電解鋁主材中Si、Fe對(duì)原鋁質(zhì)量影響

李新峰

（1中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083 2河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司， 河南 鞏義 451261）

電解鋁主材中Si、Fe對(duì)原鋁質(zhì)量影響

李新峰1，2

（1中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083 2河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司， 河南 鞏義 451261）

本文通過(guò)對(duì)影響電解鋁質(zhì)量較為明顯的主材微量元素Si、Fe進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集整理，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，運(yùn)用線性回歸方程，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，量化Si、Fe對(duì)原鋁質(zhì)量的影響程度,通過(guò)對(duì)百分比關(guān)系及元素含量走勢(shì)圖分析，達(dá)到對(duì)氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極中Si、Fe影響原鋁質(zhì)量程度的量化研究。

氧化鋁;預(yù)焙陽(yáng)極;Si、Fe;原鋁質(zhì)量;運(yùn)行變化;函數(shù)關(guān)系;回歸方程;量化研究

原鋁中雜質(zhì)元素主要來(lái)源于氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極，但也有一些雜質(zhì)元素還來(lái)源于生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)。其中，影響原鋁質(zhì)量最明顯的雜質(zhì)元素主要是Fe、Si、Zn、V、Ga等，而怎樣控制這些雜質(zhì)元素則成為目前原鋁質(zhì)量控制的關(guān)鍵。本文以Si、Fe為例，通過(guò)對(duì)原鋁、氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極中Fe、Si兩元素含量之間的關(guān)系，探討氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極中Si、Fe對(duì)原鋁質(zhì)量的影響大小。

以中孚鋁業(yè)公司的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象。在統(tǒng)計(jì)時(shí)，由于氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極的使用范圍不能與電解槽一一對(duì)應(yīng)，所以只能從宏觀上來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在統(tǒng)計(jì)時(shí)需要考慮實(shí)際進(jìn)入原鋁中的雜質(zhì)元素含量，根據(jù)中孚鋁業(yè)公司生產(chǎn)情況，每生產(chǎn)1噸原鋁需要凈耗1.889噸氧化鋁和0.387噸預(yù)焙陽(yáng)極。因此，氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極的Si、Fe含量的月平均值乘以相應(yīng)系數(shù)，再與原鋁中Si、Fe含量的月平均值進(jìn)行計(jì)算，找出它們之間的關(guān)系。

1 氧化鋁

鐵硅含量月平均值計(jì)算：分別計(jì)算每個(gè)廠家氧化鋁中的Fe2O3含量和SiO2含量的月平均值，然后換算成每個(gè)廠家氧化鋁的Fe含量和Si含量的月平均值，再乘以每個(gè)廠家月供貨量，最后相加再除以每月一分廠氧化鋁總消耗量得出。其中Fe2O3含量和SiO2含量轉(zhuǎn)換成Fe含量和Si含量的公式為：Fe%= Fe2O3%×，Si%=SiO2%×（鐵的原子量56，硅的原子量28）。生產(chǎn)1噸原鋁所引入的氧化鋁中的鐵硅含量為：氧化鋁鐵硅含量乘以1.889。則每月氧化鋁中進(jìn)入原鋁的鐵硅含量月平均值為：氧化鋁鐵硅含量月平均值乘以1.889。

2 預(yù)焙陽(yáng)極

由于預(yù)焙陽(yáng)極微量元素是每月抽查1次，將抽查結(jié)果的平均值作為炭素公司的鐵硅含量月平均值。同時(shí)鐵硅含量月平均值需要轉(zhuǎn)換為：每噸原鋁中實(shí)際需要消耗的預(yù)焙陽(yáng)極量所引入的鐵硅含量。即轉(zhuǎn)換后的預(yù)焙陽(yáng)極鐵硅含量月平均值為：預(yù)焙陽(yáng)極月平均值乘以0.387。

3 原鋁

原鋁鐵硅含量月平均值直接從生產(chǎn)管理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)得出。

4 函數(shù)關(guān)系

4.1 建立回歸模型

根據(jù)收集整理的連續(xù)12個(gè)月的原鋁鐵硅含量月平均值Y（%）、換算后的氧化鋁的鐵硅含量月平均值X1（%）及預(yù)焙陽(yáng)極的鐵硅含量月平均值X2（%）作為統(tǒng)計(jì)依據(jù)，運(yùn)用二元線性回歸方程計(jì)算原鋁、氧化鋁、預(yù)焙陽(yáng)極三者之間的鐵硅含量函數(shù)關(guān)系。數(shù)據(jù)整理見(jiàn)表1：

根據(jù)原鋁、氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極之間的關(guān)系，建立回歸模型：Yi=β0+β1X1i+β2X2i+μi。其中：Yi為每月原鋁鐵硅含量平均值變化量；β0、β1、β2為偏回歸系數(shù)（其中β0為截距，β1、β2為偏斜率系數(shù)）；X1i為換算后氧化鋁鐵硅含量月平均值變化量；X2i為換算后預(yù)焙陽(yáng)極鐵硅含量每月平均值變化量；μi為殘差（即隨機(jī)誤差項(xiàng)），是估計(jì)值Yi’與實(shí)測(cè)值Yi之間的偏差，其公式為：μi=Yi-Yi’=Yi-（β0+β1X1i+β2X2i），其中i=1,2,…,13。

圖1 氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極鐵含量在原鋁中的百分比

圖2 氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極硅含量在原鋁中的百分比

表1 原鋁、換算后的氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極鐵硅含量月平均值表

4.2 回歸方程

4.2.1 鐵含量回歸方程

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得出求得原鋁與氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極中鐵含量樣本估計(jì)回歸方程為：

Yi'=0.0955－0.2178X1i－0.03477X2i

總回歸方程為：

Yi=0.0955－0.2178X1i－0.03477X2i+μi

4.2.2 硅含量回歸方程

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得出原鋁與氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極中硅含量樣本估計(jì)回歸方程為：

Yi'=0.0222－0.0429X1i+3.5374X2i

總回歸方程為：

Yi=0.0222－0.0429X1i+3.5374X2i+μi

5 氧化鋁、預(yù)焙陽(yáng)極中鐵硅含量在原鋁中的占比分布

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以得到氧化鋁、預(yù)焙陽(yáng)極在原鋁中的鐵硅含量百分比分布圖，見(jiàn)圖1、圖2。

圖3 原鋁、氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極鐵含量走勢(shì)圖

圖4 原鋁、氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極硅含量走勢(shì)圖

6 原鋁、氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極鐵硅含量走勢(shì)圖

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得原鋁與氧化鋁及預(yù)焙陽(yáng)極中鐵硅含量走勢(shì)圖，見(jiàn)圖3和圖4。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）鐵回歸方程中，氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極的斜率為負(fù)值，硅回歸方程中氧化鋁的斜率為負(fù)值，說(shuō)明原鋁中鐵硅元素的含量除了受氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極的影響外，還受到其它因素的影響。同時(shí)在鐵硅回歸方程中，氧化鋁的斜率系數(shù)小于預(yù)焙陽(yáng)極的斜率系數(shù)，則說(shuō)明在鐵硅含量中預(yù)焙陽(yáng)極對(duì)原鋁的影響比氧化鋁大。

（2）根據(jù)鐵硅百分比，氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極在原鋁中的鐵硅占比最高均未超過(guò)60%，且大多在50%以下。這說(shuō)明除了氧化鋁和預(yù)焙陽(yáng)極對(duì)原鋁中的鐵硅元素影響外，還有外來(lái)因素的影響，且影響也較大。

（3）根據(jù)鐵硅含量走勢(shì)圖，原鋁中的鐵硅含量是在逐漸遞減的，其中鐵含量的遞減幅度較小，硅含量的遞減幅度較大。這說(shuō)明外來(lái)因素引入的鐵含量未得到很好控制，而硅含量卻得到了較好的控制。

總之，以上分析方法為原鋁質(zhì)量的控制提供了一個(gè)研究的方向，雖然理論結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)中的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，但此種分析方法值得進(jìn)一步的探討。生產(chǎn)上應(yīng)結(jié)合原鋁的生產(chǎn)實(shí)際情況合理進(jìn)行調(diào)整控制，不斷完善，保證原鋁質(zhì)量能完全滿足下游客戶(hù)的要求。

[1]預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量現(xiàn)狀及影響其質(zhì)量的主要因素，蒼向輝；《鋁鎂通訊》,2013(4):31-33.

[2]原鋁質(zhì)量的影響因素，袁藝，輕金屬:2011（8）:44-47.

[3]白俠飛，電解鋁質(zhì)量管理探討，中國(guó)有色金屬，2009（06）.