一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法
【技術領域】
[0001] 一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，涉及一種電解鋁生產過程鋁電解質酸堿 度分子比的快速分析方法。
【背景技術】
[0002] 目前，冰晶石作是鋁電解工業(yè)唯一的電解質溶劑。純凈的冰晶石實際上是NaF 與AlFj^混合物，而NaF與A1F 3的比例即為電解質的酸堿度，教科書中一般用分子比 CR(cryolite ratio)來表征。
[0003] 隨著電解技術的不斷進步與發(fā)展以及生產過程的積累，工業(yè)電解質中已經不僅僅 由NaF與六1匕兩種化合物組成，還存在有氟化鋰、氟化鉀、氟化鈣、氟化鎂等化合物。這些 添加或帶入的氟化物的達到一定量時，對電解質的性質和分析都會產生較大的影響。
[0004] 由于富鋰鉀氧化鋁的使用，使得電解質的組成更加復雜，采用X-射線衍射分析儀 用于高鋰鉀復雜電解質酸堿度分子比，已出現了明顯的鈍化現象，即雖然鋁電解質酸堿度 分子比實際有較大變化，而分析結果卻仍然在一定范圍內基本保持不變。采用現有分析方 法與裝置已難以反應工業(yè)生產鋁電解質酸堿度變化情況，失去了對現實生產的指導意義。 因此，針對高鋰鉀鋁電解質體系開發(fā)一種快速可用于工業(yè)生產分析用的分析方法與裝置十 分必要。
[0005] 為了快速準確測量鋁電解質中酸堿度分子比（或過剩氟化鋁含量），發(fā)明專利 申請《氟化鈉燒結法測定鋁電解質分子比》申請?zhí)?3115818. 4,發(fā)明公開了一種氟化鈉燒 結法用氟離子選擇電極法測定鋁電解質分子比的分析方法。發(fā)明專利申請《一種鋁電解 質中過剩氟化鋁含量的分析方法》申請?zhí)?00610104520. 2,發(fā)明公開了一種鋁電解質中 過剩氟化鋁含量的分析方法，其實質仍然是采用氟化鈉燒結后采用氟離子選擇電極測定 的分析方法。發(fā)明專利申請《一種酸性KF-NaF-AlF3i解質體系分子比測定方法》申請?zhí)?201110372100. 3,發(fā)明公開了一種酸性KF-NaF-AlF3電解質體系分子比的快速測定方法，其 特征在于氟化鈉燒結后用電導率電極測定溶液電導率，然后計算出電解質分子比。
[0006] 從以上文獻可以看出，以上方法均屬于間接分析方法，以上方法是利用NaF溶于 水的性質，向電解質中添加NaF，然后再高溫燒結（或熔化），使加入的NaF與游離的AlF3i 應生成冰晶石，而且略有剩余，然后通過氟離子電極或電導率電極分析其中過量NaF，進 而推算原電解質酸堿度分子比。工業(yè)生產中電解槽槽臺數多，分析量大，如采用以上分析方 法均需要兩次破碎和高溫燒結過程，流程繁瑣復雜，時間長，難以滿足大規(guī)模生產的需要。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種有效彌補了 X射線衍 射法的不足、操作簡單快速的高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的。
[0009] -種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于其分析過程的步驟依次包 括：
[0010] (1)從電解槽中取出電解質液體急冷成固體試樣；
[0011] ⑵將固體試樣進行研磨；
[0012] (3)用去離子水溶解得到測試溶液，用電導率儀在定溫下測定水溶液電導率值；
[0013] (4)以測定的測試溶液電導率值和溫度值通過特定的公式計算出高鋰鉀鋁電解質 分子比。
[0014] 本發(fā)明的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述的高鋰鉀鋁電 解質中LiF質量百分含量大于3%，KF質量百分含量大于2%。
[0015] 本發(fā)明的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述的固體試樣的 研磨粒度為95 %以上小于100 μ m。
[0016] 本發(fā)明的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述的步驟（3)用 去離子水溶解試樣得到測試溶液過程的去離子水要求為25°C溫度恒溫條件下電導率值小 于 30 μ s/cm〇
[0017] 本發(fā)明的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述的步驟（4)以 測定的測試溶液電導率值和溫度值計算出高鋰鉀鋁電解質分子比時，采用的計算公式為鋁 電解質分子比CR = AX (l-(t-25)/20) Xk+B，其中k和t為電導率值和溫度，A和B為該電 解質體系預先確定的特定系數。
[0018] 本發(fā)明的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述的電解質體系 的特定系數A和B的確定方法：用化學元素法測定標樣分子比后與上述計算公式計算值采 用最小二乘方誤差準則解析而得。
[0019] 本發(fā)明的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，通過對高鋰鉀電解質深入分析 和研究，利用高鋰鉀電解質導電特性，可快速分析電解質分子比，有效彌補了 X射線衍射法 的不足。本發(fā)明不需要大的資金投入和貴重的儀器設備，不需要高溫燒結和二次破碎，操作 簡單方便，特別適合大中型電解鋁廠使用。
【具體實施方式】
[0020] 一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其分析過程的步驟依次包括：（1)從電 解槽中取出電解質液體，急冷成固體試樣；(2)將固體試樣進行粉碎研磨；（3)在試樣中 隨機選取部分樣品作為標樣進行化學法元素分析，得到NaF和AlF；g分含量，由NaF/ A1F3K值確定標樣分子比；(4)用去離子水溶解標樣和測試樣得到待測溶液，用電導率儀 在定溫下測定待測水溶液電導率值；（5)以標樣測定的測試溶液電導率值和溫度值和步 驟2中標樣化學元素法確定的分子比結果采用最小二乘方誤差準則解析出公式"CR = ΑΧ (1- (t-25) /20) X k+B"中系數A、B系數值；（6)將待測試樣水溶液電導率值k和溫度值 t帶入上述已確定A, B系數的公式中計算出高鋰鉀錯電解質分子比。
[0021] 實施例
[0022] 以350KA電解系列為例，按下列步驟進行：
[0023] (1)用鐵勺將液體電解質從電解槽中取出，然后倒入鐵制模具中，在急冷狀態(tài)下制 得電解質樣，編號保存。
[0024] (2)冷卻后的電解質試樣中滴入數滴無水乙醇，并用ZM-1型振動研磨機磨細至 < 100 μ m，作為分析試樣。
[0025] (3)選取部分電解質試樣B-01~B-05作為該系列標準樣品，通過化學元素法分析 出B-01~B-05中NaF和六^3百分含量，由此計算出標樣B-01~B-05的標定分子比CR。， 結果見下表1。
[0026] (4)用電子分析天平稱取試樣B-01~B-053. 0g，溶于200ml 25°C電導率值為 15 μ s/cm的去離子水中，放置于水浴恒溫攪拌裝置中在25°C下攪拌3分鐘以上，靜置10秒 后用電導率儀測定水溶液電導率值k和溫度值t，記錄該數值和試樣編號，測試數據見表1。
[0027] (5)以表1中電導率值k和溫度值t和步驟（3)中標樣化學元素法確定的分子比 結果CR。采用最小二乘方誤差準則解析出公式"CR = AX (l-(t-25)/20) Xk+B"中系數A、 B 系數值，A = 0· 0014, B = 1. 841 ;
[0028] (6)將待測試樣編號C-01~C-08所測的電導率值k和溫度值t (攝氏度）代入到 特定的數學公式CR = 0. 0014X (l-(t-25)/20) Xk+1. 841即可分析確定待測電解質試樣分 子比CRd。
[0029] (7)為了驗證該分析方法可靠性，用化學法分析出C-01~C-08試樣分子比CR0， 將CR。與CR d進行RSD誤差分析，誤差平均值為0. 047,標準偏差為1. 947%，滿足電解生產 分子比分析精度要求，具體數據見表2。
[0030] 測定完畢后多余試樣和水溶液妥善保存，其中水溶液過濾無害化處理后直接排 放，電解質試樣和過濾固體可以返回電解槽使用。
[0031] 表1數學模型中待定系數A和B確定測試數據

[0033] 表2方法驗證數據

【主權項】
1. 一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于其分析過程的步驟依次包括： (1) 從電解槽中取出電解質液體急冷成固體試樣； (2) 將固體試樣進行研磨； (3) 用去離子水溶解試樣得到測試溶液，用電導率儀在定溫下測定水溶液電導率值； (4) 以測定的測試溶液電導率值和溫度值計算出高鋰鉀鋁電解質分子比。2. 根據權限利要求1所述的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述 的高鋰鉀鋁電解質中LiF質量百分含量大于3%，KF質量百分含量大于2%。3. 根據權限利要求1所述的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述 的固體試樣的研磨粒度為95%以上小于100μm。4. 根據權限利要求1所述的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述 的步驟（3)用去離子水溶解試樣得到測試溶液過程的去離子水要求為25°C溫度恒溫條件 下電導率值小于30μs/cm。5. 根據權限利要求1所述的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述 的步驟（4)以測定的測試溶液電導率值和溫度值計算出高鋰鉀鋁電解質分子比時，采用的 計算公式為鋁電解質分子比CR=ΑΧ(1-(t-25)/20)Xk+B，其中k和t為電導率值和溫度， A和B為該電解質體系預先確定的特定系數。6. 根據權限利要求5所述的一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，其特征在于所述 的電解質體系的特定系數A和B的確定方法是用化學元素法測定標樣分子比后與權利要求 5中公式計算值采用最小二乘方誤差準則解析而得。
【專利摘要】一種高鋰鉀鋁電解質分子比的分析方法，涉及一種電解鋁生產過程鋁電解質酸堿度分子比的快速分析方法。其特征在于其分析過程的步驟依次包括：(1)從電解槽中取出電解質液體試樣，急冷成固體試樣；(2)將固體試樣進行研磨；(3)用去離子水溶解試樣得到測試溶液，用電導率儀在定溫下測定水溶液電導率值；(4)以測定的測試溶液電導率值和溫度值計算出高鋰鉀鋁電解質分子比。本發(fā)明的方法利用高鋰鉀電解質導電特性，可快速分析電解質分子比，有效彌補了X射線衍射法的不足。本發(fā)明不需要大的資金投入和貴重的儀器設備，不需要高溫燒結和二次破碎，操作簡單方便，特別適合大中型電解鋁廠使用。
【IPC分類】G01N27/02
【公開號】CN105353001
【申請?zhí)枴緾N201510813400
【發(fā)明人】黃海波, 柴登鵬, 吳許建, 邱仕麟, 王俊青, 李強
【申請人】中國鋁業(yè)股份有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月23日