Al2O2+3CO2 Aa+CO2=NaO+CO。為了降低鋁損失與提高電流效率，必須找出整個過程的最慢環(huán)節(jié)即所謂的“律速階段”或“控制階段”，只有這樣才能“對癥下藥”。因為律速不同，其控制因素也不同。
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