三層液鋁電解生產(chǎn)工藝

1、三層液鋁電解生產(chǎn)工藝第1頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日原鋁、精鋁與高純鋁定義： 原鋁（Primary aluminum)：又稱一次鋁，是通過(guò)霍爾-埃魯電解法生產(chǎn)的鋁熔體，即從電解槽內(nèi)吸出的鋁水。 純鋁（ aluminum)：鋁含量最少為99.90%，并且其它任何元素的含量不超過(guò)規(guī)定的界限值的金屬鋁，實(shí)質(zhì)上也就是原鋁。中國(guó)有些鋁廠如包頭鋁業(yè)有限公司可以生產(chǎn)99.90%的原鋁。 精鋁（Refined aluminum)：用特殊冶煉方法獲得的純度不小于99.95%的金屬鋁，主要方法有三層液鋁電解法、偏析法和化學(xué)法。 高純鋁（High pure aluminum)：所謂高純鋁一

2、般沒(méi)有明確的定義，不同的國(guó)家對(duì)高純鋁有不同的定義。第2頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日中國(guó)將重熔用鋁錠分為三級(jí)純鋁99.00%鋁含量99.85%精鋁99.95%鋁含量99.996%高純鋁鋁含量99.996%第3頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 三層液電解精煉法是1901年美國(guó)首先提出的，1922年使用電解質(zhì)操作成功。1932年法國(guó)開發(fā)出低熔點(diǎn)的氟化物的混合電解質(zhì)并成功地制出99.99%的精鋁。日本于1941年住友化學(xué)公司獨(dú)立開發(fā)氟化物電解質(zhì)，開始生產(chǎn)制造99.99%的精鋁。 我國(guó)的三層液鋁電解精煉工業(yè)是在第一個(gè)五年計(jì)劃期間在撫順鋁廠開始試生產(chǎn)，后來(lái)三

3、層液鋁電解精煉槽經(jīng)改進(jìn)與發(fā)展，到20世紀(jì)70年代撫順鋁廠的三層液鋁精煉電解槽容量已達(dá)到2.4KA，精鋁生產(chǎn)的工藝指標(biāo)較初期有了一些進(jìn)步。第4頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 此后貴州鋁廠（后改為中鋁公司貴州分公司）在撫順鋁廠的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和提高，于1974年建立了12KA三層液電解精煉鋁系列，直至1990年擴(kuò)建65KA槽，并于2000年投產(chǎn)。 新疆烏魯木齊鋁廠（后改為新疆眾和鋁業(yè)公司）從撫順鋁廠調(diào)入部分工程技術(shù)人員,并于1989到貴州鋁廠學(xué)習(xí)，同年建設(shè)了30kA三層液鋁電解精煉生產(chǎn)線。第5頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日1 精鋁用途 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的

4、不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)精鋁的需求量不斷增加，這是由于精鋁的一些特殊性質(zhì)決定的：精鋁比普鋁具有更好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、可塑性、反光性和抗腐蝕性；精鋁的導(dǎo)磁性非常小，并且純度越高，導(dǎo)磁性愈小。第6頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 精鋁及高純鋁在低溫電工技術(shù)、低溫電磁構(gòu)件和電子工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有著特殊的用途，其中電子工業(yè)生產(chǎn)電解電容器所消耗的精鋁量約為精鋁產(chǎn)量的7080，見4N4N6精鋁的分類用量表。 目前世界上進(jìn)行原鋁精煉時(shí)主要采用的方法為三層液電解精煉法和偏析法，前者的提純?cè)硎抢萌埯}電解，后者是利用凝固偏析現(xiàn)象。我國(guó)主要采用的是三層液電解精煉法。第7頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20

5、日，0點(diǎn)0分，星期日4N4N6精鋁的分類用量表：序號(hào)項(xiàng)目用量（）1電容器箔782照明123硬盤44其它6第8頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日2 三層液電解精煉法原理 三層液電解精煉法是利用精鋁、電解質(zhì)和陽(yáng)極合金的密度差形成液體分層，在直流電的作用下，熔體中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)即陽(yáng)極合金中的鋁進(jìn)行電化學(xué)溶解，生成Al3離子。Al3離子溶解進(jìn)入電解液以后，在陰極上放電，生成金屬鋁。而合金中的Cu、Si、Fe等元素不溶解，在一定濃度范圍內(nèi)積聚在陽(yáng)極合金中，這是由于其電位均正于鋁。而合金中的雜質(zhì)如Na、Ca、Mg進(jìn)入電解液并積聚起來(lái)，在一定濃度、溫度與電流密度下，這些雜質(zhì)不會(huì)在陰極上放

6、電，原因是這些雜質(zhì)的電位均負(fù)于鋁。這樣在陰極上就得到純度較高的鋁。 即在陽(yáng)極： Al-3e=Al3+ 陰極： Al3+3e=Al第9頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日3 三層液電解精煉槽主要包括：陰極母線、內(nèi)襯異形磚、加料室、內(nèi)襯材料、陰極、精鋁液、電解質(zhì)、陽(yáng)極、陽(yáng)極合金、槽殼、陽(yáng)極鋼棒等。第10頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 由上圖可知，精鋁槽結(jié)構(gòu)與霍爾埃魯電解槽結(jié)構(gòu)大致相同，不同的是陰陽(yáng)極相互倒置，槽膛內(nèi)襯材質(zhì)不同。用該法進(jìn)行電解時(shí)，鋁精煉過(guò)程在高于鋁與陽(yáng)極合金的熔點(diǎn)下進(jìn)行，此時(shí)精煉槽中有三層液體：最下層為陽(yáng)極合金，由原鋁和加重劑銅組成；中間一層

7、為電解質(zhì)；最上一層為精煉所得的精鋁液。 在720800 的操作溫度下，利用陽(yáng)極合金、電解質(zhì)以及陰極精鋁間的密度差，使精煉槽中始終保持著三層液體的狀態(tài)。第11頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日原鋁電解銅NaClBaCl2Na3AlF6AlF3配料配料直流電陽(yáng)極合金爐電解質(zhì)熔化爐精鋁電解槽生成氣體凈化處理生成氣體液體精鋁精鋁保持爐精鋁鑄造機(jī)精鋁錠區(qū)域熔煉爐鋸切高純鋁生成合金渣及表面渣回收處理4 三層液電解生產(chǎn)工藝流程第12頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日5 三層液電解精煉槽的技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng) 目單 位內(nèi) 容備 注1電流KA702工作電壓V5.56.

8、03電解質(zhì)溫度7608104電解質(zhì)電流密度A/cm20.570.705電解質(zhì)水平cm810.56陰極鋁水平cm1216出鋁后7陽(yáng)極合金水平cm2026加原鋁前8陽(yáng)極合金中Cu濃度%3040重量9陰極電流效率97%98%10電能消耗率Kw.h/kg1718(直流)1819(交流)11原材料消耗量12氯化鋇Kg/t354013氟鹽（按F計(jì)算）Kg/t162114石墨Kg/t121315原鋁Kg/t1020103016銅Kg/t1014第13頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日6 三層液電解質(zhì) 三層液鋁電解法共分三層熔液體系，最上一層為精鋁液，中間一層為電解質(zhì)，最下一層為合金液。其

9、中中間一層電解質(zhì)液分為兩種：一種是霍普斯提出的，稱為霍普斯液，由氟化鋇組成；另一種是加代電解液，由氟化鋁、氟化鈉與氟化鋇組成。目前，各精鋁企業(yè)用的電解質(zhì)液都是以這兩種電解液為基礎(chǔ)而作了一些改進(jìn)。 目前，國(guó)外各精鋁企業(yè)用的電解質(zhì)成份有三元素的，也有四元素的（見下表）：第14頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日霍普斯Hoops 加代GadeauAIAG公司普基公司Pechiney住友鋁業(yè)公司日本北川公司達(dá)萊斯公司DawlessAlF33038234830412344BaF23038_172.535_18BaCl2_60_45_55_NaF25381718_101422CaF2_1

10、72013_16MgF2_2.5_8_工作溫度（）9001000750760750780800750800700730_ 熔點(diǎn)（）_710670_730690_第15頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 從上表中可以看出，現(xiàn)行三層液鋁電解精煉工業(yè)中，所使用的電解質(zhì)為純氟化物（NaF-AlF3-BaF2-CaF2)簡(jiǎn)稱為純氟系，氟氯化物（Na3AlF6-AlF3-BaCl2-NaCl)簡(jiǎn)稱為氯氟系兩種。目前我國(guó)的精鋁生產(chǎn)廠幾乎都采用的是氯氟系電解質(zhì)。 在工業(yè)應(yīng)用的范圍內(nèi)，雖然氯氟系電解質(zhì)與純氟系電解質(zhì)相比導(dǎo)電性較好，熔點(diǎn)和密度較低，但缺點(diǎn)是吸水性較強(qiáng)，此外該電解質(zhì)表面張力較小。

11、在工業(yè)電解條件下，氯氟系電解質(zhì)由于水解，易產(chǎn)生HF和HCl氣體，電解質(zhì)各組分的消耗量都很大，并且易產(chǎn)生較多的電解質(zhì)渣。第16頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 電解質(zhì)液在密度、熔點(diǎn)、電導(dǎo)率等方面滿足如下要求：其密度應(yīng)居陽(yáng)極合金和上層鋁密度之間；在電解溫度下應(yīng)穩(wěn)定，不易揮發(fā)；電阻??；熔點(diǎn)比高純鋁的稍高一些，又不得相差太大；比鋁的化學(xué)活性更高的金屬鹽；與電解槽材料的反應(yīng)小。 第17頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日電解質(zhì)液各組分的作用 組分 作 用BaCl2 BaF2密度大，增加BaCl2或BaF2電解質(zhì)液密度上升NaF增加NaF，電解液電導(dǎo)率上升AlF3起

12、穩(wěn)定化作用，降低電解質(zhì)熔點(diǎn)，增加鋁離子CaF2使熔點(diǎn)下降MgF2使熔點(diǎn)下降第18頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 7 精鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 按GB86442000標(biāo)準(zhǔn)，精鋁分為四個(gè)等級(jí)牌號(hào)Al不大于化學(xué)成分(%)雜質(zhì) 不大于FeSiCuZnTi其他雜質(zhì)含量總和Al99.99699.9960.00100.00100.00150.0010.0010.0010.004Al99.99399.9930.00150.00130.00300.0010.0010.0010.007Al99.9999.990.00300.00300.00500.0020.0020.0010.04Al99.9599.

13、950.020.020.010.0050.0020.0050.05第19頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日按YS/T665-2009標(biāo)準(zhǔn)，共分為七個(gè)等級(jí)牌號(hào)化學(xué)成分%Al不小于 雜質(zhì)，不大于FeSiCuMgZnTiMnGa其它每種Al99.99599.9950.00100.00100.00150.00150.00050.00050.00070.00100.0010Al99.993A99.9930.00100.00100.00300.00200.00100.00100.00080.00100.0010Al99.99399.9930.00150.00150.00300.0025

14、0.00100.00100.00100.00120.0010Al99.99A99.9900.00100.00100.00500.00250.00100.00100.00100.00120.0010Al99.9999.9900.00300.00300.00500.00300.00100.00100.00100.00150.0010Al99.9899.9800.00700.00700.00800.00300.00150.00200.00150.00200.0030Al99.9599.9500.02000.02000.01000.00500.00200.00500.00200.00200.0100第

15、20頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日注1：鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%與表中所列雜質(zhì)元素及質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或大于0.0010%的其它雜質(zhì)實(shí)測(cè)值總和的差值，求和前各元素?cái)?shù)值要表示到0.0 %，求和后將總和修約到0.0 %。注2：表中未規(guī)定的重金屬元素鉛、砷、鎘、汞含量，供方可不做常規(guī)分析，每年至少檢測(cè)一次，且應(yīng)保證（Cd+Hg+Pb）0.0095%，As 0.0090%，其它雜質(zhì)元素由供需雙方協(xié)商。注3：分析數(shù)值判定采用修約比較法，按數(shù)值修約規(guī)則GB/T8170第3章的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，修約數(shù)位表中所列極限數(shù)字一致。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日8 精鋁生產(chǎn)主

16、要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法 (1)質(zhì)量指標(biāo)精鋁合格率 精鋁合格率是指報(bào)告期精鋁槽生產(chǎn)的合格精鋁出鋁量占全部精鋁出鋁量的百分比。計(jì)算公式如下： 精鋁合格率（%）=式中：母項(xiàng)指報(bào)告期精鋁槽全部出鋁量。包括合格精鋁量、不合格精鋁量、精鋁庫(kù)存期末期初差額量整電極、殘電極期末期初差額量。 精鋁鑄錠損失率精鋁鑄錠損失率（也稱鑄造損耗率或稱火耗），是指精鋁錠在鑄造或二級(jí)以下精鋁錠處理過(guò)程中損失的鋁量，通常以千分?jǐn)?shù)表示。計(jì)算公式如下：第22頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日精鋁鑄錠損失率（）= 式中： 精鋁鑄造過(guò)程金屬鋁消耗量在企業(yè)產(chǎn)品計(jì)量設(shè)施齊全的條件下，應(yīng)該建立嚴(yán)格的精鋁收、耗、存平衡和投

17、入產(chǎn)出平衡制度，并按下式計(jì)算： 精鋁鑄造過(guò)程金屬鋁消耗量=期初在產(chǎn)精鋁結(jié)存量+本期精鋁產(chǎn)量入庫(kù)精鋁產(chǎn)量期末在產(chǎn)精鋁結(jié)存量精鋁一級(jí)以上品率 精鋁一級(jí)以上品率是指報(bào)告期已辦理了交庫(kù)手續(xù)的一級(jí)品以上精鋁量占全部交庫(kù)精鋁量的百分比。計(jì)算公式如下： 精鋁一級(jí)以上品率（%）=式中： 子項(xiàng)指報(bào)告期已辦理了交庫(kù)手續(xù)的精鋁一級(jí)品以上數(shù)量。 母項(xiàng)指報(bào)告期已辦理了交庫(kù)手續(xù)的全部精鋁數(shù)量。雖經(jīng)檢驗(yàn)合格已按合格品計(jì)算，但尚未辦理交庫(kù)手續(xù)的仍不能報(bào)交庫(kù)量。第23頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日精鋁特級(jí)品率 精鋁特級(jí)品率是指報(bào)告期已辦理了交庫(kù)手續(xù)的特級(jí)品精鋁數(shù)量占全部精鋁交庫(kù)總量的百分比。計(jì)算公式如下

18、： 精鋁特級(jí)品率（%）=式中： 子項(xiàng)指報(bào)告期已辦理了交庫(kù)手續(xù)的精鋁特級(jí)品數(shù)量。母項(xiàng)同“” (2)主要技術(shù)指標(biāo)平均電流強(qiáng)度 平均電流強(qiáng)度是指通入精鋁槽系列的直流電流強(qiáng)度的平均值。按報(bào)告期長(zhǎng)短可分為日平均電流強(qiáng)度、月平均電流強(qiáng)度和累計(jì)平均電流強(qiáng)度。計(jì)算公式如下： 第24頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 a 日平均電流強(qiáng)度（安）=式中： 子項(xiàng)直流電總量=（日交流電總量日自用電量轉(zhuǎn)供電量）整流效率 母項(xiàng)總電壓=日精鋁系列平均電壓（伏）24（小時(shí)） b 月(年)平均電流強(qiáng)度(安)=平均電壓 平均電壓即平均槽電壓是指每個(gè)槽日的工作電壓及分?jǐn)偟碾妷浩骄?，它由工作電壓及精鋁槽間聯(lián)結(jié)母線

19、電壓組成。第25頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日精鋁電流效率 精鋁電流效率是指精鋁生產(chǎn)中精鋁實(shí)際出鋁量與理論出鋁量的比值。計(jì)算公式如下：精鋁電流效率（%）=式中： 報(bào)告期精鋁實(shí)際出鋁量見產(chǎn)量部分的解釋 報(bào)告期精鋁理論出鋁量=0.335524（小時(shí)）平均電流強(qiáng)度（安）實(shí)際生產(chǎn)槽晝夜106槽日產(chǎn)量（或稱槽晝夜生產(chǎn)率） 槽日產(chǎn)量是指平均每臺(tái)精鋁槽一晝夜產(chǎn)出的精鋁數(shù)量。 計(jì)算公式如下：第26頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日槽日產(chǎn)量（千克/槽日）=式中： 報(bào)告期精鋁實(shí)際產(chǎn)量見產(chǎn)量部分解釋。也可按下式計(jì)算：報(bào)告期精鋁實(shí)際產(chǎn)量=報(bào)告期精鋁出鋁量合格率整流效率 整流

20、器輸出的直流電量與輸入的交流電量的比值叫整流效率，整流效率越高，則得到的直流電量越多，其轉(zhuǎn)換損失越小。計(jì)算公式如下：整流效率（%）= 式中： 整流器輸出的直流電量為表記數(shù)。 輸入整流器的交流電量為供給精鋁系列的交流電量。 整流效率應(yīng)該經(jīng)常測(cè)定，以測(cè)定值為計(jì)算依據(jù)。第27頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日(3)精鋁主要原材料、能源消耗指標(biāo) 精鋁消耗的主要原材料有普通鋁錠、氟化鋁、氯化鋇（或氟化鋇）、氟化鈣、氯化鈉（或氟化鈉）、冰晶石、純銅、陰極碳?jí)K；消耗的主要能源有水、電、蒸汽等。 為了正確計(jì)算各項(xiàng)消耗指標(biāo)，必須建立嚴(yán)格的盤點(diǎn)制度，報(bào)告期末對(duì)各項(xiàng)原材物料進(jìn)行盤點(diǎn)，盤點(diǎn)結(jié)果作為

21、各項(xiàng)消耗指標(biāo)的計(jì)算依據(jù)。精鋁直流電單耗 精鋁直流電單耗是指報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)每噸精鋁所消耗的直流電量。計(jì)算公式如下：精鋁直流電單耗(千瓦時(shí)/噸)= 第28頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日 直流電量通常是按照電壓數(shù)值分配的，系列總電壓可以區(qū)分為正常生產(chǎn)槽電壓、焙燒啟動(dòng)電壓、熔料電壓及重熔精鋁電壓，所以直流電量也應(yīng)該依電壓分解為上述部分。據(jù)此，式中： 報(bào)告期電解生產(chǎn)精鋁消耗的直流電量=直流電總用量焙燒啟動(dòng)用直流電量熔料用直流電量停槽短路口用直流電量重熔精鋁用直流電量 精鋁交流電單耗 精鋁交流電單耗是指報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)每噸精鋁所消耗的交流電量。計(jì)算公式如下：精鋁交流電單耗(千瓦時(shí)/噸)=

22、 第29頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日式中： 報(bào)告期生產(chǎn)精鋁消耗的交流電量=交流電總用量焙燒啟動(dòng)用交流電量熔料用交流電量停槽短路口用交流電量重熔精鋁用交流電量注： 式中各扣減部分的口徑要與精鋁直流電單耗計(jì)算式的扣減部分一致。精鋁普通鋁錠單耗 精鋁普通鋁錠單耗是指報(bào)告期每噸精鋁產(chǎn)量所消耗的普通鋁錠數(shù)量。計(jì)算公式如下： 精鋁普通鋁錠單耗（千克/噸 ）=式中： 報(bào)告期普通鋁錠消耗量=期初庫(kù)存量+本期領(lǐng)用量期末庫(kù)存量開槽用量期末、期初合金中含鋁量差額第30頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日精鋁純銅單耗精鋁純銅單耗是指報(bào)告期每噸精鋁產(chǎn)量所消耗的純銅數(shù)量。 計(jì)算

23、公式如下： 精鋁純銅單耗（千克/噸）=式中：報(bào)告期純銅消耗量=期初庫(kù)存量+本期領(lǐng)用量期末庫(kù)存量開槽用量期末、期初合金中含銅量差額精鋁氯化鋇（或氟化鋇）單耗 精鋁氯化鋇（或氟化鋇）單耗是指報(bào)告期每噸精鋁產(chǎn)量所消耗的氯化鋇（或氟化鋇）數(shù)量。計(jì)算公式如下： 精鋁氯化鋇（或氟化鋇）單耗（千克/噸） =第31頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)0分，星期日精鋁冰晶石單耗精鋁冰晶石單耗是指報(bào)告期每噸精鋁產(chǎn)量所消耗的冰晶石數(shù)量。計(jì)算公式如下：精鋁冰晶石單耗（千克/噸）=精鋁氟化鋁單耗 精鋁氟化鋁單耗是指報(bào)告期每噸精鋁產(chǎn)量所消耗的氟化鋁數(shù)量。計(jì)算公式如下：精鋁氟化鋁單耗（千克/噸）=精鋁氯化鈉（或氟化鈉）單耗 精鋁氯化鈉（或氟化鈉）單耗是指報(bào)告期每噸精鋁產(chǎn)量所消耗的氯化鈉（或氟化鈉）數(shù)量。計(jì)算公式如下：精鋁氯化