第二章(铝电解的原材料及能源)
第二章(铝电解的原材料及能源)
1、原料煅烧
2、溶化煤沥青
3、破碎、筛分与配料
4、混捏
5、成型
6、焙烧
2.3.4预焙阳极炭块的性质和质量
（1）、化学纯度
（2）、导电性能
（3）、机械强度
（4）、抗氧化性能
2.3.6阳极炭块组的组装
（1）、阳极炭块的清理
（2）、阳极导杆的准备
（3）、残极处理
（4）、钢爪、爪架及爆炸焊片的准备
2.2.1.2氟化钙
氟化钙分子式为CaF2, 其俗名为萤石粉，是一种经过精选品位很高的天然矿物质。在正常的铝电解生产中，往电解质中添加一定数量的氟化钙能降低电解质的熔点，多被用于电解槽启动前装炉，其作用是对炉帮形成有好处，可形成比较坚固的炉帮。
2.2.1.3氟化钠
氟化钠的分子式为NaF, 是一种白色粉末，易溶于水。是铝电解质的一种添加剂，用以调整由于新槽的炭素内衬选择性吸收钠盐及装炉时装入大量低分子比冰晶石所造成的分子比下降。一般由于新槽开动也用碳酸钠（曹达）代替氟化钠，这样更加经济且能加速电解质的沸腾与循环，有助于电解质成份均匀。
氟化铝产品用途:在铝的生产中作电解浴组分，用以降低熔点和提高电解质的电导率。用于生产酒精时作发酵的抑止剂。用作陶瓷外层釉彩和搪瓷釉的助熔剂、非铁金属的熔剂。在金属焊接中用于焊接液.用于制造光学透镜。还用作有机合成的催化剂及人造冰晶石的原料等。
一、湿法生产工艺（属淘汰工艺）：
硫酸和萤石高温反应后产生的气体，直接吸收成30％～ 35％的氢氟酸，与氢氧化铝在90℃左右合成为AlF3?3H2O，经过滤后,进入高温脱水干燥，最后得氟化铝AlF3成品。由于脱水时产生的水蒸汽回分解AlF3，因此，湿法氟化铝含量低，杂质多，水份含量高，堆密度低，流动性差。基本上不适应现代电解槽使用。 化学指标为：F≥57％ Al≥28% Na≤ 3.5％ H2O≤7％。
铝电解PPT课件
❖ 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)
《现代铝电解》目录 刘业翔
现代铝电解 / 刘业翔∙ISBN：9787502445768∙出版发行：冶金工业出版社∙页码：0∙版次：-∙条码：9787502445768∙更新时间：2010-04-04∙出版时间：2008-08-01《现代铝电解》目录1 绪论1．1铝的发现和提取1．1．1铝的发现1．1．2铝电解简史1．2铝的性质和用途1．2．1铝的性质1．2．2铝的应用1．3现代铝电解的发展1．4铝电解过程描述1．5铝电解用原料与辅助原料1．5．1氧化铝1．5．2辅助原料1．5．3炭阳极参考文献附录铝的各种性质第一篇铝电解理论基础2 铝电解质及其物理化学性质2．1概述“2．1．1引言2．1．2铝电解质的性质要求2．1．3铝电解质的种类2．2铝电解质的相平衡图2．2．1 NaF-A1F3二元系相图2．2．2摩尔比CR(或质量比BR)与过剩A1F3的换算公式2．2．3Na3A1F6-AJ203系熔度图。
2．2．4 Na3A1F6的其他二元系和三元系相平衡图2．3工业铝电解质的物理化学性质2．3．1熔度(初晶温度)2．3．2电导率2．3．3密度2．3．4黏度2．3．5接触角2．3．6Na，A1F6-A12O，熔体物理化学性质的综合分析2．4低温电解质2．5铝电解质成分的改进2．5．1国外概况2．5．2国内概况参考文献3 氧化铝在电解质中的溶解及其行为3．1概述3．2氧化铝的物理性质3．3氧化铝溶解的实验室研究3．3．1细分散氧化铝的溶解3．3．2部分聚集状氧化铝的溶解3．4工业电解槽上氧化铝溶解研究3．5结壳、炉帮及沉淀3．5．1概述3．5．2结壳的生成3．5．3结壳的性质3．5．4 Al2O3及壳块的沉降与溶解3．5．5炉帮与伸腿的形成参考文献4 冰晶石．氧化铝(Na3AlF6-A12O3)系熔盐结构4．1概述4．2 NaF．AlF3系熔体结构4．2．1基于Na3AlF6热解离提出的熔体结构模型4．2．2核磁共振谱(NMR)研究提出的结构模型4．3Na3AlF6A12O3系熔体结构4．3．1热力学模型的结果4．3．2直接定氧法的结果4．3．3分子动力学模拟的结果4．3．4核磁共振谱(NMR)测定结果4．4离子实体的迁移4．5电荷迁移主体——Na参考文献5 铝电解的电极过程5．1阴极过程5．1．1铝在阴极优先析出5．1．2非正常条件下钠的析出5．1．3阴极过电压5．1．4钠析出后的行为5．1．5阴极的其他副过程5．2阳极过程5．2．1概述5．2．2阳极的原生产物5．2．3阳极过电压5．3阳极气体参考文献6 阳极效应6．1概述6．2临界电流密度6．2．1临界电流密度的概念6．2．2临界电流密度和氧化铝含量的关系6．2．3影响临界电流密度的其他因素6．2．4临界电流密度与接触角的关系6．3阳极效应时的气体分析6．4阳极效应机理6．5工业电解槽上的阳极效应6．5．1特点6．5．2起因6．5．3熄灭6．5．4预报参考文献7 铝电解中炭阳极上的电催化作用7．1概述7．1．1电催化基本概念及电催化活性的表征7．1．2铝电解惰性阳极电催化研究7．1．3铝电解掺杂炭阳极的电催化研究和应用7．2掺杂炭阳极的电催化功能7．2．1阳极电催化活性的判据7．2．2掺杂炭阳极的制备7．2．3试验测定7．2．4若干重要结果7．3掺杂炭阳极在铝电解中的其他行为参考文献8 铝在电解质中的溶解及二次反应损失8．1概述8．2铝在冰晶石．氧化铝熔盐中的溶解8．2．1溶解铝后电解质的特性8．2．2溶解金属引起的电子导电性8．3铝在冰晶石熔体中的溶解度8．4早期研究工作的若干资料8．5 CO2在冰晶石氧化铝熔体中的溶解度8．6工业电解槽上铝的溶解与损失参考文献9 铝电解的电流效率9．1概述9．1．1电流效率的定义9．1．2关于电流损失9．2工业预焙槽上的电流效率问题9．2．1提高电流效率的历史回顾9．2．2影响工业槽电流效率的因素9．3电流效率的测量9．4结语参考文献10 铝电解的理论最低能耗与节能第二篇铝电解生产工程技术第三篇铝电解计算机控制及铝厂信息化第四篇铝冶炼辅助工程与新技术附录。
铝电解培训教材概要
电解铝生产培训教材工艺篇安全技术部第一章铝电解概述第一节铝电解发展及现状铝（Aluminium）在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为7.5%，仅次于氧（O）和硅（Si），居第三位，在各种金属元素当中，铝居首位。
铝的化学性质十分活泼，但是自然界中发现了少量元素状态的铝，与其他矿物共生。
含铝的矿物总计有250多种，其中主要的是铝土矿、高岭土、明矾石等。
我国开采和利用铝矿有悠久的历史，很早就开始从明矾石提取（古称矾石），供医药及工业上使用。
汉代《本草经》一书中记载了16中矿物药物，其中就包括矾石、铅丹、石灰、朴硝、磁石。
明代宋应星所著《天工开物》一书中记载了矾石的制造和用途。
金属铝最初用化学法制取。
1825年，丹麦Oersted用钾贡还原无水氯化铝，得到一种灰色的金属粉末，在研磨时呈现金属光泽，但当时未能加以鉴定。
1827年，德国Wohler 用钾（K）还原无水氯化铝，得到少量细微的金属颗粒。
1845年，他把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面，得到金属铝珠，每颗铝珠的质量为10~15mg，于是铝的一些物理性质和化学性质得到了测定。
1854年，法国Deville用纳代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐，制取金属铝。
钠和钾同为一价碱金属，但钠的相对原子质量比钾小，制取1Kg铝所需的钠大约是3.0~3.4Kg，而用钾大约需要5.5Kg，故用钠比较经济。
当时称铝为“铝土中的银子”1855年，Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭，总量约为1 Kg。
1854年，在巴黎附近建成了世界上第一座炼铝厂。
1865年，俄国Beketob提议用镁还原冰晶石来生产铝。
这一方案后来在德国Gmelingen铝镁工厂里被采用。
自从1887~1888年电解法炼铝工厂开始投入生产后，化学法便渐渐停止了，在此之前的30多年内采用化学法总共生产了200T铝。
原来在采用化学法炼铝期间，德国Bunsen和法国Deville继英国Davy之后研究电解法炼铝。
铝电解课件
(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.
有色金属行业铝电解基础知识培训教材
有色金属行业-铝电解基础知识培训教材99铝的性质与用途铝的性质铝是自然界中分布极广的元素之一,地壳中铝的含量为7.35%,仅次于氧和硅而居第三位。
由于铝是化学性质极为活泼的元素,所以在自然界中未发现单质的金属铝,而是以铝的各种化合物存在。
铝土矿是现在的主要炼铝原料,此外还有明矾石等,世界铝土矿总储量320亿吨以上,我国山西、河南、山东和广西等地蕴含着丰富的铝土矿。
从铝土矿或其他含铝原料中生产氧化铝,实质上是将矿石中的Al2O3与SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质分离的过程。
炼铝的历史可分为两个阶段,分别为化学法炼铝阶段与电解法炼铝阶段。
尽管在自然界中含有极为丰富的铝,但铝第一次制取出来却是不到二百年前的事。
1825年丹麦的厄尔施泰(H?C?Oersted)在实验室中用钾汞齐还原无水氯化铝(AlCl3),在世界上第一次得到铝。
1845年法国人戴维尔(H?S?Deville)用钠还原NaCl?AlCl3混合盐也得到金属铝,并在法国进行小规模生产。
到1877年电解法投产以前,世界上仅用化学法生产金属铝,这一阶段,铝产量极低,使铝成为世界上极为昂贵的金属之一。
1886年,美国的霍尔和法国的埃鲁特发明了冰晶石?氧化铝熔盐电解法炼铝,很快电解铝取代了化学法,而且产量迅速提高,成本迅速下降,到目前为止的百年间,铝工业发展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。
铝是一种具有银白色光泽的金属,常温下其比重只有 2.7 g/cm3,是一种轻有色金属,它的主要特性如表1-1。
表1-1铝的主要特性原子序数13密度(g/cm3) 2.699固、2.3液原子价+3溶点(℃) 659沸点(℃) 2467熔化盐(J/ g) 386.6导热系数(J/cm?S?℃) 2.08(固,20℃)、2.18(固,200℃)导电系数(10-4Ω-1?cm-1) 36~37(20℃)电化学当量(g/A?h) 0.3356(A?h/g) 2.980铝的用途铝可与许多金属形成合金,某些铝合金的机械强度很高,而且仍保持着质轻的优点,因此铝被广泛用于制造飞机的外壳、火车、汽车的车箱,以及快速转动的零部件等。
电解铝成本计算范文
电解铝成本计算范文电解铝是一种重要的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。
电解铝的成本计算对于制定合理的价格策略和成本控制具有重要意义。
下面将从原材料、能源消耗和生产过程三个方面进行电解铝的成本计算。
1.原材料成本：电解铝的原料主要是铝氧化物，主要有氧化铝（Al2O3）。
氧化铝的价格主要受供需关系和市场波动影响，根据数据显示，目前氧化铝的价格约为2000-3000美元/吨。
以氧化铝价格为例，假设成本为2500美元/吨。
2.能源消耗成本：电解铝的生产过程需要大量的电能和热能，因此能源消耗是电解铝成本的重要组成部分。
根据数据统计，铝的电解所需的电能约为13.5-16.5千瓦时/千克铝。
同时，电解铝的生产过程还需要大量的热能，如煤炭、燃气等。
以电力和煤炭为例，假设电力价格为0.1美元/千瓦时，煤炭价格为100美元/吨。
在计算能源消耗成本时，首先需要计算电能的成本。
假设电解铝生产过程中每千克铝所需的电能为15千瓦时/千克铝，电能的成本为0.1美元/千瓦时，则每千克铝所需的电能成本为1.5美元。
进一步假设每千克铝所需的煤炭为0.5千克，煤炭价格为100美元/吨，则每千克铝所需的煤炭成本为0.05美元。
因此，每千克铝所需的能源消耗成本为1.55美元。
3.生产过程成本：除了原材料和能源消耗成本外，电解铝的生产还需要考虑其他生产成本，如人工成本、设备维护成本和管理成本等。
这些成本因企业规模、技术水平和管理水平等因素而有所不同，因此难以进行具体的定量分析。
一般来说，这些成本的占比在铝的总成本中相对较小，但仍需纳入考虑。
总结：综上所述，电解铝的成本主要包括原料成本、能源消耗成本和生产过程成本。
假设氧化铝价格为2500美元/吨，电能成本为1.5美元/千瓦时，煤炭成本为0.05美元/千克，其他生产成本为可变因素。
以每千克铝为基础进行计算，电解铝的成本约为2502.55美元/千克。
需要注意的是，以上数据仅为参考，并不代表实际情况。
《铝电解原理中南》课件
铝电解是一种重要的工业生产技术，本课件将介绍铝电解的基本原理、设备 及工艺、应用领域、发展趋势等内容。
什么是铝电解
铝电解的原材料
铝电解的生产以铝土矿和人造氧化铝为原料， 经一系列的冶炼、熔炼过程得到铝金属。
铝电解的生产过程
铝电解是指将氧化铝熔液经电解反应将铝离子 还原为铝金属的过程。该过程需要高温、高压 环境和大量电能。
铝电解的基本原理
反应方程式
铝电解的反应方程式为 4Al3+ + 6e → 4Al + 3O2， 其中Al3+为铝离子，e为 电。
电化学反应
铝电解是一种氧化还原 反应，在一定的条件下， 由于电子的转移而促进 铝离子被还原成铝金属 的过程。
过程流程
铝电解的过程涉及到许 多环节，包括铝熔炼成 型、铝质块及超重熔盐 的预处理、再生铝生产 等。
铝电解的设备及工艺
1
反应器组成
铝电解的反应器一般由电极、电解
电解槽结构
2
槽、电解质和电解液四个部分组成。
铝电解槽是整个工艺过程中最重要
的部分。目前铝电解槽主要采用氧
化铝电解槽，同时也有人造氧化铝
3
电解液的组成
等电解槽被广泛使用。
铝电解液是决定铝电解的关键因素
之一，其组成包括氟化物、氧化铝、
铝、氯化钠等多种元素，各种元素
铝电解技术的发展方向
未来铝电解技术的发展趋势将更加绿色、环保、高效，以适应社会对资源、环保和节能等方 面的需求。
铝电解技术的发展在国内外 均取得了巨大的突破。中国、 美国、亚洲地区的一些国家 均已开发出一些先进的铝电 解技术，为行业的快速发展 奠定了基础。
结论
铝电解用的原材料大致分三类
铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳1．生产工艺(1)工艺机理铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法。
所谓冰晶石－氧化铝融盐就是以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成的多相电解质体系，即为Na2AIF6-A12O3二元系和Na3AIF6-AIF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。
能够传导电流和在电流通过时改变自己成分的液体叫做电解质。
许多年以来，铝电解质一直以冰晶石为主体，其原因如下。
①纯冰晶石不含析出电位（放电电位）比铝更正的金属杂质（铁、硅、铜等），只要不从外界带入杂质，电解生产可以获得较纯的铝。
②冰晶石能够较好的溶解氧化铝，在电解温度950-970℃时，氧化铝在冰晶石溶液中的溶解度约为10％（质量）。
③在电解温度下，冰晶石一氧化铝熔液的密度比同温度的铝液的密度小，它浮在铝液上面，可防止铝的氧化，同时使电解质和铝很好地分离，这既有利于电解过程，又简化了电解槽结构。
④冰晶石有一定的导电能力，这样使得电解液层的电压降不至过高。
⑤冰晶石熔液在电解温度下有一定的流动性，阳极气体能够从电解液中顺利地排出，而且有利于电解液的循环，使电解液的温度和成分都比较均匀。
⑥铝在冰晶石熔液中的溶解度不大，这是提高电流效率的一个有利因素。
⑦冰晶石熔液的腐蚀性很大，但碳素材料能抗受它的侵蚀，用碳素材料作内衬建造电解槽基本上可以满足生产的要求。
⑧在熔融状态下，冰晶石基本上不吸水，挥发性也不大，这将减少物料消耗并能保证电解液成分相对稳定。
以上所述有的是冰晶石的优点，也有的是它的缺点，如纯冰晶石的熔点较高（1008.5℃），导电性能不好和腐蚀性强，以及氧化铝在其中的溶解量不大等，这些导致了熔盐电解法生产铝时电能消耗大，建设投资和生产费用高。
多年来，为了克服其缺点，促使入们去寻找能代替它的新物质，但至今尚未取得成功；同时，入们也研究使用一些添加物像氟化钙、氟化镁、氟化锂等，来改善冰晶石一氧化铝熔体的性质。
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
电解铝生产概况
电解铝生产概况1. 引言电解铝（Electrolytic Aluminum）是指利用电解法从氧化态的铝矾土或氟硅石熔融盐系上电解制取的纯铝金属的过程。
作为全球最常用的金属之一，电解铝广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
本文将介绍电解铝的生产过程、原料及工艺等概况。
2. 电解铝生产过程电解铝的生产包括从铝矾土（Alumina）中提取氧化铝（Alumina），然后将氧化铝通过电解法转化为纯铝金属。
2.1 提取氧化铝提取氧化铝的主要原料是铝矾土，也称为泡沫土。
铝矾土主要由氧化铝、氧化硅和水合铝石组成。
提取氧化铝的过程包括粉碎、皮脱、丢铁、消石灰处理、压制成型、煅烧等步骤。
最终得到纯净的氧化铝。
2.2 电解制铝得到氧化铝后，需要将其通过电解过程转化为纯铝金属。
电解精炼是将氧化铝的氧化铝阳极浸入熔融的氟化铝盐电解液中，并施加电流通过氧化铝阳极和石墨阴极之间的间隙。
在此过程中，氧化铝被分解成纯铝和二氧化碳。
纯铝被沉积在阴极上，二氧化碳则从阳极排出。
通过这种电解过程，可以获得高纯度的电解铝。
3. 电解铝生产工艺电解铝生产的工艺主要包括铝电解槽的结构和操作条件等方面。
3.1 铝电解槽结构铝电解槽是电解铝生产过程中最关键的设备之一。
它通常由一系列的焦炭和铝石墨电极组成，电极之间设置隔膜以隔离阳极和阴极。
另外，还需要有恒温系统保持电解槽温度稳定，以及氟化铝盐电解液供应系统。
3.2 操作条件在电解铝生产过程中，有一些关键的操作条件需要控制，以确保高效的生产和优质的产品。
•电流密度：电解槽的电流密度是指通过单位槽面积的电流量，通常在120kA/m2到250kA/m2之间。
•温度控制：电解槽的温度需要保持在高温条件下（通常在950°C到980°C之间），以保证电解过程的正常进行。
•槽压控制：槽压是指电解槽内的压力，需要保持恒定，以确保电解液流动的稳定性和电解效率。
4. 电解铝生产的环境影响电解铝生产过程中产生大量的氟化物和二氧化碳等废气和废水。
铝电解知识手册
铝电解知识手册【工业技术】第一章：铝电解生产概述1、通常金属元素分为哪两大类，铝属于其中的哪一类?答：通常金属元素分为黑色和有色两大类。
除了铁、锰、铬属黑色金属外，其余均为有色金属，铝属于有色金属之类。
2、有色金属按其某些特性又可分为哪几类?答：有色金属按其某些特性又可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等。
铝是有色轻金属类的一种轻金属。
3、铝有哪些性质和用途?答：性质：铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽，在工业上被称誉为万能金属。
铝的比重为2.7／cm3，熔点为660℃。
铝具有良好的导电性、导热性和防腐蚀性，同时还具有良好的延展性、可塑性，而铝合金又具有很高的机械强度。
用途：由于铝比重轻，铝及其合金强度高，因此铝可用做轻型结构材料和建筑工业材料，如飞机、轮船、型材等，还可制作电气材料，热器材料以及耐腐蚀材料，食品包装材料等。
4、炼铝的历史可划分为哪两个阶段?答：化学法炼铝和电解法炼铝两个阶段。
5、什么是电解法炼铝?答：电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法，它是以冰晶石作为溶剂，氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，在阴极和阳极上起电化学反应。
电解产物，阴极上是铝液，阳极上是CO和CO气体(炭素作阳极)，这种方法就是2电解法炼铝。
6、铝电解用的原材料都是有哪些?答：铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。
7、铝电解通入直流电的目的是什么?答；向电解槽内通入直流电，一方面是利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态，并保持一定的电解温度；另一方面主要的也是要在两极实现电化学反应，也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出，从而得到铝，氧离子则在阳极上放电与炭生成CO2、CO的混合气体。
8、氧化铝原料中的杂质对生产有什么危害?答：铝屯解生产对氧化铝的纯度要求比较高，一般工业氧化铝，纯度为98％以上，通常含有少量二氧化硅，三氧化二铁，氧化钠，氧化钙，和水分等。
铝电解的原理.精品ppt资料
阴极：Al3+〔络合状〕+3e→Al〔液〕
5吨的二氧化碳，综合耗电量在15000kwh左右。
阳极：O2-〔络合状〕—2e→O〔原子〕 铝电解所用的熔剂主要是冰晶邻阴极炭块之间的距离， L间= 45 mm。 =4290+2×120+2×65
2O〔原子〕+C〔固〕→CO2〔气〕 92=1/2+1/2 ×N%－0.
以下图为铝电解生产的工艺流程图：
2.铝电解工艺流程图概述
• 现代铝工业中原铝的生产主要采用冰晶石—氧 化铝融盐电解法。直流电通入电解槽，在阴极和 阳极上发生电化学反响。电解的产物，阴极上是 液体铝，如果阳极是炭质的，它参与电解反响， 阳极界面上是CO2〔约70%~80%〕和CO〔约 20%~30%〕，如果是惰性的，不参与电解反响， 那么产生O2气体。铝液是用真空包抽出经过净化 和澄清后，浇注成商品铝锭，其质量到达 99.5%~99.8%Al。阴极气体中还含有少量的有害 氟化物和SO2，经进化后，废气排入大气，收回 的氟化物返回电解槽。
(2) 耐火砖
一般取65mm
各种电解质组成原料的规格及性能
上述反响过程为当前铝电解的根本原理， 其电极反响为：Al2O3〔固〕溶解、电离→2Al3+〔络合状〕+3O2-〔络合状〕
2Al2O3〔溶解的〕+3C〔固〕直流电→4Al〔液〕+3CO2〔一次气体〕
以上数据说明，实际消耗量远大于理论消耗量，这主要是因为，工业上Al2O3的纯度在98.
式析出，氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸 出。每生产一吨原铝，可生产1.5吨的二氧化碳， 综合耗电量在15000kwh左右。铝电解主要原料为 氧化铝，副原料氟化盐包括冰晶石、氟化铝、氟
铝电解(二)
6.5 区域熔炼法制取高纯铝
基本原理:
在铝的凝固过程中,杂质在固相中的溶解 度小于在熔融金属中的溶解度,因此, 当 金属凝固时, 大部分杂质将汇聚在熔区 内.如果逐渐移动熔区, 则杂质会跟着转 移,最后富集在试样的尾部. 分离效果取决于元素的分配系数(固相浓 度/液相浓度)
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分配系数: 指杂质元素在固相中和在液 相中的质量分配比率。 分配系数小于1的杂质元素在区域熔炼中 富集在试样的尾部；分配系数大于1的杂 质元素在区域熔炼中富集在试样的头部； 分配系数等于1的杂质元素在区域熔炼中 难以分离。 纯度达99.99995%; 金属杂质的质量分数 不高于0.5×10-6
kW h/t铝
式中 V— 电解槽的总平均电压； — 电 流效率 节电途径 （1）提高电流效率 （2）降低平均电压
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现代工业铝电解槽的技术参数和生产指标（280kA预焙槽） 阳极电流密度/（A· cm-2) 0.70 槽电压/V 4.0-4.1 温度/℃ 945-960 极距/cm 4.0 物质的量比 2.0-2.4
(1) 原铝。指用熔盐电解法在工业电解 槽内制取的铝，其纯度一般为99.5%99.85%。 （2）精铝。一般来自三层液精炼电解槽。 其纯度通常在99.99-99.999%。 （3）高纯铝。主要用区域熔炼法制取。 杂质质量分数不超过1×10-6。
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杂质情况： 原铝中主要是铁和硅，此外还有镓、钛、 钒、铜、钠、锰、镍、锌等。 精铝产品中，主要杂质仍是铁和硅，但 是锌、铜、镁、钠的含量接近铁，可能 会超过硅。
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（2）铝电解槽的启动期 目的：在电解槽内熔化电解质，开始 铝电解。分干式和常规启动两种。 干式适用于启动新系列中的头几台槽 常规启动适用已有电解槽生产 启动时间1小时。 从启动到正常生产之间有一个过渡期， 称为启动后期，大约1个月。
铝电解生产原理PPT课件
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❖ 根据铝电解的基本原理，需要为反应 过程提供大量的直流电能，用以推动 反应向生成铝的方向进行；随着电解 反应的不断进行，炭阳极以及溶解于 电解质中的氧化铝不断消耗，生产中 需及时补充，使生产得以连续进行； 原则上冰晶石是不消耗的，但是由于 和杂质反应引起的化学损失、各种机 械损失以及在电解的高温融融状态下 的挥发损失，电解过程中也需要一定 的补充。
❖ 在电解质熔体中，增加AlF3的含量，则电解质粘度降低。 但是在酸性电解质中，AlF3和Al2O3的共同存在对粘度的影 响将不会十分明显；
❖ 4）在电解质熔体中，随着AlF3含量的增加，熔体中Al2O3 的溶解度随之降低；
❖ Al3＋（络合）＋3e﹦Al
❖ 目前铝工业仍然采用活性阳极，阳极本身参与反应。 在阳极炭块上是铝氧氟络合离子中的O2－放电，发 生电化学反应：
❖ 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：
❖ Al.2O3＋1.5C﹦2Al＋1.5 CO2↑
.
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一、铝的性质和用途
❖ 铝的化学性质非常活泼，与氧的亲和力很强。铝在 空气中能与氧迅速化合，生成一层致密而坚硬的氧 化铝薄膜，厚度为0.005～0.02μm，成为铝的天然保 护层，阻止铝继续被氧化，因而具有好的抗蚀性能， 还可以用阳极氧化或电镀的方法，在铝材和铝制品 的表面生成彩色鲜艳的氧化膜。
. 以轧成薄板和箔、拉成细丝、挤压成各种复杂形状 3
❖ 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。
铝电解复习题(附答案)
轻金属冶金学电解复习题一、基本概念1、铝电解用的原材料是什么?答：铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。
2、目前，在铝工业生产上的电解槽按阳极结构型式可分为多少种?答：电解槽按阳极结构型式可分为两大类四种型式。
1） 自焙阳极电解槽 a、旁插棒式b、上插棒式2）预焙阳极电解槽 a、 连续式b、 不连续式3、什么是阳极效应?答：阳极效应是溶盐电解所固有的一种特征现象。
当其发生时，在阳极与电解质接触的周边上，出现许多细小的电弧，发出轻微的噼啪声，电解质沸腾停止，此时槽电压巳从正常值(例如4.2伏)升高到数十伏，并联在电压表上的指示信号灯也亮了起来。
这就是工厂里所说的阳极效应，阳极效应可以看做是一种“阻塞效应”。
它在很大程度上阻碍阳极与熔体之间的电流传递，实践证明，产生这种现象的主要原因是电解质中缺乏氧化铝。
在其它条件不变时，电解质中氧化铝降低到一定程度，就发生阳极效应。
4、什么叫铝电解的电流效率?它的计算公式是什么?答；所谓电流效率就是在电解过程中实际的铝产量与同样条件下(电流强度和时间)铝的理论产量之比的百分数，其公式是η=M实/M理×100% 式中η一为电流效率(％) M实一铝的实际产量(公斤或吨)M理一铝的理论产量(公斤或吨)上述公式也可以下式表示：η= M实 /(0.3355×I×t) ×100%如果确定了电流效率η，则实际产量可以下式表达M实=0.3356×I×t×η5、什么是铝电解的电能效率？二、主要问题1、目前，在铝工业生产上的电解槽按阳极结构型式可分为多少种? 工业铝电解槽的构造有哪些? 预焙槽的阳极装置有哪些构成?答：电解槽按阳极结构型式可分为两大类四种型式。
1） 自焙阳极电解槽 a、旁插棒式b、上插棒式2）预焙阳极电解槽 a、连续式b、 不连续式工业铝电解槽的构造，主要包括阴极装置、阳极装置、母线装置、绝缘装置和集气装置。
毕业论文-铝电解生产工艺流程设计
第一章概述1.1 铝电解工业现状目前, 电解铝工业仍以改善和提高霍尔-埃鲁法电解槽技术水平为主, 着力于节能减排, 降低能耗、物耗和原铝成本, 在从源头上就减少气固废物料污染的同时, 加强废物料废铝的无害化和资源化处理, 实现资源再生和循环利用, 进一步提高产品质量和扩大产品种类。
现代化预焙电解槽的电流强度继续向超大型化发展。
继法国AP18和AP30型电解槽技术后, AP50技术已问世。
最近, 俄罗斯铝业启动了电流强度为400 KA的RA400槽型电解槽系列两条。
该系列是在原300 KA电解槽技术基础上开发的第二代超大型电解槽, 该槽日产量3 t, 电流效率94%, 电耗13800 kW·h/t, 减少33%污染物。
目前正在开发450~500 KA电解槽, 预计将开展RA500电解槽试验。
600~740 KA超大容量电解槽也在开发研究中。
国外大容量(300 KA以上)电解槽阳极电流密度为0.8 A/cm2以上, 主要经济技术指标: 电流效率93%~95%, 直流电耗13000~13500 kW·h/t(Al); 最先进的技术指标电流效率可达96%, 电耗略低于13000 kW·h/t(Al)。
表1-2为彼斯涅AP30—AP50电解槽发展过程中的主要设计参数和技术经济指标。
法国彼斯涅AP系列电解技术被公认为代表当今国际领先水平。
从AP电解系列技术中不难看出其具有如下几个特点:(1)阳极电流密度较高, 可达0.8 A/cm2以上, 单位阴极面积产能大。
(2)槽电压和电解稳定性均较高, 电解质过热度都较低, 不超过10℃, 槽膛内形中炉帮和伸腿的固相结壳厚度稳定合理, 因此电流效率高, 可达95%~96%, 电耗可低到13000 kW·h/t(Al), 槽寿命达2000天。
(3)分子比、氧化铝和阳极效应系数低, 说明其设计操作和控制技术水平高。
国外铝电解的数学模型、传感器、控制和新材料等功能化技术水平较高。
2-2铝电解基本知识
三、原、辅三材、料原辅料
• 2、氟盐 • 铝电解用熔剂包括：
冰晶石（85%以上）、氟化铝、氟化钙、氟化 镁、氟化锂 等 • 熔剂特性： 电解温度下导电良好； 与铝液有比重差； 基本上不含比铝更正电性物质(Fe,Si,Ti)； 基本上不吸水，蒸气压低，较稳定。
冰晶石
三、原辅料
冰晶石作为电解质的原因 1.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； 2.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
氢氧化铝 焙 烧
铸锭
铝锭
氧化铝
氧化铝冰晶石 直流电 高温
二、铝生产工艺及生产设备介绍
二、铝生产工艺及生产设备介绍
• 各生
交
产单
流 电
净 化 系 统
载 氟 料
新鲜氧化铝
烟 气
氧 化 铝 仓 库
位之 间的
直流电 载氟氧化铝
供风
空
压
站
阳极组
关系
原 铝
铝
铸
产
造
品
厂
三、原辅料
• 1、氧化铝 氧化铝要求： 电解用Al2O3要求有一定粒度要求， 且流动性好，具有较小的吸水性， 能够迅速溶解在冰晶石里。 理论上每生产１吨铝消耗1889kg， 实际生产中因为飞扬和机械损失， 消耗约为1910kg。
点以下进行电解； 3.冰晶石性质稳定，且电解温度下密度比铝液小，两者互不相融分层明显，故铝液能沉积在
下层，简化电解槽结构； 4.冰晶石导电性好。
三、原辅料
添加剂：氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂和氟化钠 能满足电解生产添加剂的条件为: a、电解过程中不参与电化学反应，不往电解槽中引入杂质元素以
第二篇铝电解槽ppt课件
铝冶金设备—融盐电解槽
铝电解生产流程图
铝冶金设备—融盐电解槽
原铝生产的物料流量图
铝冶金设备—融盐电解槽
铝冶金设备—融盐电解槽
铝冶金设备—融盐电解槽 铝电解槽的主要特征示意图
铝冶金设备—融盐电解槽
10.2.2.铝电解槽的发展和现状 三个发展阶段：
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
炭块 23——密封圈 24——钢壳
铝冶金设备—融盐电解槽
预焙阳极电解槽结构
依加料方式分：边部打壳 电解槽、中部打壳电解槽 阳极炭块组：阳极导杆、 钢爪、炭块 阴极装置：阴极炭块、钢 质导电棒 铝母线：阳极母线、阴极 母线、立柱母线
铝冶金设备—融盐电解槽
电解槽上部结构
电解槽上部结构。主要由阳极结构，包括阳极母线、 阳极传动机构及及腹板支撑梁等。
铝冶金设备—融盐电解槽
铝冶金设备—融盐电解槽
预焙阳极炭块
质量评价：真比重、假比重、机械强度、电阻率。 制备过程：成型→挤压成型；振动成型；焙烧→环式窑。要求合适
的升温速度
铝冶金设备—融盐电解槽
铝冶金设备—融盐电解槽
10.2.3.2 自焙阳极电解槽
自焙阳极电解槽的阳极碳块是利用电解过程 中产生的热量以阳极糊焙烧而成，根据阳极 母线结构特征可分为自焙阳极旁插棒式电解 槽和自焙阳极上插棒式电解槽。
现在，自焙阳极上插棒式电 解槽在工业上也被广泛地采 用。阳极内发生的焦化作用， 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， 一直插到阳极锥体之内。其 主要不同是拔棒后遗留下来 的孔洞由上层的阳极糊来充 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。
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16组双阳极分两排配置于两组阳极母线外侧，利用卡具将阳极铝导杆压紧在阳极母线上，铝导杆和阳极钢爪之间的过渡采用铝-钢爆炸焊块，钢爪与炭块用磷生铁浇注，钢爪爪头安装炭素保护环，保护钢爪不被电解质侵蚀，阳极示意图见图：
打壳装置是为加料而打开壳面用的，它由打壳气缸和打击头组成。
打击头为圆柱形锤头组成，通过锤头杆与气缸活塞相连。
当气缸充气活塞运动时，便带动锤头上、下运动而打击熔池表面结壳，下料系统由槽上料箱、下料器组成。
料箱上部与槽上溜槽相通。
筒式定容下料器安装在料箱的下侧部，筒式定容下料器每次下料1.8kg。
每个电解槽设有4个打壳下料装置，两两交错打壳下料。
在电解槽一端另设有专供出铝用的打壳装置。
阳极提升机构由螺旋起重机、减速机、传动机构和马达组成，起升降阳极作用。
两条阳极大母线悬挂在螺旋起重丝杆上，16组阳极通过卡具卡紧在大母线。