铝电解工职业技能培训教案教学教材

铝电解工职业技能培训教案铝电解工职业技能培训教案（初级工）本次培训主要内容一、安全生产基础知识二、铝电解生产基础知识三、电解槽通电、焙烧、启动四、预焙阳极电解槽换阳极作业一、安全生产基础知识1、安全生产1.1铝电解职业环境室内、室外、高温、高空、高压、噪音、粉尘、有毒有害、强电磁场、电弧光等在强电流、系列电压、强磁场、高温、粉尘、氟化氢、沥青烟等有害气体1.2常见的安全事故触电、烫伤、爆炸、砸伤、中毒1.2.1 电解生产过程中电气安全▪电解槽绝缘系统▪多功能机组1.2.2主要工艺操作安全▪严格遵循作业规程规，避免作业过程中的安全危害。

1.3事故预防及事故管理▪“事故”是指在生产进行过程中，突发的与人们的意愿相反的情况，使生产进程停止或受到干扰的事件。

事故可能造成人身伤害或财产损失。

▪事故的预防▪事故管理发生事故→汇报→控制和保护好现场→协助各级事故调查及责任认定→落实整改防范措施2、职业病预防铝电解职业环境和过程中存在噪音、粉尘、有毒有害、强电流及磁场、电弧光职业危害。

为确保职业安全卫生，要做好职业病的预防。

职业病预防要求：健康适于从事电解生产；从业前接受职业卫生教育，了解岗位职业卫生常识；职业卫生教育内容包括：生产环境、职业危害因素、防护用品的正确使用、发生伤害时的急救措施和处理程序；定期接受健康检查；保持通风设备和气体净化设备，散发沥青烟和氟化氢气体的工艺过程采取密闭集气。

6．防尘、防毒设备（或设施）不得拆除或挪作它用。

7．从业人员必须按规定穿戴好劳动保护用品。

8．作业场所中粉尘、有毒有害物质浓度和噪音严重超标的，宜设置隔离并通风良好的休息场所。

9．对存在高温的作业场所，应制定并实施防暑降温措施。

3、铝电解生产中的环保治理1）气态污染物质。

如氟化氢（HF）气体、二氧化硫（SO2）气体、电解质蒸汽、沥青烟气等，是铝电解生产过程中产生的有害气体。

2）固态粉尘污染物质。

如氧化铝（Al2O3）粉尘、冰晶石和氟化铝粉尘等，它们是电解生产过程中产生的。

3）固态废弃物。

这是铝电解生产过程中排放的废旧碳阴极和碳渣等。

思考题：1、“事故” 的定义2、电解生产环境中存在哪些职业危害？3、铝电解生产中的污染物主要哪几类？4、简述国家安全方针5、电解岗位操作工在安全事故管理中的职责有哪些？二铝电解生产基础知识（一）、铝的性质与用途1）铝是一种银白色的金属。

铝的原子序数为13，原子量为26.98154，外层电子排列形式为3S23P1化合价通常为三价，但有时也呈一价、二价。

2）铝密度小，导电性好，抗腐蚀性强，足够的机械强度以及很大的塑性、延展性。

这些特性使铝的纯金属和铝基合金具有广泛的用途，在工业上被誉为万能金属。

随着世界铝产量不断的增长，铝生产成本的不断降低，铝在现代经济社会中运用领域得到更进一步的拓展，一跃成为仅次于钢铁的第二大金属。

（二）铝电解原理及生产工艺流程1、主要生产设备：电解槽。

2、铝电解原理：以冰晶石---氧化铝熔体为电解质，炭素材料为两极，强大的直流电由阳极导入，经过电解质与铝液层从阴极导出，在两极间发生电化学反应，使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子则在阳极上放电生成一氧化碳、二氧化碳混合气体的过程。

3、生产工艺流程（三）铝电解生产中的主要原料1、溶质——氧化铝。

▪氧化铝是铝电解的主要原料。

工业铝电解生产对氧化铝的要求，首先是它的化学纯度，其次是物理性能。

▪在化学纯度方面，要求氧化铝中杂质和水分的含量低。

因为氧化铝中那些电位正于铝的元素氧化物，如SiO2、Fe2O3、等，在电解过程中会被铝还原，还原出来的Si和Fe进入铝液中降低铝的品位；而那些电位负于铝的元素的氧化物杂质，如Na2O和CaO会分解冰晶石，还将增加铝液中的氢含量。

其它杂质，如P2O5、TiO2、V2O5、Cr2O3等高价杂质元素的循环放电会影响电流效率。

▪铝电解工业生产对氧化铝的物理性能要求：通常要求氧化铝具有较小的吸水性，能够较快地溶解在熔融电解质里，在加料时飞扬损失少，并能够严密地覆盖在炭阳极上，以防止阳极在空气中氧化，同时在凝固的电解质结壳表面上起良好的保温作用。

这些物理性能取决于氧化铝晶格的晶型、粒度和几何形状。

2、熔剂——氟化盐▪铝电解生产用的主要溶剂是冰晶石，氧化铝能够溶解在冰晶石中，在962℃时约能溶解11%的氧化铝。

另外还有氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂。

▪冰晶石：冰晶石性质：属于单斜晶系，是一种无色或白色晶体，其密度为2.95g/㎝³，熔点为1008℃。

氧化铝能够溶解在熔融冰晶石里，构成的冰晶石—氧化铝熔体，这种熔体基本能够满足铝电解的需要：a．纯冰晶石里不含有电位顺序比铝更正电性的金属杂质，因而可以保证产品铝的质量。

b．熔融冰晶石能够较好地溶解氧化铝，而且所构成的冰晶石—氧化铝溶液可以在冰晶石的熔点1008℃以下进行电解。

c．在此电解温度之下，冰晶石—氧化铝溶液的密度比铝液的密度小10%，因此电解出来的铝液能沉积在电解质液下的阴极上，这就能够减少铝的氧化损失，而且更为重要的是可以大大简化电解槽的结构。

d．这种电解质具有相当良好的导电性。

此外，冰晶石—氧化铝溶液基本上不吸水，在电解温度下它的蒸汽压不高，这就能保证电解质成分相对稳定。

2、熔剂——氟化盐。

▪氟化铝：氟化铝可用来降低电解质分子比，改善电解质性质，目前在铝工业上得到广泛运用。

作为冰晶石—氧化铝溶液的一种添加剂，它既可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以降低电解质的分子比，降低电解质温度。

工业氟化铝是一种白色粉末，其粒度比氧化铝稍大，不粘手。

它在常压下加热时不熔化，但在高温下升华（不经过液态直接气化），1200℃时蒸汽压达到760mmHg。

（四）铝电解生产主要技术经济指标1、原铝产量。

电解槽系列铝产量是指电解条件下所生产的原铝量。

铝产量与电流强度、电流效率和运行的槽昼夜总数有关。

通过提高电流强度、电流效率和增加运行的槽昼夜总数，都能够增加铝产量。

P=0.3356×I×η×24×10-3, 公斤/日式中：P——单槽实际日产量I——平均电流强度（A）η——电流效率（%）0.3356——铝的电化学当量（g/A.h）2、电流效率铝电解的电流效率是指阴极上实际产出的铝量相对依照法拉第定律计算的理论产铝量之间的百分比。

电解电流效率是铝电解生产的一项重要技术经济指标，在其它条件不变的情况下与铝产量、物耗、能耗密切相关。

3、直流电耗率直流电耗率是用于表示电能利用效率的一项重要指标。

它是指铝电解产出单位金属铝量所消耗的电能量。

理论上电解铝所需的最低电能，称为理论电能消耗量。

4、原铝质量铝的质量通常按铝中杂质金属的含量来评定，铝中金属杂质有二十多种，其中最主要的是Si、Fe、Cu等，此外铝中还有非金属杂质，如氢、氧化铝、炭化铝等。

按GB/T1196—2002可将重熔用铝锭分为Al99.90、Al99.85、Al99.70A、Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00等七个质量等级。

原铝中的主要的杂质是硅和铁，同时，还存在其它如：钠、钙、磷、硼、钛、钡、锌、镓等杂质金属。

他们绝大部分随氧化铝、冰晶石等原料带入原铝中。

进入原铝的非金属杂质主要有：氢、氧化铝、炭化铝等。

由于存在于电解原铝中的杂质，均会给原铝质量和性能造成不同程度的影响，因此，在生产中要积极采取措施，努力提高原铝质量，树立坚定的质量意识。

5、原材料消耗●氧化铝消耗●氟化盐单耗●炭阳极消耗（五）铝电解槽基本结构1、电解槽发展▪在20世纪20年代，挪威开始使用侧棒自焙阳极铝电解槽型，槽容量随之扩大，电流强度达到2.5kA，电流效率约80%，1kg铝电耗20kw·h。

这种型式的铝电解槽很快在全世界范围推广使用，槽容量也增大到135kA。

▪由于侧插自焙阳极铝电解槽的电流分布不均匀，阳极操作复杂，不易实现机械化。

在20世纪40年代，法国成功研制出上插自焙阳极铝电解槽，这种槽型在阳极结构上增设了集气罩，用以收集阳极气体，提高了烟气中氟的浓度，使烟气易于净化和易于氟的回收，最大电流强度达到了150-160kA。

▪由于世界各国对环境保护要求日趋严格；炭素生产技术日益发展，成功制造出大规格预焙阳极炭块；同时，随着氧化铝产量的日益增长，在20世纪60年代开始开发运用大型预焙阳极电解槽，槽中央部位实现自动下料，电流强度达到了230-500kA，电流效率94%-95%，1kg铝电耗降到13 kw·h以下.2、槽型及其特点工业铝电解槽槽型有侧插棒自焙阳极铝电解槽、上插棒自焙阳极铝电解槽和预焙阳极铝电解槽三大类，三者各具特点。

（五）铝电解槽基本结构3、基本结构4、电解槽使用寿命▪铝电解槽的阴极内衬在使用一段时期后就会破损，这时需停槽大修。

现代预焙阳极电解槽的平均寿命可达4~6年，有的甚至达到10年以上。

▪电解槽破损的主要标志是槽内铝液中铁含量连续不断的增加，表明炭阴极已发生破损，钢质阴极棒已被铝液侵蚀、熔解。

▪为了延长槽寿命，需要从多方面采取措施。

在设计时应充分考虑热场和磁场分布的合理性。

建造时要采用高质量的砌炉材料和进行精细的施工，操作上要采用合理的焙烧和启动方法，并建立平稳的正常运行工艺制度等。

（六）铝电解主要工艺技术参数1、电解质成份我们通常所说的电解质成份是指电解质的分子比情况和Ca含量情况，以及AL2O3的含量等。

冰晶石分子式为Na3AlF6，可写成3 Na F。

AlF3，其熔点为1008℃，在电解温度为950度时，氧化铝体系的熔液密度为2.1克/厘米3，而同一条件下的铝液密度为2.3克/厘米3，因此出现自然的分层现象。

1.1 分子比分子比是指电解质中的NaF与ALF3的分子个数之比。

而我们目前所用的是重量比，又称浴比，是指电解质中NaF与ALF3的重量之比。

分子比≈2倍重量比电解质温度 = 初品温度+过热度1.2 CaF2含量CaF2，氟化钙能降低电解质的熔点，作用是对炉帮的形成有好处，可以形成比较坚固的炉帮，在我们实际生产上一般作矿化剂使用，多数情况下在启动前装炉使用，之后靠氧化铝中的钙含量来维持，要求控制在3—6%。

1.3 氧化铝浓度保持较低的氧化铝浓度对稳定生产和提高电流效率有益。

主要是低氧化铝浓度可以长期稳定保持良好的炉底情况；保持电阻曲线对浓度的敏感，提高控制的精确度；在低氧化铝浓度可以获得较高的电流效率；但保持低氧化铝浓度需要缩短加工间隔，以防止阳极效应的发生。

从实际生产上来看，低于1%时就有可能发生阳极效应，在不同的槽运行温度下，发生效应的浓度也存在差异，槽运行温度高，效应时浓度就相对较低，槽运行温度低，效应时浓度就相对较高，如果保持较高的氧化铝浓度，炉底情况在电解温度变化时，发生恶化的可能性增加，不利于长期稳定生产。