0 引言

萬基鋁業(yè)二公司330KA大型預(yù)焙電解槽因長期使用河南境內(nèi)高鋰鹽AL2O3，自2011年開始電解質(zhì)中鋰鹽含量逐步上升(當(dāng)前已達(dá)6~7.5%以上)。依據(jù)邱竹賢編著的《預(yù)焙槽煉鋁》書中關(guān)于添加劑對電解質(zhì)初晶溫度的影響：電解質(zhì)中LiF每增加1%電解質(zhì)初晶溫度降低7.8℃，工作電壓降低30mv左右。但同時(shí)也提出鋰鹽的增加會降低電解質(zhì)對氧化鋁的溶解度，最好應(yīng)控制在3.5%以內(nèi)，給分子比和電解溫度的調(diào)整留出一定的梯度空間。所以在鋁電解生產(chǎn)管理過程中應(yīng)充分考慮電解質(zhì)成分的變化會影響到電解槽技術(shù)條件中分子比、電解溫度和槽電壓的控制，此時(shí)如果工藝技術(shù)條件搭配不當(dāng)，將直接大幅降低電解槽的電流效率和增加能耗。2014年9月份，為解決鋰鹽富集型電解質(zhì)體系造成的電解槽運(yùn)行不穩(wěn)定，電流效率低及能耗高等諸多不利于節(jié)能降耗和無法應(yīng)對鋁價(jià)持續(xù)低迷，電解鋁虧損嚴(yán)重的局面。公司邀請沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)院經(jīng)過現(xiàn)場查看及對所提建議進(jìn)行討論和借鑒同行業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)后，在330KA開展相應(yīng)的管理，目前已取得一定成績。

1 富鋰電解質(zhì)體系對技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)工藝的影響

當(dāng)前，我國AL2O3主要由-水硬鋁石型土礦生產(chǎn)，由于生產(chǎn)工藝的原因，AL2O3生產(chǎn)存在能耗高，產(chǎn)品所含雜質(zhì)種類多，粒度細(xì)等。近年來，電解鋁企業(yè)反映最大的問題是AL2O3鋰、鉀含量高，導(dǎo)致電解質(zhì)中鋰鹽含量一路攀升，大部分企業(yè)超過3%，最高達(dá)到7%以上。近年來調(diào)研鋁電解企業(yè)電解質(zhì)鋰鉀鹽含量變化趨勢對生產(chǎn)工藝及指標(biāo)的影響發(fā)現(xiàn)，電解槽運(yùn)行不穩(wěn)、技術(shù)管理難度大、爐底惡化，指標(biāo)變差等不利因素與日俱增。

1.1 電解溫度

研究表明，以分子比2.75~2.8、電解質(zhì)成分按氧化鋁濃度3.5%左右、氟化鈣5%左右、氟化鎂及鉀在3%左右、鋰鹽含量在7.5%以上的鋰鹽富集型電解質(zhì)為例，其初晶溫度在888~900℃之間(表1)，由此引發(fā)的過低的電解溫度會使電解槽的物料平衡和熱平衡工作區(qū)變窄而接近或處于敏感的臨界區(qū)域，一旦原材料(如AL2O3)的物性參數(shù)不夠穩(wěn)定，過低的電解溫度無法適應(yīng)這些變化，極易使電解槽出現(xiàn)一系列的波動而惡化爐底(這一點(diǎn)在日常管理及AC操作時(shí)下料點(diǎn)處大量氧化鋁沉淀已得到印證)。其次過多降低的電解溫度一旦與電解槽設(shè)計(jì)的參數(shù)不匹配，會使處于陰極炭塊底部的等溫線上移后產(chǎn)生不利因素，減少電解槽壽命。

1.1如AE的管理，眾所周知電解槽發(fā)生AE的根本原因在于打殼、供下料設(shè)備是否正常，槽子的熱收入能否滿足，其次才是AL2O3的溶解性、炭塊質(zhì)量和人員的操作精細(xì)程度。管理人員如果不了解生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況，不切實(shí)際一味地要求控制AE，很可能引發(fā)職工極端做法往槽內(nèi)添加大量AL2O3，嚴(yán)重破壞槽子物料平衡，對生產(chǎn)百害而無一利。只有加強(qiáng)打殼、供下料設(shè)備的維護(hù)巡查和電解槽巡視工作，嚴(yán)格控制突發(fā)AE的發(fā)生，降低AE系數(shù)從而降低AE分?jǐn)傠妷骸?/span>

1.2從能量平衡角度考慮，當(dāng)電流恒定時(shí)提高陽極保溫料厚度及加快作業(yè)速度來減少熱量損失，亦可以降低一部分槽電壓。

1.3落實(shí)碳渣打撈工作。一是加強(qiáng)槽況維護(hù)，杜絕陽極氧化落入槽內(nèi);二是定點(diǎn)、定量落實(shí)打撈，確保碳渣能及時(shí)徹底打撈出來，降低電解質(zhì)含炭量，潔凈電解質(zhì)，把碳渣對電解生產(chǎn)的影響降至最低。同時(shí)向提供陽極組的萬基炭素二分廠及時(shí)反饋炭塊使用過程中存在的問題，把陽極炭塊組對電解生產(chǎn)的影響降至最小。

1.4加強(qiáng)對電解槽槽周搭接物的清理和槽間風(fēng)格板規(guī)整修復(fù)及絕緣檢測處理等，減少搭接旁路引發(fā)的電流空耗。

1.5提高AC及TAP作業(yè)的速度和質(zhì)量，盡量減少AC、TAP的操作時(shí)間。

1.6注重異常發(fā)生后的處理過程管理和長期的爐底處理等，同時(shí)嚴(yán)格各操作(如TAP、AC)間隔時(shí)間，以防二個(gè)操作重疊或間隔時(shí)間過短而對電解槽造成影響的所有不利于低溫低電壓生產(chǎn)的因素扼制在最初階段。

1.7加強(qiáng)設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)，杜絕因設(shè)備故障而造成生產(chǎn)的波動。

(2)針對330KA系列石墨化陰極、散熱型設(shè)計(jì)及當(dāng)前使用粉狀A(yù)L2O3和鋰鹽富集型復(fù)雜電解質(zhì)的102臺槽齡在3000天左右、爐底壓降在450mv以上的老齡槽，從防止出現(xiàn)低電解溫度、異常過熱度和低AL2O3溶解度及在電解質(zhì)中鋰鹽含量當(dāng)前正在改善但短時(shí)間內(nèi)無法到位和確保24~26cm鋁水平不變的情況下，從正確處理電壓與電流的匹配關(guān)系(以防壓極距)，控制適宜電解溫度和過熱度，使?fàn)t膛規(guī)整、爐底干凈、電解質(zhì)水平適中等方面考慮(即保持電解槽的熱平衡)，計(jì)劃視情況分階段進(jìn)行(表3)。

(3)利用一切機(jī)會加強(qiáng)職工業(yè)務(wù)知識培訓(xùn)和現(xiàn)場指導(dǎo)，全面提升操作水平，降低操作異常的發(fā)生機(jī)率。

(4)參照沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)院相關(guān)科研單位2014.9.22現(xiàn)場調(diào)研提供的相關(guān)數(shù)據(jù)及建議(表4、表5)，加強(qiáng)交流溝通，積極引進(jìn)新技術(shù)。

表4：現(xiàn)場情況匯報(bào)

表5：國內(nèi)各鋁廠指標(biāo)反映LiF對電流效率的影響

注：匯報(bào)結(jié)果與本公司生產(chǎn)指標(biāo)情況和電解槽現(xiàn)場實(shí)際對比與表中J廠指標(biāo)相符。

建議1：使用低鋰鹽氧化鋁粉及低鋰電解質(zhì)調(diào)整電解質(zhì)體系，把鋰鹽含量控制在4.~4.5%。分子比盡量保證2.6~2.7.

建議2：在現(xiàn)運(yùn)行的電解槽上實(shí)施側(cè)部保溫，減少熱損失。

建議3：考慮在原設(shè)計(jì)的散熱型電解槽實(shí)施保溫型轉(zhuǎn)變難度大提出在大修的電解槽上采用加強(qiáng)型內(nèi)保電解槽設(shè)計(jì)改造方案。

經(jīng)過討論，公司決定3個(gè)建議全部采納同步實(shí)施。

3 實(shí)施效果

(1)老齡槽、側(cè)部保溫電解槽及加強(qiáng)型內(nèi)保電解槽技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)對比(下表6)

(2)經(jīng)過5個(gè)月調(diào)整實(shí)施與2014年9月份比較效果較明顯(表7)。

2.1電解質(zhì)Li鹽含量由7.5%降低到5.5~6%。

2.2電流效率提升2%、噸鋁碳耗降低15Kg左右。

2.3噸鋁工藝交流電耗平均降低285KWh左右。

注：2015年1月、2月因啟動18臺電解槽及置換電解質(zhì)故平均電壓偏高。

4 結(jié)語

鋰鹽富集型電解質(zhì)體系對電解技術(shù)參數(shù)的組合、原材料和職工的操作要求十分苛刻，任何一點(diǎn)點(diǎn)的差錯(cuò)就可能引發(fā)巨大損失。在建議使用低鋰AL2O3改善及置換電解質(zhì)的過程中加強(qiáng)操作質(zhì)量、電解槽精細(xì)管理是當(dāng)前唯一的收效甚微的補(bǔ)救措施，其過程雖然艱難，但只要把基礎(chǔ)工作做好，一旦電解質(zhì)中鋰鹽含量稀釋到最佳值(3~4%)且與前期所調(diào)整的槽電壓、電解溫度、過熱度、分子比及AL2O3溶解度等技術(shù)參數(shù)相匹配時(shí)，電解槽的電流效率提升和能耗降低肯定會有較大的突破。

參考文獻(xiàn)

1)邱竹賢“預(yù)焙槽煉鋁”.北京：冶金工業(yè)出版社.2005

2)沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)院2014.9.22現(xiàn)場調(diào)研情況匯報(bào)資料

3)河南萬基控股集團(tuán)鋁業(yè)二公司生產(chǎn)技術(shù)日報(bào)

聲明：

“鋰鹽富集型電解質(zhì)體系管理工藝探討及對策” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。

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