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300KA大型预焙槽加锂盐铝电解生产技术
一、
所属行业
铝电解
二、
技术名称
300KA大型预焙槽加锂盐铝电解生产技术
三、
技术类型
节能降耗
四、
适用领域
大型预焙铝电解槽
五、
技术内容
1、基本原理
早在1886年霍尔的第一个专利书中，就已提出了锂盐在铝电解上应用的建议，它的主要作用是降低电解质的初晶点，提高电解质导电率，降低电解质密度等，下面从锂盐对电解质体系的影响进行逐一分析。
（1）电解温度
电解温度T实际可表示为电解质的初晶温度t0与电解值的过热度△t之和，即
T=t0+△t
电解质中添加锂盐后，可使其初晶温度降低，其对初晶温度的影响可从下表看出：
表1
LiF对电解质初晶温度的影响
|
LiF wt % |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
19 |
|
初晶温度oC |
955.0 |
938.5 |
921.3 |
905.5 |
886.7 |
875.5 |
锂盐能使电解质初晶温度降低，主要是由于添加锂盐后，在电解质体系中形成了一个稳定的低溶点化合物锂冰晶石（Li3AlF6），通过简单的LiF－AlF3二元系相图（风图1
）可以看到，锂冰晶石（Li3AlF6）的熔点只有785oC左右，而冰晶石（Na3AlF6）的溶点则为1010oC，因此，用部分锂冰晶石代替钠冰晶石可以显著降低冰晶石－氧化铝二元系的熔点。
图1
LiF－AlF3二元系相图
（2）电解质的电导率
锂盐添加后将使电解质体系得到改善，增加电解质电导率
图2
各种添加剂对冰晶石熔液电导率的影响
从图2可以看出，LiF对电解质电导率的影响最强，随着电导率的增加,电解质电阻降低，从而可以达到降低电压的目的，因此LiF是铝电解生产优良的添加剂。
（3）对密度的影响
图3
添加剂对冰晶石熔液密度的影响
从图3可以看出相对MgF2及CaF2，LiF添加剂能降低电解质密度，可使铝液镜面同电解质界面更好的分层，减少二次反应的几率，达到提高电流效率的目的。
（4）对电解质粘度的影响
图4
各种添加剂对冰晶石熔液粘度的影响（1010oC）
从图4可以看出，LiF对降低电解质粘度的效果最显著，粘度的降低，促进电解质在电解槽内的流动和CO2气体的排除，提高电流效率。
从以上分析可以看出，LiF能够显著改善冰晶石熔液的物理性能。表2计算了各种添加剂对电解质物理性能的影响。
表2
各种添加剂对电解质物理性能的影响
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电解质各种添加剂 |
初晶温度oC |
导电率Ω-1·㎝-1 |
蒸汽压Pa |
|
Na3AlF6 |
1011 |
2.874 |
534 |
|
CaF2 |
4% |
－12 |
－0.051 |
－2 |
|
7% |
－20 |
－0.099 |
－3 |
|
AlF3 |
4% |
－1 |
－0.171 |
＋137 |
|
7% |
－24 |
－0.439 |
＋593 |
|
LiF |
1% |
－9 |
＋0.047 |
－11 |
|
3% |
－27 |
＋0.142 |
－33 |
|
MgF2 |
1% |
－5 |
－0.047 |
－10 |
|
3% |
从表2可以看出：锂盐在降低电解质初晶温度，提高电导率以及降低氟化盐消耗方面比其他添加剂都好，因此锂盐应该是铝电解生产的良好添加剂。
2、工艺流程图
3、技术特点：
（1）降低电耗
使用该技术后，在极距不变的情况下，电解槽工作电压降低了，从而大大降低了吨铝电耗。使得在铝产量不减的情况下，节约了用电量，特别在用电紧缺时期，节约的电量可以弥补社会其他行业及生活需要。
（2）电解温度的降低
使用该技术后，电解槽槽温随着电解质初晶温度的降低而降低，减少了氟化物的挥发，改善了生产作业环境，同时减少了对环境的污染。
（3）电流效率提高
使用该技术后，由于电解槽槽温的降低，使得电流效率有所提高。
4、技术评审和知识产权情况
此项技术属企业技术革新成果，自主知识产权，已应用在企业的大批量生产中，节能降耗明显，适用于所有大型预焙槽铝电解生产。
六、技术适用条件
1、工艺技术条件
本技术适用于大型预焙槽生产工艺体系，对工艺技术条件无特殊要求。
2、对原料、材料及设备的要求
本技术要求在大型预焙槽上使用，对满足大型预焙槽生产的原料、材料皆适用，无特殊要求。
七、主要技术经济指标
大型预焙槽在添加锂盐后，电流效率明显提高（槽日产提高了55.69 kg），直流电单耗下降了368
kwh/t.Al，氟化铝单耗下降了8.51
kg/t.Al。
如表3所示。
表3
300KA系列添加锂盐主要技术经济指标
|
|
槽日产（kg） |
电耗（kwh/t.Al） |
AlF3（kg/t.Al） |
|
添加前 |
2260 |
13400 |
27 |
|
添加后 |
2315.69 |
13032 |
18.49 |
|
差值 |
55.69 |
368 |
8.51 |
八、投资与效益
1、节电：
300KA系列添加锂盐后，直流电耗降低368kwh/t.Al，根据整流效率98.85%计算出300KA系列吨铝交流电耗为：
368÷0.9885=372kwh/t.Al
300KA系列年产量20万吨，按每度电0.2794元计算，全年可创效：
372×200000×0.2794÷10000=2078.736万元
2、提高产量：
300KA系列添加锂盐后，槽日产增加55.69㎏，系列248台槽365天可创效（按吨铝利润1689元计算）：
55.69×248×365÷1000×1689÷10000=851.43万元
3、节约氟化铝消耗部分：300KA系列添加锂盐后，吨铝节约氟化铝8.51㎏，按300KA系列年产量20万吨计算（氟化铝价格5元/㎏）：
8.51×200000×5÷10000=851万元
4、锂盐成本：300kA系列单台槽日添加锂盐为8㎏（碳酸锂），按28元/㎏计算，费用为：
8×248×365×28=2027.65万元
5、因此，300kA系列每年可多创效：
2078.736＋851.43＋851－2027.65=1753.516万元
九、已成功应用该技术的主要用户
云南铝业股份有限公司300KA系列、186KA系列。
十、推广应用的建议
此项工艺技术是通过加入锂盐铝电介质使预焙槽的生产条件优化，进一步降低了直流电消耗和氧化铝的消耗，技术成熟、先进、已在云南铝业股份有限公司的300KV和
186KV大型铝电解预焙槽上应用，使直流电消耗下降了368KWH/t.Al,
氧化铝单耗下降了8.51KG/
t.Al，节能降耗、减轻污染，经济效益和环境效益显著。对现有满足大型预焙槽电解铝生产的原料、材料皆适用，对工艺条件也无特殊要求。
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