LiF和KF对铝电解溶解损失及电流效率影响的基础研究

At present the current efficiency (CE) is very low for some aluminum reduction cells, in which there are high concentration of LiF and KF in molten bath due to using long-term the alumina materials containing Li2O and K2O. In order to research the mechanism of the CE loss in aluminum electrolysis with bath containing LiF and KF, the cathode process and metals dissolution loss will be studied under varing CR, electrolytic temperature and superheat by adopting chemical and electrochemical method and using aluminum electrolysis theory and physicochemical properties of electrolytic. And the CE in lab aluminum electrolysis cell will be determined by the anode gas composition analysis. Mathematics models of metals loss and CE will be established by multivariate statistical analysis. .The prospective results from this project can provide some theorectical proposals on how to optimize technologic condition and composition of bath in order to achieve less metals loss, higher CE and energy saving during aluminum electrolysis process.

目前我国诸多电解铝厂因长期使用含Li2O和K2O杂质的氧化铝原料，使得电解槽中同时富集LiF和KF，导致电解槽电流效率较低。针对这一特殊实际，本项目拟结合冰晶石－氧化铝电解质熔体的相关物理化学性质，运用铝电解基本理论，采用电化学研究方法、化学分析手段，系统分析研究LiF和KF共同存在对冰晶石－氧化铝电解过程中的阴极过程、金属溶解损失、阴极反应、阴极副反应等方面影响，以及分子比、电解温度、过热度对上述过程的影响规律。采用气体分析法测量与研究不同LiF和KF组分时的铝电解电流效率。运用多元统计分析方法，建立同时富集LiF和KF电解质熔体的铝溶解损失数学模型和电流效率损失模型。.通过本项目研究为我国改进铝电解生产工艺技术条件与操作，优化电解质成分，减少铝溶解损失，提高铝电解槽电流效率，降低电耗，提供理论与技术的支撑。

我国诸多铝电解系列因长期使用含Li2O和K2O杂质的氧化铝原料，使得电解质中富集LiF和KF，导致铝电解电流效率较低。针对这一特殊实际，本项目测量了 Na3AlF6-AlF3-CaF2-KF-LiF-Al2O3电解质熔体初晶温度与氧化铝在Na3AlF6-AlF3-CaF2-MgF2-LiF-KF溶解度。采用电化学研究方法研究了含LiF和KF冰晶石-氧化铝体系铝电解的阴极过程。利用气体容量法测量了金属在含LiF和KF电解质熔体中的溶解损失。研究了不同电解质组分、电解温度、电流密度等条件下碱金属在阴极铝中的含量变化，分析了阴极副反应。研究了含LiF和KF电解质熔体电解时碱金属与电解质向阴极炭块的渗透过程。基于金属在电解质熔体的表观溶解度数据，结合冰晶石－氧化铝电解质熔体的相关物理化学性质，分析了富集LiF和KF的工业电解槽电流效率受操作参数的影响。.通过本项目研究，获得如下重要结果与关键数据：每增加1%KF，降低电解质初晶温度2.8℃~4.0℃，而每增加1% LiF降低8℃~9℃。LiF浓度提高会降低氧化铝在电解质中的溶解度，而KF可改善氧化铝的溶解度。电解质中LiF存在，提高了铝的活度，降低了阴极过电压。KF增加，使金属铝的沉积过电位增大；分子比提高，铝与电解质熔体界面张力下降，铝易向电解质熔体扩散，增加了金属溶解损失；相同过热度下，金属溶解损失随LiF浓度提高下降明显。电解质熔体每提高10℃，铝表观溶解度增加0.0023wt%~0.0028wt%；在高阴极电流密度时，使阴极界面的Na+放电更容易，阴极铝中Na含量增加。通过本项目研究，建立了Na3AlF6-AlF3-CaF2-KF-LiF-Al2O3电解质熔体初晶温度模型和氧化铝在Na3AlF6-AlF3-CaF2-MgF2-LiF-KF溶解度数学模型；揭示了LiF和KF复杂电解质熔体中铝溶解损失机理；基于实验室数据，构建了富集LiF和KF电解质熔体的金属表观溶解度数学模型，而且根据工业电解槽数据，探讨了铝电解槽电流效率计算模型。.本项目的研究结果为改进铝电解生产工艺技术条件与操作，优化电解质成分，减少铝溶解损失，提高铝电解槽电流效率，提供了理论与技术的支撑。本项目研究也为低温铝电解提供参考。