周 洋

(青铜峡铝业分公司， 宁夏 青铜峡 751603)

0 前言

由于国内成品氧化铝中大部分微量元素的超标，特别是锂、钾、钙等元素的严重超标，造成电解槽电解质成分发生严重的变化，从而影响到了电解生产的各项指标，如何在现有的高锂、钾复杂电解质体系下探索出最优化的工艺技术条件并保持，提升经济技术指标是铝电解生产迫切需要解决的问题[1]。宁夏某铝厂200 kA电解车间从2012年底开始使用含高Li、K的氧化铝原料，随着生产的运行，Li、K等杂质元素不断富集，电解质体系随之发生变化，属于典型的高Li、K含量复杂电解质体系。在今后长期的生产过程中，200 kA电解车间面对的将是这一复杂电解质体系下的生产管理，如何优化复杂电解质体系下的生产技术条件是200 kA电解车间安全、稳定、高效生产急需解决的课题。

1 高锂、钾复杂电解质体系现状

1.1 Li、K含量越来越高

目前200 kA电解车间电解质体系中Li、K含量持续富集，截止2019年2月，电解质体系中KF和 LiF含量已达到9.15%，如图1所示。随着Li、K含量的持续富集，电解槽表现为电解质温度低、过热度难控制、氧化铝溶解性差、炉底恶化、炉底压降升高，槽况稳定性差、电压波动大等造成电解槽滚铝情况较为普遍，给电解槽生产管控带来的难度越来越大。

图1 200 kA系列电解质成分(LiF+KF)含量趋势

1.2 经济技术指标持续下滑

跟踪统计了某铝厂2017年1月至2018年4月的电流效率、铝液直流电耗、电解铝综合交流电耗、阳极毛耗、效应系数以及闪烁效应系数等经济技术指标，数据记录见表1和图2。

表1 某铝厂2017年1月至2018年4月的经济技术指标

图2 效应系数和闪烁效应系数趋势图

由表1可知，电流效率持续下滑，2017年全年平均电流效率为88.29%,2018年1—4月平均为87.12%；铝液直流电耗和电解铝综合交流电耗持续上升，2017年全年消耗情况分别为13 695.67和14 215.92 kWh/t-Al，2018年1—4月消耗情况分别为14 073.25和14 611.00 kWh/t-Al；阳极毛耗呈下降趋势，但是一直偏高，2017年全年消耗527.67 kg/t-Al，2018年1—4月为516.50 kg/t-Al。由图2可知，2107—2018年以来效应系数呈上升趋势， 2018年4月效应系数和闪烁效应系数分别达到2.16和4.11。

2 探索匹配的工艺技术条件

2.1 试验槽电解质全分析

通过数据统计和分析，选定运行稳定的5台电解槽7204、7208、7211、7221、7232，每周取一次电解质试样进行全分析。5台电解槽的多次电解质全分析结果见表2。

表2 5台电解槽的电解质全分析结果单位：%

2.2 复杂电解质成分分析

采用常规衍射仪对复杂电解质的成分进行化验：

1)酸性电解质固体物相成分有冰晶石(3NaF·AlF3)、亚冰晶石(5NaF·3AlF3)、钙冰晶石(NaF·CaF2·AlF3)、镁冰晶石(2NaF·MgF2·AlF3)、锂冰晶石(2NaF·LiF·AlF3、LiF·2NaF·AlF3)、钾冰晶石(NaF·2KF·AlF3)和游离氟化钙(CaF2) 。

2)中性及碱性电解质固体物相成分有冰晶石(3NaF·AlF3)、游离氟化钙(CaF2)、镁钠化合物(NaF·MgF2)、游离氟化锂(LiF)、钾冰晶石(NaF·2KF·AlF3)和氧化铝(含量8%以下，常规衍射仪的电解质样品扫描中看不到衍射峰)。

2.3 确定分子比的分析方法

采用衍射法和荧光法对目前电解车间复杂电解质的分子比进行分析化验，与此同时，将同一批次槽电解质试样送到某研究院进行化验。3种方式所得到的分子比结果见表3。

表3 不同分析方式获得的分子比结果

根据表3，并结合电解槽的现场实际情况，衍射法分析的分子比结果波动性小，在2.6左右下调缓慢，而且电解槽电解质成分差；荧光法分析的分子比结果波动性大，比较灵敏，在2.5以下保持时电解质成分较清凉；衍射法分析得出的同样大小数值的分子比，用荧光法分析数值变化很大；某研究院的化验结果与荧光法的化验结果之间的差值较小，且趋势一致。

产生上述结果的原因是根据衍射法和荧光法分析的原理，结合目前电解槽中Li、K含量较高，在电解质质体系中会置换冰晶石中的Na形成锂冰晶石、钾冰晶石、镁冰晶石等亚化合物，对电解质分子比的计算有一定的影响，而衍射仪中分子比的工作曲线没有考虑这些元素的影响，导致在分子比过低或者过高时对分子比计算结果产生一定影响。因此经过分析讨论认为，荧光法更适合目前车间酸性、复杂电解质分子比的分析，分子比保持在2.35～2.55适宜。

2.4 优化工艺技术条件

确定符合自己槽型的工艺技术条件是取得高效低耗经济技术指标的关键[2]。根据不断调整、探索总结出的工艺技术条件规范标准，应稳定保持，尽可能不变动或者少变动，即使变动也应控制变动量，使变动幅度控制在槽自调能力所能接受的范围内，做到温度、电压、铝液高度波动小，槽帮规整稳定[3-5]。

2.4.1 现有的工艺技术条件

某200 kA电解系列2018年5月以前的工艺技术条件保持规范标准见表4。该标准主要是根据电解槽的不同槽型来划分，在保持方面存在着一些弊端。

2.4.2 工艺技术条件的调整

1)在确定目前电解质分子比分析方法和保持范围的基础上，先保持电解槽设定电压不变，从2018年5月至2019年2月分三个时段调整电解质水平和分子比，电解质水平分别调整为18～20 cm、17～19 cm、16～18 cm，如图3所示；分子比分别调整为2.45～2.55、2.35～2.45、2.30～2.40，如图4所示。

表4 2018年5月前的工艺技术条件

图3 电解质水平保持趋势图

图4 分子比保持趋势图

2)根据电解槽状态，在电解质水平和分子比等各项条件匹配的前提下，自2018年5月以后逐步降低设定电压，如图5所示。

图5 三电压保持趋势图

2.4.3 优化后的工艺技术条件

按上述步骤对现有的工艺技术条件进行优化调整以后，某公司根据电解槽的不同槽龄(90～1 000天、1 000～2 000天、2 000天以上)来划分工艺技术条件规范标准，见表5。按照规范标准调整并长期控制在区间范围内，依靠铝电解控制系统调节、尽量减少人工干预，确保电解槽平稳运行。

表5 优化后的工艺技术条件

3 改进措施

在保持优化后的工艺技术条件的基础上，通过以下改进措施进一步提升电解车间电解槽的经济技术指标。

3.1 降低无功电耗

某200 kA电解车间通过对阳极导杆进行抛光、水平母线压接面擦灰、治理卡具压降、增加电解槽槽罩绝缘等措施，降低了阳极导杆与电解槽水平母线以及槽罩和电解槽槽沿板之间的无功电耗，促进经济技术指标的进一步提升。

3.2 严抓操作管理

1)加强电解槽保温，减少热损失。车间对覆盖料结构进行优化，覆盖料总厚度由原来的与钢爪下沿平齐，变为与钢爪上沿平齐，氧化铝厚度由原来的1 cm增加至2 cm；冬季使用布帘对厂房烟道端、地沟窗户进行封堵；同时对电解槽角部极炉窗洞使用耐火材料进行密封。

2)规整炉膛。车间持续做好利用换极作业处置炉膛的工作，对炉底及中缝结壳和沉淀进行处理，逐步规整炉膛。

3)加强员工培训。提高员工业务技能，从换极扒料、捞块、垒墙等方面着手，严抓操作质量，精细化管理，减少人为操作因素造成的电解槽波动，保证电解槽稳定运行。

3.3 及时消除设备故障缺陷

电解车间将槽维作业人员由检修车间划归电解车间管理，有效提高了管理效率和电解车间设备检修维护工作。车间制定了详细的电解槽设备日常点检维护计划，对电解槽漏风漏料进行了专项检查，对查出的设备故障及时进行整改处理；并根据环境温度，对打壳、下料电磁阀进行保温处理，为电解槽平稳运行提供设备保障。

4 改进后的经济技术指标

经过工艺技术条件的调整和生产措施的改进，跟踪记录了2018年5月至2019年2月期间的改进后的经济技术指标，结果见表6和图6。

表6 2018年5月至2019年2月期间的经济技术指标

图6 2018年5月改进后的效应系数和闪烁效应系数趋势图

1)对比表6和表1可知，改进后的某200 kA电解槽电流效率稳步提升，平均电流效率由改进前的88.00%提升至91.16%； 铝液直流电耗持续下降，由改进前的137 90.06 kWh/t-Al降至13 011.60 kWh/t-Al；电解铝综合交流电耗持续下降，由改进前的14 314.69 kWh/t-Al降至13 757.30 kWh/t-Al；阳极毛耗呈下降趋势，由改进前的524.88 kg/t-Al降至489.30 kg/t-Al。

2)对比图6和图2可知，效应系数和闪烁效应系数呈下降趋势，分别由改进前的2.16和4.1降至0.33和1.98。

5 结束语

铝电解槽工艺技术条件是一项重要且长期的管理任务，直接影响电解槽的稳定性和经济指标。在保证电解槽稳定运行的前提下，某200 kA系列电解车间探索出了在目前复杂电解质体系下比较合适的工艺技术条件并保持稳定，电解质分子比化验方法由衍射法变为荧光法，分子比均值由优化前的2.65变为2.40，电解质水平平均值由优化前的15.5 cm变为16.5 cm，同时经济技术指标得到了较大的提高。在今后的工艺技术条件管理上，要坚持以提高电流效率、降低消耗为前提，不断优化工艺技术条件，使电解槽保持高效稳定运行。