铝电解生产物料消耗指标影响因素分析

1.氧化铝单耗:

氧化铝是电解铝生产过程中消耗量最大的一项原材料。早期的自焙槽生产其吨铝消耗达到1950kg/T-Al以上。随着管理的规范和设备的提升，减少了机械损失量，以及氧化铝纯度的提高，降低了消耗量。如今的预焙电解槽上基本可以控制到1920kg/T-Al左右，甚至有些企业发现单耗在某些时段内低至1910kg/T-Al以下。

1．1氧化铝纯度对氧化铝单耗的影响:

氧化铝单耗的理论计算值是视其纯度为100%时，而工业生产中氧化铝的纯度是无法达到的。多数在98.5%左右，所以吨铝氧化铝消耗也会大于1889kg/t-Al。氧化铝的纯度每降低0.1%，其吨铝消耗就会增加2kg，对电解生产氧化铝单耗指标影响较大。按一般电解铝企业使用一级氧化铝纯度在98.6-99%之间.

1．2原铝纯度对氧化铝单耗的影响:

以氧化铝为一级品时氧化铝单耗为1916kg/t-Al进行计算，氧化铝单耗计算值随着原铝质量变化,原铝质量对氧化铝单耗也存在一定的影响，一般企业的原铝产品质量在Al99.70b～Al99.85b之间，所以计算值应该在1910～1913 Kg之间。

1．3氟化铝对氧化铝单耗的影响:

一般情况下，氟化铝对氧化铝单耗的影响容易被忽略，但它却是一个不小的数。氟化铝中铝含量占32%，按照氟化铝单耗为20Kg/t-Al计算，理论上应该是，每产一吨原铝中将有6.4kg铝来自氟化铝。当然，生产上氟化铝中的铝并不会完会转换成原铝。

二.机械损失对氧化铝单耗的影响:

机械损失主要是操作过程发生的问题，存在可控和不可控因素。阳极更换操作时，阳极上的保温料随着热气上升跑到电解槽外，一部份回落到车间内，另一部份从厂房窗户、通道口、厂房顶跑出造成损失。在电解车间对残极进行热清理时这一现象最尤其严重。另外是打捞炭渣以及边部开口带走。从残极上清理下来的物料或者没有经过清理过的残极在运输车辆托运过程中会产生飞扬，因为残极表面总会有一层氧化铝浮料，如果在更极阳极前对其进行清理，飞扬会少一些。还有阳极表面的面壳块在粉碎的过程中也存在飞场损失。这些对氧化铝单耗的影响同样比较大，但这几部份目前没有做过量化测试。

三.氟化铝单耗:

在电解生产过程中，氟化物的消耗包括阴极内衬的吸收、净化排放和机械损失。而需要补充氟化铝量的原因则还有电解质中其它杂质成份造成，包括原材料中带来的一些杂质在电解质里产生的中和作用和分解反应等，造成了电解质中游离氟化铝浓度降低。

3．1氟化铝消耗机理:

电解质分子比的控制，其实就是电解质中游离AlF3浓度的控制。冰晶石中NaF与AlF的量比是一定的，所以任何渠道新带进的NaF都会造成AlF的用量的增加，即相当于消耗AlF。在所有原料中，氧化铝给电解质带入的NaF含量是最大的，炭素阳极也有少量。一级氧化铝含Na2O量为0.5%，以320KA电解槽氧化铝单耗为1.92吨，电流效率为94%计算，每天每台电解槽需要添加的氧化铝量为：320000×0.3356×24×94%×1.92=4651.7kg则每天进入一台电解槽的Na2O的量为：4651.7×0.5%=23.3kg.

3.2杂质引起的氟化铝消耗:

对于采用含有LiF、KF氧化铝生产的电解质成份而言，同样会造成电解槽对氟化铝的需要量增加。因为Li和K与Na相似，同是碱金属，它们会在电解质中组结合成锂冰晶石和钾冰晶石，从而使电解质中游离氟化铝浓度降低。在一家300KA电解槽系列上的生产实践中发现，含有5%的锂盐和3.5%钾盐的电解生产，氟化铝消耗由于原来的20kg/t-Al增加到30kg/t-Al。

3.3挥发损失:

电解生产过程中，氟化物排放由于颗粒形式和气体形式组成，以颗粒物形式损失的成份中包括有：氧化铝、冰晶石、锥冰晶、氟化铝、氟化钙、碳氢化合物及含碳烟尘等，气体部分则包括有一氧化碳、二氧化碳、氟化氢、四氟化碳、六氟化二碳、四氟化硅、硫化氢、二硫化碳、水和气碳化合物等。而其组份则与电解质成份和操作温度有关.在电解质的蒸发成份中95%以上是NaF-AlF3，而不是稳定的固体，其冷却却生产的亚稳态固相存在以下分解反应：5NaAlF4=Na5Al3F14+2AlF3氟化铝的外排还包括添加环节的挥发，虽然如今均采用点式下料，并采取氧化铝覆盖的形式添加，但是电解槽下料口的高温及阳极气体的外冲，都加速了氟化铝在这一环节的外排。当然，氟化物或其他颗粒离开电解槽并不意味着都是损失，因为如今电解槽集气净化效率都能达到98%以上。以300KA电解槽计算排氟量17.8kg/t-Al，则回收量则达17.44 kg/t-Al，实际排损量只有0.356 kg/t-Al。可见经净化系统的挥发损失只是较小量，当然，这与净化系统的净化效果关系很大。

3.4无组织排放:

无组织排放包括挥发或者粉尘飞扬没有经过净化系统的部分。电解槽由于槽罩板密封不好，以及各种操作打开槽罩板期间，挥发物及粉尘飞扬直接排在电解槽外。更换阳极时，热残极在降温过程中存在挥发损失。部分的挥发和飞扬都是经过电解车间厂房排放无法回收。有关专家在针对这一问题进行了研究，在冷却过程中将阳极密封，对释放出的气体进行取样分析。得出的数据显示，平均挥发物为0.063-0.093kg（F）/t-Al。可见，这一部分在整个挥发、飞扬过程中所占的比例并不大。由于这部分是直接排入大气中，所以，对于环保控制来说，这部分却是主要控制对象。

四.冰晶石单耗:

冰晶石的使用一般都是在电解槽启动时，尤其是在新系列启动时需要大量的电解质，而在正常的生产过程中几乎是用不上冰晶石的。正常生产过程中，电解槽还会产出多余的电解质，因为生产过程中电解槽电解质的增加量比损失量要大得多。

4.1电解质增加项:

电解生产过程中，电解质量增加的渠道主要是氟化铝的添加和氧化铝中锂、钾等杂质的进入。锂、钾在电解质成分中生成部分碱性冰晶石，氟化铝可与氟化钠反应生成冰晶石，所以如果总是出现电解质过量，也可能使氟化铝单耗增加。

4.2电解质的损失项:

理论上是不存在损失的，而实际上却也存在损失渠道。一是挥发，因为大部分的固氟颗粒来自于电解质的挥发，对于电解槽而言，携带固氟颗粒损失的驱动力正是CO和CO2气体流速造成。二是电解质混入电解槽上部结壳块中（面壳块）。当然，电解槽处于热行程时，面壳块也会转成电解质。所以此项并不是实质性损失，只是一种转换。机械损失则是实质性损失。

五.电解质与面壳块平衡:

5.1多余电解质的产生:

电解生产中，多余的电解质多以取出的形式，使其冷却形成电解质块储存备用。这些多余电解质的产生，一部分就是前面提到的电解质的增加项中的内容，虽然电解质具有挥发性能，但是从氟平衡分析，电解烟气净化过程中得到的副产品就是氟化铝和冰晶石。由此保证了电解质的平衡，再者加之电解槽热行程熔化炉帮及面壳块产生电解质，使生产得到多余电解质。

5.2多余面壳块的产生:

面壳块过多主要是以炉面保温料过剩的形式出现。在电解生产换季之时，特别是气温回升，需要对保温料减薄，这样换极产出的保温料结壳块不能被完全消耗。当然，面壳块多出还与操作管理有关，如补充过多的氧化铝粉做保温料，或者因为定容器漏料、余风漏料造成的保温料非正常增加。以及技术条件紊乱，电解质过低，槽子冷行程出现的卡堵火眼造成的炉面积料。这些现象造成面壳烧结过厚，更换阳极时不能够消耗完毕，产生面壳块过剩。生产实践证明，面壳块中含有30%左右的电解质。氟化铝与氧化铝中的钠作用对面壳块和电解质量的平衡都会有影响。因为电解质可以在电解槽出现冷行程时进入面壳块中，而面壳块也会在电解槽热行程时进入到电解质中。

5.3从物料平衡计算判断:

通过物料平衡计算也可以知道，正常生产中除原铝之外，还应该有部分物料产出。以320KA电解槽为例：净化效率（全氟）98%,以20kg/T-Al的氟化铝消耗来计算，则每吨铝应有20-0.618=19.382kg的氟化盐产出。以一个年产25万吨的系列计算，一年产出4845吨电解质或者面壳块属于正常的。当然，这一部分产出是在一定条件下对可以部分转换成氧化铝单耗，所以并不一定每个时期都是按照计算值产出。