對(duì)鋁電解質(zhì)分子比測(cè)定方法的分析與認(rèn)識(shí)

摘要：本文論述了鋁電解質(zhì)分子比的測(cè)定方法，為合理地在鋁解質(zhì)中測(cè)定分子比提供了一定的見解。

關(guān)鍵詞：鋁電解質(zhì)，分子比，測(cè)定方法，分析與認(rèn)識(shí)

1、前言

在鋁電解生產(chǎn)中，其通過測(cè)定鋁電解質(zhì)的成分，不斷調(diào)整使其穩(wěn)定，以達(dá)到初晶溫度的穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電解溫度的穩(wěn)定。雖然鋁電解質(zhì)的分子比是一項(xiàng)十分重要的技術(shù)參數(shù)，但是鋁電解質(zhì)分子比的定義表達(dá)式卻存在多種多樣的表達(dá)形式，即給分子比的計(jì)算和測(cè)定工作帶來很多弊端。在工業(yè)鋁的電解生產(chǎn)工作中，采用的電解質(zhì)只有具備良好的理化性質(zhì)，才可以獲取低的電耗和高的電流效率。電解質(zhì)的性質(zhì)由電解質(zhì)的成分決定。其需要控制電解溫度，選擇低熔點(diǎn)的電解質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)低溫電解。

2、對(duì)鋁電解質(zhì)分子比測(cè)定方法的分析與認(rèn)識(shí)

目前，我國的鋁電解行業(yè)一般都采取酸性電解質(zhì)進(jìn)行批量生產(chǎn)。在這種電解質(zhì)中加入了游離的氟化鋁，以增強(qiáng)電解效率。在我國的電解生產(chǎn)實(shí)踐工作中，因?yàn)樘砑恿烁鞣N各樣的添加劑，所以其導(dǎo)致電解質(zhì)的物相變得非常復(fù)雜。與此同時(shí)，因?yàn)榉肿颖鹊臏y(cè)定方式多種多樣，所以其導(dǎo)致在測(cè)定同一類電解質(zhì)的分子比時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多種測(cè)定值。據(jù)此可以推測(cè)，一旦在電解質(zhì)中加入LiF、CaF2和MgF2等，鋁電解質(zhì)的分子比測(cè)定工作會(huì)變得越來越難。

2.1、電解質(zhì)的物相

工業(yè)電解質(zhì)主要由冰晶石組成。其當(dāng)分子比小于3.0時(shí)，有過剩氟化鋁存在。此外，各種添加劑，諸如CaF2、MgF2和LiF等也存在于電解質(zhì)中。因此當(dāng)上述物質(zhì)存在時(shí)，對(duì)新物相的產(chǎn)生和相互關(guān)系的研究是十分復(fù)雜的。對(duì)此，邱竹賢、K.Grjotheim等人進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。其所給出的物相結(jié)果也被鋁業(yè)界認(rèn)可。但從其最新的研究結(jié)果來看，復(fù)雜鋁電解質(zhì)物相要比以前認(rèn)為的復(fù)雜。2.2、鋁電解質(zhì)酸堿度的表示方法及其間關(guān)系

2.2.1、鋁電解質(zhì)酸堿度的表示方法

鋁電解質(zhì)酸堿度的劃分標(biāo)準(zhǔn)是以冰晶石（3NaF·A1F3）的組成為界。針對(duì)冰晶石的合量而言，當(dāng)NaF和A1F3的組成合量恰好在冰晶石的組成點(diǎn)時(shí)，此時(shí)就成為中性電解質(zhì);當(dāng)存在過量的A1F3，即為酸性電解質(zhì);當(dāng)存在過量的NaF，即為堿性電解質(zhì)?，F(xiàn)階段，世界各地的鋁電解生產(chǎn)工廠中，都是采用酸性電解質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)，所以，必須明確鋁電解質(zhì)酸度的表示方法?；谌?qū)︿X電解質(zhì)酸度的研究成果，現(xiàn)階段對(duì)鋁電解質(zhì)酸度的表示方法主要分為三種。

（1）、西歐國家采取的表示方法。

其以對(duì)冰晶石組成的多余的A1F3的合量（即%重量）來進(jìn)行表達(dá)，稱為游離氟化鋁或過剩氟化鋁，用f來進(jìn)行表達(dá)。

（2）、我國目前采取的表示方法。

其用電解質(zhì)中A1F3與NaF的分子數(shù)的比值進(jìn)行綜合表達(dá)，稱之為冰晶石比，俗稱為分子比，用K來進(jìn)行表達(dá)。電解質(zhì)中A1F3的分子數(shù)/電解質(zhì)中NaF的分子數(shù)=1/K。

（3）、日本、北美等國家采取的表示方法。

其用電解質(zhì)內(nèi)A1F3與NaF的重量的比值進(jìn)行綜合表達(dá)，稱之為電解質(zhì)的重量比或質(zhì)量比，用R來進(jìn)行表達(dá)，電解質(zhì)中A1F3的重量/電解質(zhì)中NaF的重量=1/R

2.2.2、幾種酸度之間的關(guān)系

（1）、游離A1F3含量和分子比之間的關(guān)系

其前提條件為電解質(zhì)內(nèi)沒有其他外加物。這也是計(jì)算其他情況的基礎(chǔ)條件。假設(shè)電解質(zhì)內(nèi)A1F3總百分含量為X，X1是和NaF結(jié)合為Na3A1F6所需要的A1F3的含量（%），那么和A1F3結(jié)合為Na3A1F6所需要的NaF的含量（%）是1.5X1，，那么f+X1+1.5X1=100，得X1 =0.4 （100-f）。因?yàn)閄=f+X1，則K=3-7.5f/（100+1.5f）。

（2）、重量比和分子比之間的關(guān)系

假定電解質(zhì)中NaF的含量（或%重量）為x，電解質(zhì)中A1F3的含量（或%重量）為y。那么k=/=2×=2R，在這個(gè)表達(dá)式中，R=。也就是說，NaF和A1F3含量在相同的情況下，電解質(zhì)的重量比是分子比的一半。

3、依靠技術(shù)進(jìn)步，以合理地應(yīng)用鋁電解質(zhì)分子比的測(cè)定方法

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)用電解質(zhì)熔劑Na3A1F6-A1F3-Al2O3以Na3A1F6、A1F3和Al2O3為主要成分，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為92%，其它為各種堿金屬和堿土金屬氟化物，諸如LiF、CaF2和MgF2等。我國通常用NaF/A1F3的摩爾比來表示電解質(zhì)的酸堿度，一般將NaF/A1F3的摩爾比（俗稱分子比）小于3.0時(shí)稱為酸性電解質(zhì)，目前工業(yè)生產(chǎn)中通常采用酸性電解質(zhì)熔劑。電解質(zhì)酸堿度是鋁電解生產(chǎn)中一項(xiàng)非常重要的工藝技術(shù)參數(shù)，直接影響電解生產(chǎn)過程與能耗指標(biāo)。

見諸文獻(xiàn)的電解質(zhì)分子比的測(cè)定方法有近10種。其大體可分為直接分析和間接分析兩類。

第一類的特點(diǎn)是通過測(cè)定電解質(zhì)試樣中NaF與A1F3的絕對(duì)含量后計(jì)算分子比，采用的方法有滴定法、X射線熒光分析法等。第二類是通過測(cè)定電解質(zhì)的某些特征量后經(jīng)擬合公式推算出分子比，如熱滴定法、電導(dǎo)法、X射線衍射法等。實(shí)踐中水浸液電導(dǎo)法和X射線熒光分析法已經(jīng)成為電解鋁企業(yè)普遍應(yīng)用的常規(guī)分析方法。

近年來，試圖通過改良電解質(zhì)體系來改進(jìn)鋁電解工藝，達(dá)到生產(chǎn)節(jié)能降耗的目的。其最新研制更為復(fù)雜的Na3A1F6-K3AlF6-A1F3-A12O3和Na3A1F6-NaF-LiF-A12O3體系電解質(zhì)，使電解質(zhì)的分子比的測(cè)定遇到一些新的問題，諸如含鉀的低溫電解質(zhì)體系、氟化鋰與氟化鎂型添加劑復(fù)合添加以及強(qiáng)堿性或強(qiáng)酸性電解質(zhì)的應(yīng)用等。

4結(jié)束語

綜上所述，在鋁電解質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)工作中，利用低分子比電解質(zhì)進(jìn)行低溫鋁電解的前提條件是準(zhǔn)確、快速的分析鋁電解質(zhì)的分子比。與此同時(shí)，低溫電解槽的溫度是否可以保持平衡生產(chǎn)、穩(wěn)定控制也和分子比的快速測(cè)定息息相關(guān)。所以，鋁電解質(zhì)分子比的測(cè)定工作對(duì)鋁電解質(zhì)的生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。通過對(duì)水浸液-電導(dǎo)法測(cè)定堿性和含鉀兩類新型鋁電解質(zhì)分子比的研究，建立了堿性電解質(zhì)和含鉀新型鋁電解質(zhì)分子比測(cè)定的計(jì)算公式。試驗(yàn)表明：該公式的可靠性高、結(jié)果的重現(xiàn)性好，適用于水浸液-電導(dǎo)法測(cè)定科研和工業(yè)生產(chǎn)中堿性和含鉀類新型鋁電解質(zhì)分子比。

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作者簡(jiǎn)介：

溫淑婷（1995.09.14），女，助理工程師，主要從事工業(yè)分析與技術(shù)檢測(cè)以及標(biāo)準(zhǔn)化工作。