國家經(jīng)濟建設(shè)將要走“以提高資源的利用率，依靠科技促進發(fā)展”的經(jīng)濟路線。而鋁電解是高能耗企業(yè)，電解槽是該類企業(yè)中最大的能耗設(shè)備，降低噸鋁直流電耗是節(jié)能有效途徑。影響噸鋁電耗的主要因素從噸鋁直流電耗的計算公式（直流電耗＝2980×平均電壓÷電流效率）可以看出：降低平均電壓與提高電流效率是降低噸鋁直流電耗的關(guān)鍵。氧化鋁中微量元素過高，必然會導(dǎo)致電解槽電解溫度大幅度下降，爐膛規(guī)整度惡化，電流效率降低，槽底就會被氧化鋁沉淀所覆蓋，造成陽極消耗不均勻，破壞了電解槽工藝制度，降低了電流效率，增高能耗。因此想要降低電解槽平均電壓與提高電流效率，必須控制好原材料氧化鋁質(zhì)量。

1  氧化鋁品質(zhì)對電解生產(chǎn)的影響

1.1 物理性質(zhì)

氧化鋁的物理性能要滿足下列生產(chǎn)要求：在電解質(zhì)中溶解速度快、槽底沉淀少；流動性好，便于風動輸送和向電解槽自動添加；在加料和輸送過程中飛揚損失少，能降低氧化鋁單耗，改善環(huán)境；對氟化氫吸附能力強，能提高干法煙氣凈化效果；保溫性能好，能在電解質(zhì)上形成良好結(jié)殼，屏蔽電解質(zhì)熔體，減少熱損失；有效防護陽極氧化，減少陽極消耗[1]。

氧化鋁的流動性、粉塵量、保溫能力，在冰晶石熔體中的溶解速度和吸附氟化氫的能力等物理性質(zhì)，主要取決于氧化鋁晶體的晶型、粒度和幾何形狀。氧化鋁具體物理性能指標要求見表1。

1.2 化學(xué)純度

在化學(xué)純度方面，要求氧化鋁中雜質(zhì)含量和水分要低。因為氧化鋁中那些電位正于鋁的元素的氧化物，如SiO2、Fe2O3、TiO2等，在電解過程中會被鋁還原，或者優(yōu)先于鋁離子在陰極析出，析出的Si、Fe、Ti進入鋁內(nèi)，降低鋁的品位；而那些電位負于鋁元素的氧化物，如Na2O、CaO會分解冰晶石，使電解質(zhì)成分改變，并增加氟化鹽消耗。氧化鋁中的水分同樣會分解冰晶石，一是引起氟化鹽消耗，二是增加鋁中的氫含量，三是產(chǎn)生氟化氫氣體污染環(huán)境。P2O5則會影響電流效率。因此，生產(chǎn)中必須盡可能地降低氧化鋁中的雜質(zhì)含量。

2  氧化鋁中微量元素對電解生產(chǎn)的影響

鋁電解質(zhì)中微量元素鋰、鉀、鈣、鎂等的含量對電解生產(chǎn)影響很大。氧化鋁中的微量元素對我公司生產(chǎn)影響主要是鋰、鉀等元素，具體影響見表2。

2.1 使用高鋰氧化鋁給電解生產(chǎn)造成的影響

2.1.1降低電解質(zhì)熔點

LiF每升高1%降低初晶溫度7～9℃，LiF含量在1%～8%，電解質(zhì)熔點差別可高達40～60℃[2]，造成電解溫度差別巨大（900～960℃）。LiF、KF添加對電解溫度影響（如圖1）。

2.1.2降低電解質(zhì)中氧化鋁溶解性能

1%的LiF能降低電解質(zhì)中氧化鋁溶解度約3%左右，降低氧化鋁溶解速度約5%左右，這和電解質(zhì)成分及氧化鋁類型有密切關(guān)系。

2.1.3對電流效率的影響

氟化鋰含量越高，槽底就會被氧化鋁沉淀所覆蓋，造成陽極消耗不均勻，破壞了電解槽工藝制度，降低了電流效率，增高能耗，氟化鋰超過7%電解質(zhì)凝固點很低，對電解槽的熱平衡起到不利影響。氟化鋰含量在8%～10%的電解質(zhì)，會造成經(jīng)濟指標極端惡化。氟化鋰含量為3%～5%的電解質(zhì)，能獲得最佳電流效率和最低能耗。

2.1.4對氟化鹽消耗的影響

高鋰電解質(zhì)降低過剩氟化鋁量效果明顯，通常1%的LiF減少過剩氟化鋁量為2.1%。

2.1.5對槽壽命的影響

在電解槽的內(nèi)襯中，較小的鋰離子能替代較大的鈉離子，所以能減少內(nèi)襯的應(yīng)力，延長槽壽命，一般認為可延長1～2年。

2.1.6對產(chǎn)品質(zhì)量與鑄造的影響

原鋁中一般含有10～30ppm的金屬鋰，鋁錠中鋰超過2ppm以上，鋁液流動變粘滯，鑄造困難，鑄造過程可能出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，甚至?xí)枞麧沧⒖凇ｄ嚭砍^10ppm，板錠、拉絲或其他鑄造件表面將變得非常粗糙，鋁材脆性增加。

2.2 使用國產(chǎn)氧化鋁中的微量元素對生產(chǎn)的影響

目前國內(nèi)尤其是河南境內(nèi)使用國產(chǎn)氧化鋁比例普遍偏高，其氟化鋰含量有的已超出3～5%范圍，給電解生產(chǎn)帶來負面影響，主要表現(xiàn)在：

（1） 電解溫度大幅度降低；

（2） 造成爐膛規(guī)整度惡化，主要表現(xiàn)在爐底沉淀增加，爐幫變薄，液體電解質(zhì)總量增多；

（3） 電解生產(chǎn)穩(wěn)定性降低，電壓升高，電壓擺動增加，部分電解槽出現(xiàn)滾鋁；

（4） 電流效率降低、能耗增高。爐膛惡化，極距降低且與理論值差別大，過熱度增大等，導(dǎo)致能耗與電效指標惡化。

3 某廠近3年使用氧化鋁比例及指標分析

3.1運行分析

（1）隨進口氧化鋁比例不斷減小，電解質(zhì)中鋰鹽含量進一步加大，電解質(zhì)分子比不斷升高，槽溫進一步下降，電解槽效應(yīng)越來越多。

（2）爐底壓降變化不大，甚至略有下降，這與電解槽大修啟動有關(guān)，大修啟動電解槽共124臺，占總數(shù)的48.4%。

（3）進口氧化鋁比例雖然逐年下降，氧化鋁中鋰鹽、雜質(zhì)對電解生產(chǎn)也造成了一定影響。但電解溫度、電流效率、平均電壓、直流電耗、爐底壓降及各種能耗基本正常，總體指標保持較好，生產(chǎn)穩(wěn)定。

（4）平均槽溫四年來降低5℃，鋰鹽含量5.33%，稍微超標，綜合壓降、分子比、平均電壓、效率多種因素測算，氧化鋁進口比例最低應(yīng)保持在30%。

4  穩(wěn)定生產(chǎn)使用合理氧化鋁比例

按以上指標計算，若進口氧化鋁比例保持在30%，大約需要一年時間，能使Li、K、Ca含量基本降到或接近于行業(yè)統(tǒng)計標準，槽溫上升到930℃左右，按比例混合后的氧化鋁流動性和溶解性能基本滿足電解生產(chǎn)的正常要求。

4.1 按30%或50%進口比例配比進口氧化鋁

措施一：按30%或50%進口比例配比進口氧化鋁，具體使用氧化鋁量（見表7）。

表7 按30%或50%進口比例核算需用進口氧化鋁量

4.2 進口氧化鋁和山東或廣西氧化鋁搭配使用

措施二：進口氧化鋁和山東或廣西氧化鋁搭配使用，具體使用氧化鋁量（見表8）。

 
4.3 公司高鋰鹽電解質(zhì)與國內(nèi)廠家低鋰鹽電解質(zhì)置換

措施三：山東一廠、山東二廠與四川廠家三家鋁廠電解質(zhì)塊鋰鹽含量較低，建議和以上三家按1:1比例置換電解質(zhì)塊。

5結(jié)論

5.1在電解生產(chǎn)過程中，氧化鋁中微量元素含量對電解槽生產(chǎn)至關(guān)重要。含量過高會造成、電解溫度大幅度降低、造成爐膛規(guī)整度惡化、電解生產(chǎn)穩(wěn)定性降低、電流效率降低、能耗增高。

5.2通過計算，進口氧化鋁比例保持在30%，大約需要一年時間，能使Li、K、Ca含量基本降到或接近于行業(yè)統(tǒng)計標準，槽溫上升到930℃左右，按比例混合后的氧化鋁流動性和溶解性能基本滿足電解生產(chǎn)的正常要求。