《LiF和KF對鋁電解溶解損失及電流效率影響的基礎研究》是依託東北大學，由彭建平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：LiF和KF對鋁電解溶解損失及電流效率影響的基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：彭建平
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
目前我國諸多電解鋁廠因長期使用含Li2O和K2O雜質的氧化鋁原料，使得電解槽中同時富集LiF和KF，導致電解槽電流效率較低。針對這一特殊實際，本項目擬結合冰晶石－氧化鋁電解質熔體的相關物理化學性質，運用鋁電解基本理論，採用電化學研究方法、化學分析手段，系統分析研究LiF和KF共同存在對冰晶石－氧化鋁電解過程中的陰極過程、金屬溶解損失、陰極反應、陰極副反應等方面影響，以及分子比、電解溫度、過熱度對上述過程的影響規律。採用氣體分析法測量與研究不同LiF和KF組分時的鋁電解電流效率。運用多元統計分析方法，建立同時富集LiF和KF電解質熔體的鋁溶解損失數學模型和電流效率損失模型。.通過本項目研究為我國改進鋁電解生產工藝技術條件與操作，最佳化電解質成分，減少鋁溶解損失，提高鋁電解槽電流效率，降低電耗，提供理論與技術的支撐。
結題摘要
我國諸多鋁電解系列因長期使用含Li2O和K2O雜質的氧化鋁原料，使得電解質中富集LiF和KF，導致鋁電解電流效率較低。針對這一特殊實際，本項目測量了 Na3AlF6-AlF3-CaF2-KF-LiF-Al2O3電解質熔體初晶溫度與氧化鋁在Na3AlF6-AlF3-CaF2-MgF2-LiF-KF溶解度。採用電化學研究方法研究了含LiF和KF冰晶石-氧化鋁體系鋁電解的陰極過程。利用氣體容量法測量了金屬在含LiF和KF電解質熔體中的溶解損失。研究了不同電解質組分、電解溫度、電流密度等條件下鹼金屬在陰極鋁中的含量變化，分析了陰極副反應。研究了含LiF和KF電解質熔體電解時鹼金屬與電解質向陰極炭塊的滲透過程。基於金屬在電解質熔體的表觀溶解度數據，結合冰晶石－氧化鋁電解質熔體的相關物理化學性質，分析了富集LiF和KF的工業電解槽電流效率受操作參數的影響。 通過本項目研究，獲得如下重要結果與關鍵數據：每增加1%KF，降低電解質初晶溫度2.8℃~4.0℃，而每增加1% LiF降低8℃~9℃。LiF濃度提高會降低氧化鋁在電解質中的溶解度，而KF可改善氧化鋁的溶解度。電解質中LiF存在，提高了鋁的活度，降低了陰極過電壓。KF增加，使金屬鋁的沉積過電位增大；分子比提高，鋁與電解質熔體界面張力下降，鋁易向電解質熔體擴散，增加了金屬溶解損失；相同過熱度下，金屬溶解損失隨LiF濃度提高下降明顯。電解質熔體每提高10℃，鋁表觀溶解度增加0.0023wt%~0.0028wt%；在高陰極電流密度時，使陰極界面的Na+放電更容易，陰極鋁中Na含量增加。通過本項目研究，建立了Na3AlF6-AlF3-CaF2-KF-LiF-Al2O3電解質熔體初晶溫度模型和氧化鋁在Na3AlF6-AlF3-CaF2-MgF2-LiF-KF溶解度數學模型；揭示了LiF和KF複雜電解質熔體中鋁溶解損失機理；基於實驗室數據，構建了富集LiF和KF電解質熔體的金屬表觀溶解度數學模型，而且根據工業電解槽數據，探討了鋁電解槽電流效率計算模型。 本項目的研究結果為改進鋁電解生產工藝技術條件與操作，最佳化電解質成分，減少鋁溶解損失，提高鋁電解槽電流效率，提供了理論與技術的支撐。本項目研究也為低溫鋁電解提供參考。
