[发明专利]一种工业铝电解质电导率在线测量装置及测量方法

说明书

技术领域：

本发明属于铝电解技术领域，特别是涉及一种工业铝电解质电导率在线测量装置及测量方法。

背景技术：

现代工业中采用电解熔融冰晶石-氧化铝的方法生产原铝，并向其中加入氟化钙、氟化锂等以改善铝电解质的物理化学性质。铝电解工业是高能耗工业，然而，并非所有的直流电都用于电解氧化铝，有一部分直流电由于铝电解质的欧姆电压降而消耗；因此，提高铝电解质的电导率对于降低铝电解能耗、提高电流效率具有重要的意义。所以，对于工业铝电解质的电导率进行现场实时测定，显得极为关键。

高温电解质的电导率测定通常都是在电导池内进行的，而电导池需要有固定的电导池常数，因此需要其结构稳定，电导池所用的材料需要有抗铝电解质腐蚀性和良好的抗热震性。此外，铝电解车间内存在有电磁场，会对电子仪器产生干扰，这也是限制工业铝电解质电导率在线测量的一个主要原因。目前，工业铝电解质电导率的测量，通常都采用将电解质取出，冷凝后再送到分析室内进行的；这种非实时测量的做法耗时较长。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可方便、快捷、准确地实现工业铝电解质电导率在线测量的工业铝电解质电导率在线测量装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种工业铝电解质电导率在线测量装置，包括测量系统、控制系统、读数系统及移动、升降系统，所述测量系统包括电导池和导杆，所述控制系统包括电源和PLC，所述读数系统包括RLC测试仪和工业平板电脑，所述移动、升降系统包括伺服电机和支架；所述电源分别与PLC、RLC测试仪、工业平板电脑及伺服电机相连接，所述工业平板电脑分别与PLC和RLC测试仪相连接，所述PLC与伺服电机的控制端口相连接，伺服电机的电机轴与支架相连接，所述支架通过导杆与电导池相连接，所述导杆与RLC测试仪的探头相连接。

所述电导池包括下部具有通孔的石墨坩埚，在石墨坩埚内侧的四周设置有内衬，在内衬的上方设置有中心具有电极通孔的卡头，在所述石墨坩埚的上方设置有电极，电极与卡头中心的电极通孔相对应；所述石墨坩埚和电极分别通过导杆与移动、升降系统的支架相连接，所述导杆分别与RLC测试仪的两个探头相连接。

为了节约成本，所述导杆未与电解质接触的部分采用高温不锈钢材料制成，与电解质接触的部分采用铂金属制成。

所述电极采用铂金属制成。

所述石墨坩埚内侧的内衬采用氮化硼材料制成，氮化硼具有抗电解质腐蚀和电阻率大的特性，可以防止石墨坩埚侧部与电解质接触发生电子转移。

所述卡头采用氮化硼材料制成。

为了屏蔽铝电解车间内的电磁干扰，可将读数系统、控制系统和移动、升降系统置于不锈钢箱体内。

为了方便移动，可将所述不锈钢箱体置于小车上。

所述控制系统的电源包括蓄电池和不间断电源UPS，由蓄电池为不间断电源UPS进行供电。

所述工业铝电解质电导率在线测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一：电导池常数的标定；

电解质的电导率计算公式如下：

κ=kR---(1-1)]]>

由式(1-1)变形得：

k＝κ*R    (1-2)

式中，κ为电解质的电导率，单位为S·cm^-1；R为电解质的电阻，单位为ω；k为电导池常数，单位为cm^-1，其值只与电导池的结构有关；

向电导池内注入已知电导率的熔盐或水溶液，采用RLC测试仪测定电导池内电解质的电阻，根据式(1-2)确定电导池常数k；

步骤二：使用步骤一中标定的电导池常数k，采用RLC测试仪测定电导池内待测电解质的电阻，根据式(1-1)确定待测电解质的电导率。

本发明的有益效果：

本发明可精确地实现工业铝电解质电导率的在线实时测量，为铝电解工艺参数的改进提供了基础，从而提高了电流效率，降低了直流电耗。