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[摘 要]随着能源的越来越紧张和电解铝行业的竞争越来越激烈，追求低成本生产是电解铝的必然之路，而在电解铝生产过程中降低电能是最为直接和有利的因素。受国家产业结构调整，和环保的要求，电解质的性质也随着发生了实质性的变化，特别是在电解质分子比方面。目前，普遍采用低分子比电解质生产，因此低分子比生产，已成为中间下料预焙槽的重要标志，本文对分子比在铝电解生产中的作用进行了研究。
[关键词]分子比；节能；计算
中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0055-01
1引言
40～50年代，铝电解生产中，电解质的分子比一般都大于3.0，电解质温度高达970℃～990℃，电流效率大约为80%，电耗高达20000kwh/T-Al。电解质外观特征为白色、致密、坚硬，铝液损失极为严重。因此酸性电解质，即分子比小于3的电解质开始应用于铝电解生产中。与此同时，为了改善电解质的导电性能，多种添加剂（CaF2、MgF2、LiF、AiF3、Nacl等）在生产中得到了广泛应用。
2利用分子比达到节能目地
2.1降低电解温度
電解温度对电流效率的影响，主要是铝在电解质中的熔解度，特别是铝的扩散速度。因为扩散到阳极氧化区的速度越快，电流效率的损失就越大。根据费克（Fick）定律q=D（C0一C1）S/δ：当温度升高时，铝在熔体中的熔解度增大，熔体的黏度变小，电解质的循环速度增大，扩散系数随着温度的升高而增大。所以说，电解温度升高时，扩散流量增大，就意味着铝的二次反应加剧，铝的损失增大，电流效率降低。适宜的电解温度通常是在电解质初晶点以上10～15℃。在生产中，应选择低熔点的电解质成分，通过生产控制来降低电解温度。因为初晶温度随分子比降低和添加剂的使用而降低。
2.2优选电解质成分
添加剂对电流效率的影响实际上是对电解过程的综合影响，一切能降低铝损失量的添加剂都有利于电流效率的提高。添加剂CaF和MgF等均能降低电解质的熔点，亦即能使电解质的温度降低，同时还能减少铝在电解质中的溶解有助于提高电流效率。与CaF相比，MgF具有更大优点，能在较大程度上降低电解质熔点，减少铝的溶解损失量，增大电解质在炭素材料上的界面张力，从而提高电流效率。并且降低电解质分子比和使用添加剂是降低初晶温度最有效的方法，从而使提高电流效率达到双重效果。
2.3控制氧化铝的浓度
氧化铝的浓度不仅影响电流效率的提高，同时也是铝电解能否在低分子比等新工艺技术条件下稳定运行的最主要的因素。氧化铝浓度在4%以下时，浓度越低电流效率越高。一般氧化铝浓度控制在1.5%—3.5%范围内，既能提高电流效率，又能控制阳极效应。目前，国外电解槽趋向于在低氧化铝浓度（1.5%—2%）下进行电解，其优点是：氧化铝能很快熔解，熔体中无悬浮的氧化铝固体颗粒，对熔体的黏度、导电度以及防止在槽底产生氧化铝沉淀都有良好的作用，有利于稳定生产，提高电流效率。
2.4利用分子比达到节能目地
在生产过程中，由于氟化铝的不断挥发和一些副反应的发生，电解质的成分在不断的发生变化，最显著的是分子比升高，使电解温度升高。升高的原因是由于原料中杂质的影响和电解质的挥发，电解质成分的不断变化引起电解温度的波动，电解质的初晶点也是一定范围内变化，需要通过添加剂来控制初晶温度，改善熔盐电解质的一些物理性质，进而达到提高电流效率节约电耗的目的。
相对高分子比生产，低分子比情况下低温电解（温度在920--930℃）能够有效地提高电流效率，但直流电单耗很难低于13570kwh/t-Al，并对操作水平要求较高。经过试验，目前采用中分子比（2.30--2.40 CaF 24.5%-5.5%）生产，槽温由920--930℃提高到930--940℃，成功地规整了炉膛，降低了炉底压降，平均降低30—50mv，节能效果明显。
3工业电解质分子比合理算法研究
当电解质由Na3AlF6、Al2O3、CaF2但成时，其分子比很容易由公式算出。但当电解质中同时含有KF、LiF、MgF2时，电解质分子比的计算就变得复杂起来。KF和LiF使铝电解质变得碱性，而MgF2使铝电解质变得酸性。在目前情况下，实际生产中不可能对电解质试样进行这样的全分析，只能用间接的方法进行分子比的测定，即利用NaF溶于水的性质，向电解质中添加NaF，使加入的NaF和游离的AlF3反应生成冰晶石，并略有剩余，然后分析其中过量的NaF，进而推算出原电解质的分子比。
假设电解质总量为8000kg，在分子比为3时，4800kg为NaF，3200kg为AlF3。如果添加AlF3，并使其过剩量达到10%，即电解质的90%是Na3AlF6，10%为AlF3，即电解质中NaF的质量为8000×0.9×0.6=4320kg，而AlF3的质量为8000×0.9×0.4+8000×0.1=3680kg，此时电解质的质量分子比为：4320/3680=1.1739。相应的分子比为1.1739×2=2.3478。
由于F在电解过程中挥发性好，将造成F减少，所以需要不断添加补充。电解温度越高，挥发量愈大。含水量越高，挥发量越大。F的损失跟净化效率和槽内衬结构及材质也有关。
4结语
在铝电解生产中，电解质的分子比需要快速、准确分析，这是采用低分子比电解质进行低温铝电解的前提条件，是低温电解槽温度能否稳定控制、保持平衡生产的重要因素。现代中间下料预焙槽采用低分子比生产是由自身的特点所决定的。生产中低分子比电解质虽有一定不足，但是通过采取相应的生产工艺技术措施，是可以弥补的。中间下料式预焙槽采用低分子比生产是由自身的特点所决定的。生产中低分子比电解质虽有一定不足，但是通过采取相应的生产工艺技术措施，是可以弥补的。
参考文献
[1]邱竹贤.电解[M].北京：冶金工业出版社，1982.
[2]邱竹贤.铝电解质初晶点数据与低温电解[J].轻金属，2003（3）.
[3]戴小平.160kA预焙电解槽电解质组成的选择[J].轻金属，2002（12）.
[4]王家庆.试谈现代化低能耗电解槽的特征[J].轻金属，1995（7）.
[关键词]分子比；节能；计算
中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0055-01
1引言
40～50年代，铝电解生产中，电解质的分子比一般都大于3.0，电解质温度高达970℃～990℃，电流效率大约为80%，电耗高达20000kwh/T-Al。电解质外观特征为白色、致密、坚硬，铝液损失极为严重。因此酸性电解质，即分子比小于3的电解质开始应用于铝电解生产中。与此同时，为了改善电解质的导电性能，多种添加剂（CaF2、MgF2、LiF、AiF3、Nacl等）在生产中得到了广泛应用。
2利用分子比达到节能目地
2.1降低电解温度
電解温度对电流效率的影响，主要是铝在电解质中的熔解度，特别是铝的扩散速度。因为扩散到阳极氧化区的速度越快，电流效率的损失就越大。根据费克（Fick）定律q=D（C0一C1）S/δ：当温度升高时，铝在熔体中的熔解度增大，熔体的黏度变小，电解质的循环速度增大，扩散系数随着温度的升高而增大。所以说，电解温度升高时，扩散流量增大，就意味着铝的二次反应加剧，铝的损失增大，电流效率降低。适宜的电解温度通常是在电解质初晶点以上10～15℃。在生产中，应选择低熔点的电解质成分，通过生产控制来降低电解温度。因为初晶温度随分子比降低和添加剂的使用而降低。
2.2优选电解质成分
添加剂对电流效率的影响实际上是对电解过程的综合影响，一切能降低铝损失量的添加剂都有利于电流效率的提高。添加剂CaF和MgF等均能降低电解质的熔点，亦即能使电解质的温度降低，同时还能减少铝在电解质中的溶解有助于提高电流效率。与CaF相比，MgF具有更大优点，能在较大程度上降低电解质熔点，减少铝的溶解损失量，增大电解质在炭素材料上的界面张力，从而提高电流效率。并且降低电解质分子比和使用添加剂是降低初晶温度最有效的方法，从而使提高电流效率达到双重效果。
2.3控制氧化铝的浓度
氧化铝的浓度不仅影响电流效率的提高，同时也是铝电解能否在低分子比等新工艺技术条件下稳定运行的最主要的因素。氧化铝浓度在4%以下时，浓度越低电流效率越高。一般氧化铝浓度控制在1.5%—3.5%范围内，既能提高电流效率，又能控制阳极效应。目前，国外电解槽趋向于在低氧化铝浓度（1.5%—2%）下进行电解，其优点是：氧化铝能很快熔解，熔体中无悬浮的氧化铝固体颗粒，对熔体的黏度、导电度以及防止在槽底产生氧化铝沉淀都有良好的作用，有利于稳定生产，提高电流效率。
2.4利用分子比达到节能目地
在生产过程中，由于氟化铝的不断挥发和一些副反应的发生，电解质的成分在不断的发生变化，最显著的是分子比升高，使电解温度升高。升高的原因是由于原料中杂质的影响和电解质的挥发，电解质成分的不断变化引起电解温度的波动，电解质的初晶点也是一定范围内变化，需要通过添加剂来控制初晶温度，改善熔盐电解质的一些物理性质，进而达到提高电流效率节约电耗的目的。
相对高分子比生产，低分子比情况下低温电解（温度在920--930℃）能够有效地提高电流效率，但直流电单耗很难低于13570kwh/t-Al，并对操作水平要求较高。经过试验，目前采用中分子比（2.30--2.40 CaF 24.5%-5.5%）生产，槽温由920--930℃提高到930--940℃，成功地规整了炉膛，降低了炉底压降，平均降低30—50mv，节能效果明显。
3工业电解质分子比合理算法研究
当电解质由Na3AlF6、Al2O3、CaF2但成时，其分子比很容易由公式算出。但当电解质中同时含有KF、LiF、MgF2时，电解质分子比的计算就变得复杂起来。KF和LiF使铝电解质变得碱性，而MgF2使铝电解质变得酸性。在目前情况下，实际生产中不可能对电解质试样进行这样的全分析，只能用间接的方法进行分子比的测定，即利用NaF溶于水的性质，向电解质中添加NaF，使加入的NaF和游离的AlF3反应生成冰晶石，并略有剩余，然后分析其中过量的NaF，进而推算出原电解质的分子比。
假设电解质总量为8000kg，在分子比为3时，4800kg为NaF，3200kg为AlF3。如果添加AlF3，并使其过剩量达到10%，即电解质的90%是Na3AlF6，10%为AlF3，即电解质中NaF的质量为8000×0.9×0.6=4320kg，而AlF3的质量为8000×0.9×0.4+8000×0.1=3680kg，此时电解质的质量分子比为：4320/3680=1.1739。相应的分子比为1.1739×2=2.3478。
由于F在电解过程中挥发性好，将造成F减少，所以需要不断添加补充。电解温度越高，挥发量愈大。含水量越高，挥发量越大。F的损失跟净化效率和槽内衬结构及材质也有关。
4结语
在铝电解生产中，电解质的分子比需要快速、准确分析，这是采用低分子比电解质进行低温铝电解的前提条件，是低温电解槽温度能否稳定控制、保持平衡生产的重要因素。现代中间下料预焙槽采用低分子比生产是由自身的特点所决定的。生产中低分子比电解质虽有一定不足，但是通过采取相应的生产工艺技术措施，是可以弥补的。中间下料式预焙槽采用低分子比生产是由自身的特点所决定的。生产中低分子比电解质虽有一定不足，但是通过采取相应的生产工艺技术措施，是可以弥补的。
参考文献
[1]邱竹贤.电解[M].北京：冶金工业出版社，1982.
[2]邱竹贤.铝电解质初晶点数据与低温电解[J].轻金属，2003（3）.
[3]戴小平.160kA预焙电解槽电解质组成的选择[J].轻金属，2002（12）.
[4]王家庆.试谈现代化低能耗电解槽的特征[J].轻金属，1995（7）.