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石良生;幸利;田官官
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2025(000)002
【总页数】2 页(P58-59)
【作 者】石良生;幸利;田官官
【作者单位】太原东铝铝业;太原东铝铝业;太原东铝铝业
【正文语种】中 文
高锂盐含量的电解质对铝电解生产的影响及应对措施
通过对铝电解质中氟化锂含量高的缘由及高锂盐含量的电解质对铝生产带来的影响进展分析，提出了针对目前高锂盐含量的电解质体系，电解铝生产企业在电解生产过程中所实行的应对措施，确保铝电解生产平稳高效。
文|石良生 幸 利 田官官
近年来，电解铝生产企业反响最大的问题是氧化铝原料中所含锂杂质较高，导致电解质中锂含量相应大幅提高，绝大局部生产企业氟化锂含量已经超过 3%，最高的
已达 9%～10%。高锂盐含量的电解质体系，致使电解生产槽温低，氧化铝溶解能
力差，电解槽炉底沉淀多，引起电解工艺操作难度大，铝电解槽稳定性差，技术条件难以保持，对生产稳定和能源消耗格外不利。同时由于电解质中锂盐含量高，迫使局部电解铝企业弃用高锂含量氧化铝原料，使我国高锂含量氧化铝销路和价格承受肯定的压力。因此，高锂含量的铝电解质体系对铝电解生产的影响开展争论有格外重要的意义。
铝电解中氟化锂含量高的缘由分析
从我国电解铝企业电解质成分分析，把握确证了无锂盐添加剂的铝电解中不同程度 的含有氟化锂和氟化钾，两者的含量普遍在 %～%之间。铝电解中氟化锂含 量高的缘由，主要是由于原料氧化铝中氧化锂含量高。当前我国氧化铝主要由一水 硬铝石型铝土矿所生产，铝、锂共生矿储量甚广，含锂氧化铝是我国独特自然禀赋， 而且随着国内铝土矿铝硅比持续降低，单位氧化铝所需的铝土矿大幅增加。据统计， 富锂氧化铝产量占到了国内铝矿石生产氧化铝总量的 60%以上。由于生产工艺的
缘由，国产氧化铝存在生产能耗高，产品所含杂质种类多、粒度细等缺点，同时铝电解质中的氟化锂也会随着电解槽槽龄的增加不断富集，假设氧化铝中氧化锂的含量较高，槽龄长的电解槽中氟化锂含量可到达 5%以上，甚至可达 9～10%。
高锂盐含量的铝电解质对电解生产的影响
铝电解中氟化锂对电解生产影响特别大，依据铝电解质中氟化锂性质可知，氟化锂可以明显降低电解质的初晶温度，削减电解质的密度，明显提高电解质的导电度， 减小电解质的粘度，降低氧化铝在铝电解质中的溶解度和溶解速度，降低电解质的挥发性等。
氟化锂对电解质温度的影响
电解质的初晶温度影响电解质的挥发、流淌性、铝液与电解质的分别和铝的溶解损失等，并且打算电解温度。氟化锂含量为 1%，可降低电解质初晶温度约 8℃，就
当前工业电解质氟化锂含量在 1%～6%，由氟化锂带来的电解质熔点差异可达
40～45℃，这也是大局部电解铝企业电解温度差异大〔900～960℃〕的根源所在。
氟化锂对氧化铝溶解性能的影响
国际及国内争论结果说明，电解质中氧化铝浓度随氟化锂含量的增加而下降，电解质中 1%含量的氟化锂降低氧化铝饱和溶解度约 3%。
从当前电解生产来看，氟化锂对氧化铝溶解速度的降低作用更为显著，这使铝电解 槽底沉淀生成的可能性增大，同时氟化锂带来的电解温度下降也造成氧化铝溶解困 难，两个因素叠加使富锂电解质简洁消灭氧化铝与电解质凝固沉积而生成炉底沉淀。大面积炉底沉淀导致电解槽生产不稳定，进而破坏了能量平衡和指标劣化。从已有 争论结果来看，1%氟化锂降低氧化铝溶解度速度约 5%左右，这和电解质成分以
及氧化铝类型有亲热关系。3 氟化锂对分子比的影响
Li
2O 与冰晶石生成 NaF,但由于氧化铝中 Li
2O 较低，生成的 NaF 较少，根本上不对分子比形成明显影响。
另外，添加 %的 LiF 降会有助于降低冰晶石溶液的水解反响，在降低电解温度的同时也明显降低氟化盐的消耗。
氟化锂对电导性能的影响
氟化锂可明显提高电解质的电导率，但提高的幅度受 CaF 2 的含量和分子比大小的影响。同时，CaF
2 和 LiF 的交互作用可使电解质的电导率降低。当分子比越高时，LiF 提高电解质电导率的作用将渐渐降低。因此，Na
3AlF
6-AlF
3-LiF-CaF
2-KF 体系电解质中，CaF
2 的含量在 3%～6%时，LiF 的含量应保持在 1%～3%。
氟化锂对电流效率的影响
氟化锂含量越高，槽底就会被氧化铝沉淀所掩盖，结果是阳极消耗不均匀，破坏了电解槽工艺制度，降低了电流效率，增高能耗。氟化锂超过 7%，电解质凝固点很低，将对电解质的热平衡起到不利影响。氟化锂 8%～10%的电解质，指标极端恶化。一般氟化锂含量为 3%～5%的电解质，可获得最正确的电流效率和最低的能耗。6 氟化锂对氟盐消耗的影响
富锂电解质降低过剩氟化铝量效果较为明显，通常 1%%。过剩氟化铝消耗的主要途径为 NaAlF
4,形式挥发和氧化铝中苛性氧化物反响，过剩氧化铝量削减会导致熔盐
中 NaLiF
4 浓度与活度下降，挥发削减，此外富锂电解质一般温度较低，也有利
于削减氟化物挥发，因此，富锂电解质体系电解系列氟化盐消耗量一般较传统电解质体系电解系列明显低〔与集气效率有关〕。
氟化锂对槽寿命的影响
在电解槽启动的前期，氟化锂消耗很高，槽内氟化锂含量也较高，说明槽内衬优先吸附氟化锂，槽内衬中的氟化锂含量为 %～%，但电解质中氟化锂不影响电解质向槽内衬中渗透。
锂和炭块形成碳化物 C
2Li
2,依据碳化物类型来看，锂对碳的化学亲和力比其它任何碱金属要强。这就可以解释近年来电解槽中钾含量增多并没有影响槽寿命的缘由，电解槽中钾大量存在可使钾与碳素阴极形成破坏性中间化合物〔C
8K)的几率大幅降低。
在电解槽的内衬中，较小的锂离子能代替较大的钠离子，所以削减内衬的内应力， 延长电解槽寿命，一般可延长 1～2 年。国外争论结果也觉察，氟化锂和氯化钾均有削减阴极炭块破损的作用，氯化钾的效果更高一筹。
氟化锂对产品质量与铸造的影响
电解生产中的电解质中会有局部锂复原进入金属铝中，原铝中一般含有 10～ 30ppm 的金属锂，铝锭中锂超过 2ppm 以上，铝液流淌变得粘滞，铸造困难，铸锭过程中可能消灭断流现象，甚至会堵塞浇注口。超过 10ppm，板锭/拉丝或其他铸造件外表将变得格外粗糙，铝材脆性增加。
应对措施
锂盐含量的掌握范围
现代铝工业中，对电解质体系始终在争论，通过对添加剂的不断应用来改善传统电解质体系，以实现低温、高效的炼铝模式。
电解质中添加锂盐始终是改善电解质体系重要措施之一，但由于氧化铝矿所含成分的不同，氧化铝中 Li
2O 含量差异较大，单纯使用 Li
2O 含量较高的氧化铝会造成铝电解过程中 LiF 含量过高的现象，影响电解槽的平稳运行。我公司的电解质中 LiF 含量偏高〔4%～7%〕，大局部电解槽长期处于低温、冷行程运行状态中，电解槽普遍存在沉淀多、结壳厚、效应频发的
现象。在工业实践中，目前已得到的共识是 LiF 含量在 1%～3%之间是较好的低
分子比电解质体系。
由于锂盐的存在，使得槽温与传统电解质体系之理论温度不相吻合，尤其当锂盐含量较高时，偏差值更大。从我公司电解槽的运行状况分析可得出：当电解质中的LiF 含量高于 5%时，电解质初晶温度均在 910℃以下，虽然初晶温度的降低有利于电解槽低温低电压运行，但实践说明，当 LiF 含量高，低温、低电压、较低分子比〔～〕时，槽运行状况不佳，存在稳定性差、效率低下、效应系数高等缺点，反而给各项经济技术带来负面影响。
锂盐含量较高时可通过添加低氧化锂含量的氧化铝予以中和，并削减 AlF
3 的添加量，将分子比掌握在 ～ 间，适当加大过热度 10～
15℃，可在较低电压运行时，增大电解质的电导率，减小电解质粘度，降低电解质的蒸汽压，降低电解质浓度。另外，可通过对电解质中含 3%～6%LiF 和不同CaF
2 含量与不同分子比时的电流效率比照分析，查找较佳的分子比。
应对措施
开发适应富锂电解质的电解工艺技术；
将富锂氧化铝全部或局部换为低锂氧化铝；
使用冰晶石或废旧低锂电解质替换富锂电解质；
开发富锂氧化铝或富锂电解质提锂技术。结语
降低电压、提高电流效率是电解槽实现节能降耗的根本，但对高锂盐含量的电解质体系不能简洁地按传统电解质体系对待，需严格区分两者的差异，承受不同
的技术条件匹配和技术措施，才能获得良好的经济指标。
当电解质中锂盐含量高于 3%时，电解质分子比掌握不宜低于 ，以确保电解质的电导率、粘度及密度在合理范围内。
高锂盐含量的电解质体系在低电压、低温条件下获得较高电流效率仍将是进一步争论的工作重点。
〔作者单位：太原东铝铝业〕