氧化鋁濃度控制

何 文，唐 勇，李 銳

（眉山市博眉啟明星鋁業(yè)有限公司，四川 眉山 620041）

在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，影響生產(chǎn)指標(biāo)的因素較多，如原材料、電解質(zhì)成份、氧化鋁濃度、電壓、在產(chǎn)鋁量、控制系統(tǒng)、操作管理等，尤其是技術(shù)條件管理，需多參數(shù)綜合調(diào)控，建立平衡體系，保持8℃～12℃的過(guò)熱度有利于實(shí)現(xiàn)較好的生產(chǎn)指標(biāo)。

本文對(duì)電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中的氧化鋁濃度控制對(duì)電壓、電流效率的影響進(jìn)行論述。

1 電解質(zhì)電阻與氧化鋁濃度的關(guān)聯(lián)性

電解質(zhì)電阻隨氧化鋁濃度變化而變化，其關(guān)聯(lián)性如下圖：

圖1 電解質(zhì)電阻隨氧化鋁濃度變化

如圖所示，電解質(zhì)電阻在氧化鋁濃度為4%的條件下具有最小值，4%的氧化鋁濃度是電解質(zhì)電阻變化的臨界點(diǎn)。以臨界點(diǎn)劃分，氧化鋁濃度分為高濃度區(qū)域和低濃度區(qū)域。在高濃度區(qū)域，隨氧化鋁濃度增加，電解質(zhì)電阻增加；在低濃度區(qū)域，隨氧化鋁濃度減小，電解質(zhì)電阻增加，濃度越低變化越大。

在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，利用電解質(zhì)電阻隨氧化鋁濃度變化的特性來(lái)進(jìn)行氧化鋁濃度控制。在生產(chǎn)過(guò)程中，電解質(zhì)電阻的變化表現(xiàn)為電解槽電壓的變化，如下圖所示：

圖2 電解鋁生產(chǎn)過(guò)程

電解槽在過(guò)量加料的狀態(tài)下，氧化鋁濃度增加，電壓下降；電解槽在欠量加料的狀態(tài)下，氧化鋁濃度降低，電壓上升。

2 氧化鋁濃度控制要求

電解質(zhì)對(duì)氧化鋁的溶解存在最大值，是指氧化鋁溶解在電解質(zhì)中的最大濃度，飽和度。不同的電解質(zhì)體系具有不同的飽和度，常規(guī)的電解質(zhì)體系（低鋰鉀）飽和度在8%左右，高鋰鉀含量的電解質(zhì)體系氧化鋁飽和度更低。

在電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，若氧化鋁量超過(guò)飽和度，多余部份不能溶解，沉積在電解槽底，形成沉淀，甚至變成硬結(jié)殼，破壞電解槽爐膛，造成電解槽電流分布紊亂，引發(fā)電解槽波動(dòng)，嚴(yán)重影響電解槽生產(chǎn)。若氧化鋁濃度偏低，會(huì)造成電流空耗，引發(fā)陽(yáng)極效應(yīng)，電壓大幅上升，降低電流效率并且增加電耗。因此氧化鋁濃度控制首先要控制沉淀產(chǎn)生，保持電解槽爐膛規(guī)整，穩(wěn)定生產(chǎn)；其次是維持足夠的濃度，避免電流空耗，控制陽(yáng)極效應(yīng)。

根據(jù)電解質(zhì)電阻與氧化鋁濃度的關(guān)聯(lián)性，以及氧化鋁濃度控制要求，在電解鋁生產(chǎn)中，為避免沉淀產(chǎn)生，保持爐膛規(guī)整，氧化鋁濃度應(yīng)控制在低濃度區(qū)域；為減小電解質(zhì)電阻，降低無(wú)功電壓，在低濃度區(qū)域應(yīng)盡可能高。在這樣的濃度區(qū)域能保持穩(wěn)定生產(chǎn)取得較好的生產(chǎn)指標(biāo)。

3 優(yōu)化氧化鋁濃度控制

目前有很大比例的電解鋁生產(chǎn)的槽控機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)電壓的調(diào)控設(shè)定參數(shù)為窄死區(qū)上限偏差值（與設(shè)定電壓比較）50mv，下限偏差值30mv，寬死區(qū)上限偏差值100mv，下限偏差值50mv。在窄死區(qū)范圍內(nèi)不對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，超出窄死區(qū)范圍，在寬死區(qū)范圍內(nèi)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整。并對(duì)超出寬死區(qū)范圍的電壓進(jìn)行報(bào)警，提醒人工干預(yù)。

在這種模式下，當(dāng)電解槽電壓超出窄死區(qū)范圍，在寬死區(qū)范圍內(nèi)槽控機(jī)對(duì)電壓進(jìn)行主動(dòng)調(diào)整。當(dāng)電壓在寬、窄死區(qū)上限時(shí)，槽控機(jī)主動(dòng)下降電壓；在寬、窄死區(qū)下限時(shí)，槽控機(jī)主動(dòng)提升電壓。電解槽在正常的生產(chǎn)狀態(tài)下，電壓的變化是由氧化鋁濃度變化引起的，氧化鋁濃度降低時(shí)電壓上升，氧化鋁濃度增加時(shí)電壓下降，電壓變化是氧化鋁濃度變化的特征表現(xiàn)。槽控機(jī)通過(guò)對(duì)電壓區(qū)域的設(shè)定來(lái)調(diào)整電壓，在寬窄死區(qū)的上下限主動(dòng)干預(yù)電壓，沒有充分利用氧化鋁濃度變化對(duì)電解質(zhì)電阻的影響，尤其是在氧化鋁濃度偏低電壓上升時(shí)降電壓壓縮極距，氧化鋁濃度較長(zhǎng)時(shí)間保持在低濃度狀態(tài)，造成電流效率降低。

針對(duì)目前的槽控機(jī)干預(yù)電壓的控制模式存在的缺陷，選10臺(tái)電解槽修改電壓控制模式，在氧化鋁濃度偏低時(shí)電壓上升不進(jìn)行干預(yù)調(diào)整，而是通過(guò)調(diào)整氧化鋁過(guò)欠量加料來(lái)修正電壓，避免較長(zhǎng)時(shí)間保持低氧化鋁濃度狀態(tài)增加無(wú)功電壓，避免降電壓電解槽壓極距降低電流效率。

在過(guò)量加料時(shí)，氧化鋁濃度增加，電解質(zhì)電阻降低，電壓表現(xiàn)為下降狀態(tài)，逐漸低于目標(biāo)電壓，當(dāng)電壓下降到一定程度，變化斜率降低，電壓曲線平緩時(shí)加料狀態(tài)轉(zhuǎn)換為欠量；在欠量加料狀態(tài)下，電壓表現(xiàn)為上升狀態(tài)，當(dāng)電壓超過(guò)目標(biāo)電壓時(shí)立即轉(zhuǎn)換為過(guò)量加料狀態(tài)。通過(guò)這樣的控制模式，電解槽在低濃度區(qū)域始終保持較高濃度，電解質(zhì)電阻保持在低位，并且降低電解質(zhì)濃度差異電壓，有效的降低了無(wú)功電壓。

試驗(yàn)槽電壓控制曲線：

圖3 試驗(yàn)槽電壓控制變化曲線

4 生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比

試驗(yàn)槽生產(chǎn)兩年的生產(chǎn)指標(biāo)與正常槽比較如下：

表1 試驗(yàn)槽生產(chǎn)兩年的生產(chǎn)指標(biāo)與正常槽比較

從兩年時(shí)間的生產(chǎn)指標(biāo)比較，試驗(yàn)槽優(yōu)化了氧化鋁濃度控制，電解質(zhì)中氧化鋁濃度在低濃度區(qū)域始終保持較高濃度狀態(tài)，有效的降低了電解質(zhì)電阻，降低濃度差異電壓，與原有的控制模式比較，有效的降低了無(wú)功電壓，電解槽極距穩(wěn)定。試驗(yàn)槽電流效率提高0.24%，噸鋁電耗降低104度，降低了生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化氧化鋁濃度控制，控制氧化鋁濃度在低濃度區(qū)域保持較高的濃度狀態(tài)，能降低電解質(zhì)電阻，降低無(wú)功電壓，在氧化鋁濃度偏低時(shí)電壓上升不進(jìn)行干預(yù)調(diào)整，而是通過(guò)調(diào)整氧化鋁過(guò)欠量加料來(lái)修正電壓，避免較長(zhǎng)時(shí)間保持低氧化鋁濃度狀態(tài)增加無(wú)功電壓，避免降電壓電解槽壓極距降低電流效率。優(yōu)化氧化鋁濃度控制的電解槽提高了電流效率，降低了電耗。