电解原铝中Fe含量来源分析及控制措施

王岩

摘 要：根据铝电解生产的实际情况，从铝电解生产过程所需原料、操作、工艺、设备等方面对电解原铝中Fe元素含量的来源进行分析，并针对存在的问题提出控制措施，从而有效的控制电解原铝中Fe元素的含量，提高电解原铝的品质。

关键词：电解原铝;Fe含量;来源分析;控制措施

由于铝具有材质轻、导热性和导电性良好、可塑性强以及构成高强度、耐腐蚀性的合金和再生循环利用等优良的性能，因而铝成为了有色金属中应用最广泛的的金属。铝电解生产主要采取冰晶石--氧化铝熔盐电解法，采用炭素阳极和炭素阴极，直流电通入电解槽，在阴极和阳极上起电化学反应。电解原铝质量的标准是以电解原铝中杂质含量的多少进行判断，其中Si、Fe的含量是制约电解原铝品级的主要因素，有效降低Si、Fe等杂质的含量，能提高电解原铝的品级，为企业创造更大的经济效益。本文针对电解原铝中Fe含量的来源及控制措施进行分析探讨。

1 来源分析

1.1 原料带入杂质Fe

1.1.1 氧化铝

氧化铝是当前冰晶石--氧化铝熔盐电解法的唯一原料，是由矿石中提炼出来的有一定粒度要求的白色粉料，流动性很好。工业用的氧化铝通常含98.5%的氧化铝以及二氧化硅、三氧化二铁等少量杂质，在电解生产过程中，电位比铝正的杂质元素，如三氧化二铁、二氧化硅等都会被优先还原，还原出来的Fe进入电解原铝内，从而使电解原铝内的Fe含量上升，造成电解原铝品位下降。

1.1.2 预焙阳极

在冰晶石--氧化铝熔盐电解生产中，预焙阳极作为导电的阴阳极的各种材料，既能良好导电，又能耐高温、抗腐蚀，电解生产所用的预焙阳极的质量对电解原铝中Fe含量的影响主要有以下几个方面：①预焙阳极炭块是利用一定粒度、配比的石油焦和残极，与一定比例的煤沥青，经过混捏、成型、焙烧而成的阳极炭块。石油焦、残极中会含有Si、Fe等各类杂质元素，进而造成预焙阳极中Si、Fe等杂质含量较高，在电解过程中随着预焙阳极的消耗，Fe元素被还原进入电解原铝内，使得电解原铝中的Fe含量升高;②阳极组浇铸质量不达标，运输或使用过程中造成阳极脱极，从而造成阳极组钢爪化爪、涮爪，导致电解原铝中铁含量大幅度升高。

1.1.3 保温覆盖料

铝电解生产过程中使用的保温覆盖料主要是电解质，如电解质中Fe高，破碎后再次做为覆盖料使用，会使槽内Fe含量升高。

1.1.4 氟化盐

在铝电解生产过程中，常向电解质中加入氟化钠、氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂等氟化盐，用以改善铝电解过程中的各项指标，氟化盐中常含有三氧化二铁等杂质，电解时随着电流的通入，三氧化二铁会参与电化学反应被还原，进而使得电解原铝中的Fe含量升高。

1.2 生产过程引入Fe

1.2.1 钢爪化爪引入Fe

生产过程中因工艺控制不当、员工操作不熟练或者违规操作等，易造成阳极组钢爪化爪，进而使得电解原铝中的Fe含量升高，主要表现为以下几个方面：①电解槽过热度控制不当时，阳极组受铝电解质的浸泡和冲刷，尤其是当气温回升和电解槽参数未预见性合理调整的情况下，极易造成钢爪化爪，这也是电解原铝中Fe含量急剧升高的主要原因;②因阳极组偏流（含阳极组自身电阻不均匀）造成的电解槽稳定性变差，若过热度增加情况下或操作管理质量波动时，易引起化爪;③炉膛存在畸形或者炉底状况较差，造成电解槽电压摆动，当铝水平较低或处于下降通道情况下，不理想的炉膛有放大的负面作用;④预焙阳极的重量及尺寸没有达到要求，造成阳极重量偏轻，阳极周期未进行合理调整，造成阳极透底、化爪。

1.2.2 铁质工具引入Fe

①预焙阳极的生产质量未达到要求，造成预焙阳极使用过程中出现掉渣、裂纹、断层等现象，在用铁质工具打捞时时间掌握不当，造成工具使用时间过长造成工具熔化;②员工在生产操作过程中，因操作不当或违规操作，使得铁质工具进入电解槽内，造成Fe含量升高。

2 控制措施

为了能够得到高品级的电解原铝，有必要控制电解原铝中的Fe含量，根据上述电解原铝中Fe含量的来源分析，制定如下控制措施：①从源头控制各类原料的质量，包括氧化铝、氟化盐、石油焦等，采购时可选择含Fe含量低的原料，或者对原料进行合理掺配;②预焙阳极使用的破碎料在破碎过程中，必须安装除铁设备，有效的进行除铁，降低Fe含量;③加强预焙阳极的质量要求，對阳极的外观、尺寸、理化性能等指标必须严格控制，达到使用要求;④做好电解生产工艺控制，保持工艺参数在合理区间，确保过热度稳定适当，防止出现过热度过高洗刷炉膛、过低造成电压波动情况;⑤加强对电解员工操作质量的管理，做好铁质工具的使用控制，换极操作期间使用大钩和摸炉底钎子等铁工具时，要做到轮换使用减少铁工具在槽内停留时间，避免在电解质或铝液中停留时间过长造成铁质工具熔化，杜绝铁质工具掉入槽内的情况。

3 结语

本文从原料、生产过程中的各种因素对电解原铝中Fe含量的来源进行分析，并针对Fe含量的来源提出控制电解原铝中Fe含量的相应措施。生产过程中应合理利用文中控制措施，有效控制电解原铝中的Fe含量，提高电解原铝品级。

参考文献：

[1]邱竹贤.预焙槽炼铝（第三版）[M].北京：冶金工业出版社，2005

[2]刘凤琴，王玉.铝电解生产技术[M].长沙：中南大学出版社，2010.

[3]罗旭东，汤昌廷，等.铝及铝合金中杂质元素的来源及生成过程[J].轻有色合金，2015，10（35）：1114-1117.