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摘要：本文对低温铝电解进行研究分析，提出了低温铝电解其根本问题为氧化铝在低温电解质中的溶解速度与溶解度。并指出铝电解惰性电极和低温电解进行融合，研制出新的电解技术成为今后发展主导方向。
关键词：铝电解；低温电解之；研究分析
由于霍尔-埃鲁方法自身具有一定优势，所以铝工业一直采用这种方法。但在实践生产加工中，该方法不乏存在一定不足，例如：单槽加工效率差、能量使用率不及50%、电解热量过高，一般在950--970摄氏度。为此，我国一直致力于新的方法分析。其中低温铝电解对电流效率的提升具有重要作用，能够节省消耗，提升铝纯度。由此也成为全球铝行业中重要研究课题。
一、钠冰晶石体系低温电解
因为铝工业应用碳素材料电极与侧衬影响，以及电解质为钠冰晶石体系。因此，低温铝电解研究焦点在于钠冰晶石体系内。其体系成分为：Na3AlF6、AlF3、Al2O3，以及部分添加剂。
（一）物理化学属性分析
据文献记载：1985年就已经有学者对钠冰晶石体系内的低熔点电解质的物理化学属性展开了研究，其中包含：液相线热量、铝溶解度、氧化铝溶解与溶解速度等。电解质分子比减小，其铝溶解度、氧化铝溶解度与电导率持续降低，蒸气压，界面张力与密度参数呈上升趋势。
1、液相线温度
想要达到低温铝电解首先需要应用低熔点电解质。对此，一些专家学者对其减小电解质液相线温度方法进行了列举。第一，在现有电解质前提下，碱金属为添加剂，例如：NaCL、MgF2、KF。除此之外，Al2O3的添加在一定程度上也能够减小电解质液相线温度。在10%含量中，将钠冰晶石熔点1010摄氏度为标准，不同添加剂减少电解质液相线温度为：MgF2--6.0、NaCL--3.8、KF--4.8。
在不同添加剂中，能够降低铝溶解的有：CaF2、MgF2、提升导电性的为：LiF、NaCL，剩余添加剂全部减小Al2O3溶解度与溶解速度。由此可以看出，添加剂加入含量应适当，不可过多。LiF、MgF2控制在1--4wt%之间，同时限制在过量AlF3成分在7wt%以下。因此，通过添加剂降低电解质液相线温度效果有限。第二，提高电解中AlF3成分，降低分子比，提升电解质酸度。
2、电导率
电导率作为电解质重要成分，具有重要作用。由于电导率对铝电解产生的电能耗量有着直接影响关系，电解质电压降占据电解槽电压降的1/3。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以，电导率是分析低熔点电解质的关键值。
（二）电流效率与电化学性质
在铝电解法研究初期，选择的分子比为1的低熔点电解质。随后，一些学者陆续在钠冰晶石体系内展开低温电解分析，直至1979年，低温电解研究得到了认可。通过分析1.3--1.6的电解质，电解温度730--900摄氏度，石墨作为阳极，TiB2为阴极，低温煅烧Al2O3为基础材料，电流效率在90%。
1985年，一些专家在有关体系中发现了宽广的低熔点位置，同时在100A电解槽中展开了电解实验，对不同分子比电解质电流效率进行检测，其中加入3--4%Al2O3、2--3%CaF2、0--10%MgF2，电解温度在800--900摄氏度，电流效率在86--90%之间。实验证明：随分子比降低，温度下降与MgF2成分增加，电流效率得到了提升。针对有关问题，其解决方法为：提升热度50--60摄氏度。其阳极电流密度0.03--0.3A/cm2之间，检测石墨阳极在Al2O3的溶体内阳极过电压，得出分子比电解内阳极过电压的塔菲曲线值。因此其结论为：阳极过电压跟随分子比下降而提升。边界电流检测显示：温度下降其电流密度也随之降低，溶体分子比减少，临界电流密度提升，其结果在低温分子比状态上出现阳极效应的电流密度降低。
二、低温铝电解存在的不足与未来发展
将低温铝电解应用在生产中，有待进一步研究找到问题解决方法：第一，钠冰晶石体系内，Al2O3溶解度与溶解速度跟随分子比温度减小而减小，较多的溶解速度造成Al2O3堆积在槽底阴极，钾冰晶石体系的运用对氧化铝溶解度提升具有推动作用，但其材料的抗钾渗透性能问题有待进一步优化。第二，碳化铝在电解质熔岩内的溶解度将跟随分子比与温度减小而提高。第三，因为温度的下降，分子比降低，熔盐电解导率降低进而造成电解时槽电压增加，加剧电能损耗而出现电能耗问题。
根据现阶段成果分析看，钠冰晶石体系应用在低温铝电解质体系中发展前景较好，其后续研究也应集中于几点：第一，减小分子比，在做好高温电解质性能控制上，减小电解温度，即：进行新型电解质体系分析，增加低熔点电解质选择。第二，对惰性阳极和低温铝电解进行融合，继而形成一种新的铝电解工艺。第三，在低温电解研究过程中，根据已有电解槽组成进行优化，使之形成一种新的电解模式，能够有效控制Al2O3溶解速度。阴极过电压测试显示：阴极过电压正常，CR=2.0，温度在900摄氏度，阴极电流密度在0.2--0.49A/cm2，阴极过电压在80mV以下。
结语：
综合分析，在原有结论成果分析条件下，抓住契机，逐渐将科研成果与工业加工、生产进行融合，使之应用在实际生产中。同时，通过进行不同新铝电解工艺优化，使低温铝电解工艺走向更高领域。
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论文作者:黄前斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第4期
论文发表时间:2017/7/6
标签：电解质论文; 低温论文; 冰晶石论文; 过电压论文; 溶解度论文; 铝电解论文; 电流论文; 《防护工程》2017年第4期论文;