欠量与过量下料对铝电解氧化铝浓度分布影响的数值模拟

基于前期对铝电解气液两相流及氧化铝溶解与输运行为的研究成果,建立了300kA铝电解槽内耦合考虑氧化铝溶解行为的气液两相流欧拉双流体多组分计算模型,研究和讨论了欠量与过量下料对槽内氧化铝浓度分布特性的影响及规律。结果表明,铝电解槽内存在高氧化铝浓度和低氧化铝浓度区域;在欠量下料状态下,氧化铝浓度会持续降低,而在过量下料状态下,氧化铝浓度会持续升高;不同欠量与过量下料状态交替切换方式下的全槽区域及高浓度与低浓度区域的平均氧化铝体积浓度均在工业可控范围内。     

随氧化铝加料量变化即时调整铝电解槽的能量平衡

提出一种随氧化铝加料量变化即时调整铝电解槽能量平衡的方法.该方法在"等待效应"周期、"欠量加料"周期和人为停止加料时期降低槽电压,在"过量加料"周期提高槽电压,结果使电解槽在所有加料周期能量保持平衡,有利于提高电流效率和氧化铝浓度控制.     

电流强化对铝电解槽氧化铝浓度场分布的影响及优化

以某420 kA铝电解槽为研究对象,建立了氧化铝浓度场的瞬态计算模型,结果表明,电流强化增大了氧化铝浓度分布的不均匀性,仅通过同时改变下料频率无法有效改善氧化铝浓度分布的均匀性。针对该问题,提出了电流强化过程中氧化铝下料方式优化策略：分组交替下料和单点频率控制下料,并对电流强化时的下料优化策略进行仿真计算。结果表明：分组交替下料时,氧化铝高浓度区域面积的波动幅度降低,减小了整个电解质中氧化铝浓度的波动;单点频率控制下料时,局部浓度过高的区域大幅度减小,氧化铝浓度分布的均匀性得到有效改善。     

钕电解阳极过电位的测定

用慢扫描示波法测定了钕电解的阳极过电位 .考察了温度、阳极电流密度、Nd2 O3添加量、电解质组成等因素对阳极过电位的影响 ,探讨了降低阳极过电位的可能途径 .结果表明 ,阳极过电位随阳极电流密度的增加而增大 ,随温度的升高而减小 ,一定范围内 ,阳极过电位与阳极电流密度的对数呈线性关系 ,满足塔菲尔方程 ;电解质中LiF和Nd2 O3浓度增加 ,阳极过电位降低 ;适当控制阳极电流密度、升高温度、增加电解质中LiF和Nd2 O3的浓度并尽可能减小极间距 ,均有利于降低阳极过电位     

电解槽氧化铝大堆料自动检测处理系统的设计

电解槽上部打壳下料系统负责日常氧化铝的供料工作,当电解槽电解质水平较低、槽温偏低时,容易导致打壳下料处火眼封堵,使氧化铝无法进入电解质液体中而形成堆料,造成电解槽内氧化铝浓度的降低从而诱发阳极效应,增加电解生产能耗。基于上述情况,本文阐述了一种新型电解槽氧化铝大堆料自动检测处理系统的设计思路及实施情况。应用实践证明,该系统基本实现了氧化铝堆料的检测与处理,降低了工人劳动强度,且经济效益显著。     

锂盐、钾盐对预焙槽生产的影响

电解铝工业生产中可通过添加锂盐以改善电解质状态和降低电解质初晶温度,从而取得更高的电流效率。但由于国产氧化铝中杂质较多、溶解性差,随着槽龄的增长,采用该类型氧化铝作为原料的电解槽出现锂、钾的大量富集,电解质成分变得复杂,过热度增大,技术条件保持难度增加,本文重点阐述氟化锂和氟化钾长期积累带来的一些影响.     

复杂铝电解质体系中锂盐和钾盐对氧化铝浓度的影响

我国铝电解企业所使用的原料氧化铝来源复杂,特别是富含锂、钾元素,造成锂盐、钾盐在铝电解质体系中大量富集,导致铝电解质成分复杂,对氧化铝的溶解过程造成极大影响。依据大量生产控制数据,解析了氟化锂、氟化钾在复杂铝电解质体系中对氧化铝的溶解性能的影响关系。结果表明,电解质体系中的锂盐、钾盐与冰晶石反应生成氟化锂、氟化钾。在低氟化锂浓度(3.00%)时,氧化铝浓度随着氟化锂浓度的增加而降低;在高氟化锂浓度(3.00%)时,氧化铝浓度随着氟化锂浓度的增加而增加。氧化铝的浓度随着氟化钾浓度的增加而增加;在复杂铝电解质体系中氟化锂的浓度控制在1.50%～2.50%可以保持铝电解过程的最优状态,铝电解质体系中尽量避免含氟化钾。     

氧化铝浓度控制在铝电解生产中的应用实践

对电解槽中氧化铝浓度的准确控制直接影响着电解槽电流效率的提高和直流电耗的降低。鉴于此,主要阐述影响氧化铝浓度控制的两大主要因素,即工艺技术条件和人工操作质量,以及氧化铝浓度对电解质导电率和初晶温度的影响;并针对氧化铝下料情况以及不当的氧化铝浓度控制产生炉底沉淀问题,提出可行性建议。     

温度和湿度对Nafion膜氢传感器性能的影响

系统研究了以Nafion112膜为电解质的氢传感器在不同工作环境下的氢敏感性能.结果表明,以Nafion112膜为电解质的氢传感器对氢具有很好的敏感性,可以实现微量氢气泄漏的快速检测.该传感器在氢气体积分数为(500～3000)×10-6时的响应电压与氢气体积分数的对数呈线性关系,为标定不同环境下氢气含量与传感器响应电压的对应关系提供了依据.在相同湿度条件下,传感器响应电压随温度的升高而下降.湿度对传感器响应电压的影响与温度相关:温度较低时,响应电压随湿度的增加而下降;温度较高时,响应电压随湿度的增加而升高.     

工艺条件对锌电解能耗的影响

通过锌电解试验研究了电流密度、锌离子浓度、硫酸浓度、阴阳极间距、电解液温度等对锌电解过程电流效率、槽电压和直流电耗的影响。研究表明,直流电耗随电流密度、阴阳极间距和硫酸浓度的增大而增加,随锌离子浓度的增大而减少;随着电解液温度的升高,直流电耗先减少后增加,在45℃左右达到最低。     

硫酸浓度对多孔氧化铝膜的影响

在H2SO4电解液中对高纯铝箔进行阳极氧化,考察分析了电解液浓度对多孔阳极氧化铝膜的影响,结果表明:随硫酸电解液浓度的增加,纳米孔孔径逐渐增大,孔密度降低,孔的有序性先提高后降低;采用23 V直流电压进行阳极氧化,电解液浓度为0.6~1.0 mol/L时制得的氧化铝膜孔径均匀性及有序度均较好,尤其以0.8 mol/L H2SO4最佳;阳极氧化铝膜的厚度随电解液浓度的提高而增大;电解液浓度过高易于将铝箔快速击穿。     

流水线镁电解槽电解质导电性研究

研究了不同温度、电解残渣含量以及电解质成分下流水线镁电解槽电解质电导率的变化规律。结果表明,在MgCl2-NaCl-KCl三元体系中,温度升高、电解残渣量增加会导致电导率升高;MgO含量增加、MgCl2浓度增加会引起电导率降低;KCl含量增加、保持MgCl2浓度不变的条件下NaCl浓度增加时电导率先降低后升高。     

低温电解的节能实验研究

本文以中国铝业河南分公司电解厂85kA中间点式下料预焙槽为研究对象，通过6个月的低温电解实验，改善“四低一高”(低电解温度、低分子比、低氧化铝浓度、低效应系数和高极距)技术条件，优化工艺技术条件配置，降低分子比和电解温度，维护炉膛的规整，维护电解槽工作电压的稳定，规范员工作业标准，达到提高电流效率、降低电耗的节能效果。     

电解液浓度对CaTi4(PO4)6微弧氧化陶瓷膜生长过程的影响

通过微弧氧化技术一步合成了CaTi4(PO4)6生物陶瓷膜,并研究了电解液浓度对微弧氧化膜生长过程的影响.结果表明,在同一电解液浓度下,微弧氧化膜层质量的增加与时间呈线性关系.随着电解液浓度的增加,膜层的增重速度加快,形成时间缩短,击穿电压降低,且陶瓷膜表面Ca元素含量增加,P元素含量基本不变;但当电解液浓度增大到一定程度后再继续增加时,陶瓷膜表面的Ca、P元素含量逐渐降低.     

Formation of Side Ledge and Bottom Ledge in an Aluminum Electrolyzer

The dynamic behavior (formation/dissolution) of the ledge, depending on the electrolyte overheating temperature, thermal resistance of the lining material, and composite of the cryolite–alumina electrolyte, is studied experimentally using a model installation mimicking the actual conditions of the electrolytic aluminum production. A window that enabled the change of the lining material is mounted into the front wall of the installation case. The ledge formation occurs due to a heat flow formed due to the temperature difference of the electrolyte and electrolyzer walls. The electrolyte cryolite ratio (CR) is varied in a range of 2.1–2.5. The alumina concentration in the electrolyte does not exceed 4.5 wt %. The change in the shape of the working space in the electrolyzer during the electrolysis is determined by the ledge thickness. The active ledge formation in the experimental cell starts upon overheating by 3–4 K. It is shown that a thicker ledge is formed at the same overheating temperature with a decrease in the thermal resistance of the lining material from 16 to 14 m2/W, but a decrease in the thermal resistance in the already formed ledge almost does not affect its thickness. Similarly to the industrial electrolyzer, the ledge profile formed in the experimental cell can be conditionally divided into three zones, notably, bottom ledge, ledge at the metal/electrode interface, and side ledge. The dynamic behavior of the side ledge differs from the bottom ledge; notably, the side ledge is thicker at a high electrolyte CR, while the bottom ledge is thinner. The chemical analysis of components in the dry knock out shows that the CR and Al2O3 concentrations increase over the cell height from top to bottom. It is concluded that the side ledge has a heterogeneous composition that depends on the electrolyte composition and cooling rate.     

转移反应热和去除铝基底实验研究

铝在阳极氧化过程中放出来的热量对阳极氧化铝(AAO)模板的制备易产生不利影响,与铝基底紧连的阻挡层产生的焦耳热是主要热源.通过将铝基底置于草酸电解液外,考察了阳极氧化电压、冷却方式等因素对AAO模板制备的影响.结果表明,阳极氧化电压和冷却方式均影响电解液温度和AAO模板孔道直径尺寸.空气冷却时,30 V电压氧化8 h,制备的模板孔道直径约为40 nm,电解液温度为31℃;水浴冷却时,40 V电压氧化8 h,制备的模板孔道直径约为80 nm,电解液温度为25℃,且制备的AAO模板表面没有纳米氧化铝纤维.采用乙醇/浓盐酸混合溶液溶解铝基底,乙醇/浓盐酸的体积比为2~3时,溶解铝基底的时间约为30 min,AAO模板不受损害.     

骨胶对长周期锌电积能耗及阴极质量的影响

采用实际生产电解槽的1∶1 000规模,控制阴极电流密度450 A/m2,电积液温度37~40℃,电积液中的Zn2+浓度53~58 g/L,硫酸浓度170~180 g/L,连续电积48 h,研究了骨胶对长周期锌电积的直流电单耗、电流效率和阴极锌表面质量的影响。结果表明,吨锌骨胶加入量控制在0.1~0.3 kg,可以使48 h锌电积的槽电压保持在2.99~3.05 V,吨锌直流电单耗2 820~2 860 kW.h,而电流效率均高于90%,所产阴极锌表面光滑致密;吨锌骨胶加入量超过0.3 kg将使锌电积的直流电单耗显著升高、电流效率明显降低,且所产阴极锌表面粗糙、生长大量突瘤、颜色暗沉。