[发明专利]一种通过量热法推算监测氧化铝溶解速率的方法

说明书

本发明涉及一种通过量热法推算监测氧化铝溶解速率的方法，其在氧化铝溶解过程中，利用氧化铝溶解过程的温度变化，通过计算溶解反应中的各吸、放热物理化学过程，从而推算得到氧化铝溶解速率。本发明中监测过程所需的数据量少，对电解槽正常电解过程产生的干扰少，而且可以迅速、有效地估测每次加料的氧化铝在电解质中的溶解情况。

技术领域

本发明涉及一种通过量热法推算监测氧化铝溶解速率的方法，属于有色金属冶金技术领域。

背景技术

铝工业是耗能大户，吨铝综合电耗约为13000kWh，电能成本占原铝生产成本的一半左右。铝电解节能降耗是控制生产成本的关键问题。

工业上主要采用霍尔-埃鲁法生产金属原铝。该法采用氧化铝作为原料，将氧化铝溶解于高温熔融的冰晶石熔盐中，用炭素或石墨制成的阳极和阴极电解冰晶石-氧化铝熔盐，在阳极上产生一氧化碳和二氧化碳气体，在阴极上获得金属铝液。

为了维持电解过程的稳定，必须保证熔融冰晶石熔盐中的氧化铝浓度相对稳定。铝电解中一个重要的操作是将颗粒状的氧化铝原料加入到高温熔融冰晶石中，以补充在阴阳极间不断消耗的氧化铝。氧化铝加入不及时，或加入熔盐的氧化铝没有溶解进入熔盐中，便会影响铝电解过程的稳定，造成能源的浪费、缩短电解槽寿命。

目前工业上采用电解槽伪电阻曲线计算电解质中的平均氧化铝浓度，并以此控制氧化铝加料频率。但随着近年来低温铝电解工艺的普及和电解槽大型化趋势发展，氧化铝加料溶解问题再度显现，大量电解槽中出现了槽底沉淀(未溶解的氧化铝所形成的沉淀)过多的问题。而目前尚无可靠的技术来实现氧化铝溶解过程的直接监测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种通过量热法推算监测氧化铝溶解速率的方法，采用这种方法能够对单次的氧化铝加料溶解情况进行监测，为实现电解槽的精密控制，提高自动化程度，节能降耗提供支持。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种通过量热法推算监测氧化铝溶解速率的方法，其包括如下步骤：

S1、推算氧化铝溶解过程中各主要吸放热反应的反应热量，其吸放热过程包括氧化铝升温吸热，用Q1表示；氧化铝溶解吸热，用Q2表示；氧化铝灼减释放吸热，用Q3表示；氧化铝相变放热，用Q4表示；液态电解质降温放热，用Q5表示；及电解质冷凝相变热，用Q6表示；

S2、计算步骤S1中的Q1，Q2，Q3，Q4，Q5和Q6均取绝对值；

S3、判断数值有效性：若(Q1+Q2+Q3)与(Q4+Q5+Q6)的差值再与(Q4+Q5+Q6)的商值，偏差在10％以内，则数值有效；此时整个溶解过程中的所有吸热反应吸收的能量和所有放热反应放出的能量能够互相补充，整个体系能量守恒；

S4、推算结壳量与氧化铝溶解量的关系：所述氧化铝的溶解吸热量与溶解氧化铝的百分数呈正相关关系，结壳中电解质的质量与溶解氧化铝的百分数呈负相关关系，则溶解的氧化铝量m_diss与结壳中电解质的质量m_crust-bath关系如下式：

其中，所述m_feed为每次的氧化铝加料量，所述X为氧化铝后形成的氧化铝结壳中氧化铝的质量百分数；

S5、推算加料后氧化铝的溶解量；加料后溶解的氧化铝量通过将步骤S1的热量数值代入步骤S4中溶解的氧化铝量与结壳中电解质的质量关系式中，即建立与氧化铝溶解量关系较大的两个热量数值Q2和Q6的关系，并进行推导得出加料后溶解的氧化铝占总加料量的质量百分数。