高分子比冰晶石的开发及其在铝电解中的应用

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1、2005年第12卷第1期化工生产与技术ChemicalProductionandTechnology·17·’’&’’’’’’’&研究与开发’’’’’’’&’’&高分子比冰晶石的开发及其在铝电解中的应用李冬永（湖南湘铝有限责任公司，湖南湘乡411400）摘要分析了高分子比冰晶石的质量特性，介绍了高分子比冰晶石在铝电解中的应用，特别是纯碱氟铝酸法高分子比冰晶石的产品特性和操作使用说明。指出在我国加大高分子比冰晶石高质量的氟化盐的开发和在铝电解厂的必要性。关键词冰晶石质量特性应用冰晶石是埃鲁———霍耳法电解炼铝中的基本组知，灼损随

2、分子比升高而降低。因此，生产高分子比分，是用量较多的重要辅助原料，其不同的组成对铝冰晶石有利于降低产品总水含量和灼损，以及干燥电解生产有着较大的影响。在我国各电解铝厂，目脱水能耗，有利于提高产品质量和降低成本。前普遍采用分子比（NaF与AlF3量的比）为2.0～10.002.2的低分子比冰晶石，而在国外，则普遍使用分子8.00比2.7以上的高分子比冰晶石。高分子比冰晶石与低分子比冰晶石相比具有较好的物化性能，随着电6.00解铝工业的技术进步和生产发展，特别是出于环保4.00和经济的双重考虑，在国际上已经得到了广泛的使2.00用

3、。而在我国，由于开发和应用都起步较晚，认识和应用技术又相对滞后，发展缓慢。为了效益的增长、0.61.02.03.0铝工业的发展和积极参与国际市场的竞争，高分子比冰晶石这一换代型的产品在我国当是值得大力开图1冰晶石结晶水质量分数与表观分子比的关系发和推广应用的。1质量特性及开发应用优势4.00K=1.59工业上，经合成、过滤得到冰晶石软膏，在3.00200～300℃下干燥脱除附着水，500～700℃温度下K=1.95脱除一定量的结晶水，得到冰晶石成品。从水溶液2.00K=2.27中析出的冰晶石是以3种化合物的形态存在的，即单冰晶

4、石（NaF·AlF3·0.83H2O）、亚冰晶石（5NaF·1.00K=2.53AlF3·0.5H2O）和冰晶石（11NaF·4AlF3·0.16H2O），结晶水的质量分数分别为10.66%、0100200300400[1]。结晶水质量分数的主要取决于分1.92%、1.42%图2不同表观分子比冰晶石的脱水情况子比。有研究表明[2]，冰晶石含结晶水量随分子比升在铝电解过程中，由于冰晶石分子比不同，水解高而降低，脱除随分子比升高而变易。其关系分别损失也不相同。冰晶石在高温下被水蒸气水解，水见图1、图2。工业冰晶石在600℃2h下的

5、灼损与分解反应是可逆的，其速度随分子比的升高而减少，反子比的关系如图3所示(表观分子比，即按NaAl的应的限度受平衡常数K的制约[3]。Na和p3AlF6分析结果理论计算得到的综合分子比)[3]。从图3可NaAlF4的水解反应及平衡常数见表1。假设平衡条收稿日期：2004-03-30·17··18·李冬永高分子比冰晶石的开发及其在铝电解中的应用研究与开发10石，则在表中找到列3.0与行2.0的分子比值的交点为73%，即冰晶石的消耗量可减少27%。8600℃，2h由于高分子比冰晶石具有较好的物化性能，国6外铝厂出于环保和经济效益

6、的双重考虑，采用电解/%质低分子比而添加高分子比冰晶石。从20世纪60灼减4年代起，外商向我国提出的冰晶石质量要求大多是2高分子比产品。前苏联铝镁研究院指出，铝电解使用高分子比冰晶石，可以获得巨大的经济效益[4]。0.51.01.52.02.53.0我国电解铝厂都使用低分子比冰晶石，这同操分子比作习惯和氟化铝质量不高以及环保措施不力有关。图3工业冰晶石的灼损与分子比的关系而另一方面，我国高质量的氟化盐开发、应用试验研件下混合物上部的平衡压力为0.1MPa，水蒸气的转究不够。这些都很不利于我国电解铝工业的发展。化率为α，以反应式

7、（1）为例可推算出：长期以来，主要是20世纪80年代末到90年代1/2。（1）α=[Kp（/4+Kp）]初，全国各大中型氟化盐盲目扩产，中小型氟化盐厂则1kg水参与反应时损失的HF(kg)为：无控建立，至2002年氟化盐产量就逾300kt，其中m(HF)=化学计算量×α。（2）冰晶石超过100kt，使得国内氟化盐市场供远大于表1Na3AlF6和NaAlF4水解反应的平衡常数求，形成过饱和状态。因此，我国氟化盐产品市场出序号水解反应温度/℃Kp路之一也在于开发应用高质量的产品，并积极扩大2出口。110275.47×10-3Na3

8、AlF6(1)+H2O(g)0312开发简况Al2O(s)+2NaF(1)+2HF(g)322NaAlF4(1)+H2O(g)09770.72.1食盐法312某公司1984年起进行了以氢氟酸、氢氧化铝和Al2O3(s)+NaF(1)+2HF(g)33氯化钠为原料合成高分子比冰