冰晶石电解铝时为什么总会出现沉淀?

现代铝工业生产普遍采用自动点式下料器，按照一定的程序有规律地向槽内添加氧化铝，但由于氧化铝的粒径等级不同，有的氧化铝来不及溶解就沉淀到槽底。又由于电解槽的出铝、熄灭阳极效应、更换阳极、提升阳极框架等原因，也造成氧化铝的沉淀。铝电解槽中的沉淀物含有大量的氧化铝，并夹带铝珠，使氧化铝达到过饱和状态，影响加入的氧化铝继续溶解，沉淀积聚增多，破坏电解槽的热平衡，使电解槽处于不平稳的工作状态。这些沉淀有的随着槽内循环的铝液被带出继续溶解，而有的就与电解质、铝液一起凝结成块，变成硬沉淀而沉积在槽底，这对电解槽的生产是不利的。

冰晶石是氧化铝较好的溶剂，当AL2O3在冰晶石溶液中溶解时，发生了生成某种络合物（即铝氧氟络合物）的反应。AL2O3在冰晶石里的溶解过程可分为两步：第一步是AL2O3晶体受侵蚀的反应，即：AL2O3（晶体）＋6F-=3O2-(1)+2ALF3(1)其中O2-或者是游离的，或者与来自AL2O3的铝离子松弛结合。第二步是生成氧氟络合离子：O2-（1）＋ALF3＝A;OF32-(1)或O2-(1)+ ALF3+2F-=ALOF54-(1)   

由于氧化铝有较大的表面张力（～450mm/N），能够聚集在液态铝和冰晶石一氧化铝融体之间的表面（2），这有利于氧化铝的溶解，但氧化铝又能够克服这种表面张力而沉到铝液层之下。徐君莉等人利用透明石英槽研究了氧化铝在冰晶石融盐中的溶解行为，并用摄像机拍摄了氧化铝溶解的过程，使氧化铝的溶解行为变得更直观。氧化铝加入到电解槽中，首先是快速溶解，然后由于电解质冷凝效应而使溶解速度下降，其中一部分与电解质形成结块。加入到电解槽中的氧化铝的容积密度是1.0g/cm3（大约25%体积的氧化铝的75%体积的空气）（4.5）这样低的密度就会有部分氧化铝没有立即沉到槽底，熔融的冰晶石与其形成结块。随着电解的进行，结块可以继续溶解，而没有溶解的结块就沉到槽底。

 现代的电解槽普遍采用低分子比来提高电流效率，但分子比过低，电解质对氧化铝的溶解能力就会下降，这样会增加沉淀的生成，而电解槽采用打壳下料，氧化铝预热不足，频繁的打破结壳，引起电解槽的热损失增加，再重新形成保护性结壳时遇到困难，这也会增加沉淀。在电解槽的操作过程中，如电解槽的出铝、熄灭阳极效应、更换阳极、提升阳极框架等原因，也会造成氧化铝的沉淀。铝水平过高，造成阳极上抬，槽子的热损失增大，使炉底温度降低，也容易产生沉淀。低温电解可以获得较高的电流效率，但这会降低氧化铝的溶解度，采用低分子比和低温电解，氧化铝的溶解范围只有1.5%～3.5%（8），过量的氧化铝沉到炉底形成沉淀，大量的沉淀会导致铝液的不稳定，这反过来又会降低电流效率。

如果槽子的沉淀物大量积累，就会导到“病槽”。因此，必须减少或避免沉淀的形成，可以采取的方法如下：

（1）减少每次氧化铝的加入量可以改善其溶解状态，防止电解质温度明显降低。Daniel Whit-field(8)和Bonnardel O(11)都提出了控制电解槽中氧化铝含量的较好范围。现代工业电解槽采用点式下料器，有利于减少或避免沉淀，但下料器的个数和氧化铝的加入量要根据现场生产合理选择。

（2） 采用导热性较好的阴极块，这样能使阴极边部较热，可以减少沉淀。

（3） 保持足够的阳极保温料和炉面保温料，减少通过槽上部的散热损失，保证炉底有足够高的温度，使电解质的初晶温度等温线降到阴极炭块之下，保持良好的热平衡。

（4） 提高氧化铝的质量，氧化铝的质量对电解过程是相当重要的。此外，氧化铝的粒径等级不同，加料时要混料均匀。

另外，要严格控制铝电解生产的技术条件，减少人工作业对电解槽的各项指标的影响，这都会减少或避免沉淀的生成。

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