氧化鋁濃度參數(shù)調控降低陽極效應生產實踐

張旭貴,周云峰,梁玉冬,王俊青,張芳芳

(中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041)

陽極效應是熔鹽電解中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象,表現(xiàn)為槽電壓急劇升高,電解槽出現(xiàn)明顯擺動,鋁電解中陽極效應的發(fā)生尤為普遍[1-2]。雖然陽極效應發(fā)生的機理有多種解釋,但是氧化鋁濃度偏低是導致陽極效應發(fā)生的主要原因。影響電解槽中氧化鋁濃度的因素主要有槽控系統(tǒng)氧化鋁濃度參數(shù)設置、氧化鋁性能和電解質體系,在氧化鋁性能和電解質體系相對穩(wěn)定的情況下,陽極效應主要與槽控系統(tǒng)氧化鋁濃度參數(shù)控制有關[3-5]。槽控系統(tǒng)中控制氧化鋁濃度主要有氧化鋁濃度周期切換系數(shù)、增量控制倍率、減量控制倍率、正常期限定時間、減量期限定時間和過量期限定時間等6個參數(shù)構成,各個參數(shù)設置合理可以保障氧化鋁濃度范圍合理穩(wěn)定,降低陽極效應發(fā)生。

本文主要針對某電解鋁企業(yè)300 kA系列電解槽在更換槽控系統(tǒng)后陽極效應明顯增多的現(xiàn)象,分析了陽極效應偏多的主要原因,采取了相應措施,陽極效應明顯降低,氧化鋁濃度參數(shù)調控降低陽極效應取得了顯著效果,本研究可為鋁電解降低陽極效應提供數(shù)據(jù)參考。

1 陽極效應現(xiàn)狀及原因分析

某電解鋁企業(yè)300 kA系列有6個車間,在更換完槽控系統(tǒng)后陽極效應明顯增大,閃爍效應系數(shù)1.2次/(槽·日),效應系數(shù)約0.3次/(槽·日),全效應系數(shù)在1.5次/(槽·日)以上,詳細數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 全效應系數(shù)隨月份變化圖

對陽極效應增多的現(xiàn)象進行原因分析,首先對電解質中氧化鋁濃度進行分析,結果如圖2所示。

圖2 氧化鋁濃度區(qū)間分布圖

從圖2可以看出,氧化鋁濃度控制特征一是濃度偏低,區(qū)間分布窄(1.3%～2.2%);二是6個車間的氧化鋁濃度控制區(qū)間沒有差異。因此,效應系數(shù)偏多問題不是操作可以解決的,需要系統(tǒng)性優(yōu)化。

2 氧化鋁濃度參數(shù)調控措施

在操控系統(tǒng)控制氧化鋁濃度的6個參數(shù)中,最為重要的是氧化鋁濃度周期切換系數(shù)和過量期時間,主要對這兩個參數(shù)進行調整,改變下料切換時間點和過量下料時間,提高氧化鋁濃度,降低陽極效應。

為了使氧化鋁濃度參數(shù)調整更精準,參考A、B和C三家電解鋁企業(yè)的氧化鋁濃度控制參數(shù),詳細數(shù)值如表1所示。

表1 不同企業(yè)氧化鋁濃度參數(shù)對比

從表1可以看出,本企業(yè)的氧化鋁濃度周期切換系數(shù)和過量期時間偏低,導致氧化鋁濃度偏低,陽極效應增多,因此,主要從氧化鋁濃度周期切換系數(shù)和過量期時間這兩個方面進行調整,初步計劃將氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min。

3 試驗槽氧化鋁濃度參數(shù)調控效果

為了降低氧化鋁濃度參數(shù)調整對整個系列的影響,首先選擇了6臺槽進行試驗,試驗取得效果后再全系列推廣。

試驗開始2周后,對氧化鋁濃度進行取樣分析,詳細數(shù)據(jù)見表2。

表2 氧化鋁濃度調控試驗電解槽氧化鋁濃度數(shù)據(jù)對比 %

由表2可以看出,試驗開展兩周后,氧化鋁濃度切換系數(shù)和過量期時間調整后氧化鋁濃度整體上明顯上升。從1.715%上升到1.999%,增加了0.284%,增幅達到了16.5%。

試驗進行2個月后,對試驗前后閃爍效應、效應系數(shù)和全效應系數(shù)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,如表3和表4所示。

表3 試驗槽效應系數(shù)原始值 次/(槽·日)

表4 試驗槽效應系數(shù)對比分析 次/(槽·日)

表5 試驗槽效應分攤電壓數(shù)據(jù)對比分析 V

由表3和表4可以看出,氧化鋁濃度參數(shù)調整對降低效應具有積極作用,效果非常明顯。效應系數(shù)逐步下降,經過2個月試驗時間,閃爍效應從1.270次/(槽·日)降到0.751次/(槽·日),效應系數(shù)從0.250次/(槽·日)降到0.149次/(槽·日),全效應系數(shù)從1.520次/(槽·日)降低到0.901次/(槽·日),整體降幅在40%左右。

同時考察了試驗前后效應分攤電壓變化情況,從表5可以看出,6臺試驗槽試驗后2個月的效應分攤電壓與試驗當月份平均值相比整體平均下降了18 mV。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,6臺試驗槽電流效率從試驗前的91.83%提高到試驗后的92.18%,電流效率提高了0.35%。

試驗槽氧化鋁濃度參數(shù)調整取得了較為理想的效果,氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min后,經過2個月的試驗,效應系數(shù)整體降幅達40%,效應分攤電壓降低18 mV,電流效率提高了0.35%,電壓降低和電流效率提高折合噸鋁節(jié)電降低約110 kWh。

4 推廣應用效果

鑒于氧化鋁濃度參數(shù)調控降低陽極效應試驗槽取得了良好效果,全系列6個車間開始全面推廣應用,統(tǒng)一將氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min,推廣應用1個月后全系列電解槽運行參數(shù)如表6所示。

從表6可以看出,氧化鋁濃度參數(shù)調控降低陽極效應在全系列推廣應用后,氧化鋁濃度達到2.014%,增幅為10.110%,效應系數(shù)降低了近40%,全效應系數(shù)降低了22%,效應均攤電壓降低了15 mV,電流效率提高了0.32%,電壓降低和電流效率提高折合噸鋁節(jié)電約100 kWh,推廣應用取得了理想效果。

表6 氧化鋁濃度參數(shù)調控推廣應用效果

5 結 語

本文針對某電解鋁企業(yè)300 kA系列更換槽控系統(tǒng)后陽極效應增多的現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)氧化鋁濃度偏低是導致陽極效應增多的主要原因,而槽控系統(tǒng)氧化鋁濃度參數(shù)設置不合理造成了氧化鋁濃度偏低,通過采取相應措施,把氧化鋁濃度周期切換系數(shù)從11調整到12,過量期時間從25 min調整到30 min,效應系數(shù)明顯降低。6臺試驗槽氧化鋁濃度提高幅度16.5%,陽極效應系數(shù)和全效應系數(shù)降幅度都在40%以上,效應分攤電解降低18 mV,電流效率提高了0.35%。全系列推廣后平均氧化鋁濃度提高幅度10.1%,效應系數(shù)降低了近40%,全效應系數(shù)降低了22%,效應均攤電壓降低了15 mV,電流效率提高了0.32%,折合噸鋁節(jié)電約100 kWh,取得了良好的應用效果。本研究可為鋁電解降低陽極效應提供數(shù)據(jù)參考。