本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解用低温熔盐体系及其使用方法。
背景技术：
随着国民经济的迅速发展，铝电解工业技术取得了巨大的进步。电流效率提高到93%-95%，直流电耗已降低到12500kW▪h/t—Al左右。尽管如此，目前还存在能量利用率低、单位投资较高和单位设备产率偏低等缺点。低温低电压铝电解一直是铝电解领域研究的热门话题之一。低温的实现往往通过调整熔盐组成来实现，增加电解质中AlF3含量或者加入LiF、KF、CaF2和NaCl等碱金属或碱土金属的卤化物和氟化物。这些添加剂中除KF外其余均降低了氧化铝在电解质中溶解度，致使铝电解过程中槽底沉淀增加，槽电压升高。但是KF对碳素阴极的破坏能力是钠盐的十倍左右。低电压往往通过降低极距来实现，在正常生产条件下，极距的降低一般伴随着电流效率和电解槽稳定性的下降，同时综合能耗升高。因此如何保证在低温低电压铝电解过程中氧化铝在电解质中溶解度及电流效率成为该工艺实现的关键因素。然而，电解质的电压降接近整个槽电压的1/2，提高电解质的电导率为低电压铝电解的实现创造了良好的条件，因此能否寻找到具有降低电解质的初晶温度、提高电解质的电导率和增加氧化铝在电解质的溶解度的添加剂成为低温低电压铝电解工艺实现的关键。
技术实现要素：
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种铝电解用低温熔盐体系及其使用方法，在铝电解过程中低温和低电压能够同时实现，解决以钠冰晶石为主要成分的电解质电导率低、氧化铝溶解度低等问题，达到提高电流效率、降低铝电解电能消耗的目的。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种铝电解用低温熔盐体系，熔盐体系由以下重量百分比的成分组成：Na3AlF6 45-50%，AlF3 15-20%，KAlF4 25-30%，NaAlO2 4-6%，Al2O3 6-9%，该熔盐体系的初晶温度为885-905℃，电解条件：过热度为6-10℃，碳素阳极电流密度为0.8-0.9A/cm2，电解槽槽电压在3.9-3.95V之间，在该电解条件下，电解质电导率2.5-2.7S•cm-1
上述铝电解用低温熔盐体系的使用方法：在铝电解槽中进行铝电解操作，工作条件为：电解温度891-915℃，碳素阳极电流密度为0.8-0.9A/cm2，电解时间10-22h，电解槽槽电压控制在3.9-3.95V之间，电解槽上部铺上11-13cm厚覆盖料，角部外的散热窗口填充保温材料，铝电解槽在运行期间加强底部保温，电解槽内衬表面和底部阴极炭块设计温度分别为640-780℃和790-915℃。
有益效果
本发明以NaAlO2做为Al2O3的补充原料进行铝电解，电解质中溶有Al2O3、NaAlO2电离出的铝氧络合离子，NaAlO2在电解条件下具有很高的铝氧络合离子浓度，在铝电解阴极反应过程中超电压很低，减少了铝电解过程中阳极效应。在电解过程中降低了CF4和C2F6氟化物的排放。另一方面，本发明的电解质熔盐体系中加入了25%左右的KAlF4添加剂，与现行的电解质初晶温度相比降低了15~20℃，氧化铝溶解度提高了1.5%，电解质的电导率提高了0.05 S•cm-1，NaAlO2电离出的铝氧络合离子可等效为Al2O3在电解质的溶解，电流效率可提高1%左右。
具体实施方式
在以下实施例中初晶温度采用热分析法测量，电解质在马弗炉400℃下恒温4小时，待测量炉炉温达到预估计初晶温度50℃左右时，将放有电解质的密封，放于测量炉内。待电解质熔体温度稳定后，以2℃/min速率冷却，无纸记录仪以1秒钟记录1个数据，得到电解质步冷曲线，步冷曲线上斜率最大值点即为电解质初晶温度。石墨坩埚氧化铝饱和溶解度采用氧化铝旋转圆盘称重法测定，即当熔体温度加热到一定值后，烧结氧化铝片在熔体中以100r/min速度旋转，旋转后将刚玉片用热AlCl3溶液清洗刚玉片上电解质，根据刚玉片重量差值，计算氧化铝饱和溶解度。电解质电导率采用CVCC方法测量，装置主要包括恒电位仪（PGSTAT30）和电流扩展仪（Booster20A）。
实施例1
一种铝电解用低温熔盐体系，熔盐体系由以下重量百分比的成分组成：Na3AlF6 50%，AlF3 15%，KAlF4 20%，NaAlO2 6%，Al2O3 9%。
上述低温熔盐体系的使用方法：将上述组成电解质置于400kA电解槽中进行铝电解，工作条件为：电解温度 910 ℃，碳素阳极电流密度 0.9 A/cm2 电解时间 14 小时，电解槽上部铺上12 cm厚覆盖料，电解槽底部阴极炭块温度为890 ℃，电解槽内衬表面温度为790 ℃，电解槽槽电压3.91V。该炉次的直流电耗 11840 kW▪h/t—Al，电流效率 94%，电解质电导率 2.58 S•cm-1。
实施例2
一种铝电解用低温熔盐体系，熔盐体系由以下重量百分比的成分组成：Na3AlF6 48%，AlF3 13%，KAlF4 24%，NaAlO2 7%，Al2O3 8%。
上述低温熔盐体系的使用方法：将上述组成电解质置于400kA电解槽中进行铝电解，工作条件为：电解温度 903 ℃，碳素阳极电流密度 0.9 A/cm2 电解时间 12 小时，电解槽上部铺上13 cm厚覆盖料，电解槽底部阴极炭块温度为885 ℃，电解槽内衬表面温度为785 ℃，电解槽槽电压3.90V。该炉次的直流电耗 11820 kW▪h/t—Al，电流效率 94%，电解质电导率 2.62 S•cm-1。
实施例3
一种铝电解用低温熔盐体系，熔盐体系由以下重量百分比的成分组成：Na3AlF6 46%，AlF3 17%，KAlF4 26%，NaAlO2 5%，Al2O3 6%。
上述低温熔盐体系的使用方法：将上述组成电解质置于400kA电解槽中进行铝电解，工作条件为：电解温度 890 ℃，碳素阳极电流密度 0.8 A/cm2 电解时间 16小时，电解槽上部铺上13 cm厚覆盖料，电解槽底部阴极炭块温度为885 ℃，电解槽内衬表面温度为785 ℃，电解槽槽电压3.90V。该炉次的直流电耗 11820 kW▪h/t—Al，电流效率 94%，电解质电导率 2.64 S•cm-1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。