余热回收型铝电解槽用熔盐物性的研究

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工业铝电解槽的电能利用率不足50%,其余50%以热量的形式散失,属于无谓损失。如果能将这部分散失的热量利用起来,将大大提高铝电解槽的能量利用效率。余热回收型铝电解槽就是基于这一想法而提出来的。东北大学的王兆文课题组设计了一种新型的余热回收型铝电解槽,该槽的特点是采用熔盐作为换热介质,大大地提高了余热的利用率。余热回收型电解槽用到两种熔体,一种是参与电化学反应的铝电解质体系;另一种是用于热交换的熔盐。因此有必要对这两种体系的物理化学性质作深入的研究。本文将主要研究Na3AlF6-AlF3-CaF2-Al2O3-NaCl铝电解质体系的初晶温度及电导率和NaNO3-KNO3-NaNO2蓄热熔盐体系的电导率。  初晶温度的测量采用步冷曲线法,采用1℃/min的降温速度;电导率的测量采用固定电导池常数法。本文研究了氯化钠含量及电解质分子比对Na3AlF6-AlF3-CaF2-Al2O3-NaCl铝电解质体系的初晶温度的影响。在电导率研究方面,主要考察了熔体组成和温度对电导率的影响。实验结果表明:  1、对Na3AlF6-AlF3-4%CaF2-3%Al2O3-NaCl熔盐体系电解质的初晶温度的测定数据进行回归分析,得到如下初晶温度的回归方程:t/℃=978.412-4.078W(AlF3)-13.341W(NaCl)+0.619W(AlF3)2+1.210w(NaCl)2+1.052W(AlF3)W(NaCl)0.034W(AlF3)3-0.050W(NaCl)3-0.040W(AlF3)W(NaCL)2-0.070w(AlF3)2w(NaCL)  式中,t为铝电解质初晶温度,℃;w(AlF3)为过剩氟化铝质量分数,0~15.33%;w(NaCl)为氯化钠质量分数,1~9%,判定系数R2为0.989,标准估计误差为3.23℃,总体不确定性低于1%;  2、在低分子比下,氯化钠做添加剂对初晶温度的降温幅度比氟化锂做添加剂的潜力要大,在CR=2.0时降温幅度为9.1℃/%NaCl(wt),而CR从2.2变化到3.0时,其降温幅度为(4.3到5.5)℃/%NaCl(wt)。氯化钠做添加剂能大大提高电解质的电导率。考虑到经济因素,在CR小于2.0时,NaCl是较好的低温铝电解质添加剂;  3、相同温度不同组分下,随着NaNO3、NaNO2百分含量的增加,混合体系熔盐电导率呈上升趋势,说明NaNO3、NaNO2的含量增加可使混合熔盐的电导率的增大,但NaNO2的影响比NaNO3大;随着KNO3百分含量的增加,混合体系熔盐电导率呈下降趋势,说明KNO3的含量增加可使混合熔盐的电导率减小。
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