韩 硕,徐宏雷,甄 鹏

(神华准能资源综合开发有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 010300)

铝是仅次于钢铁的第二大金属,熔盐铝电解槽是其工业生产的核心装备。近年来,我国铝电解工业发展迅猛,原铝产量和消费量均连续多年超过全球总量的50%[1],在大型铝电解槽与特大型铝电解槽的设计开发与工程技术方面取得了举世瞩目的成就。

同时,国产Al2O3原料(特别是河南与山西等地所产Al2O3)普遍富含Li、K等碱金属杂质[2],因Li、K等碱金属比Al的电负性更低,随着Al2O3原料的不断添加与消耗,Li、K等杂质元素将在电解质熔体中持续累积。采用富Li/K国产Al2O3原料的电解槽运行一定时期后,电解质熔体中一般含有较高的Li/K含量,有些(LiF+KF)含量甚至高达10 wt.%,使得电解质初晶温度和溶解氧化铝能力明显降低,导致铝电解槽工艺控制、能量平衡与物料平衡愈加困难。采用富Li/K国产Al2O3原料的铝电解槽普遍存在电流效率偏低、能耗指标和效应系数偏高等突出问题,这已成为我国铝电解工业可持续发展中亟待解决的行业难题。因此,对于LiF-NaF-AlF3-Al2O3体系的结构与性质的研究势在必行,只有深入了解富锂盐电解质体系的结构与性质才能设计出合理的电解质体系。

由于铝电解质的高温强腐蚀特性,其微观结构的研究中常规实验手段难以进行,需要理论计算的方法进行辅助[3]。尽管富锂盐低温电解质体系的实验研究已经取得了诸多进展,目前实验研究主要集中在体系的基本物理化学性质上,如熔盐体系的初晶温度[4-5]、表面张力、密度[6]、粘度和电导率[7]等,然而,对于体系的微观离子结构的认知较少。……