电解铝介绍文档ppt
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我国的铝土矿多集中于煤或水电丰富的中、西部地区，有利于
开发利用。山西、河南、贵州和广西储量最多，合计占全国储 量的88.08%。 我国的铝土矿床类型以沉积型为主，已探明的储量中，属沉积 型矿床的储量占92.25%；其中适于坑采的占45.49%；完全露采 的占24.32%；适合露采与坑采结合的储量占29.79%。坑采储量 大造成开采成本较高。 在所有矿床中，中小型矿床多，大型、超大型矿床少。在已探 明的300多个铝土矿矿床中，达到大型矿床规模（大于2000万吨） 的有31个，达到1亿吨的矿床很少。 一水硬铝石占大多数，铝硅比较低。一水硬铝石占全国总量的 98.46%；铝硅值全国平均值为5.47。
二、铝电解生产的基本原理
1 铝电解的电流效率
盐电解与水溶液电解和有机溶液电解一样，其电解
反应是借助电流的作用而进行的化学反应，在电解 过程中阳极和阴极反应所获的产物的数量都遵循法 拉第定律。
法拉第定律：电解时，在电极上所析出的物质的重
量与通过溶液(或熔液)的电量成正比。
法拉第定律也可以说成是：电解时析出1克当量的任
Al CO2 CO Al2O3
二、铝电解生产的基本原理
1.1 铝电解槽电流效率降低的原因
2 电解槽漏电，或局部极间短路；
3 铝的不完全放电所引起的电流空耗损失
4 其他离子放电所引起的电流效率损失；
5 钠离子电解生成金属钠
二、铝电解节电的基本原理
1.2
若干技术参数对电流效率的影响
a）温度、过热度；b）电解质分子比；c）添加剂（LiF、CaF2… ）；
d）槽膛形状；
e）极距；
f)电流密度;
g）氧化铝浓度；
极距影响（左） 电解温度981℃; 分子比:2.5;CaF2:5％; MgF2:0.1％;Al2O3:5％; 阳极电流密度:0.82A/cm2; 界面铝液流速:6.8cm/s
平果铝厂
一、铝电解的基本知识
平果320KA铝 电解
抚顺230KA铝电解
一、铝电解的基本知识
贵州铝厂200KA
贵州铝厂烟气净化系统
一、铝电解的基本知识
青海200KA铝 电解槽
伊川300KA铝电解槽
一、铝电解的基本知识
南山300KA铝电解 槽
兰州200KA铝电 解槽
一、铝电解的基本知识 青铜峡200KA铝电解槽
92-93
0.72 40.1 27.7 0.69
92-93
0.733 56.6 40.9 0.723
阴极铝液流速(cm/s)
阴极寿命(d) 阳极净耗(kg/kg)
平均4~5
2500-3000 0.43
最大17
1500-1800 0.44
最大16~17
2000 0.42
一、铝电解的基本知识
国内主要铝厂
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。
一、铝电解的基本知识
图3.3 当代的预焙阳极电解槽
一、铝电解的基本知识
4 国内外铝电解技术现状
表4.1 国外主要槽型的技术指标
公司或铝厂 Alcan Alcoa Becancour Granges ZSNF Ziar Dubal 槽型 P180 A697 AP-18 P86 HAL230 CD200 电流强度(kA) 180 216 180 150 230 200 电流效率(%) 94.5 94.5 94.9 95.4 96.3 94.0 直流电耗 (kWh/t) 14400 13900 13300 13170 13306 14400
自20世纪70年代后，伴随着计算机技术的发展，
新型商用计算机软件的推出和应用，铝电解槽发 展呈现出突飞猛进的势头。电流强度已由 100~200kA，跃至300~400kA，以至当今最大型铝 电解槽500kA。该电解槽电流效率达95%，单位能 耗为13140kWh/t。相比AP30电解槽，投资下降15%， 制造成本降低10%，劳动生产率提高36%。
一、铝电解的基本知识
3 铝的生产过程
金属铝最初用化学法制取。 1825年丹麦Oersted用钾汞还原无水氯化铝，得到一种 灰色的金属粉末。 1845年德国Wohler把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面， 得到金属铝珠 1854年法国Deville用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐， 制取金属铝。当时称铝为“泥土中的银子”。 1855年Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭， 总质量约为1kg。1854年在巴黎附近建成了世界上第一 座炼铝厂。 这30多年内采用化学法总共生产了约200t铝。
槽寿命 (Mo n.)
60-80 70-80 80-100 72 ->65
Lauralco
Aloca Portland
AP-30
A817
319
303
96.0
95.0
13000
13600
72-96
60-72
一、铝电解的基本知识
4 国内外工业铝电解技术现状
参数
电流强度(kA) 日铝产量(kg) 直流电耗(kWh/kg)
1号槽控机
2号槽控机
n号槽控机
电解 车间
1号电解槽
2号电解槽
n号电解槽
铝电解智能模糊控制系统硬件配置图
二、铝电解生产的基本原理
出铝操作（法国300kA槽）
二、铝电解生产的基本原理
1、以预焙槽为主，电流300～500 kA； 2、较低的槽电压和较高的电流效率； 直流电耗13000～13300 kW•h/t-Al； 综合交流电耗～14000 kW•h/t-Al； 3、使用自动控制技术 1）槽电压控制； 2）槽电阻控制： 氧化铝浓度对槽电阻有重大影响，计算机通过槽电阻监控 电解质中氧化铝浓度，从而控制电解槽中的氧化铝浓度。 4、氧化铝浓度得到监测与严格控制，使阳极效应系数大大降低有的达 到0.01 次/槽天以下。 5、低温铝电解
2009年世界上主要铝生产大国产量
171
（全球3625万吨、中国占35.44％ ，消费量 占37.07％）
一、铝电解的基本知识
2006～2009年我国铝电解产量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 934.9 1259 1317.8 1284.6
一、铝电解的基本知识
最新的铝价格
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
Βιβλιοθήκη Baidu
一、铝电解的基本知识
国内在电解铝方面有突出贡献的专家和学者
挪威格罗泰姆教授（kai Grjotheim)
邱竹贤 ，先后在四川、台湾、抚顺铝厂任工程师12年。1955年
调东北大学任教。中国工程院院士，挪威技术科学院国外院士 ，挪威科学院国外院士。培养硕士研究生26名，博士生32名。 先后出访了奥地利、挪威、丹麦、日本、美国、澳大利亚、新 西兰、俄罗斯等国的大学、铝厂和研究所，参加科研合作， 刘业翔，有色冶金工业电化学专家，中国工程院院士。在国内 最先研究成功铝电解TiB2涂层阴极，其节电、增产及延长设备 寿命效果显著；大型预焙铝电解槽智能模糊控制技术达国际先 进水平，并已推广应用。 冯乃祥
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
表4.2 国内外电解槽的典型参数
国外电解槽
300-320 2475 12.9-13.5
国内200kA 系列
200 1514 13.2-13.3
国内300kA 系列
300 2295 13.1-13.2
电流效率(%)
阳极电流密度(A/cm2) 槽膛面积(m2) 阳极面积(m2) 阳极/槽膛面积比
>94
0.8-0.85 40-45 38 ~0.9
Inert anodes: overall reaction Al2O3 (s) → 2 Al (l) + 3/2O2 (g) Current efficiency: named as CE
二、铝电解生产的基本原理
铝电解生产系统
电解生产系统主要包括以下几个部分： • 电解车间（计算机控制）
•
• • • •
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
一、铝电解的基本知识
1、铝的性质与应用
密度小、导电性好 熔点为660.37℃
万能金属 绿色、低碳、节能、生态
一、铝电解的基本知识
2.1 世界铝资源分布
印度4% 澳大利亚24% 中国6% 牙买加7%
巴西8%
几内亚30%
其他21%
一、铝电解的基本知识
2.2 中国铝资源分布
一、铝电解的基本知识
2.3 中国铝资源情况
一、铝电解的基本知识
1886年，美国的Hall和法国的Héroult通过实验不约而
同的申请了冰晶石－氧化铝融盐电解法炼铝的专利，得 到批准。这就是历来所称的Hall-Héroult（霍尔－埃鲁） 法。 1888年美国匹兹堡电解厂开始用冰晶石－氧化铝融盐电 解法炼铝。瑞士始于1888年，法国始于1889年，英国 1890年，德国1898年，奥地利1899年，挪威1906年，意 大利1907年，西班牙1927年，前苏联1931年。 100多年来，Hall-Héroult（霍尔－埃鲁）法成为唯一 的工业炼铝方法，沿用至今。
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
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。
氧化铝储运及供配料
阳极组装 电解烟气净化 铝液铸造 槽大修及有色焊
二、铝电解生产的基本原理
电解槽的主体结构
二、铝电解生产的基本原理
交换机
以太网（TCP／IP通信）
计算站
接其他监控、管理微机
接车间、分厂工作站
1#监控微机
M#监控微机
服务器
CANBUS 通信网 电流信号传输线
整 流 车 间
系列电流 检测信号
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 +4eCathode reaction: AlF63- + 3e- → Al + 6FAlF4- + 3e- → Al + 4FOverall reaction: 2Al2O3(s)+3C(s) → 4Al(l)+3CO2(g)
何物质所需要的电量都等于96487库仑，这个数值 (96487库仑)叫做法拉第常数。
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）
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
开发利用。山西、河南、贵州和广西储量最多，合计占全国储 量的88.08%。 我国的铝土矿床类型以沉积型为主，已探明的储量中，属沉积 型矿床的储量占92.25%；其中适于坑采的占45.49%；完全露采 的占24.32%；适合露采与坑采结合的储量占29.79%。坑采储量 大造成开采成本较高。 在所有矿床中，中小型矿床多，大型、超大型矿床少。在已探 明的300多个铝土矿矿床中，达到大型矿床规模（大于2000万吨） 的有31个，达到1亿吨的矿床很少。 一水硬铝石占大多数，铝硅比较低。一水硬铝石占全国总量的 98.46%；铝硅值全国平均值为5.47。
二、铝电解生产的基本原理
1 铝电解的电流效率
盐电解与水溶液电解和有机溶液电解一样，其电解
反应是借助电流的作用而进行的化学反应，在电解 过程中阳极和阴极反应所获的产物的数量都遵循法 拉第定律。
法拉第定律：电解时，在电极上所析出的物质的重
量与通过溶液(或熔液)的电量成正比。
法拉第定律也可以说成是：电解时析出1克当量的任
Al CO2 CO Al2O3
二、铝电解生产的基本原理
1.1 铝电解槽电流效率降低的原因
2 电解槽漏电，或局部极间短路；
3 铝的不完全放电所引起的电流空耗损失
4 其他离子放电所引起的电流效率损失；
5 钠离子电解生成金属钠
二、铝电解节电的基本原理
1.2
若干技术参数对电流效率的影响
a）温度、过热度；b）电解质分子比；c）添加剂（LiF、CaF2… ）；
d）槽膛形状；
e）极距；
f)电流密度;
g）氧化铝浓度；
极距影响（左） 电解温度981℃; 分子比:2.5;CaF2:5％; MgF2:0.1％;Al2O3:5％; 阳极电流密度:0.82A/cm2; 界面铝液流速:6.8cm/s
平果铝厂
一、铝电解的基本知识
平果320KA铝 电解
抚顺230KA铝电解
一、铝电解的基本知识
贵州铝厂200KA
贵州铝厂烟气净化系统
一、铝电解的基本知识
青海200KA铝 电解槽
伊川300KA铝电解槽
一、铝电解的基本知识
南山300KA铝电解 槽
兰州200KA铝电 解槽
一、铝电解的基本知识 青铜峡200KA铝电解槽
92-93
0.72 40.1 27.7 0.69
92-93
0.733 56.6 40.9 0.723
阴极铝液流速(cm/s)
阴极寿命(d) 阳极净耗(kg/kg)
平均4~5
2500-3000 0.43
最大17
1500-1800 0.44
最大16~17
2000 0.42
一、铝电解的基本知识
国内主要铝厂
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。
一、铝电解的基本知识
图3.3 当代的预焙阳极电解槽
一、铝电解的基本知识
4 国内外铝电解技术现状
表4.1 国外主要槽型的技术指标
公司或铝厂 Alcan Alcoa Becancour Granges ZSNF Ziar Dubal 槽型 P180 A697 AP-18 P86 HAL230 CD200 电流强度(kA) 180 216 180 150 230 200 电流效率(%) 94.5 94.5 94.9 95.4 96.3 94.0 直流电耗 (kWh/t) 14400 13900 13300 13170 13306 14400
自20世纪70年代后，伴随着计算机技术的发展，
新型商用计算机软件的推出和应用，铝电解槽发 展呈现出突飞猛进的势头。电流强度已由 100~200kA，跃至300~400kA，以至当今最大型铝 电解槽500kA。该电解槽电流效率达95%，单位能 耗为13140kWh/t。相比AP30电解槽，投资下降15%， 制造成本降低10%，劳动生产率提高36%。
一、铝电解的基本知识
3 铝的生产过程
金属铝最初用化学法制取。 1825年丹麦Oersted用钾汞还原无水氯化铝，得到一种 灰色的金属粉末。 1845年德国Wohler把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面， 得到金属铝珠 1854年法国Deville用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐， 制取金属铝。当时称铝为“泥土中的银子”。 1855年Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭， 总质量约为1kg。1854年在巴黎附近建成了世界上第一 座炼铝厂。 这30多年内采用化学法总共生产了约200t铝。
槽寿命 (Mo n.)
60-80 70-80 80-100 72 ->65
Lauralco
Aloca Portland
AP-30
A817
319
303
96.0
95.0
13000
13600
72-96
60-72
一、铝电解的基本知识
4 国内外工业铝电解技术现状
参数
电流强度(kA) 日铝产量(kg) 直流电耗(kWh/kg)
1号槽控机
2号槽控机
n号槽控机
电解 车间
1号电解槽
2号电解槽
n号电解槽
铝电解智能模糊控制系统硬件配置图
二、铝电解生产的基本原理
出铝操作（法国300kA槽）
二、铝电解生产的基本原理
1、以预焙槽为主，电流300～500 kA； 2、较低的槽电压和较高的电流效率； 直流电耗13000～13300 kW•h/t-Al； 综合交流电耗～14000 kW•h/t-Al； 3、使用自动控制技术 1）槽电压控制； 2）槽电阻控制： 氧化铝浓度对槽电阻有重大影响，计算机通过槽电阻监控 电解质中氧化铝浓度，从而控制电解槽中的氧化铝浓度。 4、氧化铝浓度得到监测与严格控制，使阳极效应系数大大降低有的达 到0.01 次/槽天以下。 5、低温铝电解
2009年世界上主要铝生产大国产量
171
（全球3625万吨、中国占35.44％ ，消费量 占37.07％）
一、铝电解的基本知识
2006～2009年我国铝电解产量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 934.9 1259 1317.8 1284.6
一、铝电解的基本知识
最新的铝价格
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
Βιβλιοθήκη Baidu
一、铝电解的基本知识
国内在电解铝方面有突出贡献的专家和学者
挪威格罗泰姆教授（kai Grjotheim)
邱竹贤 ，先后在四川、台湾、抚顺铝厂任工程师12年。1955年
调东北大学任教。中国工程院院士，挪威技术科学院国外院士 ，挪威科学院国外院士。培养硕士研究生26名，博士生32名。 先后出访了奥地利、挪威、丹麦、日本、美国、澳大利亚、新 西兰、俄罗斯等国的大学、铝厂和研究所，参加科研合作， 刘业翔，有色冶金工业电化学专家，中国工程院院士。在国内 最先研究成功铝电解TiB2涂层阴极，其节电、增产及延长设备 寿命效果显著；大型预焙铝电解槽智能模糊控制技术达国际先 进水平，并已推广应用。 冯乃祥
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
表4.2 国内外电解槽的典型参数
国外电解槽
300-320 2475 12.9-13.5
国内200kA 系列
200 1514 13.2-13.3
国内300kA 系列
300 2295 13.1-13.2
电流效率(%)
阳极电流密度(A/cm2) 槽膛面积(m2) 阳极面积(m2) 阳极/槽膛面积比
>94
0.8-0.85 40-45 38 ~0.9
Inert anodes: overall reaction Al2O3 (s) → 2 Al (l) + 3/2O2 (g) Current efficiency: named as CE
二、铝电解生产的基本原理
铝电解生产系统
电解生产系统主要包括以下几个部分： • 电解车间（计算机控制）
•
• • • •
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
一、铝电解的基本知识
1、铝的性质与应用
密度小、导电性好 熔点为660.37℃
万能金属 绿色、低碳、节能、生态
一、铝电解的基本知识
2.1 世界铝资源分布
印度4% 澳大利亚24% 中国6% 牙买加7%
巴西8%
几内亚30%
其他21%
一、铝电解的基本知识
2.2 中国铝资源分布
一、铝电解的基本知识
2.3 中国铝资源情况
一、铝电解的基本知识
1886年，美国的Hall和法国的Héroult通过实验不约而
同的申请了冰晶石－氧化铝融盐电解法炼铝的专利，得 到批准。这就是历来所称的Hall-Héroult（霍尔－埃鲁） 法。 1888年美国匹兹堡电解厂开始用冰晶石－氧化铝融盐电 解法炼铝。瑞士始于1888年，法国始于1889年，英国 1890年，德国1898年，奥地利1899年，挪威1906年，意 大利1907年，西班牙1927年，前苏联1931年。 100多年来，Hall-Héroult（霍尔－埃鲁）法成为唯一 的工业炼铝方法，沿用至今。
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
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。
氧化铝储运及供配料
阳极组装 电解烟气净化 铝液铸造 槽大修及有色焊
二、铝电解生产的基本原理
电解槽的主体结构
二、铝电解生产的基本原理
交换机
以太网（TCP／IP通信）
计算站
接其他监控、管理微机
接车间、分厂工作站
1#监控微机
M#监控微机
服务器
CANBUS 通信网 电流信号传输线
整 流 车 间
系列电流 检测信号
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 +4eCathode reaction: AlF63- + 3e- → Al + 6FAlF4- + 3e- → Al + 4FOverall reaction: 2Al2O3(s)+3C(s) → 4Al(l)+3CO2(g)
何物质所需要的电量都等于96487库仑，这个数值 (96487库仑)叫做法拉第常数。
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）
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