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电解质中氧化铝含量的测定方法探讨

更新时间 2011-5-7 15:08:54 点击数:

电解质中氧化铝含量的测定方法探讨
袁艺
(中国铝业贵州分公司技术研发中心,贵州贵阳550014)
摘要:对测定电解质中氧化铝含量的方法进行了探讨与研究,试验结果表明各种分析方法存在较大差异。
关键词:电解质;氧化铝;测定方法
中图分类号:TF03,TF821文献标识码:B文章编号:1002-1752(2011)03-58-2
       铝电解质是电解铝工业生产中的中间物质,其酸碱度(分子比)和化学组成等技术指标直接关系到铝电解生产的电流效率和产量,因此,铝电解质的化验分析是一项极其重要的工作。在电解质中氧化铝含量的多少对电解槽智能模糊控制非常重要。电解质中氧化铝含量的多少与槽表观电阻呈一定的关系,通过对氧化铝加入量的适当控制,维持低含量氧化铝浓度,可减少沉淀的产生及阳极效应的发生,明显提高电解槽的电流效率。
    但是由于在电解槽中受温度等影响,无法进行铝电解质的在线检测,加之从电解槽中取出后受冷却速度等影响,其中的物质形态,即物相结构会随之发生变化,所以目前国内对铝电解质的物相结构尚无准确确定,且国内的铝电解质分析方法和水平参差不齐,对其的化验分析也无统一分析标准,给化验分析带来了不利影响,严重制约了电解铝生产工艺的发展。
    为提高电解质中氧化铝测定的分析准确度,本文对目前采用X-射线荧光光谱直接压片法以及化学分析法测定进行了探讨与研究。
    1测定方法
    1.1 X-荧光法通过“O”道直接测定根据衍射扫描结果电解质中的Al2O3要占氧化物的98%以上,其它氧化物只占2%,所以我们可以把电解质中的氧化物近似看作只由Al2O3组成,其它氧化物杂质忽略不计。所以可用标样通过“O”道测“O”元素强度,做出工作曲线,测出电解质中氧化铝的含量。但荧光直接测定电解质中的氧(O)含量,影响因素是多方面的:包括电解质中水分的影响,测量光路中空气的影响,电解质中SiO2、Fe2O3等氧化物的影响等、最主要的是氧(O)、钠(Na)电频分析波峰叠加的干扰,我们通过测定纯氟化钠(NaF)中氧的强度,得出O/Na强度比系数,扣除干扰。
    1.2 X-荧光法通过"F"道间接测定荧光需要测定电解质中的元素有:铝(Al)、氟(F)、钙(Ca)、镁(Mg)、钠(Na)、钾(K)等。由于荧光测定的铝(Al)为总铝,即氟化铝(AlF3)和氧化铝(Al2O3)中铝的总量;测定的氟(F)为总氟(F),即氟化铝(AlF3)、氟化钠(NaF)、氟化钙(CaF2)、氟化镁(MgF2)、氟化锂(LiF)和氟化钾(KF)中氟的总量,因而,在用X-荧光测定电解质时,其关键是要确定氟化铝(AlF3)的测定方法。
    根据衍射扫描电解质中的氟化物基本上由下列物质组成:氟化铝(AlF3)、氟化钠(NaF)、氟化钙(CaF2)、氟化镁(MgF2)、氟化锂(LiF)和氟化钾(KF)。利用测定出的总氟(F)量减去除氟化铝(AlF3)之外的其他氟化物中的氟量,即为氟化铝(AlF3)所含的氟量,再折算为氟化铝(AlF3)。铝(Al)在电解质中基本上是以氧化铝(Al2O3)和氟化铝(AlF3)的形式存在,利用测定出的总铝(Al)量减去氟化铝(AlF3)中所占的铝(Al)量,即为氧化铝(Al2O3)所含的铝量,再折算为氧化铝(Al2O3)。
    但由于锂为超轻元素,其原子序数比X-射线管的铍窗还低,因而X-射线光谱仪无法对其进行测定。通过对我公司电解厂电解槽中氟化锂(LiF)含量的普查,结果表明:氟化锂(LiF)变化幅度在0.9%~1.3%之间,含量基本变化不大,故在计算时氟化锂(LiF)是以1.0%定值给出。并且由于电解质内控标样的氟含量没有梯度,工作曲线不成线性,准确度较低;分析中计算步骤过多、带来分析误差较大。
    1.3三氯化铝重量法
    对电解质中氧化铝含量的测定长期以来国内传统是采用化学分析方法———三氯化铝重量法。电解质试样中加入AlCl3溶液,煮沸,使铝电解质中的MgF2、LiF、CaF2等溶解于Al2 O3,过滤,洗涤把沉淀同滤纸放入瓷坩埚中灰化后,灼烧,冷却后称重,得出氧化铝含量。该方法分析准确、但是分析方法烦琐冗长、分析速度慢,不适宜生产厂运用;因而化学分析方法已满足不了现代电解控制分析的需要。
    2分析及讨论
    在经过大量调研的基础上,对电解质中分子比及主要成分的测定方法进行了大量的分析研究,将1#~6#电解质试样送往各大型铝同行企业进行氧化铝含量的测定,各家数据显示,在测定电解质中氧化铝含量时存在较大偏差,见表1,各数据均为11次测定平均结果。
    在同一化验室,利用分析仪器2400 X-射线荧光光谱仪,在相同内控标样条件下,对1#~6#电解质试样中的氧化铝含量进行不同方法的测定,结果如表2,从表中看出仍然存在分析偏差。
    造成偏差主要有两方面原因:一是没有统一的分析方法,二是没有统一的标准样品。
    在化验分析中,标准样品对控制分析质量和提高分析结果的准确性具有非常重要的意义。以前国内电解质标样大都从日本、美国购买,且分子比一般在2.60~3.00之间,已经满足不了国内电解铝生产的需要。而国内电解质标样的研制处于空白,国内各电解铝生产企业根据自己的生产体系情况,有不同的电解质内控标样。我国目前电解质标准样品的开发研制工作还处于起步阶段,标样市场

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