冰晶石電解鋁時(shí)為什么總會(huì )出現沉淀?

現代鋁工業(yè)生產(chǎn)普遍采用自動(dòng)點(diǎn)式下料器，按照一定的程序有規律地向槽內添加氧化鋁，但由于氧化鋁的粒徑等級不同，有的氧化鋁來(lái)不及溶解就沉淀到槽底。又由于電解槽的出鋁、熄滅陽(yáng)極效應、更換陽(yáng)極、提升陽(yáng)極框架等原因，也造成氧化鋁的沉淀。鋁電解槽中的沉淀物含有大量的氧化鋁，并夾帶鋁珠，使氧化鋁達到過(guò)飽和狀態(tài)，影響加入的氧化鋁繼續溶解，沉淀積聚增多，破壞電解槽的熱平衡，使電解槽處于不平穩的工作狀態(tài)。這些沉淀有的隨著(zhù)槽內循環(huán)的鋁液被帶出繼續溶解，而有的就與電解質(zhì)、鋁液一起凝結成塊，變成硬沉淀而沉積在槽底，這對電解槽的生產(chǎn)是不利的。

冰晶石是氧化鋁較好的溶劑，當AL2O3在冰晶石溶液中溶解時(shí)，發(fā)生了生成某種絡(luò )合物（即鋁氧氟絡(luò )合物）的反應。AL2O3在冰晶石里的溶解過(guò)程可分為兩步：第一步是AL2O3晶體受侵蝕的反應，即：AL2O3（晶體）＋6F-=3O2-(1)+2ALF3(1)其中O2-或者是游離的，或者與來(lái)自AL2O3的鋁離子松弛結合。第二步是生成氧氟絡(luò )合離子：O2-（1）＋ALF3＝A;OF32-(1)或O2-(1)+ ALF3+2F-=ALOF54-(1)   

由于氧化鋁有較大的表面張力（～450mm/N），能夠聚集在液態(tài)鋁和冰晶石一氧化鋁融體之間的表面（2），這有利于氧化鋁的溶解，但氧化鋁又能夠克服這種表面張力而沉到鋁液層之下。徐君莉等人利用透明石英槽研究了氧化鋁在冰晶石融鹽中的溶解行為，并用攝像機拍攝了氧化鋁溶解的過(guò)程，使氧化鋁的溶解行為變得更直觀(guān)。氧化鋁加入到電解槽中，首先是快速溶解，然后由于電解質(zhì)冷凝效應而使溶解速度下降，其中一部分與電解質(zhì)形成結塊。加入到電解槽中的氧化鋁的容積密度是1.0g/cm3（大約25%體積的氧化鋁的75%體積的空氣）（4.5）這樣低的密度就會(huì )有部分氧化鋁沒(méi)有立即沉到槽底，熔融的冰晶石與其形成結塊。隨著(zhù)電解的進(jìn)行，結塊可以繼續溶解，而沒(méi)有溶解的結塊就沉到槽底。

 現代的電解槽普遍采用低分子比來(lái)提高電流效率，但分子比過(guò)低，電解質(zhì)對氧化鋁的溶解能力就會(huì )下降，這樣會(huì )增加沉淀的生成，而電解槽采用打殼下料，氧化鋁預熱不足，頻繁的打破結殼，引起電解槽的熱損失增加，再重新形成保護性結殼時(shí)遇到困難，這也會(huì )增加沉淀。在電解槽的操作過(guò)程中，如電解槽的出鋁、熄滅陽(yáng)極效應、更換陽(yáng)極、提升陽(yáng)極框架等原因，也會(huì )造成氧化鋁的沉淀。鋁水平過(guò)高，造成陽(yáng)極上抬，槽子的熱損失增大，使爐底溫度降低，也容易產(chǎn)生沉淀。低溫電解可以獲得較高的電流效率，但這會(huì )降低氧化鋁的溶解度，采用低分子比和低溫電解，氧化鋁的溶解范圍只有1.5%～3.5%（8），過(guò)量的氧化鋁沉到爐底形成沉淀，大量的沉淀會(huì )導致鋁液的不穩定，這反過(guò)來(lái)又會(huì )降低電流效率。

如果槽子的沉淀物大量積累，就會(huì )導到“病槽”。因此，必須減少或避免沉淀的形成，可以采取的方法如下：

（1）減少每次氧化鋁的加入量可以改善其溶解狀態(tài)，防止電解質(zhì)溫度明顯降低。Daniel Whit-field(8)和Bonnardel O(11)都提出了控制電解槽中氧化鋁含量的較好范圍�，F代工業(yè)電解槽采用點(diǎn)式下料器，有利于減少或避免沉淀，但下料器的個(gè)數和氧化鋁的加入量要根據現場(chǎng)生產(chǎn)合理選擇。

（2） 采用導熱性較好的陰極塊，這樣能使陰極邊部較熱，可以減少沉淀。

（3） 保持足夠的陽(yáng)極保溫料和爐面保溫料，減少通過(guò)槽上部的散熱損失，保證爐底有足夠高的溫度，使電解質(zhì)的初晶溫度等溫線(xiàn)降到陰極炭塊之下，保持良好的熱平衡。

（4） 提高氧化鋁的質(zhì)量，氧化鋁的質(zhì)量對電解過(guò)程是相當重要的。此外，氧化鋁的粒徑等級不同，加料時(shí)要混料均勻。

另外，要嚴格控制鋁電解生產(chǎn)的技術(shù)條件，減少人工作業(yè)對電解槽的各項指標的影響，這都會(huì )減少或避免沉淀的生成。

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