工业铝电解质熔点数学模型的研究

人气指数:点发布时间:2014-04-14 20:42 来源：http://www.zgqkk.com 作者：黄寿标

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　　摘要：工业铝电解质的熔点，不仅与铝生产的电能和电流效率有关，在理论上也有助于阐明熔液的结构。随着生产的发展和试验研究的深入，铝电解质成份愈趋复杂，因而也就要求考察各成份的综合影响，以寻求最优区域，使生产在最佳条件下进行。研究熔点的数学模型，其目的即在此。本文主要针对工业铝电解质熔点数学模型的研究。

　　关键词：铝电解质熔点数字模型意义

　　1.前言

　　随着近几年世界经济、环保要求动态，国内能源供给现状，对于目前的铝电解质熔点条件主要是取决于设备安全的主要问题。但由于铝电解质熔点条件不够理想，就会给工业带来很多困难问题。我国曾在铝电解质熔点数学模型中采用过各种各样的方法，从而就达到减少铝电解质熔点数学模型的工作和维护铝电解质熔点数学模型获得成功。

　　2.铝电解电容的内涵

　　2.1铝电解质的性质

　　（1）冰晶石比

　　（4）电解质的密度

　　电解质的密度大小影响金属铝与电解质的分离。1812时金属铝的密度为2.7g/cm3，纯冰晶石密度为2.95g/cm3。但在电解温度下，熔融铝比冰晶石重，尤其当冰晶石中溶解有大量氧化铝时。例如，在电解炼铝的工业条件下，电解温度为950℃，铝的密度为2.308g/cm3，而含有5%A1203的冰晶石熔体密度为2.102，可见在电解温度下，熔融铝要比电解质重约10%。按此密度差是可以很好分层的，所以电解过程中，析出的铝聚集在电解槽底部。

　　（5）电解质的黏度

　　电解质的黏度随温度增高而降低，随熔体中A1203含量增加而增加。在工业生产上要求电解质具有适当的黏度。如果黏度过大，则阳极气泡不易逸出，加入电解质内的氧化铝不易沉降，而呈悬浮状态，这些都对电解过程发生不良影响。反之，如果黏度过小，则电解质的循环运动加快，从而加速铝滴和溶解了的铝的转移，影响电流效率。所以，有的铝厂为了获得高效率，宁愿采取比较高的A1203浓度和比较低的电解温度，以增大电解质的黏度。

　　3.铝电解质熔点的数学模型分析

　　根据质量守恒定律，进入铝电解糟的物质有冰晶石，氟化铝，萤石，氧化铝及不同厂家根据相应管理理念加入少量锂盐等添加剂和各种材料中的微量杂质，可以推断铝电解质液体由NaF、Al2O3、AlF3、CaF2、 MgF2、LiF等六种化合物及少量杂质积累物混合而成，由以上六种化合物凝固形成的固态物即是测量用的铝电解质样品。

　　热力学第二定律表明混合物熔点和其中各成份浓度存在相应关系。本文据此利用实测数据，建立电解质熔点计算数学公式，给电解工艺管理工程师提供直观数据，帮助其更快、更准确地判断槽况，定量精确控制能量输入、物流出入，保持良好动态平衡，减少浪费，达到能源利用最大化和最佳工况目的。

　　此工作需要实验室与生产车间共同完成，步骤如下：

　　1）电解工艺管理工程师提供所有电解槽当天实测温度的平均值，实验室计算当天全部电解槽所有成份平均值，连续多次后，建立方程组，解出各成份浓度与槽温的相关系数和常数值。

　　2）应用相关系数和常数值，在仪器分析软件虚拟元素项内设立温度计算公式，分析其它成份时同时算出温度值。

　　3）测试多个在电解槽内发粘（接近熔点）的电解质样品，把计算温度与实测的温度相比较，减去多余量，得出熔点计算公式常数值。

　　实际计算时选取的是所有336台电解槽中工况良好率很高时的7组数。

　　解出来的常数M实际包含两个常量，一个是与熔点有关的常量，用N表示，另一个是为了保持混合物良好流动性的过量的管理量（经验值），用P表示。通过步骤3，计算出来的大于实测值的数，就是P值。M减去P即得N值。经步骤4用N代替M，完成整个工作流程。

　　4.铝电解质的熔点意义

　　目前，电解铝行业中间过程分析仪器化已经完全普及，但是存在一个非常大的问题，没有统一的电解质光谱分析样品！各铝厂均宣称自己的内控标样是准确的、可靠的，可是应用到别的厂家时却一律变成了参考样，工艺管理与实验室数据往往是经过很长时间的磨合，而电解槽是一个一直在变化的对象，所以，工艺管理与实验室数据也随着这个变化建立动态的磨合再磨合，这些过程内消耗了大量能源和材料，造成极大浪费。磨合度能够量化，将极大缩短这个过程的时间，节约大量资源。提供样品熔化温度电解质标准样品应用范围将扩大，整个电解铝行业使用统一标样变成可能。

　　5.结论

　　铝电解工业清洁工艺的研究开发是一项系统工程，不仅要加强单项新技术的开发研究，更重要的是要加强该工艺的综合协调研究。今后工作的重点应该是：

　　（1）对低温铝液上浮式电解进行中试研究，为工业化应用积累经验；

　　（2）推广在石墨化炉上生产TiB2技术及使用新型T，E2涂层阴极技术；

　　（3）研究降低氮化硅结合碳化硅材料的成本，为工业电解槽上应用创造条件；

　　（4）开展工业电解槽电场、磁场和热场的研究，设计新型的工业电解槽；

　　（5）开展利用人工智能技术控制电解过程的开发研究；

　　（6）开展阳极材料的研究；

　　（7）在单项技术研究的基础上进行综合研究。

　　参考文献：

　　[1]李波.铝电解质的分子比及其分析方法探究[J].科技视界.2012，26：66-67

　　[2]王玉棉.赵忠兴.张明谦.黄海波.刘杨军.复杂铝电解质体系固体物相变化过程分析[J].兰州理工大学学报.2013，1：10-13