鋁電解生產(chǎn)原理參考課件

鋁電解生產(chǎn)原理

12鋁電解生產(chǎn)原理電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途二、電解鋁發(fā)展歷程三、電解鋁生產(chǎn)工藝流程四、電解鋁基本原理五、電解鋁原材料六、電解鋁產(chǎn)量七、電解鋁主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)22022/11/24電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途22022/11/23一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，與氧的親和力很強。鋁在空氣中能與氧迅速化合，生成一層致密而堅硬的氧化鋁薄膜，厚度為0.005～0.02μm，成為鋁的天然保護層，阻止鋁繼續(xù)被氧化，因而具有好的抗蝕性能，還可以用陽極氧化或電鍍的方法，在鋁材和鋁制品的表面生成彩色鮮艷的氧化膜。鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，導(dǎo)電率相當(dāng)于國際標(biāo)準退火銅的64.94％，約為銀的一半，如果就相同的重量而言，鋁的導(dǎo)電能力超過這兩種金屬；鋁的導(dǎo)熱性幾乎比鐵的導(dǎo)熱率大3倍；鋁的反光性能很強，反射紫外線比銀還強，鋁在碰擊時不產(chǎn)生火花。鋁的比強度(強度與重量之比)高，某些高強度鋁合金的機械強度超過了結(jié)構(gòu)鋼；純鋁沒有磁性，鋁在低溫下(-198℃)也不變脆，仍具有較好的機械性能；鋁可以軋成薄板和箔、拉成細絲、擠壓成各種復(fù)雜形狀的型材，其延展性能很好。32022/11/24一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，與氧的親和力很強。鋁鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋁作為輕型結(jié)構(gòu)材料，重量輕，強度大，陸、海、空各種運載工具，特別是飛機、導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等，均使用大量的鋁，一架超音速飛機的用鋁量占其自身重量的70％，一枚導(dǎo)彈用鋁量占其總重量的10％以上。用鋁和鋁合金制造的各種車輛，由于重量輕，可以減少能耗，所節(jié)省的能量遠遠超過煉鋁時所消耗的能量。在建筑工業(yè)中用鋁合金作房屋的門窗及結(jié)構(gòu)材料，鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁，用鋁制作太陽能收集器，可以節(jié)省能源。在電力輸送方面，鋁的用量居首位，90％的高壓電導(dǎo)線是用鋁制作的。在食品工業(yè)上，從倉庫儲槽到罐頭盒，以至飲料容器大多用鋁制成。在其他方面，用鋁粉作難熔金屬(如鉬等)的還原劑和作煉鋼過程中的脫氧劑，以及日常生活中的鍋、盆、匙等。42022/11/24鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中二、電解鋁發(fā)展歷程鋁是化學(xué)性質(zhì)十分活潑的化學(xué)元素，它在自然界中絕大多數(shù)以氧化鋁形式存在，目前僅有極少數(shù)的自然鋁被發(fā)現(xiàn)以元素狀態(tài)存在。鋁的冶煉技術(shù)發(fā)展是從化學(xué)法制取發(fā)展到了現(xiàn)代應(yīng)用的電解法，目前還有正在研究的溶液離子電解法。鋁的發(fā)現(xiàn)首先是對明礬（硫酸鋁）認識，在八至九世紀，明礬第一次在俄羅斯生產(chǎn)得到并用于染色業(yè)和用山羊皮鞣制皮革。16世紀，德國醫(yī)生兼自然科學(xué)歷史學(xué)家帕拉塞斯（Parace/susP.A.T.1949-1541）證實了明礬是“某種礬土鹽”，其中一種成分是一種金屬氧化物，后來叫做氧化鋁。52022/11/24二、電解鋁發(fā)展歷程52022/11/231754年，德國化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.1709-1937）能夠分離“礬土”。這正是帕拉塞斯提到過的那種物質(zhì)。1807年，英國的戴維才把隱藏在明礬中的金屬分離出來，用電解法發(fā)現(xiàn)了鉀和鈉，卻沒能夠分解氧化鋁。即使如此，瑞典的貝采尼烏斯已為這無法獲得的金屬取名“鋁土”。后來，戴維又改稱它為鋁。1808年，丹麥的Oersted用鉀汞還原無水氯化鋁，得到了研磨時可呈現(xiàn)金屬光澤的粉未，后來證明他得到的是一些不純凈的鋁。1827年，德國W?hler用鉀還原無水氯化鋁，得到了細微的金屬顆粒。1845年，他把氯化鋁氣體通過熔融金屬鉀表面，得到了金屬鋁。62022/11/241754年，德國化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.11854年，法國Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽，獲得金屬鋁，同年在巴黎附近建成了世界第一個鋁冶煉廠。1854年，德國Bunsen宣稱利用炭電極電解NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽得到了金屬鋁；1883年，美國Bradley提出了電解冰晶石-氧化鋁熔鹽技術(shù)方案，但末獲得專利；1886年，美國的Hall和法國的Heroult同時申請了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利并獲得批準，這便是我們所稱的Hall-Heroult法。一直至今，世界上所有的鋁廠都是使用此種技術(shù)。72022/11/241854年，法國Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以來，一直是工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的主要方法。其生產(chǎn)過程是：直流電通過鋁電解槽，依靠電流的焦耳熱使電解質(zhì)融化并維持930～950℃的電解溫度。直流電通過電解質(zhì)使Al2O3分解，在陰極上析出鋁，在陽極上析出氧并與陽極碳氧化而成CO2和CO。鋁液真空抽出，經(jīng)澄清凈化澆鑄成鋁錠。陽極氣體中常含有少量的有害氟化物氣體和粉塵，經(jīng)過凈化，廢氣排放到大氣，回收的氟化物返回到電解槽。鋁電解生產(chǎn)工藝流程圖如下圖所示。82022/11/24三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以電解鋁工藝流程圖92022/11/24電解鋁工藝流程圖92022/11/23四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基本原理：將氧化鋁溶解于冰晶石熔體中，接通直流電，在陽極和陰極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陽極上產(chǎn)生陽極氣體，陰極上析出鋁。電解鋁生產(chǎn)鋁的過程可以描述為：將固體氧化鋁加入Na3AlF6熔體中，發(fā)生化學(xué)溶解，生成主要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以及F－等離子構(gòu)成的Na3AlF6-Al2O3熔體；通入直流電以后，Na3AlF6-Al2O3熔體中的陰、陽離子在電場力的作用下，分別向陽極和陰極方向遷移；陰離子到達陽極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，生成氣態(tài)物質(zhì)；陽極離子到達陰極表面，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，獲得電子，變成鋁原子，從而得到液態(tài)鋁。102022/11/24四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+。在電解溫度為940～970℃條件下，鈉的平衡析出電位比純鋁的析出電位負250mV，因此，通上直流電以后，在陰極上的絡(luò)合的Al3+放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：Al3＋（絡(luò)合）＋3e﹦Al目前鋁工業(yè)仍然采用活性陽極，陽極本身參與反應(yīng)。在陽極炭塊上是鋁氧氟絡(luò)合離子中的O2－放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：2O2－（絡(luò)）－4e＋C﹦CO2CO2被認為是陽極第一反應(yīng)產(chǎn)物，鋁電解的結(jié)果只消耗了Al2O3和C，因此整個電解過程總反應(yīng)式為：Al2O3＋1.5C﹦2Al＋1.5CO2↑112022/11/24在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過程提供大量的直流電能，用以推動反應(yīng)向生成鋁的方向進行；隨著電解反應(yīng)的不斷進行，炭陽極以及溶解于電解質(zhì)中的氧化鋁不斷消耗，生產(chǎn)中需及時補充，使生產(chǎn)得以連續(xù)進行；原則上冰晶石是不消耗的，但是由于和雜質(zhì)反應(yīng)引起的化學(xué)損失、各種機械損失以及在電解的高溫融融狀態(tài)下的揮發(fā)損失，電解過程中也需要一定的補充。122022/11/24根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過程提供大量的直流電能，用以五、電解鋁原材料1、直流電（）2、氧化鋁（）3、氟化鹽（）4、陽極炭塊（）132022/11/24五、電解鋁原材料1、直流電（）132022/11/231、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動力。電解生產(chǎn)所需要的直流電主要來自于電力系統(tǒng)的三相交流電，通過降壓、整流、穩(wěn)流輸出低電壓大電流的直流電，滿足電解生產(chǎn)的需要。在這個生產(chǎn)過程中對于降壓的要求是降壓過程中各種損耗少，對于整流的要求是整流設(shè)備運行的安全性與穩(wěn)定性要求高，對于穩(wěn)流的要求是電流隨電壓變化速度快，小時平均電流波動小，穩(wěn)流精度高。所以說概括的講電解供電主要的技術(shù)特點就是高安全性和高可靠性。142022/11/241、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動力。電解生產(chǎn)所需要的直流電電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時生產(chǎn)負荷較大，規(guī)模以上大型電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)負荷達到300MW～400MW，有些甚至達到500MW。一旦停電除了對于企業(yè)自身造成重大經(jīng)濟損失以外，可能對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成一定的沖擊，引起電力系統(tǒng)震蕩。152022/11/24電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時生產(chǎn)負荷較典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖162022/11/24典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖162022/11/232、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁），是在專門的工廠由礦石中提煉出來的一種極細微的白色粉末，流動性很好，不溶于水，能溶解在熔鹽的冰晶石中，是電解鋁的主要原材料。其熔點為2050℃，真密度為3.5～3.6g/cm3，容積密度為1g/cm3。172022/11/242、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁）電解生產(chǎn)對氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；2）具有盡可能小的熱導(dǎo)率，以提高槽面和陽極上面的氧化鋁覆蓋料的保溫效果；3）具有較好的流動性能，以滿足管道內(nèi)輸運的需要；4）具有較小的雜質(zhì)含量，以便提高電解鋁的質(zhì)量；5）盡可能少的水分含量。6）具有較好的抗磨損性。這樣可使氧化鋁在管道內(nèi)運輸或在干法凈化過程中不至于或減少被磨細的程度。7）要求氧化鋁有盡可能大的比表面積，以提高其在干法凈化中吸收HF的能力。182022/11/24電解生產(chǎn)對氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；1氧化鋁質(zhì)量對電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁具有較好的物理性能。可以保證氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解速度快，減少沉淀生成，流動性好，便于超濃相輸送和電解槽自動添加，在加料和輸送過程中飛揚損失小，可以降低氧化鋁單耗，改善工作環(huán)境。另外對HF的吸附能力強，能夠提高干法凈化效果。在氧化鋁物理性質(zhì)中，粒度、磨損指數(shù)、比表面積、安息角等物理指標(biāo)對電解生產(chǎn)有著不同的影響。192022/11/24氧化鋁質(zhì)量對電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的主要因素，盡量控制較高的氧化鋁純度。工業(yè)氧化鋁中通常含有98.5%Al2O3以及少量的SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO和H2O。在電解過程中，那些電位正于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如SiO2和Fe2O3，都會被鋁還原，還原出來的Si和Fe進入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低；而那些電位負于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如Na2O和CaO會分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。水會分解冰晶石，還會增加鋁液的氫含量，P2O3則會降低電流效率。酌減表示氧化鋁進入電解槽之后所要釋放的總水量，由于氧化鋁中吸附的睡和電解質(zhì)中的氟化物反應(yīng)生成氟化氫氣體，增加量電解槽氟化物的排放量202022/11/24化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的3、氟化鹽電解生產(chǎn)過程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。1）冰晶石鋁電解通常采用Na3AlF6-Al2O3熔體作為電解質(zhì)。由于鋁對氧有很強的親和力，目前還沒有一種經(jīng)濟的方法能通過直接還原獲得工業(yè)純鋁。通過電解法煉鋁，氧化鋁是最好的原料。要將氧化鋁電解成鋁，必須是氧化鋁成為熔融狀態(tài)，能夠發(fā)生電離，離子能在陰、陽極電場作用下發(fā)生遷移。但是氧化鋁的熔點高達2050℃，欲采用直接熔化進行電解，在目前工業(yè)條件下是不可行的。人們發(fā)現(xiàn)，氧化鋁能部分溶解于熔點相對較低的冰晶石中，而溶解在冰晶石中的氧化鋁能電解出鋁。為此，Na3AlF6-Al2O3熔體可以作為鋁電解的電解質(zhì)。212022/11/243、氟化鹽電解生產(chǎn)過程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧化鋁能迅速溶解于冰晶石中，形成流動性較好的均勻溶液；二是在950℃左右的鋁電解溫度下具有良好的導(dǎo)電性能；三是Na3AlF6-Al2O3熔鹽體系基本上不吸水，在電解溫度下的蒸汽壓也不高，具有較大的穩(wěn)定性；四是冰晶石的密度約為2.1g/cm3，比同溫度下的鋁液密度（約2.3g/cm3）小10%左右，能夠保證電解質(zhì)與鋁液的分層；五是熔體中基本不含還原電位比鋁更正的元素，從而保證電解產(chǎn)物鋁的純度。222022/11/24冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧2）氟化鋁為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，往冰晶石—氧化鋁熔鹽中添加某些能夠改善它的物理化學(xué)性質(zhì)和提高電解生產(chǎn)指標(biāo)的鹽類物質(zhì)，這種鹽類稱為添加劑。在鋁電解生產(chǎn)中，向電解質(zhì)中添加添加劑，以達到提高電流效率，降低能耗的目的。目前電解生產(chǎn)中通常使用氟化鋁作為電解生產(chǎn)的添加劑，既經(jīng)濟又實惠。232022/11/242）氟化鋁232022/11/23氟化鋁對電解質(zhì)性質(zhì)的影響1）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體的初晶溫度降低。比如添加10%AlF3的，熔體的初晶溫度降低20℃；2）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，電解質(zhì)的密度隨之減小；3）在電解質(zhì)熔體中，熔體的電導(dǎo)率隨著AlF3含量的增加而降低；在電解質(zhì)熔體中，增加AlF3的含量，則電解質(zhì)粘度降低。但是在酸性電解質(zhì)中，AlF3和Al2O3的共同存在對粘度的影響將不會十分明顯；4）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體中Al2O3的溶解度隨之降低；5）在電解質(zhì)熔體中，添加AlF3，增大了電解質(zhì)的揮發(fā)性，減小電解質(zhì)與鋁液的界面張力，減小電解質(zhì)與陽極氣體的表面張力，增大電解質(zhì)與炭素材料的濕潤角；242022/11/24氟化鋁對電解質(zhì)性質(zhì)的影響242022/11/23電解生產(chǎn)對氟化鋁質(zhì)量的要求在現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)中，對氟化鋁質(zhì)量要求越來越高。主要要求含水量低、顆粒粗、氟化鋁含量高、流動性好、雜志低，只有這些要求達到，才能保證電解槽的技術(shù)優(yōu)勢。1）氟化鋁盡可能減少水分的含量，以減少電解質(zhì)熔體的水解；2）且具有較低的雜質(zhì)含量，有利于提高原鋁質(zhì)量和電流效率；3）較高的氟化鋁含量，保證添加效果，降低噸鋁消耗量；4）具有良好的流動性和粒度，便于輸送。252022/11/24電解生產(chǎn)對氟化鋁質(zhì)量的要求252022/11/23氟化鋁質(zhì)量對生產(chǎn)的影響（1）噸鋁消耗量。由于氟化鋁使用占據(jù)成本較小，日常多不被關(guān)注，但是通過使用不同質(zhì)量的氟化鋁，節(jié)能降耗是很客觀的。主含量氟化鋁較低的產(chǎn)品，其噸鋁消耗量要大，一般要求氟化鋁主含量應(yīng)達到90%。（2）原鋁質(zhì)量影響。很明顯，雜質(zhì)含量低的氟化鋁對生產(chǎn)影響最小。雜質(zhì)含量越高，其進入原鋁中雜質(zhì)的量越大，鋁液污染越嚴重，并且雜質(zhì)參反應(yīng)激烈，通常是二氧化硅的影響比較明顯，其含量為0.1%以下為宜。（3）電流效率影響。氟化鋁中的五氧化二磷是影響電流效率主要元素，在加入電解質(zhì)中會一直累積，逐漸升高，造成電流效率下降。（4）環(huán)境污染。電解生產(chǎn)產(chǎn)生的氟化氫氣體，是主要的氣態(tài)污染物，氟化鋁中的氫氟酸則是釋放氟化物的主要元素；還有硫酸鹽成分，將會反應(yīng)生成二氧化硫有害氣體；要求二者的含量盡量減少。262022/11/24氟化鋁質(zhì)量對生產(chǎn)的影響262022/11/234、陽極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解，作為陰陽兩極的導(dǎo)電材料，目前能夠抵御這種侵蝕性并且價格低又能良好導(dǎo)電的，唯有碳素制品，因此鋁工業(yè)均采用碳素電極—炭陰極和炭陽極。在電解過程中，碳陰極原則上不消耗，碳陽極由于直接參加電化學(xué)反應(yīng)而消耗。272022/11/244、陽極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石碳素陽極質(zhì)量指標(biāo)要求對預(yù)焙陽極的質(zhì)量要求，首先是要求它的灰分低，灰分中的雜質(zhì)少，密度大，比電阻低，氣孔率低，抗熱沖擊性能好，抗壓強度高，抗氧化性能好和具有較小的掉渣率。其次在化學(xué)成分上要求陽極炭塊中雜質(zhì)含量少，如鐵、硅、礬、硫等氧化物含量不僅影響炭陽極的理化指標(biāo)，還會在電解過程中污染原鋁，造成原鋁質(zhì)量下降。最后是要求預(yù)焙陽極的電阻率?。s50Ω·mm2/m），能夠減少電能消耗量。282022/11/24碳素陽極質(zhì)量指標(biāo)要求282022/11/23預(yù)焙陽極質(zhì)量對生產(chǎn)的影響鋁電解生產(chǎn)中，因陽極質(zhì)量引起的電解槽病變、電流效率下降的情況時有發(fā)生。根據(jù)生產(chǎn)中的影響狀況總結(jié)，可以分為以下三種情況：陽極內(nèi)在質(zhì)量影響生產(chǎn)過程陽極物理變化影響陽極缺陷影響。292022/11/24預(yù)焙陽極質(zhì)量對生產(chǎn)的影響292022/11/23（1）陽極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽極炭塊要求它的灰分低，這是因為陽極炭素中的伴生金屬會在鋁之前先被還原，從而會進入鋁內(nèi)，使原鋁的質(zhì)量蒙受影響。所以在炭陽極生產(chǎn)上，都采用低灰分焦種。生產(chǎn)碳素陽極的石油焦中均含有S、V、Ni、Si、Fe、AI、Na、Ca、Mg、P等雜質(zhì)，對原鋁質(zhì)量有直接影響的雜質(zhì)有V、Si、Fe等，因此碳素陽極的雜質(zhì)含量因給予要求。一般行業(yè)要求釩（V）不大于0.015%；硅（Si）不大于0.08%；鐵（Fe）不大于0.08%。碳素陽極是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑而制成，在電解過程中會參與反應(yīng)而逐漸消耗，由于碳素陽極生產(chǎn)條件的差異，碳陽極在電解槽上會出現(xiàn)氧化、掉渣的現(xiàn)象對電解生產(chǎn)帶來不良的影響，不但會使電解質(zhì)含碳量增加，降低電流效率、增大工人勞動強度而且會使碳耗增加影響經(jīng)濟效益。302022/11/24（1）陽極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽極炭塊要求它的灰分低，這是因為陽極（2）生產(chǎn)過程陽極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽極炭塊發(fā)生物理變化，主要包括了陽極炭塊氧化掉渣、高溫沖擊炸裂掉塊。發(fā)生物理變化對電解槽工作產(chǎn)生以下影響：1）使電解質(zhì)電阻升高2）使陽極電流密度增加，炭陽極發(fā)熱，由于掉渣掉塊，縮小了陽極的導(dǎo)電面積，電極電阻升高，導(dǎo)致陽極發(fā)熱，鋼爪發(fā)紅。3）使電解質(zhì)溫度升高，產(chǎn)生熱槽，炭渣累積，電解質(zhì)電阻大，槽電壓升高，熱收入增加，逐步形成熱槽。4）發(fā)生陽極長包和側(cè)部漏電。較多的炭渣聚集在一起，在側(cè)部使?fàn)t幫不易形成和保持，聚集在角部和陽極下的炭渣過多導(dǎo)致陽極長包。5）一旦出現(xiàn)陽極掉塊掉渣，必須要進行人工打撈，需要在電解槽角部邊部開口撈取，耗費較大的工作量。312022/11/24（2）生產(chǎn)過程陽極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽極炭塊發(fā)（3）陽極缺陷影響。陽極缺陷是生產(chǎn)中不符合標(biāo)準的次品，其實也屬于陽極質(zhì)量的范疇。這些不符合標(biāo)準的陽極炭塊應(yīng)用到電解生產(chǎn)上，會產(chǎn)生以下影響：1）使用均質(zhì)性差的陽極，在電解過程中將導(dǎo)致電流分布不均，陽極消耗不均，使陽極出現(xiàn)長包或者不消耗等異常現(xiàn)象。2）陽極的孔隙大，其抗氧化能力降低，對二氧化碳的反應(yīng)性增加，導(dǎo)致炭渣增多，炭耗增加，電流效率下降，3）表面氧化的陽極，由于便面疏松和表面積縮小，導(dǎo)致炭渣增多和陽極電流密度增大；另外是表面結(jié)焦的陽極產(chǎn)生的炭渣量也會很多。4）使用裂紋的陽極，由于裂紋的長短、深淺、方向不同，對電解造成的影響也不同；裂紋短、淺，在使用過程中會導(dǎo)致炭渣增多和掉碎塊裂紋長切身，若是縱向李文，將導(dǎo)致陽極裂開，陽極壓降升高，甚至造成掉塊或陽極脫落；若是橫向裂紋，將產(chǎn)生掉塊會陽極斷層，嚴重影響電解生產(chǎn)。322022/11/24（3）陽極缺陷影響。陽極缺陷是生產(chǎn)中不符合標(biāo)準的次品，其實也綜上所述，陽極炭塊質(zhì)量對鋁電解生產(chǎn)影響甚大。陽極質(zhì)量出現(xiàn)問題首先導(dǎo)致電解質(zhì)成分和陽極電流分布發(fā)生變化，然后破壞技術(shù)條件，最后形成病槽。所以，把握陽極炭塊質(zhì)量，控制原材料質(zhì)量，對鋁電解生產(chǎn)的經(jīng)濟指標(biāo)意義很大。332022/11/24綜上所述，陽極炭塊質(zhì)量對鋁電解生產(chǎn)影響甚大。陽極質(zhì)量出現(xiàn)問題六、電解鋁產(chǎn)量1、電解槽出鋁量電解槽出鋁量是指從電解槽內(nèi)吸出供鑄造用的鋁液的重量，習(xí)慣上稱作出鋁量。2、電解鋁液產(chǎn)量電解鋁液產(chǎn)量，是鋁電解槽實際產(chǎn)出的計入電流效率的金屬鋁量。鋁液產(chǎn)量是電解鋁生產(chǎn)管理上一個極為重要的產(chǎn)量指標(biāo)，是計算一系列技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的基礎(chǔ)。342022/11/24六、電解鋁產(chǎn)量1、電解槽出鋁量342022/11/233、鋁產(chǎn)量鋁產(chǎn)量是指經(jīng)過鑄造成型符合產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準并辦理了入庫手續(xù)的商品產(chǎn)量的數(shù)量，計算單位是噸。4、鋁液產(chǎn)量與電解鋁產(chǎn)量的關(guān)系當(dāng)報告期生產(chǎn)的鋁液鑄造時，原鋁產(chǎn)量與鋁業(yè)產(chǎn)量的差值及鑄造損失量。鑄造損失量的大小視其品種、工藝決定。352022/11/243、鋁產(chǎn)量352022/11/23七、電解鋁主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)一、主要技術(shù)指標(biāo)1、生產(chǎn)槽日一臺電解槽工作一晝夜叫做一個生產(chǎn)槽日。2、平均生產(chǎn)槽平均生產(chǎn)槽是指報告期內(nèi)平均每日的生產(chǎn)槽臺數(shù)3、槽日產(chǎn)量槽日產(chǎn)量是指平均每臺電解槽一晝夜產(chǎn)出的原鋁數(shù)量在編制生產(chǎn)計劃或進行統(tǒng)計預(yù)測是，槽日產(chǎn)量可按下公式計算槽日產(chǎn)量（kg/槽日）=0.3355×24（h）×平均電流強度×電流效率×10－3362022/11/24七、電解鋁主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)一、主要技術(shù)指標(biāo)362022/114、平均電流強度平均電流強度是指通入鋁電解槽直流電流強度的平均值。按照報告期長度，分為日平均電流強度、月（年）平均電流強度5、鋁液電流效率鋁液電流效率是指鋁電解生產(chǎn)中原鋁的實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值，以百分數(shù)表示。計算公式為：鋁液理論產(chǎn)量（t）=0.3355×24（h）×平均電流強度（A）×生產(chǎn)槽日（個）×10－6372022/11/244、平均電流強度372022/11/236、效應(yīng)系數(shù)陽極效應(yīng)是電解生產(chǎn)中一種特殊現(xiàn)象，當(dāng)電解質(zhì)中氧化鋁濃度低于一定值時，則在陽極上發(fā)生陽極效應(yīng)。陽極效應(yīng)系數(shù)是指在鋁電解生產(chǎn)過程中，平均每個槽日發(fā)生陽極效應(yīng)的次數(shù)，計算公式為：7、工作電壓工作電壓即凈電壓，指電解槽槽控機上得伏特指示計上所指示的電壓值。工作電壓不含公共聯(lián)接母線分攤電壓和效應(yīng)分攤電壓。計算公式如下：382022/11/246、效應(yīng)系數(shù)382022/11/238、平均電壓平均電壓是指每個槽日的工作電壓及分攤的電壓的平均值。它由工作電壓、公共聯(lián)接母線分攤電壓和效應(yīng)分攤電壓組成。9、鋁水平鋁水平是指電解槽內(nèi)經(jīng)常保留的具有一定高度的鋁液。鋁水平的保持高度視槽型、電流強度以及工藝條件而定。統(tǒng)計時按照實測值。10、電解質(zhì)水平電解質(zhì)水平是指和鋁液同時存在電解槽內(nèi)，經(jīng)常保留的具有一定高度的電解液。電解質(zhì)溶液起著融化氧化鋁的作用。統(tǒng)計時按照電解質(zhì)水平實測值。392022/11/248、平均電壓392022/11/2311、分子比所謂分子比就是電解質(zhì)中的氟化鈉對氟化鋁分子數(shù)之比的簡稱。統(tǒng)計時，電解質(zhì)的分子比按照化驗結(jié)果。12、大修電解槽壽命大修電解槽壽命是指一臺電解槽從焙燒啟動到停槽大修整個生產(chǎn)運行階段的時間。402022/11/2411、分子比402022/11/23二、主要原材料、能源消耗指標(biāo)1、氧化鋁單耗氧化鋁單耗是指報告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的氧化鋁量。公式為：2、陽極炭塊毛耗陽極炭塊毛耗是指報告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的陽極炭塊量。計算公式為：412022/11/24二、主要原材料、能源消耗指標(biāo)412022/11/233、陽極炭塊凈耗陽極炭塊凈耗指報告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的陽極炭塊凈耗量。計算公式為：4、氟化鹽單耗氟化鹽為冰晶石、氟化鋁的消耗總稱。氟化鹽單耗是指報告期內(nèi)每噸鋁液消耗的氟化鹽量，計算公式為：422022/11/243、陽極炭塊凈耗422022/11/235、鋁液直流電單耗鋁液直流電單耗是指報告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的直流電量。計算公式如下：6、鋁液交流電單耗鋁液交流電單耗指生產(chǎn)每噸鋁液消耗的交流電量，既反映電解槽的技術(shù)狀況和工藝操作水平，又反映整流效率。計算公式為：432022/11/245、鋁液直流電單耗432022/11/237、電解鋁綜合交流電耗電解鋁綜合交流電耗是以單位產(chǎn)量表示的綜合交流電消耗量。計算公式為：442022/11/247、電解鋁綜合交流電耗442022/11/23謝謝！452022/11/24謝謝！452022/11/23鋁電解生產(chǎn)原理

462鋁電解生產(chǎn)原理電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途二、電解鋁發(fā)展歷程三、電解鋁生產(chǎn)工藝流程四、電解鋁基本原理五、電解鋁原材料六、電解鋁產(chǎn)量七、電解鋁主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)472022/11/24電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途22022/11/23一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡c氧的親和力很強。鋁在空氣中能與氧迅速化合，生成一層致密而堅硬的氧化鋁薄膜，厚度為0.005～0.02μm，成為鋁的天然保護層，阻止鋁繼續(xù)被氧化，因而具有好的抗蝕性能，還可以用陽極氧化或電鍍的方法，在鋁材和鋁制品的表面生成彩色鮮艷的氧化膜。鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，導(dǎo)電率相當(dāng)于國際標(biāo)準退火銅的64.94％，約為銀的一半，如果就相同的重量而言，鋁的導(dǎo)電能力超過這兩種金屬；鋁的導(dǎo)熱性幾乎比鐵的導(dǎo)熱率大3倍；鋁的反光性能很強，反射紫外線比銀還強，鋁在碰擊時不產(chǎn)生火花。鋁的比強度(強度與重量之比)高，某些高強度鋁合金的機械強度超過了結(jié)構(gòu)鋼；純鋁沒有磁性，鋁在低溫下(-198℃)也不變脆，仍具有較好的機械性能；鋁可以軋成薄板和箔、拉成細絲、擠壓成各種復(fù)雜形狀的型材，其延展性能很好。482022/11/24一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡c氧的親和力很強。鋁鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋁作為輕型結(jié)構(gòu)材料，重量輕，強度大，陸、海、空各種運載工具，特別是飛機、導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等，均使用大量的鋁，一架超音速飛機的用鋁量占其自身重量的70％，一枚導(dǎo)彈用鋁量占其總重量的10％以上。用鋁和鋁合金制造的各種車輛，由于重量輕，可以減少能耗，所節(jié)省的能量遠遠超過煉鋁時所消耗的能量。在建筑工業(yè)中用鋁合金作房屋的門窗及結(jié)構(gòu)材料，鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁，用鋁制作太陽能收集器，可以節(jié)省能源。在電力輸送方面，鋁的用量居首位，90％的高壓電導(dǎo)線是用鋁制作的。在食品工業(yè)上，從倉庫儲槽到罐頭盒，以至飲料容器大多用鋁制成。在其他方面，用鋁粉作難熔金屬(如鉬等)的還原劑和作煉鋼過程中的脫氧劑，以及日常生活中的鍋、盆、匙等。492022/11/24鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中二、電解鋁發(fā)展歷程鋁是化學(xué)性質(zhì)十分活潑的化學(xué)元素，它在自然界中絕大多數(shù)以氧化鋁形式存在，目前僅有極少數(shù)的自然鋁被發(fā)現(xiàn)以元素狀態(tài)存在。鋁的冶煉技術(shù)發(fā)展是從化學(xué)法制取發(fā)展到了現(xiàn)代應(yīng)用的電解法，目前還有正在研究的溶液離子電解法。鋁的發(fā)現(xiàn)首先是對明礬（硫酸鋁）認識，在八至九世紀，明礬第一次在俄羅斯生產(chǎn)得到并用于染色業(yè)和用山羊皮鞣制皮革。16世紀，德國醫(yī)生兼自然科學(xué)歷史學(xué)家帕拉塞斯（Parace/susP.A.T.1949-1541）證實了明礬是“某種礬土鹽”，其中一種成分是一種金屬氧化物，后來叫做氧化鋁。502022/11/24二、電解鋁發(fā)展歷程52022/11/231754年，德國化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.1709-1937）能夠分離“礬土”。這正是帕拉塞斯提到過的那種物質(zhì)。1807年，英國的戴維才把隱藏在明礬中的金屬分離出來，用電解法發(fā)現(xiàn)了鉀和鈉，卻沒能夠分解氧化鋁。即使如此，瑞典的貝采尼烏斯已為這無法獲得的金屬取名“鋁土”。后來，戴維又改稱它為鋁。1808年，丹麥的Oersted用鉀汞還原無水氯化鋁，得到了研磨時可呈現(xiàn)金屬光澤的粉未，后來證明他得到的是一些不純凈的鋁。1827年，德國W?hler用鉀還原無水氯化鋁，得到了細微的金屬顆粒。1845年，他把氯化鋁氣體通過熔融金屬鉀表面，得到了金屬鋁。512022/11/241754年，德國化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.11854年，法國Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽，獲得金屬鋁，同年在巴黎附近建成了世界第一個鋁冶煉廠。1854年，德國Bunsen宣稱利用炭電極電解NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽得到了金屬鋁；1883年，美國Bradley提出了電解冰晶石-氧化鋁熔鹽技術(shù)方案，但末獲得專利；1886年，美國的Hall和法國的Heroult同時申請了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利并獲得批準，這便是我們所稱的Hall-Heroult法。一直至今，世界上所有的鋁廠都是使用此種技術(shù)。522022/11/241854年，法國Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以來，一直是工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的主要方法。其生產(chǎn)過程是：直流電通過鋁電解槽，依靠電流的焦耳熱使電解質(zhì)融化并維持930～950℃的電解溫度。直流電通過電解質(zhì)使Al2O3分解，在陰極上析出鋁，在陽極上析出氧并與陽極碳氧化而成CO2和CO。鋁液真空抽出，經(jīng)澄清凈化澆鑄成鋁錠。陽極氣體中常含有少量的有害氟化物氣體和粉塵，經(jīng)過凈化，廢氣排放到大氣，回收的氟化物返回到電解槽。鋁電解生產(chǎn)工藝流程圖如下圖所示。532022/11/24三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以電解鋁工藝流程圖542022/11/24電解鋁工藝流程圖92022/11/23四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基本原理：將氧化鋁溶解于冰晶石熔體中，接通直流電，在陽極和陰極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陽極上產(chǎn)生陽極氣體，陰極上析出鋁。電解鋁生產(chǎn)鋁的過程可以描述為：將固體氧化鋁加入Na3AlF6熔體中，發(fā)生化學(xué)溶解，生成主要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以及F－等離子構(gòu)成的Na3AlF6-Al2O3熔體；通入直流電以后，Na3AlF6-Al2O3熔體中的陰、陽離子在電場力的作用下，分別向陽極和陰極方向遷移；陰離子到達陽極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，生成氣態(tài)物質(zhì)；陽極離子到達陰極表面，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，獲得電子，變成鋁原子，從而得到液態(tài)鋁。552022/11/24四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+。在電解溫度為940～970℃條件下，鈉的平衡析出電位比純鋁的析出電位負250mV，因此，通上直流電以后，在陰極上的絡(luò)合的Al3+放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：Al3＋（絡(luò)合）＋3e﹦Al目前鋁工業(yè)仍然采用活性陽極，陽極本身參與反應(yīng)。在陽極炭塊上是鋁氧氟絡(luò)合離子中的O2－放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：2O2－（絡(luò)）－4e＋C﹦CO2CO2被認為是陽極第一反應(yīng)產(chǎn)物，鋁電解的結(jié)果只消耗了Al2O3和C，因此整個電解過程總反應(yīng)式為：Al2O3＋1.5C﹦2Al＋1.5CO2↑562022/11/24在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過程提供大量的直流電能，用以推動反應(yīng)向生成鋁的方向進行；隨著電解反應(yīng)的不斷進行，炭陽極以及溶解于電解質(zhì)中的氧化鋁不斷消耗，生產(chǎn)中需及時補充，使生產(chǎn)得以連續(xù)進行；原則上冰晶石是不消耗的，但是由于和雜質(zhì)反應(yīng)引起的化學(xué)損失、各種機械損失以及在電解的高溫融融狀態(tài)下的揮發(fā)損失，電解過程中也需要一定的補充。572022/11/24根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過程提供大量的直流電能，用以五、電解鋁原材料1、直流電（）2、氧化鋁（）3、氟化鹽（）4、陽極炭塊（）582022/11/24五、電解鋁原材料1、直流電（）132022/11/231、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動力。電解生產(chǎn)所需要的直流電主要來自于電力系統(tǒng)的三相交流電，通過降壓、整流、穩(wěn)流輸出低電壓大電流的直流電，滿足電解生產(chǎn)的需要。在這個生產(chǎn)過程中對于降壓的要求是降壓過程中各種損耗少，對于整流的要求是整流設(shè)備運行的安全性與穩(wěn)定性要求高，對于穩(wěn)流的要求是電流隨電壓變化速度快，小時平均電流波動小，穩(wěn)流精度高。所以說概括的講電解供電主要的技術(shù)特點就是高安全性和高可靠性。592022/11/241、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動力。電解生產(chǎn)所需要的直流電電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時生產(chǎn)負荷較大，規(guī)模以上大型電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)負荷達到300MW～400MW，有些甚至達到500MW。一旦停電除了對于企業(yè)自身造成重大經(jīng)濟損失以外，可能對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成一定的沖擊，引起電力系統(tǒng)震蕩。602022/11/24電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時生產(chǎn)負荷較典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖612022/11/24典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖162022/11/232、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁），是在專門的工廠由礦石中提煉出來的一種極細微的白色粉末，流動性很好，不溶于水，能溶解在熔鹽的冰晶石中，是電解鋁的主要原材料。其熔點為2050℃，真密度為3.5～3.6g/cm3，容積密度為1g/cm3。622022/11/242、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁）電解生產(chǎn)對氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；2）具有盡可能小的熱導(dǎo)率，以提高槽面和陽極上面的氧化鋁覆蓋料的保溫效果；3）具有較好的流動性能，以滿足管道內(nèi)輸運的需要；4）具有較小的雜質(zhì)含量，以便提高電解鋁的質(zhì)量；5）盡可能少的水分含量。6）具有較好的抗磨損性。這樣可使氧化鋁在管道內(nèi)運輸或在干法凈化過程中不至于或減少被磨細的程度。7）要求氧化鋁有盡可能大的比表面積，以提高其在干法凈化中吸收HF的能力。632022/11/24電解生產(chǎn)對氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；1氧化鋁質(zhì)量對電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁具有較好的物理性能?？梢员ＷC氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解速度快，減少沉淀生成，流動性好，便于超濃相輸送和電解槽自動添加，在加料和輸送過程中飛揚損失小，可以降低氧化鋁單耗，改善工作環(huán)境。另外對HF的吸附能力強，能夠提高干法凈化效果。在氧化鋁物理性質(zhì)中，粒度、磨損指數(shù)、比表面積、安息角等物理指標(biāo)對電解生產(chǎn)有著不同的影響。642022/11/24氧化鋁質(zhì)量對電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的主要因素，盡量控制較高的氧化鋁純度。工業(yè)氧化鋁中通常含有98.5%Al2O3以及少量的SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO和H2O。在電解過程中，那些電位正于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如SiO2和Fe2O3，都會被鋁還原，還原出來的Si和Fe進入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低；而那些電位負于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如Na2O和CaO會分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。水會分解冰晶石，還會增加鋁液的氫含量，P2O3則會降低電流效率。酌減表示氧化鋁進入電解槽之后所要釋放的總水量，由于氧化鋁中吸附的睡和電解質(zhì)中的氟化物反應(yīng)生成氟化氫氣體，增加量電解槽氟化物的排放量652022/11/24化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的3、氟化鹽電解生產(chǎn)過程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。1）冰晶石鋁電解通常采用Na3AlF6-Al2O3熔體作為電解質(zhì)。由于鋁對氧有很強的親和力，目前還沒有一種經(jīng)濟的方法能通過直接還原獲得工業(yè)純鋁。通過電解法煉鋁，氧化鋁是最好的原料。要將氧化鋁電解成鋁，必須是氧化鋁成為熔融狀態(tài)，能夠發(fā)生電離，離子能在陰、陽極電場作用下發(fā)生遷移。但是氧化鋁的熔點高達2050℃，欲采用直接熔化進行電解，在目前工業(yè)條件下是不可行的。人們發(fā)現(xiàn)，氧化鋁能部分溶解于熔點相對較低的冰晶石中，而溶解在冰晶石中的氧化鋁能電解出鋁。為此，Na3AlF6-Al2O3熔體可以作為鋁電解的電解質(zhì)。662022/11/243、氟化鹽電解生產(chǎn)過程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧化鋁能迅速溶解于冰晶石中，形成流動性較好的均勻溶液；二是在950℃左右的鋁電解溫度下具有良好的導(dǎo)電性能；三是Na3AlF6-Al2O3熔鹽體系基本上不吸水，在電解溫度下的蒸汽壓也不高，具有較大的穩(wěn)定性；四是冰晶石的密度約為2.1g/cm3，比同溫度下的鋁液密度（約2.3g/cm3）小10%左右，能夠保證電解質(zhì)與鋁液的分層；五是熔體中基本不含還原電位比鋁更正的元素，從而保證電解產(chǎn)物鋁的純度。672022/11/24冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧2）氟化鋁為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，往冰晶石—氧化鋁熔鹽中添加某些能夠改善它的物理化學(xué)性質(zhì)和提高電解生產(chǎn)指標(biāo)的鹽類物質(zhì)，這種鹽類稱為添加劑。在鋁電解生產(chǎn)中，向電解質(zhì)中添加添加劑，以達到提高電流效率，降低能耗的目的。目前電解生產(chǎn)中通常使用氟化鋁作為電解生產(chǎn)的添加劑，既經(jīng)濟又實惠。682022/11/242）氟化鋁232022/11/23氟化鋁對電解質(zhì)性質(zhì)的影響1）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體的初晶溫度降低。比如添加10%AlF3的，熔體的初晶溫度降低20℃；2）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，電解質(zhì)的密度隨之減?。?）在電解質(zhì)熔體中，熔體的電導(dǎo)率隨著AlF3含量的增加而降低；在電解質(zhì)熔體中，增加AlF3的含量，則電解質(zhì)粘度降低。但是在酸性電解質(zhì)中，AlF3和Al2O3的共同存在對粘度的影響將不會十分明顯；4）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體中Al2O3的溶解度隨之降低；5）在電解質(zhì)熔體中，添加AlF3，增大了電解質(zhì)的揮發(fā)性，減小電解質(zhì)與鋁液的界面張力，減小電解質(zhì)與陽極氣體的表面張力，增大電解質(zhì)與炭素材料的濕潤角；692022/11/24氟化鋁對電解質(zhì)性質(zhì)的影響242022/11/23電解生產(chǎn)對氟化鋁質(zhì)量的要求在現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)中，對氟化鋁質(zhì)量要求越來越高。主要要求含水量低、顆粒粗、氟化鋁含量高、流動性好、雜志低，只有這些要求達到，才能保證電解槽的技術(shù)優(yōu)勢。1）氟化鋁盡可能減少水分的含量，以減少電解質(zhì)熔體的水解；2）且具有較低的雜質(zhì)含量，有利于提高原鋁質(zhì)量和電流效率；3）較高的氟化鋁含量，保證添加效果，降低噸鋁消耗量；4）具有良好的流動性和粒度，便于輸送。702022/11/24電解生產(chǎn)對氟化鋁質(zhì)量的要求252022/11/23氟化鋁質(zhì)量對生產(chǎn)的影響（1）噸鋁消耗量。由于氟化鋁使用占據(jù)成本較小，日常多不被關(guān)注，但是通過使用不同質(zhì)量的氟化鋁，節(jié)能降耗是很客觀的。主含量氟化鋁較低的產(chǎn)品，其噸鋁消耗量要大，一般要求氟化鋁主含量應(yīng)達到90%。（2）原鋁質(zhì)量影響。很明顯，雜質(zhì)含量低的氟化鋁對生產(chǎn)影響最小。雜質(zhì)含量越高，其進入原鋁中雜質(zhì)的量越大，鋁液污染越嚴重，并且雜質(zhì)參反應(yīng)激烈，通常是二氧化硅的影響比較明顯，其含量為0.1%以下為宜。（3）電流效率影響。氟化鋁中的五氧化二磷是影響電流效率主要元素，在加入電解質(zhì)中會一直累積，逐漸升高，造成電流效率下降。（4）環(huán)境污染。電解生產(chǎn)產(chǎn)生的氟化氫氣體，是主要的氣態(tài)污染物，氟化鋁中的氫氟酸則是釋放氟化物的主要元素；還有硫酸鹽成分，將會反應(yīng)生成二氧化硫有害氣體；要求二者的含量盡量減少。712022/11/24氟化鋁質(zhì)量對生產(chǎn)的影響262022/11/234、陽極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解，作為陰陽兩極的導(dǎo)電材料，目前能夠抵御這種侵蝕性并且價格低又能良好導(dǎo)電的，唯有碳素制品，因此鋁工業(yè)均采用碳素電極—炭陰極和炭陽極。在電解過程中，碳陰極原則上不消耗，碳陽極由于直接參加電化學(xué)反應(yīng)而消耗。722022/11/244、陽極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石碳素陽極質(zhì)量指標(biāo)要求對預(yù)焙陽極的質(zhì)量要求，首先是要求它的灰分低，灰分中的雜質(zhì)少，密度大，比電阻低，氣孔率低，抗熱沖擊性能好，抗壓強度高，抗氧化性能好和具有較小的掉渣率。其次在化學(xué)成分上要求陽極炭塊中雜質(zhì)含量少，如鐵、硅、礬、硫等氧化物含量不僅影響炭陽極的理化指標(biāo)，還會在電解過程中污染原鋁，造成原鋁質(zhì)量下降。最后是要求預(yù)焙陽極的電阻率小（約50Ω·mm2/m），能夠減少電能消耗量。732022/11/24碳素陽極質(zhì)量指標(biāo)要求282022/11/23預(yù)焙陽極質(zhì)量對生產(chǎn)的影響鋁電解生產(chǎn)中，因陽極質(zhì)量引起的電解槽病變、電流效率下降的情況時有發(fā)生。根據(jù)生產(chǎn)中的影響狀況總結(jié)，可以分為以下三種情況：陽極內(nèi)在質(zhì)量影響生產(chǎn)過程陽極物理變化影響陽極缺陷影響。742022/11/24預(yù)焙陽極質(zhì)量對生產(chǎn)的影響292022/11/23（1）陽極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽極炭塊要求它的灰分低，這是因為陽極炭素中的伴生金屬會在鋁之前先被還原，從而會進入鋁內(nèi)，使原鋁的質(zhì)量蒙受影響。所以在炭陽極生產(chǎn)上，都采用低灰分焦種。生產(chǎn)碳素陽極的石油焦中均含有S、V、Ni、Si、Fe、AI、Na、Ca、Mg、P等雜質(zhì)，對原鋁質(zhì)量有直接影響的雜質(zhì)有V、Si、Fe等，因此碳素陽極的雜質(zhì)含量因給予要求。一般行業(yè)要求釩（V）不大于0.015%；硅（Si）不大于0.08%；鐵（Fe）不大于0.08%。碳素陽極是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑而制成，在電解過程中會參與反應(yīng)而逐漸消耗，由于碳素陽極生產(chǎn)條件的差異，碳陽極在電解槽上會出現(xiàn)氧化、掉渣的現(xiàn)象對電解生產(chǎn)帶來不良的影響，不但會使電解質(zhì)含碳量增加，降低電流效率、增大工人勞動強度而且會使碳耗增加影響經(jīng)濟效益。752022/11/24（1）陽極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽極炭塊要求它的灰分低，這是因為陽極（2）生產(chǎn)過程陽極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽極炭塊發(fā)生物理變化，主要包括了陽極炭塊氧化掉渣、高溫沖擊炸裂掉塊。發(fā)生物理變化對電解槽工作產(chǎn)生以下影響：1）使電解質(zhì)電阻升高2）使陽極電流密度增加，炭陽極發(fā)熱，由于掉渣掉塊，縮小了陽極的導(dǎo)電面積，電極電阻升高，導(dǎo)致陽極發(fā)熱，鋼爪發(fā)紅。3）使電解質(zhì)溫度升高，產(chǎn)生熱槽，炭渣累積，電解質(zhì)電阻大，槽電壓升高，熱收入增加，逐步形成熱槽。4）發(fā)生陽極長包和側(cè)部漏電。較多的炭渣聚集在一起，在側(cè)部使?fàn)t幫不易形成和保持，聚集在角部和陽極下的炭渣過多導(dǎo)致陽極長包。5）一旦出現(xiàn)陽極掉塊掉渣，必須要進行人工打撈，需要在電解槽角部邊部開口撈取，耗費較大的工作量。762022/11/24（2）生產(chǎn)過程陽極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽極炭塊發(fā)（3）陽極缺陷影響。陽極缺陷是生產(chǎn)中不符合標(biāo)準的次品，其實也屬于陽極質(zhì)量的范疇。這些不符合標(biāo)準的陽極炭塊應(yīng)用到電解生產(chǎn)上，會產(chǎn)生以下影響：1）使用均質(zhì)性差的陽極，在電解過程中將導(dǎo)致電流分布不均，陽極消耗不均，使陽極出現(xiàn)長包或者不消耗等異?，F(xiàn)象。2）陽極的孔隙大，其抗氧化能力降低，對二氧化碳的反應(yīng)性增加，導(dǎo)致炭渣增多，炭耗增加，電流效率下降，3）表面氧化的陽極，由于便面疏松和表面積縮小，導(dǎo)致炭渣增多和陽極電流密度增大；另外是表面結(jié)焦的陽極產(chǎn)生的炭渣量也會很多。4）使用裂紋的陽極，由于裂紋的長短、深淺、方向不同，對電解造成的影響也不同；裂紋短、淺，在使用過程中會導(dǎo)致炭渣增多和掉碎塊裂紋長切身，若是縱向李文，將導(dǎo)致陽極裂開，陽極壓降升高，甚至造成掉塊或陽極脫落；若是橫向