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铝中杂质元素的平衡

发布时间:[2022-05-10]

      用拜耳法从铝土矿生产出的工业氧化铝中,杂质的含量相对于原料铝土矿来说大为减少。除了从碱液中带来的碱以外,杂质元素的分析值总量通常少于1%。其中主要杂质是SiO2和Fe2O3。除了氧化铝给电解槽带来杂质外,炭阳极和熔剂冰晶石也带来不少杂质。炭阳极带来的杂质主要是铁和硅,冰晶石也是这样。
  如果原料的杂质元素全部析出在原铝里,则所得铝的品位只有99.7%Al。然而,实际生产出来的铝却具有较高的品位99.8%Al。这种差别主要是由于杂质元素的蒸发造成的。铁、钛、磷、锌和镓从氧化铝来的占多数,而硅和钒则从炭阳极来的占多数。从熔剂来的杂质元素,以磷为多,约占磷总量的20%,其余硅、铁,钛和钒都很少。
  平衡表的支出,硅和铁都超过了从原料带来的数量,其中硅超过60%左右,铁超过37%左右。电解槽的内衬材料,例如高灰分的槽底炭块和炭糊以及耐火材料,是这些杂质元素的另一个重要来源。此外,由于操作工具和阴极钢棒遭受侵蚀,使铁也进入了平衡。其余几种元素,收支接近平衡。
  支出分配在原铝和废气中的杂质元素量是不一样的。蒸发量大的是磷,占收入总量的72%,钒占64.4%,铁占62.4%,钛占57.7%,镓占49.6%,锌占19.7%。小的是硅,仅占收入总量的13.3%。之所以如此,原因是:
  ①硅和锌在电解质里以比较难蒸发甚至不蒸发的化合物形态存在,倒如SiO2,ZnO或ZnF2。硅和锌明显地积累在铝液里。铝液被硅和锌污染的程度,主要是由物料平衡中供入的硅化合物和锌化合物总量来决定的。在这种情形下,槽罩的收集效率无关紧要。
  ②铁、镓、钛和镍至少部分地以挥发性化合物的形态存在于体系中。这些化合物大概是在进入电解质之后才生成的。可能的化合物是Fe(CO)5,Ni(CO)4,TiF3,TiF4和GaF3等。如果槽罩的收集效率提高,则会在程度上影响铝的质量。
  ③钒和磷只以挥发性化合物形态存在。可能的化合物,首先是氟化物(VF3和PF3)和五氧化二磷(P2O5)。由于电解质中磷含量升高会影响电流效率,而铝中钒量增多则会减小铝的导电性能,所以可以预料到提高槽罩的收集效率会对原铝质量以及佳生产效果方面带来损害。
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