铝电解PPT课件
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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。
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。
第八章铝电解课件
nFET0 GT0
式中 ET0 —— 化合物的理论分解电压，V； F —— 法拉第常数；F=96487C/mol；
ΔGTo —— 化合物的生成自由能变化，J·mol-1； n —— 电池反应相应的电荷数。
Al2O3的生成自由能和分解电压 [惰性阳极]
2Al（液）+3/2O2= Al2O3（固）
阳极的作用主要有两种：导电和参加电解时 的化学反应。
铝电解槽 预焙阳极电解槽
间断型 连续型 自焙阳极电解槽 上插槽 旁插槽
铝电解用原材料的制备
电解质体系
氧化铝 冰晶石 氟化铝及其它氟化盐
氧化铝
它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸 点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶 于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于 氧化铝的要求，一是它的化学纯度，再就 是其物理性能。
静置法就是在尽可能低的温度下长时间的静止放 置。该法可减少铝液中的氢的含量，因为随着温 度的降低，氢在铝液中的溶解度降低。
也可以往铝液中通入气体，加以搅拌，能够更有 效的清除铝液中的氢。
如果所通气体为氯气不仅可除去氢，还可以除去部分 金属杂质，并吸附固态夹杂物和气态夹杂物使之一并 清除。
铝液连续净化装置图
NaF－AlF3 二元系相图
NaF:AlF3(mol)
3
中性
>3
碱性
<3
酸性
现代冰晶石－氧化铝电解质的组成
电解质的性质
电解质的密度 电解质的熔点 电解质的粘度 电解质的表面张力与湿润性 电解质的电导率
NaF-AlF3二元系
1. 密度（d）。冰晶石 的密度在1000℃下为 2.0957g/cm3。
金属钠的析出
Na+＋e＝Na
式中 ET0 —— 化合物的理论分解电压，V； F —— 法拉第常数；F=96487C/mol；
ΔGTo —— 化合物的生成自由能变化，J·mol-1； n —— 电池反应相应的电荷数。
Al2O3的生成自由能和分解电压 [惰性阳极]
2Al（液）+3/2O2= Al2O3（固）
阳极的作用主要有两种：导电和参加电解时 的化学反应。
铝电解槽 预焙阳极电解槽
间断型 连续型 自焙阳极电解槽 上插槽 旁插槽
铝电解用原材料的制备
电解质体系
氧化铝 冰晶石 氟化铝及其它氟化盐
氧化铝
它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸 点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶 于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于 氧化铝的要求，一是它的化学纯度，再就 是其物理性能。
静置法就是在尽可能低的温度下长时间的静止放 置。该法可减少铝液中的氢的含量，因为随着温 度的降低，氢在铝液中的溶解度降低。
也可以往铝液中通入气体，加以搅拌，能够更有 效的清除铝液中的氢。
如果所通气体为氯气不仅可除去氢，还可以除去部分 金属杂质，并吸附固态夹杂物和气态夹杂物使之一并 清除。
铝液连续净化装置图
NaF－AlF3 二元系相图
NaF:AlF3(mol)
3
中性
>3
碱性
<3
酸性
现代冰晶石－氧化铝电解质的组成
电解质的性质
电解质的密度 电解质的熔点 电解质的粘度 电解质的表面张力与湿润性 电解质的电导率
NaF-AlF3二元系
1. 密度（d）。冰晶石 的密度在1000℃下为 2.0957g/cm3。
金属钠的析出
Na+＋e＝Na
铝电解生产原理共46页PPT资料
❖ 1854年，德国Bunsen宣称利用炭电极电解 NaCl-AlCl3络合盐得到了金属铝；
❖ 1883年，美国Bradley提出了电解冰晶石-氧化 铝熔盐技术方案，但末获得专利；
❖ 1886年，美国的Hall和法国的Heroult同时申请 了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获 得批准，这便是我们所称的Hall-Heroult法。一 直至今，世界上所有的铝厂都是使用此种技术。
❖ 2 O2－（络）－4e＋C﹦CO2
❖ CO2被认为是阳极第一反应产物，铝电解的结果只 消耗了Al2O3和C，因此整个电解过程总反应式为：
❖ 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
❖ 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。
❖ 1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属 分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够 分解氧化铝。即使如此，瑞典的贝采尼乌斯已 为这无法获得的金属取名“铝土”。后来，戴 维又改称它为铝。
❖ 电解铝工艺流程图
四、电解铝基本原理
❖ 目前铝工业中仍然采用熔盐电解法生产铝，其 基本原理：将氧化铝溶解于冰晶石熔体中，接 通直流电，在阳极和阴极上发生电化学反应， 阳极上产生阳极气体，阴极上析出铝。
❖ 电解铝生产铝的过程可以描述为：将固体氧化 铝加入Na3AlF6熔体中，发生化学溶解，生成主 要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以 及F－等离子构成的Na3AlF6-Al2O3熔体；通入直 流电以后，Na3AlF6-Al2O3熔体中的阴、阳离子 在电场力的作用下，分别向阳极和阴极方向迁 移；阴离子到达阳极表面发生电化学反应，失 去电子，生成气态物质；阳极离子到达阴极表 面，发生电化学反应，获得电子，变成铝原子， 从而得到液态铝。
❖ 1883年，美国Bradley提出了电解冰晶石-氧化 铝熔盐技术方案，但末获得专利；
❖ 1886年，美国的Hall和法国的Heroult同时申请 了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获 得批准，这便是我们所称的Hall-Heroult法。一 直至今，世界上所有的铝厂都是使用此种技术。
❖ 2 O2－（络）－4e＋C﹦CO2
❖ CO2被认为是阳极第一反应产物，铝电解的结果只 消耗了Al2O3和C，因此整个电解过程总反应式为：
❖ 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
❖ 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。
❖ 1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属 分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够 分解氧化铝。即使如此，瑞典的贝采尼乌斯已 为这无法获得的金属取名“铝土”。后来，戴 维又改称它为铝。
❖ 电解铝工艺流程图
四、电解铝基本原理
❖ 目前铝工业中仍然采用熔盐电解法生产铝，其 基本原理：将氧化铝溶解于冰晶石熔体中，接 通直流电，在阳极和阴极上发生电化学反应， 阳极上产生阳极气体，阴极上析出铝。
❖ 电解铝生产铝的过程可以描述为：将固体氧化 铝加入Na3AlF6熔体中，发生化学溶解，生成主 要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以 及F－等离子构成的Na3AlF6-Al2O3熔体；通入直 流电以后，Na3AlF6-Al2O3熔体中的阴、阳离子 在电场力的作用下，分别向阳极和阴极方向迁 移；阴离子到达阳极表面发生电化学反应，失 去电子，生成气态物质；阳极离子到达阴极表 面，发生电化学反应，获得电子，变成铝原子， 从而得到液态铝。
电解铝厂生产流程简介(ppt)
工艺流程图
原铝出铝包
炉前
调包配料
烟气排放 精炼搅拌
电解槽
铝灰
灰渣分选
★粉尘排放■废渣排放
打渣 ﹌噪音 打印 接收
调流控流 水冷却
取样打眼入库
说明： 烟气排放粉尘排放废渣排放 ﹌噪声
原铝检斤
原铝入炉
搅拌 扒渣
打眼
控流 打渣
一次冷运 打号
脱模 二次冷运
分检
码垛
（二）电解系统
• 任务：是生产出合格的铝液。
• 工艺：冰晶石-氧化铝熔盐电解法。该工艺是由美国的霍 尔和法国的埃鲁1886年分别申请的世界专利。
• 主要经济指标：电流效率 、氧化铝单耗 、直流电单耗 、 可比交流电耗 、阳极毛耗 、氟化盐单耗 。
• 主要设备是：电解槽、多功能机组等。
• 工艺原理：氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，形 成具有良好导电性的均匀熔体，采用碳素材料做 阴阳两极，当通入直流电后，即在两极上发生电 化学反应。在阳极上产生阳极气体，阴极上析出 液态铝，用真空抬包周期性从电解槽吸出，送铸 造分厂铸重熔用铝锭。电化学反应过程中，阳极 不断消耗，阳极母线不断下降，要进行阳极更换 和母线提升作业，另外通过计算机控制，通过超 浓相输送向电解槽定时添加氧化铝，保证生产连 续平稳进行
电解铝厂生产流程 简介(ppt)
一、铝的性质与用途
1.铝的性质 ➢ 铝的密度在常温下为2.7（液态时为2.3），是铜和铁的三分之
一，其熔点为660℃左右。 ➢ 铝具有良好的耐腐蚀性。铝表面在空气中很快生成一层光滑
致密的氧化铝薄膜，使其内部免受氧化，增强了铝的防腐能 力。 ➢ 铝是一种良好的导电材料。 ➢ 铝具有良好的导热和反光性能。 ➢ 铝具有良好的延展性和可塑性。 ➢ 铝的再利用率高。
电解铝反应原理课件
+2e-
阳极
钠 熔融NaCl 熔融NaCl
小结：分析电解反应 用惰性电极时 的一般思路： 用惰性电极时)的一般思路 小结：分析电解反应(用惰性电极时 的一般思路：
明确溶液中存在哪些离子
阴阳两极附近有哪些离子
根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、 根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性 强弱判断反应的离子先后， 强弱判断反应的离子先后， 最后分析得出产物
电解反应原理
朱伶俐
2012. 3. 27
授课内容
1、电解的定义 2、电解池电极的判断方法
电解反应原理
3、电极反应的书写 4、发生电解反应的基本条件 5、离子的放电顺序 1、铝电解反应的电极反应 方程式
电解反应实际应用
2、何为铝电解 3、冰晶石的作用
CuCl 电解原理（以电解CuCl2溶液为例） 以电解CuCl 2溶液在电流的 作用下究竟发生了 什么反应？ 什么反应 阴极:石墨棒周围CuCl ？ 阴极:石墨棒周围CuCl2溶液绿色 变深， 变深，石墨棒上逐渐覆盖了一层 红色固体（Cu） 红色固体（Cu） 阳极:石墨棒周围CuCl 阳极:石墨棒周围CuCl2溶液绿色 变浅，石墨棒上有气泡放出，并 变浅，石墨棒上有气泡放出， 可闻到刺激性的气味， 可闻到刺激性的气味，同时看到 湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。 湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。
络合） C－ O2-（络合）+ C－4e- = CO2↑ 阳极： 阳极：
直流电、熔解、 直流电、熔解、电离 总反应： 2 2 Al + 1.5CO2 总反应：Al 2O3 + 1.5C 960℃
铝电解通入直流电的目的
（1）要在两极实现电化学反应，也就是说在电解质 要在两极实现电化学反应， 中使铝离子从阴极上得到电子而析出。 中使铝离子从阴极上得到电子而析出。 （2）利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态，并保 利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态， 持一定的电解温度
铝电解生产原理PPT幻灯片
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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。
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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。
电解铝反应原理课件
铝电解电极的选择
• 电解过程中，冰晶石熔液具有高温，且具 有很大的腐蚀性。 • 炭素材料具有良好的导电性，能耐高温、 抗腐蚀，而且价格比较低廉。
阳极C 阳极C 烟罩 电解 质 熔融 态铝 钢壳 耐火 材料 阴极C 阴极C 钢导电 棒
铝电解原理
阳极 阴极 冰晶石— 冰晶石—氧化铝熔液中的离 子质点有Na 子质点有Na+、AlF63-、 AlF52-、 还有Al AlAlF4-、F-，还有Al-O-F型络 合离子。其中Na 是单体离子， 合离子。其中Na+是单体离子， 结合在络合离子里。 Al3+结合在络合离子里。
思考1 电解氯化铜溶液时，溶液中Cu 【思考1】电解氯化铜溶液时，溶液中Cu2＋和Cl－放 电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？ 电基本完毕后，电解过程是否也就停止了呢？ 溶液中Cu 放电完毕后，原溶液变为纯水，此时， 溶液中Cu2+和Cl—放电完毕后，原溶液变为纯水，此时， 在纯水中存在H 在阴极放电， 在纯水中存在H+和OH—， H+在阴极放电，OH—在阳极放 实际上是电解水的过程，所以： 电，实际上是电解水的过程，所以： 阴极： 阴极：4H+ + 4e— = 2H2 ↑ 阳极： 阳极：4OH— －4e— =2H2O + O2 ↑ 电解 总反应： 2H2↑ + O2 ↑ 总反应：2H2O =
熔融的氯化钠中有Na 熔融的氯化钠中有Na+和Cl— ，Na+在阴极放电生成金属 在阳极放电生成氯气。 钠，Cl—在阳极放电生成氯气。 阴极
阴极： 阴极：2Na+
= 2Na 氧化反应） （氧化反应） 氯 阳极： 阳极：2Cl- -2e- = Cl2↑ 气 还原反应） （还原反应） 总式： 总式： 电解 NaCl = Na + Cl2↑
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❖ 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)
❖ 氟化铝（AlF3)为人工合成产品，呈白色粉末状， 其沸点为1260℃，挥发性很大。
❖ 由于在电解生产过程中，一是电解质中的氟化铝 会挥发，二是原料氧化铝所含的氧化钠（NaO2） 和水分（H2O）在进入电解质中后，也会与电解 质发生化学反应，生成氟化钠和氟化氢，从而使 电解质成分发生改变，分子比升高，影响电解生 产。所以添加氟化铝的目的就是调节电解质的分 子比，保证电解质成分的稳定。1t铝的消耗量为 20~30kg/t。
3
❖ 冰晶石熔化后离解成Na+和AlF63–
❖
Na3AlF6=3Na++AlF63–
❖ AlF63–又离解生成AlF4–和F–，同时还有少量AlF52–
❖
AlF63–=1.8F–+0.8AlF4–+0.2AlF52–
❖ 冰晶石作为溶剂，理论上，在电解过程中是不消
耗的，但实际由于存在挥发损失、炭素内衬的吸
（3）氟化钙（CaF2）
氟化钙（也称萤石）为天然矿物质，呈暗红色粉 末状，是一种添加剂，能降低电解质的熔点和改 善电解质的性质。常在电解槽启动装炉时用，目 的是有利于形成坚固炉帮。一方面是特意加进去 的，另一方面是工业氧化铝原料中的杂质CaO带 来的，通常含有CaO0.02%~0.04%，CaO与冰晶 石熔液反应生成CaF2:
1 铝电解概述
❖ 铝的冶金主要采用的是Hall-Heroult熔盐电解法。 这也是目前工业炼铝的唯一方法。
❖ Hall-Heroult熔盐电解法主要是利用冰晶石-氧化铝 熔盐体系来电解炼铝，其中，冰晶石Na3AlF6作为 溶剂，通常加入各种添加剂，如AlF3、CaF2、 MgF2和LiF2等，来改善熔体的物理化学性质。将 高熔点的氧化铝熔入其中，形成一复杂的熔盐体 系，用碳素材料作为阴阳极，通入直流电在960980 ℃左右进行电解，碳阳极氧化析出CO2，阴极 沉积得到金属铝，其反应式如下：
1.4 预焙阳极
铝电解槽使用的炭阳极 有自焙阳极和预焙阳极两种 。现代电解铝厂都为预焙阳 极电解槽。自焙阳极电解槽 所剩无几，从环境和规模上， 都不符合我国产业政策。
制备预焙阳极所用原料 为石油焦和胶黏剂煤沥青。 另外，沥青裂解、焦化的产 物沥青焦也可以是制造阳极 的原料。
（1）. 自焙阳极
用于上插自焙阳极电解槽和侧插自焙阳极电解 槽，这两者是按导电金属棒从上部或侧部插入 阳极而区分的，在电解槽结构上也是不同的， 但阳极是连续工作的。自焙阳极采用阳极糊为 炭阳极的原料。阳极糊加入到这类电解槽的阳 极铝箱中，依靠电解的高温,自下而上地将其 焙烧成为炭阳极，随着它的消耗，上部焙烧好 的糊料随阳极下行继续工作，因此得以连续。 由于阳极糊在自焙过程中产生大量沥青烟，对 环境污染严重，我国已于2000年明令禁止， 淘汰小型自焙阳极铝电解槽。
CaO+2Na3AlF6=3CaF2+Al2O3+6NaF
（4）氟化镁（MgF2）
电解槽使用MgF2添加剂可以改变和提高电解槽的 电流效率，特别与LiF添加剂一起使用效果更好。
(5)氟化锂（LiF）
❖ LiF是一个碱性金属氟化物，加入到熔融的冰晶石 中时，有唯一的离解反应：
LiF=Li+ + F–
化学成分/%
不大于
Na
SiO2 Fe2O3 SO42– CaO
P2O5
H2O
灼减 （550℃,30min）
32 0.25 0.05 0.7 0.1 0.02 0.4
2.5
一级 53 13 32 0.36 0.08 1.2 0.15 0.03 0.5
3
二级 53 13 32 0.4 0.1 1.3 0.2 0.05 0.8
Al2O3 (diss)+3/2C(s)=2Al(l)+3/2CO2(g)
1.1铝电解生产流程
氧化铝
冰晶石
氟化盐
碳素
废气 阳极气体
气体净化
载氟氧化铝
电解槽
直流电能
13000~15000kW·h
铝液
净化，澄清和铸锭
铝锭
1t,99.5%~99.8%Al
1.2 原料——氧化铝（Al2O3）
❖ 氧化铝是电解生产金属铝的原料。氧化铝是一种白色粉末 ，熔点为2050℃，真密度3.5~3.6g/cm3,不溶于水而溶解 于熔融的冰晶石中。
含有AlF3，LiF，CaF2和 MgF2 以及氧化铝的冰晶石熔体的 熔化 温度可以用下式表示：
T=1.011-0.072(AlF3)2.5
+0.0051(AlF3)3+0.14(AlF3) -10(LiF)+0.736(LiF)1.3 +0.063[(LiF)×(AlF3)]1.1 -3.19(CaF2)+0.03(CaF2)2 +0.27[(CaF2)×( AlF3)]0.7 -12.2(AlF3)+4.75(AlF3)1.2 -5.2(MgF2)
❖ 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)
❖ 氟化铝（AlF3)为人工合成产品，呈白色粉末状， 其沸点为1260℃，挥发性很大。
❖ 由于在电解生产过程中，一是电解质中的氟化铝 会挥发，二是原料氧化铝所含的氧化钠（NaO2） 和水分（H2O）在进入电解质中后，也会与电解 质发生化学反应，生成氟化钠和氟化氢，从而使 电解质成分发生改变，分子比升高，影响电解生 产。所以添加氟化铝的目的就是调节电解质的分 子比，保证电解质成分的稳定。1t铝的消耗量为 20~30kg/t。
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❖ 冰晶石熔化后离解成Na+和AlF63–
❖
Na3AlF6=3Na++AlF63–
❖ AlF63–又离解生成AlF4–和F–，同时还有少量AlF52–
❖
AlF63–=1.8F–+0.8AlF4–+0.2AlF52–
❖ 冰晶石作为溶剂，理论上，在电解过程中是不消
耗的，但实际由于存在挥发损失、炭素内衬的吸
（3）氟化钙（CaF2）
氟化钙（也称萤石）为天然矿物质，呈暗红色粉 末状，是一种添加剂，能降低电解质的熔点和改 善电解质的性质。常在电解槽启动装炉时用，目 的是有利于形成坚固炉帮。一方面是特意加进去 的，另一方面是工业氧化铝原料中的杂质CaO带 来的，通常含有CaO0.02%~0.04%，CaO与冰晶 石熔液反应生成CaF2:
1 铝电解概述
❖ 铝的冶金主要采用的是Hall-Heroult熔盐电解法。 这也是目前工业炼铝的唯一方法。
❖ Hall-Heroult熔盐电解法主要是利用冰晶石-氧化铝 熔盐体系来电解炼铝，其中，冰晶石Na3AlF6作为 溶剂，通常加入各种添加剂，如AlF3、CaF2、 MgF2和LiF2等，来改善熔体的物理化学性质。将 高熔点的氧化铝熔入其中，形成一复杂的熔盐体 系，用碳素材料作为阴阳极，通入直流电在960980 ℃左右进行电解，碳阳极氧化析出CO2，阴极 沉积得到金属铝，其反应式如下：
1.4 预焙阳极
铝电解槽使用的炭阳极 有自焙阳极和预焙阳极两种 。现代电解铝厂都为预焙阳 极电解槽。自焙阳极电解槽 所剩无几，从环境和规模上， 都不符合我国产业政策。
制备预焙阳极所用原料 为石油焦和胶黏剂煤沥青。 另外，沥青裂解、焦化的产 物沥青焦也可以是制造阳极 的原料。
（1）. 自焙阳极
用于上插自焙阳极电解槽和侧插自焙阳极电解 槽，这两者是按导电金属棒从上部或侧部插入 阳极而区分的，在电解槽结构上也是不同的， 但阳极是连续工作的。自焙阳极采用阳极糊为 炭阳极的原料。阳极糊加入到这类电解槽的阳 极铝箱中，依靠电解的高温,自下而上地将其 焙烧成为炭阳极，随着它的消耗，上部焙烧好 的糊料随阳极下行继续工作，因此得以连续。 由于阳极糊在自焙过程中产生大量沥青烟，对 环境污染严重，我国已于2000年明令禁止， 淘汰小型自焙阳极铝电解槽。
CaO+2Na3AlF6=3CaF2+Al2O3+6NaF
（4）氟化镁（MgF2）
电解槽使用MgF2添加剂可以改变和提高电解槽的 电流效率，特别与LiF添加剂一起使用效果更好。
(5)氟化锂（LiF）
❖ LiF是一个碱性金属氟化物，加入到熔融的冰晶石 中时，有唯一的离解反应：
LiF=Li+ + F–
化学成分/%
不大于
Na
SiO2 Fe2O3 SO42– CaO
P2O5
H2O
灼减 （550℃,30min）
32 0.25 0.05 0.7 0.1 0.02 0.4
2.5
一级 53 13 32 0.36 0.08 1.2 0.15 0.03 0.5
3
二级 53 13 32 0.4 0.1 1.3 0.2 0.05 0.8
Al2O3 (diss)+3/2C(s)=2Al(l)+3/2CO2(g)
1.1铝电解生产流程
氧化铝
冰晶石
氟化盐
碳素
废气 阳极气体
气体净化
载氟氧化铝
电解槽
直流电能
13000~15000kW·h
铝液
净化，澄清和铸锭
铝锭
1t,99.5%~99.8%Al
1.2 原料——氧化铝（Al2O3）
❖ 氧化铝是电解生产金属铝的原料。氧化铝是一种白色粉末 ，熔点为2050℃，真密度3.5~3.6g/cm3,不溶于水而溶解 于熔融的冰晶石中。
含有AlF3，LiF，CaF2和 MgF2 以及氧化铝的冰晶石熔体的 熔化 温度可以用下式表示：
T=1.011-0.072(AlF3)2.5
+0.0051(AlF3)3+0.14(AlF3) -10(LiF)+0.736(LiF)1.3 +0.063[(LiF)×(AlF3)]1.1 -3.19(CaF2)+0.03(CaF2)2 +0.27[(CaF2)×( AlF3)]0.7 -12.2(AlF3)+4.75(AlF3)1.2 -5.2(MgF2)