技术|铝电解槽中沉淀产生及处理

发布时间: 2020-12-28 01:05:52 作者:中商

现代铝工业生产普遍采用自动点式下料器,按照一定的程序有规律地向槽内添加氧化铝,但由于氧化铝的粒径等级不同,有的氧化铝来不及溶解就沉淀到槽底。又由于电解槽的出铝、熄灭阳极效应、更换阳极、提升阳极框架等原因,也造成氧化铝的沉淀。




这些沉淀有的随着槽内循环的铝液被带出继续溶解,而有的就与电解质、铝液一起凝结成块,变成硬沉淀而沉积在槽底,这对电解槽的生产是不利的。本文着重对沉淀形成及处理进行探讨。


一、沉淀的形成


冰晶石是氧化铝较好的溶剂,当Al2O3在冰晶石溶液中溶解时,发生铝氧氟络合物反应。溶解过程可分为两步:

第一步是Al2O3晶体侵蚀反应,即:Al2O3(晶体)+6F-=3O2-+2AlF3其中O2-或者是游离的,或者与来自Al2O3的铝离子松弛结合;

第二步是生成氧氟络合离子O2-+AlF3=AlOF32-或O2-+AlF3+2F-=AlOF54-


由于氧化铝有较大的表面张力(450mm/N),能够聚集在液态铝和冰晶石——氧化铝融体之间的表面,这有利于氧化铝的溶解,但氧化铝又能够克服这种表面张力而沉到铝液层之下。


研究表明,氧化铝加入到电解槽中,首先是快速溶解,然后由于电解质冷凝效应而使溶解速度下降,其中一部分与电解质形成结块。加入到电解槽中的氧化铝的容积密度是1.0g/cm3(大约25%体积的氧化铝和75%体积的空气)。这样低的密度就会有部分氧化铝没有立即沉到槽底,熔融的冰晶石与其形成结块。随着电解的进行,结块可以继续溶解,而没有溶解的结块就沉到槽底。


沉淀是指沉积在阴极及内衬上的含有不溶氧化物电解质的堆积物。在电解过程中,由于要不断地向电解质溶体中添加氧化铝,而加入的氧化铝不能及时完全溶解,有一部分粘着一些冰晶石沉积到槽壁附近的槽底上,这些沉淀开始比较软,随着时间的延续,软沉淀的数量不断的增加,并逐步的结晶和硬化,就形成了硬沉淀。沉淀过量会改变阳极效应系数,也会使金属层不稳定,对电解槽的操作是不利的。


二、沉淀的处理


铝电解槽中生成沉淀时,氧化铝被流体带动形成一薄层,属于一种稳定相形式,它在电解质中的溶解速度较低,严重减少了氧化铝的溶解,如果此时再向槽中加料,就会使槽中氧化铝达到过饱和状态,破坏生产技术指标。槽底上的沉淀物也会在流体的带动下对阴极产生磨损,软沉淀的电导率是(1.0±0.2)S/cm,是传统电解质的一半,这就会使它周边的阴极有很大的电流密度,容易受到腐蚀。


此外,如果沉淀过多的聚积在槽底,会增加过热度,破坏电解槽的热平衡。同时槽子的沉淀物大量积累,还会形成“病槽”。因此,必须减少或避免沉淀的形成,可以采取的方法有:


1

减少每次氧化铝的加入量可以改善其溶解状态,防止电解质温度明显降低。现代工业电解槽采用点式下料器,有利于减少或避免沉淀,但下料器的个数和氧化铝的加入量要根据现场生产合理选择;


2

采用导热性较好的阴极块,这样能使阴极边部较热,可以减少沉淀;


3

保持足够的阳极保温料和炉面保温料,减少通过槽上部的散热损失,保证炉底有足够高的温度,使电解质的初晶温度等温线降到阴极炭块之下,保持良好的热平衡;


4

提高氧化铝的质量,氧化铝的质量对电解过程是相当重要的。此外,氧化铝的粒径等级不同,加料时要混料均匀;


另外,要严格控制铝电解生产的技术条件,减少人工作业对电解槽各项指标的影响,这都会减少或避免沉淀的生成。


铝电解槽中的沉淀物含有大量的氧化铝,并夹带铝珠,使氧化铝达到过饱和状态,影响加入的氧化铝继续溶解,沉淀积聚增多,破坏电解槽的热平衡,使电解槽处于不平稳的工作状态。


企业在生产中明晰沉淀形成原理,才能对症下药。以上减少或避免沉淀形成的举措仅供参考,若您有更好的避免沉淀的建议也欢迎留言或私信!