大型铝电解槽添加锂盐工业试验及应用.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年2 期2 7 大型铝电解槽添加锂盐工业试验及应用 丁吉林1 ，田永1 ，一，杨叶伟1 ，李钊1 ，杨钢2 1 ．云南铝业股份有限公司，昆明6 5 0 5 0 2 ；2 ．云南冶金集团总公司，昆明6 5 0 0 5 1 摘要介绍大型预焙铝电解槽添加锂盐的试验过程，分析了应用效果。 关键词铝电解；添加剂；工艺技术 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 0 2 0 0 2 7 0 3 I n d u s t r i a lT e s t A p p l i c a t i o no fA d d i n gL i F 3i n L a r g e - s c a l eA l u m i n u mE l e c t r o b a t h D I N Gj i l i n l ，T I A NY o n 9 1 一，Y A N GY e w e i l ，L IZ h a 0 1 ，Y A N GG a n 9 2 1 ．Y u n n a nA l u m i n i u mC o ．L t d ．，K u n m i n g6 5 0 5 0 2 ，C h i n a ；2 ．Y u n n a nM e t a l l u r g i c a lG r o u p ，K u n m i n g6 5 0 0 5 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h et e s to fa d d i n gL i F 3i nl a r g e s c a l ep r e r o a s t i n ga l u m i n u me l e c t r o b a t hh a sb e e ni n t r o d u c e d ，a n dt h e a p p l i c a t i o nh a sa l s ob e e na n a l y z e d ． K e y w o r d s A l u m i n i u me l e c t r o l y s i s ；A d d i t i v e ；T e c h n o l o g y 近年来，电力不足及电价上涨已严重影响了电 解铝厂的生存及发展。因此降低电耗已成为铝电解 厂家唯一的出路⋯1 。锂盐作为添加剂在现代铝电 解生产中已得到高度的重视，因为锂盐作为铝电解 添加剂最大的优点在于降低电解质初晶温度及增加 其导电率，从而降低电解温度及工作电压，达到大幅 度降低电耗的效果，同时还具有可以提高电流效率、 降低氟化盐及阳极的消耗等优点。 国内某铝业公司1 8 6k A 、3 0 0k A 电解槽在现有 供电条件下，电流效率达到9 3 ％左右，但其电耗过 高，吨铝直流电耗达1 38 0 0k W h 以上，与世界领先 水平相比，还有明显的差距控1 ；同时，每年到枯水期 都要限电生产，导致大面积停槽，因此降低电耗已成 为电解铝企业的当务之急。从对添加锂盐理论技术 进行了充分的研究人手，并对长期以来国内外添加 锂盐的铝电解厂生产工艺进行分析研究，同时根据 大型预焙槽的生产特点，寻求锂盐在大型预焙槽中 的最佳使用量及工艺控制点，从而使电解槽达到热 量平衡、物料平衡，最终达到增效降耗的目的[ 3 | 。 1选用锂盐作为添加剂的理论依据 工业铝电解生产中，一般常用的添加剂主要有 氟化铝H ] 、氟化镁、氟化钙及氟化锂 或碳酸锂 等， 其优缺点如表1 所示b J 。 本文着重分析氟化锂 或碳酸锂 添加对铝电解 槽中熔盐电解质物理化学性能的影响。 1 ．I 降低电解质初晶温度 锂盐能使电解质初晶温度降低，主要是由于舔 加锂盐后，在电解质体系中形成了一个稳定的低溶 点化合物锂冰晶石 L i ，A 1 F 6 ，通过简单的L i F 一 ～R 二元系相图 图1 可以看出，锂冰晶石 L i 3 A 1 F 。 的熔点只有7 8 5 ℃左右，而钠冰晶石 N a ，A 1 F 6 的熔点则为10 1 0 ℃，因此，用部分锂冰晶 石代替钠冰晶石可以显著降低冰晶石一氧化铝二元 系的熔点。 作者简介丁吉林 1 9 6 7 一 ，男，云南昆明人，高级工程师，副总经理 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年2 期 表1 工业铝电解常用添加剂的特点 T a b l e1C h a r a c t e r i s t i c so fc o m m o na d d i t i v ei na l u m i n i u me l e c t r o l y s i s q X 1 8 H J p7 H J 、 划 廷 6 0 0 。＼} 一 ＼L i ，J璺 ／ A l F ‘ 熔液 L i F ＼／， ＼／熔液＼／ l 1 02 0 3 l l 4 t l 5 f n I 7 J A I F 。摩尔分数胍 图1L i F A I F 3 二元系相图 F i g ．E q u i l i b r i u md i a g r a mo fL i F A I F 3 电解质的初晶温度可以用下面的公式计算 t o 1 0 1 0 ．6 0 ．1 7 7 [ A I F 3 ] 2 0 ．0 0 0 5 [ A 1 F 3 ] 4 6 ．6 4 6 [ A 1 2 0 3 ] 0 ．1 6 8 [ A 1 2 0 3 ] 2 2 ．8 5 3 [ C a F 2 ] 4 ．6 [ M g F 2 ] 一9 ．2 【L i F J 1 ．2 增加电解质导电率 各种添加剂对电解质导电率的影n i n o n 图2 所示。 ， E 一 c 姆 曲 哥 图2 各种添加剂对冰晶石熔液电导率的影响 F i g ．2 E f f e c to fa d d i t i v e so nc o n d u c t i v i t y o fc r y o l i t es o l u t i o n 从图2 可以看出，L i F 对增加电解质导电率的 影响最大，随着导电率的增加，电解质电阻降低，从 而可以达到在相同极距下降低电压的目的，因此锂 盐为铝电解优良的添加剂。添加锂盐后，降低电解 质黏度，促进电解质在电解槽内的流动和C 0 2 气体 的排除，提高电流效率。 此外，L i F 能明显降低电解质的密度，因此添加 锂盐后，能使电解质及铝液更好的分层，减少二次反 应，提高电流效率。 2添加锂盐的实践应用 2 ．1 添加前的准备 由于初次进行锂盐的应用，没有实践经验，因此 对初步添加锂盐的电解槽要求及准备工作如下 1 选用槽龄相对较短的电解槽，其炉膛较规整，有利于 工艺控制； 2 选定的电解槽各项工艺指标较好，运 行稳定； 3 测量并记录好各项工艺技术指标，以便 于进行对比并及时调整工艺控制。 2 ．2 制定初步工艺方案 拟选定添加锂盐试验的电解槽由于采用进口砂 状～2 0 3 ，其锂杂质较少，经过分析化验，长期使用 后，L i F 含量只有0 ．1 ％左右，本次添加锂盐应从电 解质中L i F 含量的增加幅度来考虑，为此制定添加 锂盐的初步工艺方案 1 首先选定一台电解槽进行试验，根据其结果 再增加试验槽，试验阶段能达到预期效果后，再大面 积投入使用； 2 通过分析，确定L i F 含量初步控制在 1 ．5 ％，而一次性投入L i F 量应为1 5 0k g ； 3 定期对电解质进行分析化验，从而确定L i F 的日添加量，并作出及时调整； 4 记录好各项指标，以便于及时调整工艺，使 效果达到最佳。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年2 期 2 9 2 ．3 试验阶段 选定6 2 3 8 槽进行首次添加 添加前的指标为 电压4 ．2 9 7V 、吨铝直流电耗1 38 0 1k W h 、槽温 9 7 1 ．6 ℃、槽日产1 4 1 6k g ，L i F 一次性投入1 5 0k g ， 其含量控制在1 ．5 ％，添加一个月后再对其工艺指 标进行统计，结果为电压4 ．1 5 2V 、吨铝商流电耗 1 32 1 3k W h 、槽温9 5 4 ．3 ℃、槽日产1 4 2 9 ．1k g 。 与此同时我们对该槽日添加L i F 量及其含量进 行了统计，前期2k g L i F1 ．3 4 ％ ，中期6k g L i F 1 ．7 1 ％ ，后期4k g L i F1 ．5 2 ％ 。通过对6 2 3 8 进 行添加，我们确定了控制L i F 含量为1 ．5 ％，L i F 添 加量为4k g ／天。 根据6 2 3 槽的添加结果，再增加2 台试验槽，3 台试验槽经过半年多的运行，效果显著，通过对比槽 龄相近的3 台槽可以看出3 台试验槽经过几个月 的运行，平均吨铝直流电耗降低6 0 3k W h ，槽温降 低1 4 ℃，槽日产量增加1 3 ．3k g ，电流效率提高近1 个百分点。从电解槽来看，其炉帮形成更好，电解槽 稳定性增加，同时也增加了其安全性。 2 ．4 推广应用阶段 试验阶段的结果表明，添加锂盐达到了预期目 标。在推广应用阶段由于价格及原料来源等原因， 主要使用的锂盐为碳酸锂 L i 2 C 0 3 ，其在电解质中 发生如下的反应 ～7 2 0 “ 3 3L i z C 0 3 3 L i 2 0 3 c 0 2 十 ～9 6 0 ℃ 2 A 1 F 3 3 L i 2 0 一6 L i F A 1 2 0 3 试验阶段，L i F 含量控制目标为1 ．5 ％，在大量 投入使用后，从保温等因素考虑，继续增加含量，电 解槽热平衡不会遭破坏，因此逐步将L i F 含量控制 点调整为2 ．0 ％，使生产成本及工艺控制均达到了 最佳。通过两个月的运行，某电解系列工艺技术经 济指标如表2 所示。 表2 添加锂盐前后工艺经济指标对比 T a b l e2T e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e xc o m p a r i n gb e f o r e ／a f t e ra d d i n gL i F 2 ．5 试验应用总结 采用锂盐添加剂在试验及应用期间，电解槽运 行稳定，各项工艺指标得到了更显著的改善 1 电压降低至了4 ．1 2 V 以下，吨铝电耗降低 了近7 0 0k W h ，节电效果很显著； 2 电流效率比2 0 0 4 年8 、9 月份未添加锂盐前 提高了近1 个百分点，具有增产效果； 3 槽温降低了2 4 ．4 ℃，使电解槽实现了低温 生产，同时使电解槽炉膛更好的形成，稳定性增加； 4 添加锂盐后，因电解温度的降低，氟化盐挥 发损失降低，因此也减少了部分氟化盐的消耗。 3结论 大型铝预焙槽中使用锂盐后，达到了降低电耗、 提高电流效率的目的，在电价不断上涨的情况下，选 用锂盐作为添加剂有很现实的意义。 参考文献 [ 1 ] 吕定雄，于益人，毛继红，等．我国开发大容量预焙铝电 解槽技术进展及今后努力方向[ J ] ．有色设备，2 0 0 1 1 1 5 1 7 ． [ 2 ] 陈远望．铝电解槽革新近况[ J ] ．世界有色金属，2 0 0 3 7 4 3 4 8 ． [ 3 ] 邱竹贤．铝电解[ M ] ．北京冶金工业出版社1 9 9 5 ． [ 4 ] 卢剑．大型铝电解槽氟化铝自动加料系统的开发[ J ] ． 有色金属设计，2 0 0 3 2 3 2 3 6 ． [ 5 ] 孙志宏．现代铝电解槽碳酸锂一氟化镁盐复合添加剂工 业实践[ J ] ．轻金属，2 0 0 4 1 1 2 6 2 9 ． 万方数据