铝电解高钾盐电解质体系加镁盐降温提高电流效率试验实践探索

兰焕鹏,李刚,秦胜广,邱仕麟

摘要：长期电解生产实践表明，高钾盐电解质体系中，槽温降到950℃左右后，其它条件不变的情况下，再通过降低分子已很难实现槽温降低，对电解生产中提高电流效率产生了制约性影响，根据氟化镁添加剂在电解生产中理论正贡献作用，提高电解质中镁含量，能降低初晶温度和电解温度，氟化镁添加剂在理论上能增大电解质在铝液及阳极间的界面张力，可减少铝的溶解损失，促进碳渣分离，能够实现电流效率提高，我们通过在电解槽开展试验的实践探索，取得了提高电流效率的试验效果，为高钾盐电解质体系提高电流效率探索出一条可行的路径和具体方法。

关键词：铝电解槽；高钾盐电解质；镁盐，电流效率，创效

一、试验背景

1、当前电解系列电解质KF含量较高，MgF2含量偏低。KF含量平均达到了5%， MgF2含量只有0.25%。

2、电解系列各类槽技术条件较为稳定，电解温度在950℃左右，电解槽运行平稳，从理论上应该能够实现好的指标，但电流效率经济指标一直不好，只有91%左右。

3、电解系列除正常添加氟化铝外，一直没有添加其它添加剂。

二、试验准备

1）确定350KA系列八小区2827#、2828#2台槽作为试验电解槽，完成对八小区及2台试验槽最近一年的工艺参数、电解质成份和生产指标统计，对2台试验槽通过加铜盘存得出在产铝量，通过换极掌握了解八小区全部电解槽炉底炉膛状况，对八小区电解槽散热孔温度进行了一次普测（以上数据见表1）。

表1：

2）按质量和成份要求采购10吨轻质碳酸镁到生产现场作为开展试验备用。

三、试验过程

第一阶段：将2827#、2828#2台试验槽镁含量从试验前的0.2%逐步调整到1.5%控制，采取的方法是每天从试验槽出铝口和烟道端洞口添加2袋（40kg）轻质碳酸镁，氟化铝消耗按吨铝14kg设置，每天取电解质样分析化验成份变化，根据跟踪分析化验数据看，添加碳酸镁20天后，电解质中镁含量从0.25%上调到了1.5%，但电解质分子比从2.5上升到了2.7，槽温从950℃ 上升到955℃，没有达到加镁盐降温提高电流效率的效果。

第二阶段：后经分析查找原因，是因为上调镁含量阶段，没有考虑到轻质碳酸镁中含有3.5%的碳酸钠的影响因素，按原来的氟化铝吨铝消耗14kg 设置，已不能维持试验期间的分子比按原有数值保持，后经计算增量添加氟化铝将分子比降到了2.5保持，同时经过反复试验跟踪分析数据，找准了电解质中镁含量1.5%稳定保持，单槽碳酸镁日添加量10kg，分子比2.5保持氟化铝吨铝消耗量为16kg。

第三阶段：通过长期在试验槽单槽上氟化铝日添加50kg，轻质碳酸镁日添加10kg控制，实现了电解质中镁含量1.5%稳定保持，分子比2.5稳定运行 ，后续试验过程中重点跟踪试验槽技术参数变化并进行优化调整，换极跟踪检查炉膛情况，一月一次散热孔温度测量，一季度一次加铜盘存在产铝量，对生产指标进行跟踪统计，此阶段时间持续10个月。

四、工艺参数控制情况

第一阶段，通过分析化验和测量数据看，铝水平、质水平基本稳定保持不变，每天按40kg添加轻质碳酸镁，电解质中镁含量在稳步上调的同时，带来了槽温和分子比逐步上升，没有取得降低槽温的效果。

注：两台槽运行趋势基本一致，按两台槽平均数据统计。

第二阶段，通过在试验槽增加氟化铝设置投入量，分子比逐步下降回归正常，并摸索出了稳定电解质镁含量和分子比相应物料添加量，为后续的试验工作提供了支撑和指导。

注：两台槽运行趋势基本一致，按两台槽平均数据统计。

第三阶段，历时10个月，在稳定分子比和电解质镁含量的基础上，对其它参数进行跟踪管理，数据显示铝水平呈缓慢上升趋势，较最初升高约1cm，质水平呈缓慢下降趋势，较最初降低约0.5cm；槽温开始3个月呈缓慢下降趋势，后续基本稳定在945.5℃左右运行；试验槽散热孔温度呈缓慢降低趋势，较最初约降低5℃；通过加铜盘存试验槽在产铝量反映出，试验后期较试验初期在产铝量增加0.7吨左右；通过换极跟踪检查炉膛情况，伴随槽温降低，炉底产生少量沉淀，但持续处于受控运行，试验没有对电解槽炉膛产生较大影响；从试验槽噪声值数据看，基本在20左右，反映出试验期电解槽总体处于平稳运行。

注：两台槽运行趋势基本一致，按两台槽平均数据统计。

五、生产指标改善及创效情况

完成为期10个月的试验后，对电流效率生产指标统计显示，试验槽的电流效率提高到91.8%，较试验槽前1年的电流效率提高了0.6个百分点，与八小区其它槽同期电流效率相比提高了0.65个百分点，考虑试验槽增加的在产铝量，综合比较，试验槽试验期电流效率比八小区其它槽同期电流效率相比提高了0.7个百分点。

    从经济效益的角度，2台试验槽投入：使用10吨碳酸镁，增加氟化铝添加量3吨，按市场价格，碳酸镁7000元/吨，氟化铝6400元/吨，费用共计8.92万元，试验过程人工及分析费用1.2万元；2台试验槽产出：提高0.7个百分点电流效率，增加原铝产量13.4吨，原铝价格 18200元/吨，增加收入24.39万，2台槽试验期创效24.39-8.92-1.2=14.47万元。

六、总结

根据镁盐添加剂在电解生产中理论作用为指导，我们在生产上选取了2台试验槽，开展了本次试验，从试验数据结果证明，高钾盐电解质体系加镁盐降温提高电流效率是可行的，这为高钾盐电解质体系生产的电解铝企业提产创效探索出了路径和方法，可在电解生产中推广应用。

参考文献

路辉（2021）《复杂铝电解质关键物化参数预报和测定新方法》

苏义鹏（2021）《复杂电解质体系下铝电解工艺控制技术研究》

程若军（2021）《基于铝电解知识的过程状态故障诊断方法研究》