铝电解的电流效率PPT(共38页)
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电解铝ppt
一、铝电解的基本知识
图3.1 上世纪60～80年代以前广为使用现仍有少量存在的 侧插阳极棒自焙阳极电解槽
一、铝电解的基本知识
图3.2 上世纪60～80年代广为使用的上插阳极棒 自焙阳极电解槽
在上世纪60～70年代，上插棒自焙阳极电解槽在世界范围内得到了很大发展， 其电解槽的最大电流强度达到了170～180kA。
此外，还有两个重要的辅助环节：
(1) 炭素电极制造 (2) 氟盐生产
二、铝电解生产的基本原理
Anode reaction: 2Al2O2F62- +C → CO2+4AlF3 +4e-
Cathode reaction: AlF63- + 3e- → Al + 6FAlF4- + 3e- → Al + 4F-
二、铝电解生产的基本原理
1 铝电解的电流效率
q= 0.3356It×10-3
式中 q—每台电解槽的铝产量 I—系列电流，A t—电解时间，h
七、铝电解槽电流效率
1.1 铝电解槽电流效率降低的原因
1.二次反应，铝从阴极表面溶解（物理的或化学的）
Al CO2 CO Al2O3
二、铝电解生产的基本原理
一、铝电解的基本知识
Héroult申请专利的铝电解槽简图 1887年的Héroult专利电解槽简图 (1886年4月23日)
一、铝电解的基本知识
4国内外工业铝的生产现状
铝电解槽作为熔盐电解法炼铝的最主要设备，自 发明以来发生了很大变化。首先是结构发生了较 大变化,这主要表现在阳极最终由自焙型逐渐演变 为预焙型; 最直观和最重要的变化还当属电解槽 容量(尺寸，电流强度)的变化。
铝电解PPT课件
❖ Na3AlF6熔体中加入LiF后2AlF5的活度都随着LiF含量的增加而 降低。提高电解质的导电性能，降低电解质的初 晶温度，降低电解质熔体的蒸汽压，降低铝在电 解质中的溶解度。LiF应用在稳定性不好，槽龄较 长，需要增加极距的电解槽时，可能会其得较好 的效果。
❖ 氧化铝中含有少量杂质如SiO2 、 Fe2O3 、TiO2 、CaO、 Na2O等。在电解过程中，比铝更正电型的金属氧化物（ SiO2 、 Fe2O3 、TiO2）将会被电解析出的铝还原成金属 进入铝液，从而污染金属铝，降低质量品级。比铝更负电 性的金属氧化物（CaO、Na2O）则会与冰晶石发生反应 ，从而使电解质成分发生改变而影响电解过程，增大氟盐 的消耗。水分同样也会分解冰晶石，还能生成有害的氟化 氢气体而污染环境，并增加液体铝中的氢含量。
1.3 溶剂——氟化盐
❖ 铝电解生产中用的溶剂氟化盐有冰晶石、氟化铝以及作 为添加剂使用的氟化钙、氟化镁、氟化锂等几种。
（1）冰晶石（Na3AlF6）是氧化铝的溶剂，是组成电解质 的主要成分。现代铝电解工业使用的冰晶石为人工合成 冰晶石。下表为人造冰晶石的质量标准：
等级 不小于
F Al 特级 53 13
铝电解惰性可润湿性阴极
2012.05.19
❖ 1.铝电解概述
❖ 1.1铝电解生产流程 ❖ 1.2 原料——氧化铝（Al2O3） ❖ 1.3 溶剂——氟化盐 ❖ 1.4 预焙阳极 ❖ 1.5 铝电解槽的阴极
❖ 2.惰性可润湿阴极
❖ 2.1 TiB2涂层阴极 ❖ 2.2 TiB2陶瓷阴极 ❖ 2.3TiB2复合阴极
附和机械损失等原因，使冰晶石在生产中有一定
的消耗量，一般情况下，每生产1t铝的冰晶石消
耗为5~15kg。
(2)氟化铝（AlF3)
❖ 氧化铝中含有少量杂质如SiO2 、 Fe2O3 、TiO2 、CaO、 Na2O等。在电解过程中，比铝更正电型的金属氧化物（ SiO2 、 Fe2O3 、TiO2）将会被电解析出的铝还原成金属 进入铝液，从而污染金属铝，降低质量品级。比铝更负电 性的金属氧化物（CaO、Na2O）则会与冰晶石发生反应 ，从而使电解质成分发生改变而影响电解过程，增大氟盐 的消耗。水分同样也会分解冰晶石，还能生成有害的氟化 氢气体而污染环境，并增加液体铝中的氢含量。
1.3 溶剂——氟化盐
❖ 铝电解生产中用的溶剂氟化盐有冰晶石、氟化铝以及作 为添加剂使用的氟化钙、氟化镁、氟化锂等几种。
（1）冰晶石（Na3AlF6）是氧化铝的溶剂，是组成电解质 的主要成分。现代铝电解工业使用的冰晶石为人工合成 冰晶石。下表为人造冰晶石的质量标准：
等级 不小于
F Al 特级 53 13
铝电解惰性可润湿性阴极
2012.05.19
❖ 1.铝电解概述
❖ 1.1铝电解生产流程 ❖ 1.2 原料——氧化铝（Al2O3） ❖ 1.3 溶剂——氟化盐 ❖ 1.4 预焙阳极 ❖ 1.5 铝电解槽的阴极
❖ 2.惰性可润湿阴极
❖ 2.1 TiB2涂层阴极 ❖ 2.2 TiB2陶瓷阴极 ❖ 2.3TiB2复合阴极
附和机械损失等原因，使冰晶石在生产中有一定
的消耗量，一般情况下，每生产1t铝的冰晶石消
耗为5~15kg。
(2)氟化铝（AlF3)
电解铝介绍文档ppt
氧化铝浓度影响（右） (AlF3浓度过量8.5％； 5％CaF2； 电解温度965℃)
二、铝电解节电的基本原理
一、铝电解的基本知识
5、铝工业发展趋势
近几年世界铝产量和消费量
万吨
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2006 2007 2008 2009 2010(预计) 世界铝产量 世界铝消费量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 中国 俄罗斯 加拿大 澳大利亚 美国 330 300 197 1285
抚顺铝厂——中国最早的铝厂 百色平果铝厂——中铝公司 贵州铝厂 ——中国铝业公司 青海铝厂——中国铝业公司 青铜峡铝业集团公司 云南铝业股份有限公司 包头铝业集团公司 总电投集团旗下的铝厂 兰州铝业股份有限公司和兰州连城铝业有限公司 郑州铝厂——中国铝业公司
一、铝电解的基本知识
二、铝电解生产的基本原理
现代铝工业有三个主要生产环节：
(1) 从铝土矿提取氧化铝 (2) 用冰晶石－氧化铝熔盐电解法生产铝。电解产物，阴
极上是液体铝，阳极上是气体CO2和CO，在工业电解槽内， 电解质通常由95%wt冰晶石和5%氧化铝组成，电解温度为 950～970℃。铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤， 烧铸成商品铝锭，其纯度可达到9.5%~99.8%。生产1吨铝 所需的工业氧化铝量大约是1.92～1.94吨。 (3) 铝加工
一、铝电解的基本知识
Hé roult申请专利的铝电解槽简图 (1886年4月23日)
1887年的Hé roult专利电解槽简图
一、铝电解的基本知识
4国内外工业铝的生产现状
铝电解槽作为熔盐电解法炼铝的最主要设备，自
二、铝电解节电的基本原理
一、铝电解的基本知识
5、铝工业发展趋势
近几年世界铝产量和消费量
万吨
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2006 2007 2008 2009 2010(预计) 世界铝产量 世界铝消费量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 中国 俄罗斯 加拿大 澳大利亚 美国 330 300 197 1285
抚顺铝厂——中国最早的铝厂 百色平果铝厂——中铝公司 贵州铝厂 ——中国铝业公司 青海铝厂——中国铝业公司 青铜峡铝业集团公司 云南铝业股份有限公司 包头铝业集团公司 总电投集团旗下的铝厂 兰州铝业股份有限公司和兰州连城铝业有限公司 郑州铝厂——中国铝业公司
一、铝电解的基本知识
二、铝电解生产的基本原理
现代铝工业有三个主要生产环节：
(1) 从铝土矿提取氧化铝 (2) 用冰晶石－氧化铝熔盐电解法生产铝。电解产物，阴
极上是液体铝，阳极上是气体CO2和CO，在工业电解槽内， 电解质通常由95%wt冰晶石和5%氧化铝组成，电解温度为 950～970℃。铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤， 烧铸成商品铝锭，其纯度可达到9.5%~99.8%。生产1吨铝 所需的工业氧化铝量大约是1.92～1.94吨。 (3) 铝加工
一、铝电解的基本知识
Hé roult申请专利的铝电解槽简图 (1886年4月23日)
1887年的Hé roult专利电解槽简图
一、铝电解的基本知识
4国内外工业铝的生产现状
铝电解槽作为熔盐电解法炼铝的最主要设备，自
铝电解的电极过程课件
电极过程的强化方法
总结词
电极过程的强化方法是提高铝电解电极过程效率的重要手段，通过采用先进的强化方法可以改善电极表面的传质 和传热条件，提高电极反应速率和降低能耗。
详细描述
在电极过程的强化方法方面，可以采用物理或化学方法来改善电极表面的反应条件，如采用电化学方法进行电极 表面处理、添加催化剂或采用脉冲电流等强化手段，这些方法可以改善电极表面的传质和传热条件，提高电极反 应速率和降低能耗。
04
铝电解的电极过程优化
电极材料的改进与优化
总结词
电极材料的改进与优化是铝电解电极过程优化的重要方面， 通过选用高导电性、高耐腐蚀性和高稳定性的电极材料，可 以提高电极的导电性能和耐久性，从而提高铝电解的效率和 降低能耗。
详细描述
在电极材料的改进与优化方面，可以采用新型的电极材料， 如碳纤维复合材料、钛基涂层电极等，这些材料具有更高的 导电性能和耐腐蚀性能，能够提高电极的使用寿命和降低电 极过程的能耗。
电极材料的改性
通过表面处理、掺杂、复合等方法改 善电极材料的性能，提高其耐腐蚀性 、导电性和稳定性。
电极过程的技术创新
电极形状与结构设计
研究不同形状和结构的电极对电极过程的影响，优化电极设计以降低能耗和提 高电流效率。
电极反应工程
探讨电极反应过程中的传质、传热和动力学问题，以及电极表面的物质传递和 电荷转移过程。
铝电解的电极过程课件
目录
• 铝电解的电极过程概述 • 铝电解的阳极过程 • 铝电解的阴极过程 • 铝电解的电极过程优化 • 铝电解的电极过程研究进展 • 铝电解的电极过程应用与案例分析
01
铝电解的电极过程概述
铝电解的基本原理
铝电解是一种通过电解熔融氧化 铝和冰晶石的混合物来生产铝的
铝电解教程.ppt
• 电解槽排布方式：
• 横向排列 l 纵向排列
单行排列 双行排列
铝电解槽配置图
铝电解槽的母线配置
图4-2-8
未来铝电解槽的改进
•
目前的铝电解槽尚存在一些问题：生产过程能量
利用率较低，电流效率不太理想，单位产品的投资费
用较高，控制污染的设备费用也很贵。
• 4.2.4.1 原有电解槽的改造
•
原有电解槽的改造包括阴极材料、阳极材料及槽
⑷炭阳极对阳极糊的要求
阳极糊要求有一定的塑性（或流动性），以便 填满拔棒后留下的孔洞；但流动时不能引起焦 粒偏析，孔洞不能被富含沥青的糊所填充，以 免此处焦化后孔隙率过高；
流动性与糊中沥青配比、沥青的软化点、阳极 上部温度等因素有关。
阳极糊的质量主要取决于固定炭粒的粒度组成， 沥青配比由粒度组成确定。
化作用，基本上同旁插棒槽。在焦化过程
中，也形成了烧结锥体。阳极棒通过上层
的液体糊，一直插到阳层的
阳极糊来充填，结果生成所谓“二次阳
极”。这对于阳极的质量有一定的影响。
自焙阳极上插棒式电解槽简图
图4-2-5
(3) 连续预焙阳极电解槽
相对于非连续式有如下特点： • 优点： 无阳极残极，预焙炭块消耗量小； 阳极电流分布均匀，故阳极消耗均匀； 生产的连续性。 • 缺点： 阳极不能用氧化铝保温，热损失大； 炭块之间接缝存在接触电压降，故槽电
铝电解工业初期的小型预焙电解槽； 20世纪20~40年代，相继采用旁插棒式 自焙阳极和上插棒式自焙阳极； 50年代后大型预焙阳极。
铝电解槽的发展从19世纪末至今已经有了一百多 年的历史。
ã 初期：电流强度为4~8kA的小型预焙阳极电 解槽，产铝量为20~40kg/d；电能消耗为 42kW·h。
铝电解课件
度和防止电解质界面凝固； (c) 热稳定性和化学稳定性良好，使阳极能够在高温和腐 蚀性的环境下工作； (d) 杂质含量低，防止对金属铝的污染；
(e) 适宜的机械性能，以便经受粗糙的搬运；
(f) 合适的密度和空隙率，减少金属铝的侵入； (g) 气体渗透率低，减少阳极内部氧化； (h) 应有适宜的抗热震性。
常压下加热不熔化，但在高温下升华。
它的作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以调整
电解质的分子比，主要用于降低熔体的分子比，降低电解
温度。以保证生产技术条件的稳定。
铝电解用其它氟化盐
铝电解生产中所用的氟化盐主要是冰晶石和氟化铝， 其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如
氟化钙、氟化镁、氟化钠和碳酸钠等。
(8) 导电性：
高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为(2.62~2.65)×10-8Ω·m-1。
2.1 概述
7.铝的用途
铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力
学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认
为最为经济实用。 铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为
阴极碳块生产
无烟煤经过1500~2100℃电煅烧处理，使得后料部分石墨 化，并配入部分人造石墨，制成阴极碳块，经过焙烧后进 行机械加工，即可得到半石墨质阴极碳块。
在电解过程中，阳极是消耗的，其理论消耗是334kg/t· Al， 而实际消耗一般为380~450kg/t· Al，这与阳极质量、电解 技术条件有关。降低阳极消耗可以提高铝厂的电流效率、 降低电耗和增加铝产量，从而提高经济效益。
1.
2.
(e) 适宜的机械性能，以便经受粗糙的搬运；
(f) 合适的密度和空隙率，减少金属铝的侵入； (g) 气体渗透率低，减少阳极内部氧化； (h) 应有适宜的抗热震性。
常压下加热不熔化，但在高温下升华。
它的作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以调整
电解质的分子比，主要用于降低熔体的分子比，降低电解
温度。以保证生产技术条件的稳定。
铝电解用其它氟化盐
铝电解生产中所用的氟化盐主要是冰晶石和氟化铝， 其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如
氟化钙、氟化镁、氟化钠和碳酸钠等。
(8) 导电性：
高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为(2.62~2.65)×10-8Ω·m-1。
2.1 概述
7.铝的用途
铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力
学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认
为最为经济实用。 铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为
阴极碳块生产
无烟煤经过1500~2100℃电煅烧处理，使得后料部分石墨 化，并配入部分人造石墨，制成阴极碳块，经过焙烧后进 行机械加工，即可得到半石墨质阴极碳块。
在电解过程中，阳极是消耗的，其理论消耗是334kg/t· Al， 而实际消耗一般为380~450kg/t· Al，这与阳极质量、电解 技术条件有关。降低阳极消耗可以提高铝厂的电流效率、 降低电耗和增加铝产量，从而提高经济效益。
1.
2.
铝电解原理中南ppt课件
艺
2(AlF3 0.5H2O) 500～550℃ Al 2O3 6HF
四、铝电解原料〔冰晶石 与氟化盐〕消费
干法是消费AlF3的主要方法
2
工艺特点：HF不用H2O吸收，
氟 化
直接在流化床反响器内与固
盐 体Al(OH)3进展气固反响，
消
省去酸法中的制酸、精制，
费 工
过滤和枯燥等工序；
艺
优势：简化工艺、提高产质
一、消费炭素阳极的原料 原料包括：骨料和粘接剂两部分 1、骨料----石油焦、沥青焦 对骨料的要求： 灰分含量不能过高，会因带入杂质而影响铝的质量； 硫的含量过高，易使炭素制品开裂，电阻率增高； 钒元素也会增大炭素资料的氧化活性，故其含量不宜太高。
三、炭阳极消费工艺
2、粘接剂---沥青 其主要功能是粘结固体骨料，构成具有一定塑性的炭糊，并且 在炭糊焦化过程中渗入骨料之间，使阳极具有足够的机械强度。 沥青是煤焦油经高温分馏后的残渣，是多种碳氢化合物的混合 体。经过溶剂萃取可将其分别为高分子组分、中分子组分和低分子 组分。
石大类：Al-O型离子和Al-O-F型离子〔简单铝氧氟离子
-
氧模型、铝氧氟离子的桥式构造、缔合或复合铝氧氟离 化子〕； 铝其它： 熔因添加剂引入的新离子，如Ca2+、Mg2+、Li+等；
五、冰晶石-氧化铝熔体的构造
体
的3
构 造
冰 晶
石
-
氧 化 铝 熔
不同条件下的冰晶石-氧化铝熔体构造模型
六、铝电解机理
轻金属冶金专论
吕晓军 中南大学
专题
一、铝电解原理 二、铝电解电解质 三、铝电解电流效率、电能效率和能量平衡 四、铝电解新型电极资料 五、铝电解节能节炭的深层研讨
铝电解的电流效率PPT(共38页)
因此，对于一个给定的电解槽来说，应该选择一 个最佳的电解温度。
过热度与电流效率的关系是：过热度小， 电流效率高，过热度增加10℃，电流效率 降低1.2～1.5% ，因为过热度小，容易生 成侧部炉帮，阴极铝液镜面的面积缩小， 因而可提高电流效率。
其关系见图 1
图1
2.2 电解质对电流效率的影响
温度作为动力学参数对电流效率产生如下影响：
1、温度升高会增加铝在电解质熔体中的饱和浓度
2、温度升高会提高铝电解质熔体中扩散系数，这 样会使铝通过阴极表面界面层扩散传质速度的 增加
3、对于工业预焙槽来说，如果电解质温度高于正 常值，则会使槽帮结壳熔化，电解质分子比升 高，氧化铝浓度和电解质水平上升，铝水平下 降，阴极铝业面积增加，阴极平均电流密度降 低，铝溶解损失增加
1温度升高会增加铝在电解质熔体中的饱和浓度2温度升高会提高铝电解质熔体中扩散系数这样会使铝通过阴极表面界面层扩散传质速度的增加3对于工业预焙槽来说如果电解质温度高于正常值则会使槽帮结壳熔化电解质分子比升高氧化铝浓度和电解质水平上升铝水平下降阴极铝业面积增加阴极平均电流密度降低铝溶解损失增加路漫漫其悠远?温度的提高会降低电解槽的电流效率确定无疑但温度提高对提高电解质的导电性能并使阴极炭块导电体的电阻降低因此在相同槽压时会使极距增加这也有利于电流效率的提高
目前，比较确定的影响主要有以下几点： 1) 减小预焙槽的大面有利于提高阴极电流密度从而提高
电流效率。设计中，把侧部碳块放在靠近阳极投影区 的阴极部位效果比较好； 2) 小阳极替代大阳极有利于阳极气体的排放，因而有利 于提高电流效率。为什么预焙槽的电流效率总要大于 只有一个大阳极的自焙槽，主要原因似也在此； 3) 磁场及其补偿措施，根据不同的槽型而定，采取了磁 场补偿之后可以减小铝液波动和扰动的影响，减少了 Al 的溶解，有利于提高电流效率； 4) 采用点式下料和先进的控制技术，能保证预焙槽在优 化的情况下工作，有利于提高电流效率。
过热度与电流效率的关系是：过热度小， 电流效率高，过热度增加10℃，电流效率 降低1.2～1.5% ，因为过热度小，容易生 成侧部炉帮，阴极铝液镜面的面积缩小， 因而可提高电流效率。
其关系见图 1
图1
2.2 电解质对电流效率的影响
温度作为动力学参数对电流效率产生如下影响：
1、温度升高会增加铝在电解质熔体中的饱和浓度
2、温度升高会提高铝电解质熔体中扩散系数，这 样会使铝通过阴极表面界面层扩散传质速度的 增加
3、对于工业预焙槽来说，如果电解质温度高于正 常值，则会使槽帮结壳熔化，电解质分子比升 高，氧化铝浓度和电解质水平上升，铝水平下 降，阴极铝业面积增加，阴极平均电流密度降 低，铝溶解损失增加
1温度升高会增加铝在电解质熔体中的饱和浓度2温度升高会提高铝电解质熔体中扩散系数这样会使铝通过阴极表面界面层扩散传质速度的增加3对于工业预焙槽来说如果电解质温度高于正常值则会使槽帮结壳熔化电解质分子比升高氧化铝浓度和电解质水平上升铝水平下降阴极铝业面积增加阴极平均电流密度降低铝溶解损失增加路漫漫其悠远?温度的提高会降低电解槽的电流效率确定无疑但温度提高对提高电解质的导电性能并使阴极炭块导电体的电阻降低因此在相同槽压时会使极距增加这也有利于电流效率的提高
目前，比较确定的影响主要有以下几点： 1) 减小预焙槽的大面有利于提高阴极电流密度从而提高
电流效率。设计中，把侧部碳块放在靠近阳极投影区 的阴极部位效果比较好； 2) 小阳极替代大阳极有利于阳极气体的排放，因而有利 于提高电流效率。为什么预焙槽的电流效率总要大于 只有一个大阳极的自焙槽，主要原因似也在此； 3) 磁场及其补偿措施，根据不同的槽型而定，采取了磁 场补偿之后可以减小铝液波动和扰动的影响，减少了 Al 的溶解，有利于提高电流效率； 4) 采用点式下料和先进的控制技术，能保证预焙槽在优 化的情况下工作，有利于提高电流效率。
铝电解生产原理PPT幻灯片
❖
❖
四、电解铝基本原理
❖
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❖
五、电解铝原材料
❖ ❖ ❖ ❖
1、直流电
❖
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❖
2、氧化铝
❖
电解生产对氧化铝的要求
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氧化铝质量对电解生产的影响
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3、氟化盐
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❖ 铝由于具有优良的物理性能，所以铝在国民经济各部 门和国防工业中得到了广泛的应用。铝作为轻型结构 材料，重量轻，强度大，陆、海、空各种运载工具， 特别是飞机、导弹、火箭、人造卫星等，均使用大量 的铝，一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70％， 一枚导弹用铝量占其总重量的10％以上。用铝和铝合 金制造的各种车辆，由于重量轻，可以减少能耗，所 节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量。在建筑工 业中用铝合金作房屋的门窗及结构材料，铝具有吸音 性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建 筑室内的天花板等也采用铝，用铝制作太阳能收集器， 可以节省能源。在电力输送方面，铝的用量居首位， 90％的高压电导线是用铝制作的。在食品工业上，从 仓库储槽到罐头盒，以至饮料容器大多用铝制成。在 其他方面，用铝粉作难熔金属(如钼等)的还原剂和作 炼钢过程中的脱氧剂，以及日常生活中的锅、盆、匙 等。
❖ 16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉塞斯 （Parace/sus P.A.T.1949-1541）证实了明矾是“某 种矾土盐”，其中一种成分是一种金属氧化物， 后来叫做氧化铝。
❖ 1754年，德国化学家马格拉夫 （Marggraf.A.S.1709-1937）能够分离“矾 土”。这正是帕拉塞斯提到过的那种物质。
❖
四、电解铝基本原理
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五、电解铝原材料
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1、直流电
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2、氧化铝
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电解生产对氧化铝的要求
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氧化铝质量对电解生产的影响
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3、氟化盐
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❖ 铝由于具有优良的物理性能，所以铝在国民经济各部 门和国防工业中得到了广泛的应用。铝作为轻型结构 材料，重量轻，强度大，陆、海、空各种运载工具， 特别是飞机、导弹、火箭、人造卫星等，均使用大量 的铝，一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70％， 一枚导弹用铝量占其总重量的10％以上。用铝和铝合 金制造的各种车辆，由于重量轻，可以减少能耗，所 节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量。在建筑工 业中用铝合金作房屋的门窗及结构材料，铝具有吸音 性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建 筑室内的天花板等也采用铝，用铝制作太阳能收集器， 可以节省能源。在电力输送方面，铝的用量居首位， 90％的高压电导线是用铝制作的。在食品工业上，从 仓库储槽到罐头盒，以至饮料容器大多用铝制成。在 其他方面，用铝粉作难熔金属(如钼等)的还原剂和作 炼钢过程中的脱氧剂，以及日常生活中的锅、盆、匙 等。
❖ 16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉塞斯 （Parace/sus P.A.T.1949-1541）证实了明矾是“某 种矾土盐”，其中一种成分是一种金属氧化物， 后来叫做氧化铝。
❖ 1754年，德国化学家马格拉夫 （Marggraf.A.S.1709-1937）能够分离“矾 土”。这正是帕拉塞斯提到过的那种物质。
第十二章 铝电解生产中的电流效率
第十二章铝电解生产中的电流效率铝电解的电流效率和电耗是生产中两项重要技术经济指标。
它在一定程度上反映着铝电解生产的技术和管理水平。
如何提高铝电解的电流效率，降低电能消耗历来都是铝冶金工作者是非常关注的问题。
12.1 铝的电化当量及理论产量铝电解的电解质是冰晶石和氧化铝均匀的熔融体。
电解质导电并发生化学变化时，铝就会在阴极处析出。
析出的铝金属量跟通入电解质中直流电的电流强度和时间的关系，遵循法拉第电解两大定律。
法拉第电解第一定律指出：电解质导电时，在极板处析出的物质的质量M 跟通电时间t和电流强度I成正比，或者说跟通过电解液的电量q成正比，即：M =kIt （12 -1）式中M———析出物质的理论质量，kg或g；k———叫做电化当量，kg/c或g/A·h。
物质的电化当量与物质的性质有关，即同一种物质的，电化当量是恒量，而不同种类的物质，电化当量的数值不同。
显然，如果知道了某物质的电化当量，例如铝的电化当量，又已知通电时间和电流强度，就可以根据式12 -1，求出析出的物质（如铝）的质量。
问题的关键是怎样求得某物质的电化当量。
法拉第在大量实验事实的基础上，得出的法拉第电解第二定律指出：物质的电化当量跟它的化学当量成正比。
某种物质的化学当量是该物质的摩尔质量m 跟它的化合价n的比值，其单位为kg/mol或g/mol。
铝的摩尔质量m 为26.98154g/mol，铝的化合价n =3，所以铝的化学当量m /n =26.98154/3 =8.99385 g/mol。
法拉第电解第二定律表示为：k=1/F·m/n （12 -2）式中：F———法拉第恒量，对于任何物质都是相同的，实验测量的结果表明，F=96484.56C/mol。
式中1/F 表示的是电化当量跟化学当量m /n成正比关系的比例常数。
我们知道，如果某一截面导体所通的电流强度为1安培，那么每秒钟所通过的电量应为1 库仑（C），1 库仑电量等于1 安培秒，即1/3600 安培小时。
提高电流效率的措施.ppt
1.铝产量与电流效率
铝电解过程降低电流效率的的因素 • (1)铝的溶解和再氧化损失。
• (2)铝离子及其他杂质的高价离子不完全放电形成低价离子， 而后再被氧化，周而复始，造成电流空耗，降低电流效率。
• (3)钠离子放电。 • (4)碳化铝的生成。 • (5)水的电解。 • (6)铝的机械损失和其他损失。 • (7)阴、阳极之间的部分漏电。 • (8)不合理的工艺条件和操作会引起电流效率的降低。
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产量与电流效率
提高电流效率的措施 • (1)尽可能保持液层平稳，要创造条件少捞炭渣少扒沉
淀，以免电解质和铝液波动的加大而使溶解铝损失加 剧(二次反应)。 • (2)尽可能降低电解温度，以降低铝溶解损失的速度。 • (3)保持规整的炉膛内型，使电流尽可能均匀垂直地通 过两个液层。 • (4)氧化铝浓度保持在1．5％～3％的范围，调整好加 料间隔。总之要尽可能保持电解槽的稳定运行。 • (5)根据槽型保持适当的电解质分子比。
铝电解过程降低电流效率的的因素 • (1)铝的溶解和再氧化损失。
• (2)铝离子及其他杂质的高价离子不完全放电形成低价离子， 而后再被氧化，周而复始，造成电流空耗，降低电流效率。
• (3)钠离子放电。 • (4)碳化铝的生成。 • (5)水的电解。 • (6)铝的机械损失和其他损失。 • (7)阴、阳极之间的部分漏电。 • (8)不合理的工艺条件和操作会引起电流效率的降低。
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产量与电流效率
提高电流效率的措施 • (1)尽可能保持液层平稳，要创造条件少捞炭渣少扒沉
淀，以免电解质和铝液波动的加大而使溶解铝损失加 剧(二次反应)。 • (2)尽可能降低电解温度，以降低铝溶解损失的速度。 • (3)保持规整的炉膛内型，使电流尽可能均匀垂直地通 过两个液层。 • (4)氧化铝浓度保持在1．5％～3％的范围，调整好加 料间隔。总之要尽可能保持电解槽的稳定运行。 • (5)根据槽型保持适当的电解质分子比。
电解铝电流效率
电解铝电流效率
电解铝是一种通过电解铝矿石制备的重要金属。
电解铝的工业生产需要大量的电力和化学品，因此，提高电解铝的生产效率至关重要。
电流效率是衡量电解铝生产效率的重要指标之一。
电流效率指的是在电解铝生产过程中，电流直接转化为所需的铝金属的比率。
电流效率越高，生产过程中的能耗和化学品消耗就越少，生产成本也随之降低。
要提高电解铝的电流效率，需要采取多种措施。
首先，需要优化电解槽的设计和操作，以提高电流效率和铝的纯度。
其次，需要控制电解槽中的温度、浓度和氧化还原状态等参数，以确保最佳的生产条件。
此外，还需要使用高效的电解质和电极材料，并对废气和废液进行回收和再利用，以减少资源浪费和环境污染。
在全球范围内，电解铝生产已成为重要的能源和环境领域的研究热点。
未来，随着科学技术的发展和社会对环境保护的要求不断提高，电解铝的电流效率将成为更加重要的研究和发展方向。
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电解铝电流效率
电解铝电流效率1. 介绍电解铝是一种常用的金属生产工艺，可用于生产铝及其合金。
其基本原理是将铝矾土经过电解反应转化为纯铝。
电解铝的电流效率是评估电解过程质量的重要指标。
本文将详细介绍电解铝的电流效率，包括定义、影响因素、提高方法等。
2. 电流效率的定义电解铝的电流效率指的是电解过程中，实际产出的纯铝质量与理论计算的纯铝质量之间的比值。
理论计算的纯铝质量是根据电流、反应时间和铝的电化学当量计算得出的。
电流效率的计算公式如下：电流效率 = (实际产出的纯铝质量 / 理论计算的纯铝质量) × 100%电流效率的数值通常在80%至95%之间，高效率的电解过程意味着更经济高效的铝生产。
3. 影响因素电解铝的电流效率受到多种因素的影响，下面将介绍几个主要的影响因素：3.1 电解质的纯度电解质的纯度对电流效率有显著影响。
电解质中的杂质会导致副反应的产生，从而降低电流效率。
为了提高电解质的纯度，需要加强原料的净化工作，确保电解质中各种杂质的含量达到规定标准。
3.2 电流密度电流密度是指单位面积上的电流量。
电流密度过高会导致电解液中铝离子的浓度降低，从而影响电流效率。
虽然提高电流密度可以增加铝的产量，但过高的电流密度会增加能量消耗和设备磨损，同时增加副反应的可能性。
因此，合理选择电流密度很重要。
3.3 温度温度对电流效率也有一定影响。
一般情况下，提高温度可以提高电解液的电导率，促进电解反应的进行。
但过高的温度会增加电解液的蒸发量和能量消耗，同时也会增加设备的磨损。
因此，需要在合适的温度范围内控制电解过程。
4. 提高电流效率的方法为了提高电解铝的电流效率，可以采取以下方法：4.1 优化电解质配方通过优化电解质的配方，可以减少其中的杂质含量，降低副反应的可能性，提高电流效率。
可以通过改变电解质中的添加剂比例、调整电解质的pH值等方式实现。
4.2 控制电流密度合理选择和控制电流密度，可以使铝离子在电解液中的浓度保持在一个适宜的范围内，提高电流效率。
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2.3 Al4C3的生成和氧化 i3
反应为：4Al(溶) + 3C(固) = Al4C3(固)
通常发生在与铝液接触的阴极碳块上，也会发 生在没有电解质炉帮保护的侧部碳块上。当槽 内铝液水平降低时，生成的Al4C3与电解质接 触，发生溶解，Al4C3在电解质的最大溶解度 （分子比为1.8 时）为2.15%，而后，遭遇阳 极气体或空气作用而氧化，其反应为：
第二节工业预焙槽上的电流效率问题
影响工业槽电流效率的因素： 温度过与热度 电解质组成 预焙槽设计及预焙槽操作
2.1温度与过热度电流效率的影响
电解温度是影响电流效率的最重要因素， 电解温度=电解质的初晶温度（或熔化温 度）+过热度，温度主要对铝的二次反应 起作用，一般是温度降低，二次反应减少 。通过对不同系列的工业预焙槽进行统计 ，得出的结论是：温度降低5～6℃，电流 效率可提高1%。
铝的电化当量值：
已知：1mol的铝为26.98154g，电解质熔体 中的铝为Al 3+，通入预焙槽1A的电流，通 入时间（电解时间）1h，根据法拉第定律 ，在阴极上析出率的质量
m=26.98154*1*3600/3/96485=0.3356g
第二节 关于电流损失
现在的理论和实践证明电流效率（CE） 很难超过98%，其原因是不可避免有若 干的电流损失。
表1 现代工业铝预焙槽的电流效率和其他重要指标
1.1电流效率的定义
电流效率是单位时间电解产出铝的质量与按 法拉第定律计算的理论产出量之比，即：
CE =W实/W理×100% 式中：W理 = 0.3356×I×t= 0.3356 kg·kA-1·h-1
I 为电流强度，A； t 为时间，小时； 0.3356 为Al 的电化当量。
第五章 铝电解的电流效率
重庆旗能电铝有限公司 生产准备部 王民
第一节 概述
电流效率是铝电解生产最重要的技术经 济指标之一，20 多年来，对提高电流效 率的研究，从理论到实践都有了很大的 进展。 当前，最好的预焙阳极铝预焙槽 年平均电流效率略大于96%，表1介绍了 两种经典槽型的技术参数以及旗能槽型 的设计参数。
2.5杂质引起的损失 i5
分子比为2.5，氧化铝为4～6％，CaF2 为5％ 的电解质中，在980℃情况下的研究结果指出 ，大多数杂质都以单价态存在于电解质中，在 含量很低的情况下，Mg、Ba 和B 对电流效率 几乎无影响；SnO2也无影响；而多价态的杂 质离子Fe、P、V、Si、Zn、Ti 和Ga 等随着它 们在电解质中浓度的增加，电流效率呈直线降 低。电解质中这些杂质的阳离子每增加0.01％ ，电流效率降低0.1～0.7％。P 离子是最为有 害的，它以低价态到阳极氧化为高价态，转移 到阴极后还原为低价态，反复的氧化还原，增 大了电流损失。大多数杂质离子引起电流效率 降低也是由于在阴极和阳极/二氧化碳界面上 的反复氧化-还原所造成的。
2.6阴极和阳极之间的瞬时短路 i6
这是操作不慎而发生的，在更换阳极或出铝时 ，误使阳极同铝液接触造成瞬时短路而引起的 电流损失。
2.7铝或钠渗透进预焙槽的内衬材料而引起的电流 损失i7
在预焙槽没有发生漏电的情况下，电流总损失（ i 损）为上述7 项之和，即
i 损= i1+ i2+ i3+ i4+ i5+i6+ i7
1.2 铝的电化当量
1、铝的电化学当量定义是电流为1A、电 解时间为1h时，阴极上所析出的铝量， 它是根据法拉第定律推导出来的。
法拉第第一定律：在电解过程中，阴极 上还原物质析出的量与所通过的电流强 度和通电时间成正比。
法拉第第二定律：
电解过程中，通过的电量相同，所析出或溶解出的不 同物质的物质的量相同。也可以表述为：电解1mol的 物质，所需用的电量都是1个“法拉第”(F)， 1F=96485C
Al4C3(溶) + 6CO2(气) = 2Al2O3(溶) + 3C(固) + 6CO(气)
Al4C3的生成也是阴极内衬破损的主要原因之一
2.4电子导电性 i4
电子导电性主要是由溶解的钠引起的。 金属溶解在自身的熔盐中，容易形成“ 色心”，它具有电子导电性。因此，电 解质具有微弱的电子导电性。电子导电 性形同短路，这样引起的电流损失估计 在1～2%左右。研究表明，降低温度， 减小AlF3含量，将减小电解质的电子导 电性，有利于提高电流效率。
2.2 钠的二次反应损失 i2
电解过程中钠析出消耗的电流，而析出的钠被再氧化而损失 ，用 i2 表示
6Na(溶) + 3CO2(气) + 2AlF3(溶) = 6NaF(溶) + Al2O3 + 3CO(气)
由于Na+离子是电解质中传递电流的主要载体，它富集在阴极区 的边界层，当阴极电流密度提高时，析出的Na 进入铝和电解质 中，当遇到CO2 时即被氧化而损失。因此，现代炼铝技术中，有 的工厂通过铝中钠的含量或槽内靠近铝液区的电解质中钠的含量 来表示电流效率的大小 。现代预焙槽由于磁场的平衡，铝液的 流动减慢，同时对铝液面的干扰减少，减缓了Na+由边界层向电 解质中的扩散，减少了Na 的氧化损失。因此，在边界层，Na+ 的浓度比较高，这种槽的电流效率将会很高，同时，边界层的 Na+含量高，也表明铝液镜面很稳定，电流效率也会很高。
电流损失主要是两大方面，即铝的二次 反应损失和钠的二次反应损失，共七个 项目 。
2.1铝的二次反应损失 i1
这种损失是最主要的设为i1，其反应式为
2Al(溶) + 3CO2(气) = Al2O3 + 3CO(气) 其动力学机理为：Al 从铝液/电解质的界 面上转移至电解质本体，这种溶解的Al 再经过电解质转移到阳极/电解质界面， 溶解的Al 被CO2所氧化并生成CO
结合第一定律也可以说用相同的电量通过不同的电解 质溶液时，在电极上析出(或溶解)的物质与它们的物 质的量成正比。
结合法拉第第一和第二定律，得出电解
时，电极上发生化学反应的物质的质量 和通过电解池的电量成正比。可用下列 公式定量表示：
m=MQ/nF=MIt/nF
式中m为电极上发生化学反应的物质的 质量(kg)，M为反应物质的摩尔质量 (kg·mol-1)，Q为电量(C)， F为法拉第常 数子的计量系数，t为时间(s)，I 为电流强度(A)。