[发明专利]铝生产电解槽中氧化铝成分的精确调节方法

说明书

按照赫勒和埃普德（Hall-Heroult）的方法，本发明是一种精确调节铝生产用电解槽中氧化铝成份的方法。同时，这种调节的目的也是为了使电解槽中的电量（法拉第）消耗率维持在高水平，至少达94%。

近年来，铝生产槽日益自动化，这不仅是为了更好地利用能源和使整个运转更有规律性，同时也为限制人为干扰，提高含氟液体中电流的效率。

为了保证在铝生产槽中熔化在溶解的冰晶石中的氧化铝的电解过程有规律地进行，其要素之一是氧化铝引入电解液中的速率。氧化铝量不足会引起“阳极反应”或“超速运行”，即：电解槽边的电压突然猛增，可以从4伏猛增到30伏或40伏，而且这个电压可以影响整个生产流程。

多余的氧化铝会聚集并附着在电解槽底部，变成硬片状，使阴极的一部份不导电。这在液态铝层中引起局部横向强电流，电流同磁场的相互作用，使液态铝层发生扰动，引起电解液和金属接触面的不稳定，以及内行人所熟知的许多其它缺陷。

这种缺陷特别有碍于降低电解槽的温度。降低温度对延长电解槽的使用寿命和电量（法拉第）利用率大有好处，一可以采用所谓的“高酸度”电解液（用高含量的ALF₃），或各种添加剂，如：氯化物、锂盐或镁盐。但是，这种电解液能够使氧化铝的分解能力和分解速度显著地减弱。而且，使用这种电解液就意味着要十分精确的调节氧化铝的含量，直至此含量达到较低的浓度而且处在两个非常接近的极限量之间。

虽然可以通过分析电解样品来直接测量电解液中氧化铝的含量，但多年来，人们选择了利用反映上述电解氧化铝浓度的电参数来间接估算氧化铝的含量的方法。

这个参数通常是内电阻的变化值，或者更确切地说，是内部伪电阻，它等于：

Ri＝（U-E₀）/J

其中，E₀是电解槽的反电动势，通常的数值为1.65伏特，U是电解槽边缘的电压，J是流过的电流强度。

通过检测，可以根据氧化铝含量画出一条Ri变化曲线，如果用人们非常熟悉的一些方法按一定的次数测量Ri的值，就可以估算任意时刻的浓度，用（Al₂O₃）来表示。

多年来，人们一致在寻找某种方式，以将氧化铝有规律地注入电解液，并使注入的氧化铝浓度维持在一个与预定值相接近的相对稳定值上。

那些自动供应氧化铝的方式或多或少严格取决于它在电解槽中的浓度，它们在下述专利中进行了描述：雷诺德斯的法国专利FR1457746，其中用电解槽内电阻的变化作为反映氧化铝浓度的参数，通过一个配有在凝固电解液的干硬表面上钻洞的器件的分配阀，将氧化铝引入电解槽。V.A.W的法国专利FR1    506    463的基础是测量停止供应氧化铝和出现阳极反应之间的时间差;阿勒库阿的美国专利US3，400，062是采用一个“先导阳极”，以便预先测出“超速运行”的趋向，并调节氧化铝引入的节律，氧化铝从一个配有对凝固的电解液的干硬表面钻洞的装置的漏斗筛中供给。更近期的一些控制氧化铝含量的调节方法描述在SHOWA    DENKO的日本专利申请JA52-28417/77，及MITSUBISHI的美国专利US4，126，525中。

在这些专利中的第一个中，氧化铝的浓度保持在2-8%，根据时间T测量电解槽边缘的电压变量△V，将这个变量与预定值比较，然后改变氧化铝的输入速率，以便使△V/t趋向于预定值。这种方法的不足是由于氧化铝含量的最小精确值达Al₂O₃的3-5%（见第8页的图表），它的灵敏度会随氧化铝含量而变化。

在上述第二个专利中，同样将氧化铝的含量维持在2-8%的水平，最好是4-6%。在预定时间T₁内向电解槽注入其数量高于理论消耗值的氧化铝，直至获得预定的氧化铝浓度。（例如，达到7%）然后在预定时间T₂内使输入速率相当于理论消耗值，然后停止输入，直至出现最初的阳极效应（“超速运行”）然后重新开始高于理论消耗值的注入速率循环。在这个方法中，氧化铝的浓度在循环过程中是变化的，从4.9-8%。（例1）或从4.0%-7%（例2）。

最后，在我们的法国专利FR2，487    386（佩西内铝公司，和它相对应的有EP44794专利和U.S.4    431    491）中，我们描述了一种精确调节氧化铝含量的方法，根据这种方法，在预定的时间间隔内，根据电解槽的内电阻变化，调节注入的速度，交替变换氧化铝注入速率，使其相当于或快于或慢于电解槽的消耗速率。