第八章 铝电解质的物理化学性质
电解质的物理化学性质
（3）碳化铝的生成
铝在高温下与碳发生反应生成碳化铝。
4Al + 3C = Al4C3
阳极
（1）阳极效应
阳极效应：阳极与电解质周围出现许多细小的弧光闪烁，
电解质停止沸腾，以小滴状向上飞溅。槽电压升高到数十
伏，阳极气体中氟离子含量大大提高，并有CF4和C2F6逸出。
电解质电阻率：截面积为1cm2，长度为1cm的熔体的电阻。 电导率=1/电阻率
电阻率小则电导率大，电解质的导电性好；
电阻率大则电导率小，电解质的导电性差；
影响电解质电导率的因素： （1）电解温度：离子导电，温度升高，电导电导率提高 （2）分子比：电解质分子比降低，电导率降低。 （3）氧化铝的浓度：电导率随氧化铝的增多而降低。 （4）炭粒的影响：当炭粒含量在0.05%-0.1%时，对电导 影响不大；当炭粒含量0.2%时就会使电导率降低。
阳 极
湿润性过好，会造成电解质中炭渣分离 困难
阴 极
湿润性差，阻止电解质向阴极内衬中渗透
影响电解质对炭素湿润程度的因素
a：氧化铝含量的增多使电解质熔体对炭素材料的湿润
性变好，有利于阳极气体排出和降低阳极效应时间系
数。
b：电解质中AlF3愈多，表面张力愈大；AlF3的增多降
低了电解质对炭渣的湿润性，使炭渣容易从电解质中 排出。 c：电解质温度的升高，电解质表面张力降低，两相之 间的润湿性良好。
3 3 3
3e Al
22-
阳极：O （络合） O 2O C - 4e CO2
2-
总反应方程式：Al 2O3 1.5C 2 Al 1.5CO2
铝电解过程中的副反应
阴极
《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
铝电解资料
1、什么是电化当量？铝的电化当量是多少？电化学量是通过1安培小时电量时，理论上应析出物质的重量（克）铝的电化当量K=0.3356克/安培、小时2、什么是法拉第定律？1833-1834年法拉第（Faraday）首先发现在水溶液和熔融盐电解中，通过电解槽的电量与在电极上析出的物质量有一定的关系，并把这种关系用定律形式确定下来，称之为法拉第定律，其含义：（1）在电极上析出的物质的数量与通过电解质的电量成正比，也就是与通过的电流强度和通电时间成正比。
（2）在电解质中通过一定的电量所析出的物质数量与其化学量成正比。
（3）电解过程中，在电极上析出1克当量的任何物质所通过的电量均为96500库仑，也称为1法拉第，即：1法拉第=96500库仑法拉第定律公式为M=K、I、T式中：M——析出物质的重量（克）K——该物质的电化当量（克/安培、时）I——通过的电流（安培）T——通电的时间（小时）3、什么是化学当量及克当量？铝的化学当量及克当量是多少？化学当量是某元素的原子量被该元素的原子价相除所得的商。
其公式为：化学当量=原子量÷原子价以克为单位的化学当量叫做克当量铝的原子量为26.98154，原子价为3铝的化学当量=23.98154÷3=8.9938铝的克当量即为8.9938克4、电解槽漏炉有哪两种情况？漏炉事故如何处理？漏炉有两种情况：一种是电解槽的槽底或侧部块破坏严重，阴极钢棒熔化，铝液和电解质从钢棒处流出，称为炉底漏炉。
另一种是槽内衬完好，由于操作不当，电解质和铝液从侧部炭块顶部或局部缝隙间漏出槽外，称为侧部漏炉。
漏炉事故的处理方法：发生漏炉时，应立即打开漏炉侧地沟盖板查明漏炉部位。
（1）如果是炉底漏炉，应立即：a.吊开漏炉处地沟盖板，保护大母线，利用3~5毫米厚的长方形铁板等物挡位阴极大母线，防止冲断阴极大母线；b.把阳极坐到炉底上，防止断；c.断组织人力尽力抢救，如确实严重可紧急停槽。
（2）如果是侧部漏炉，应立即：a.降阳极，专人看管电压，不能超5伏；b.要迅速打下漏出侧面壳及用电解质块、氧化铝等物料沿周边捣固扎实，直到不漏为止；c.万不得已情况下，方可停槽处理漏炉部位，然后尽快恢复生产。
第八章铝电解课件
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
铝电解的基本原理是什么
1、铝电解的基本原理是什么？答：固体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，采用炭素材料做阴阳两阳，当通入直流电以后，即在两极发生电化学反应，在阳极得到气态物质，阴极得到液态铝，其过程简单的描述为：溶解的氧化铝——液态铝（阴极）+气态物质（阳极）铝的工业生产全部采用活性阳极（炭阳极）。
采用炭阳极生产时，随着电解过程的进行，阳极炭参与电化学反应，生成碳的化合物—二氧化碳，反应式为：其电极反应过程为：阴极：阳极：2、电解质的主要性质有哪些？答：（1）初晶温度，初晶温度是指混合物液体开始形成固态晶体的温度。
（2）密度。
生产中，为了增大密度差，应尽可能减小电解质的密度，以增大铝液与电解质的密度差，有利于铝液分离，提高电流效率。
（3）粘度。
工业铝电解采用的是酸性电解质，它随着电解质分子比的降低，粘度减小，反之则增大。
（4）导电度。
导电度也称比电导或电导率，它是物体导电能力大小的标志，通常用电阻率的倒数来表示。
（5）表面性质。
表面张力和湿润性，表面张力是指用来抵消表面单位长度上的收缩表面的力。
液相、固相间的表面性质通常用湿润性来表示。
（6）挥发性。
指液体在低于沸点的状态下，分子以气态逸出的程度。
（7）氧化铝在电解质中的溶解度.3、应用电解生产的添加剂应满足那些条件？答：1、在电解过程中不参与电化学反应，以免电解出其他元素而影响铝的纯度。
2、能够对电解质的性质有所改变。
3、对氧化铝溶解度的影响不能太大，吸水性和挥发性要小。
4、来源广泛，价格要低廉4、两极副反应有哪些？答：1、阴极负反应：铝的溶解反应；金属钠的析出；碳化铝的生成。
2、阳极副反应：4、阳极效应的机理学说的哪些？答：1、湿润性理论；2、氟离子放电理论；3、静电引力理论；4、综合理论（1。
2）5、阳极效应发生的共同特点是什么？答：电解质中氧化铝浓度降低，在工业电解槽上，当在正常状态下并在适当低的温度下电解时，阳极效应趋向于较低的氧化铝浓度（0.5%—1.0%）发生，当电解质温度过低时，效应可在2%左右浓度下发生，若电解质过热时，则不会发生阳极效应。
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。
铝电解质中的硅
铝电解质中的硅1.引言1.1 概述概述部分的内容:铝电解质是一种常用的电解质，广泛应用于铝电解工业中。
电解质中的硅作为一种重要元素，对电解质的性能和工艺过程有着重要的影响。
本文将详细介绍铝电解质的特性以及硅在其中的作用。
首先，概述铝电解质的特性。
铝电解质是一种高温熔盐，具有较高的电导率和热传导性能。
它在铝电解过程中起着关键的作用，能够提供必要的离子导电通道，促进铝离子的迁移和转移。
此外，铝电解质还具有较高的电化学稳定性和化学惰性，能够有效地抵抗腐蚀和氧化。
其次，本文将重点探讨硅在铝电解质中的作用。
硅是铝电解质中的一种常见杂质元素，其含量对电解质的性能有着重要的影响。
硅可以形成氧化硅膜层，起到稳定电解质的作用，同时也可以降低电解质的电导率。
此外，硅还可能与其他杂质元素相互作用，影响电解质的纯净度和稳定性。
因此，深入研究硅在铝电解质中的行为和机理，对于提高电解质性能和优化工艺过程具有重要意义。
综上所述，铝电解质是一种重要的电解质材料，硅作为其中的杂质元素，对其性能和工艺过程有着重要影响。
本文旨在通过对铝电解质的特性和硅在其中的作用进行深入探讨，为铝电解工业的发展和优化提供科学依据。
在接下来的章节中，我们将详细介绍铝电解质的特性以及硅在其中的作用，希望读者能够对铝电解质及其中的硅有更加全面和深入的了解。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章的结构部分是为了给读者提供一个整体的概览，让读者能够清晰地了解文章的组织和内容安排。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
下面将对每个部分的内容进行简要介绍。
1. 引言部分（Introduction）：在引言部分，我们将对铝电解质中的硅进行概述和介绍。
首先要说明的是铝电解质是一种重要的材料，它具有特定的性质和功能。
接着，我们将介绍文章的结构和内容安排，以便读者能够了解后续的论述和观点。
最后，我们还将明确本文的目的和研究的意义。
2. 正文部分（Main Body）：正文部分是本文的核心内容，将详细讨论铝电解质的特性和硅在其中的作用。
铝电解物化性能
3极距铝业技术论坛 QQ 群：1860884(高级群),1779421
21 第二步：AlF6 3-＝AlF4
-+2F+ 这种解离形式是格罗泰姆（K. Grjotheim）用冰点降低法查明的，他对 Na3AlF6-NaF 系， 即 Na3AlF6 溶解在 NaF 的熔液中作了冰点降低的测定和计算，获得了以上的结论。对 NaF-AlF3 系的密度和导电率的研究也证实 Na3AlF6 将解离为 NaAlF4 与 NaF。这样便有充 分 的论据解释熔融冰晶石中存在 NaAlF4。在高温 AlF6 3－离子中，Al 的配位数由 6 变为 4 而 形成 AlF4 －离子也完全合理。 4. 在冰晶石中加入 NaF 或 AlF3，都会降低其熔点，添加 AlF3，相图上液相线下降更 陡（降低熔点作用大）。但加入 AlF3 的摩尔分数超过 35%，电解质温度降低很多，电解质 不稳定，生成了单冰晶石 NaAlF4 等，挥发损失急剧增大。 图 2-1 NaF-AlF3 二元系相图（Solheim and Sterten）[3] 2.2.2 分子比 CR（或重量比 BR）与过剩 AlF3 的换算公式 为便于对电解质中 NaF 或 AlF3 含量量化表示，工业中常以分子比或重量比表示，由 图 2-1 可见，Na3AlF6 的分子(mol)比=3 mol NaF/1 mol AlF3，为中性电解质，当其中 AlF3 分子数增加时，分子比就小于 3，为酸性电解质; 当其中 NaF 含量增加而超过 3 时，则为 碱性电解质。目前工业上普遍采用酸性电解质。 在称呼上： NaF/AlF3 分子比 CR——以我国、前苏联与东欧及部分北欧国家采用； NaF/AlF3 重量比 BR——以北美洲及南美部分、非洲及东南亚国家采用； 过剩 AlF3（重量）f ——以西欧国家多采用。 1. 分子比 CR、重量比 BR 和过剩 AlF3 f (重量)之间的关系： 1）“重量比”是描述电解液中氟化钠与氟化铝的重量百分比的一种方式。
铝电解质的物理化学性质在电解生产中的使用分析
铝电解质的物理化学性质在电解生产中的使用分析摘要：在铝工业中,长期以来一直采用霍尔-伊鲁法进行电解,主要以氧化铝和冰石为主要成分的电解质。
随着电解化学的迅速发展,促进铝电解过程中的技术经济指标,根据相关研究成果,人们开始在电解质中添加一些添加剂,如CaF2、NaCl、LiF等。
添加这些添加剂增加了铝电解质组成的复杂性。
随着添加剂的使用,电解质系统从简单的系统转变为复杂的系统,电解质性质发生变化,使得电解质的分析变得困难,特别是电解质的分子比分析。
目前,研究铝电解质物理化学性质的研究,通常以纯冰晶体系和冰晶氧化铝体系为基础,可以改进铝电解工艺,以提高电能效率,降低实际生产过程中的能耗,延长相应设备的使用寿命。
本文分析了铝电解质的熔体强度、密度、电导率、表面特性、粘度和蒸汽压力。
关键词：铝电解；铝电解质；添加剂；物理化学性质引言电解液的物理和化学性质对于直接影响和决定电解液生产技术条件的熔盐电解是很重要的，对电解液的生产是必不可少的，尤其是那些与众多研究人员进行了交互作用的因素，但目前对单个添加剂的影响的研究较少，而其他理论实验则可能导致在工业中的实际生产量大幅度增加。
1铝电解质的密度电解液与铝液在生产过程中的密度差异直接影响电解液和铝液的分离，通常决定了这两种物质在生产过程中如何正确分离，因此必须确保在电解液中添加锂、铝和荧光材料时密度的差异大于0.2g/cm3，从而在电解液中加入氟化钙和氟化镁时，铝液与电解液之间的密度的差异会增大，当摩尔分数为5-10%时，电解质的总密度会增加，但当晶体的熔点达到5-10%时，这些添加剂对电解液的密度影响不大，因为晶体的部分溶解发生了变化，并且随着温度的升高，晶体/阳极氧化铝的熔体密度会随着温度的升高而降低，而随着铝的升高而降低，尽管铝的密度更大，特别是由于氧化铝对ale等离子体的反应。
此外，这些离子很大，导致晶体/铝熔体密度降低，在添加氟化钙和氟化锂时，晶体/铝熔体密度增加，但当添加氯化钠、荧光锂等添加剂时，当摩尔分数为5-10%时，这些添加剂对电解质总密度的影响很小。
铝电解质物理化学性质研究
剂 ， ：ａ Ｍｇ ＬＦ和 Ｎａ １ 。这使 得 铝 电解 如 Ｃ Ｆ、 Ｆ、ｉ Ｃ 等 质 的成分 变得 非 常复 杂 了 。 添 加 剂 的使 用 改 变 了 电解 质 的 组 成 ， 电解 质 使 分 析变得 困 难 ， 别 是 电解质 分子 比的分析 。 特 所谓 分 子 比指 电解质 中氟 化钠 和 氟化 铝 的摩尔 比（ 国） 中 或 质量 比（ 欧 ） 西 。分 子 比大 于 ３的 电解 质称 为碱 性 电 解质 ， 于 ３则称 为 酸性 电解质 ， 于 ３则 称为 中 性 小 等
一
在铝 电解 质 物理 化 学 性 质 的研 究过 程 中 ， 以 常 纯 冰 晶 石 体 系 （ Ｎａ —— Ａ１。 元 系 ） 冰 晶 石 即 Ｆ Ｆ 二 、 氧 化铝 体 系 （ ＮａＡ１ 即 。 Ｆ —— Ａｌ。 元 系 ） Ｆ二 二体 系 为基 本体 系进 行研 究 。通 过其物 理 化学 性质 的研 究来 改 善铝 的 电解过 程 。 谋求 提 高 电流 效率 ， 少能 减 量 消耗 ， 省原料 ， 节 延长 电解 槽 的使 用 寿命 。同时也 在 于 了解 熔盐 体 系 的 结构 ， 进而 探 讨 铝 电解 机 理 问 题 。下 面 将 以铝 电解 质 的 若 干 主 要 物 理 化 学 性 质 熔度、 度、 密 电导 率 、 粘度 、 面性 质 、 气 压 以 表 蒸 及 离子 迁 移数 为主 要 内容进 行 综述 。
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ห้องสมุดไป่ตู้
选择 合适 的添 加剂 以进 一 步 降低 电解 质熔体 的 初 晶温度 ， 仍是 目前 常用 的有 效方 法 。 目前 常 用 的添 加剂 有 ： ａ ２Ｍｇ ２ＬＦ和 Ｎａ １ Ｃ Ｆ、 Ｆ、 ｉ Ｃ 。其 中 ， ａ ２ 效 ＣＦ 的 果更 为 明显 。据 测 定 ， 添加 １ （ １ 的 Ｍｇ 初 每 ｍｏ ） Ａ ０ Ｆ， 晶 温 度 降 低 近 ６ ０Ｃ、 ａ 降 低 近 ２ ４ 。但 是 ， ．￣ ＣＦ ．℃ Ｍｇ 和 Ｌ Ｆ（ Ｌ Ｏ。一起 添加 ， 体 初 晶温 度 Ｆ若 ｉ 或 ｉ Ｃ ） 熔
电解铝的基础知识
电解铝的基础知识1、铝的性质：熔点低、熔点660℃、沸点高、密度小、电阻率小、有良好的导电性和反射光的能力、无磁性。
具有两性，可与多种金属构成合金，与氧反应。
其电化当量C=0.3356g.A-1.h-12、电解质主要成分是冰晶石,电解炼铝主要原料是氧化铝。
炼铝历史：化学法炼铝（1886年前）、电解法炼铝（1886年后）。
3、电解槽是电解炼铝的核心设备；根据阳极分可以分为预焙阳极和自焙阳极，自焙阳极按导电方式分为旁插棒式和上插棒式，预焙阳极按连续使用与否分为连续式与不连续式；电解槽系列有横向和纵向两种。
4、冰晶石即氟铝酸钠，分子式为：Na3AlF6,或3NaF.AlF3，它有人造冰晶石和天然冰晶石两种。
人造冰晶石生产方法主要有酸法，碱法，干法和磷肥副产法。
5、电解铝电解质以冰晶石为主体的原因（H-H法优点）：1）冰晶石中不存在析出电位比铝正的元素，这可避免其他金属离子在阳极放电而降低Al的质量，2）熔融的冰晶石易溶解Al2O3，3)Al2O3的熔点为 2030℃，而Al2O3与Na3AlF6形成熔体后，其初晶温度降为930—980℃,4)熔融的冰晶石-氧化铝熔体具有较小的密度,5)具有较好的导电性和适合的粘度,6)不与槽内衬发生电化学反应,7)在电解温度下不吸水，挥发性不大，8）在电解温度下，具有较小的挥发度。
6、铝电解生产中向电解质加入添加剂的目的：改善原有电解质的性质，满足电解需求。
对添加剂的基本要求：1）在电解过程中不被电解成其他元素而影响Al的质量；2）应能对电解质的性质有所改善 3）吸水性和挥发性要小； 4）对Al2O3的溶解度不能有太大影响 5）来源广泛，价格低廉。
7、分子比：MR=NaF分子百分数/ AlF3分子百分数 M<3 酸性电解质 MR=2WR WR=NaF质量百分数/AlF3质量百分数。
8、添加剂对铝电解质熔体密度的影响：CaF2，MgF2的添加使电解质的密度增大。
就影响程度而言，CaF2甚于MgF2，但是在添加量为5—10%时，对电解质的密度影响很小。
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。
铝电解知识问答300问
铝电解知识问答300问第一部分：初级工应知应会1、铝的性质有哪些？答：(一)物理化学性质：(1)颜色：银白色光泽的有色轻金属。
(2)密度：常温下为2.7g/cm3 。
(3)溶点：纯铝在99.5%，658℃。
(4)电化当量：0.33557g／A.t。
(5)具有良好的防腐性，表层形成一层致密的氧化膜，易于氧化着色。
(6)易于其它金属组成合金。
(7)可溶于盐酸，硫酸和碱液(二)机械性质(1)具有很大的强度。
(2)具有良好的导电性。
(3)具有良好的导热、反光性能。
(4)具有优良的延展性和可塑性，易于加工。
2、铝有哪些用途？答：(1)用于国防工业：航空航天、宇宙飞船等。
(2)建筑工业材料：铝合金门窗等。
(3)电气工业材料：电线、电缆、电容器、母线等。
(4)耐腐蚀材料：制造反应器、储槽、管道等。
(5)食品包装材料：大型仓库储槽、罐头瓶、易拉罐等。
3、铝的冶炼方法有哪些？答：最早的方法：化学冶炼法、电解冶炼法。
现在的方法有：电热法炼铝、矿石直接炼铝法、锰还原法、氯化铝电解法、高炉炼铝法等，但这些方法正在试验中，需要进一步完善。
4、目前铝工业采用的是哪一种炼铝方法？答：目前采用的是电解炼铝法（氧化铝—冰晶石融盐电解法），也叫霍尔-埃鲁法。
5、电解槽的排列有几种形式？答：电解槽的排列方式有两种：一种横向排列，另一种纵向排列。
每一种又分为单行排列和双行排列。
6、目前现代大型电解槽采用哪种排列方式？答：现代大型电解槽一般采用的是单排横向排列。
7、现代大型电解槽为什么采用的是单行横向排列方式？答：现代大型电解槽通常采取单行横向排列方式。
这是因为提高电流容量不仅要增加槽身宽度，而且主要是增加其长度。
槽子容量越大，其长宽比也越大。
采取横向排列时，导电母线的配置方式可有较多的选择余地，这有利于削弱磁场的影响并减少铝母线的用量。
此外，原料运输距离可以缩短，厂房单位面积的铝产量可以增加，因而其投资费可以节省。
8、电解槽的电路是什么形式？串联电路9、电解车间有哪些设备？答：电解车间是生产铝液的场所，设备主要是电解槽，其次有配合出铝、更换阳极的天车（多功能天车），出铝用真空抬包和运输用的机动车及计算机、槽控箱、净化风机、氧化铝贮仓等。
电解铝研究报告
电解铝研究报告本文主要介绍了电解铝的研究进展和应用现状，包括电解铝的制备方法、物理化学性质以及其在工业和生活中的应用。
同时，本文还分析了电解铝产业的现状和发展趋势，提出了一些对电解铝产业未来发展的建议。
一、引言电解铝是一种广泛应用于工业和生活领域的重要金属材料，其重要性不言而喻。
随着工业技术的不断发展，电解铝的制备方法和性能也得到了不断的改进和提高，应用范围也越来越广泛。
本文旨在介绍电解铝的制备方法、物理化学性质以及应用现状，为电解铝产业的发展提供一些参考和建议。
二、电解铝的制备方法电解铝的制备方法主要有两种：氟化铝熔盐电解法和碳素热还原法。
其中，氟化铝熔盐电解法是目前主流的电解铝制备方法。
1.氟化铝熔盐电解法氟化铝熔盐电解法是利用高温熔盐作为电解质，在电解槽中进行电解反应，将氧化铝还原成铝金属的方法。
该方法具有制备纯度高、能耗低、生产效率高等优点，被广泛应用于工业生产中。
该方法的电解槽一般由石墨或陶瓷制成，内部涂覆碳素涂层以提高耐腐蚀性。
电解质是一种由氟化铝和氯化钠组成的混合物，温度一般在700℃以上。
在电解过程中，氧化铝在阳极上氧化成氧气，而铝离子在阴极上还原成铝金属。
电解反应的化学方程式如下：2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO22.碳素热还原法碳素热还原法是利用碳素物质在高温下与氧化铝反应，将氧化铝还原成铝金属的方法。
该方法具有制备成本低、生产效率高等优点，但是纯度较低，不适用于一些高纯度要求的场合。
该方法的反应方程式如下：Al2O3 + 3C → 2Al + 3CO三、电解铝的物理化学性质电解铝是一种轻质、柔软、有良好导电性和热导性的金属材料。
其密度为2.7g/cm，熔点为660℃，沸点为2519℃。
电解铝具有很好的耐腐蚀性和耐磨性，可以在氧化性和还原性环境中长期使用。
同时，电解铝还具有良好的可锻性和可加工性，可以通过压延、拉伸、挤压等方法制成各种形状的材料。
四、电解铝的应用现状电解铝是广泛应用于工业和生活领域的重要金属材料，其应用范围涵盖了航空、汽车、建筑、包装、电子等众多领域。
铝电解质的成份及性质
间这样分明是密度差异所致。铝液和电解质的密度差随温度 升高而增加，这是因为铝的密度随温度升高下降的速度没有 电解质快，相反，二者的密度差随温度的下降而缩小，是由 于电解质密度增加比铝快，当二者的密度随温度下降趋于接 近时，就会出现互相混？不清的现象，所以在电解过程中， 电解温度应尽量维持稳定，减少波动。
4、粘度
粘度是表示液体中质点之间相对运动的阻力， 也称内部摩擦力。
电解质的粘度过大或过小对生产都不利。粘度 过大，会降低氧化铝在电解质中的溶解速度， 会影响电解质中的碳渣分离和阳极气体的排出， 给生产带来危害。但是粘度过小，会加快电解 质的循环，加快铝在电解质中的溶解损失，降 低电流效率，而且加快氧化铝在电解质中的沉 降速度造成炉底沉淀。
电解质酸碱度的肉眼鉴别
电解质酸碱度 液体电解质外观
碱性
亮黄色
中性 酸性
橙黄色 樱红色
强酸性
暗红色
电解槽 Al2O3 很硬
中硬 较软
很软
铁钎上凝固电解质外观 固体电解质断面
电解质紫黑色、较厚、 自动裂开、容易脱落
电解质层略厚、致密、 白色
电解质层薄、致密、白 色
电解质较薄、不脱落、 白色、有时淡黄色
铝电解质的成份及性质
赵江
一、电解质成份
在电解生产当中电解质的主要成 份由冰晶石和氧化铝而组成。冰晶石 为溶剂，氧化铝为溶质。其中还包括 添加剂： AlF3,MgF2,LiF,CaF3,NaF,Na2O3等多 种成份组成。
1.电解质成份的变化及其原因
铝电解质物理化学性质研究
铝电解质物理化学性质研究Ξ莫德格,王明山(内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司) 摘 要:为了改善铝电解过程,提高铝电解过程的各项技术经济指标,须向电解质中添加CaF2、M gF2、L iF和N aC l等添加剂,这些添加剂的使用,改变了电解质的组成,使电解质物理化学性质发生了明显的变化。
在此,对铝电解熔盐体系中电解质的物理化学性质,以及添加剂对各项物理化学性质的影响进行了全面的综述。
关键词:铝电解;铝电解质;添加剂 近百年来,铝工业一直采用霍尔——埃鲁法进行电解,所使用电解质的主要成分是冰晶石和氧化铝。
随着电解质化学的发展,为提高铝电解过程的各项技术经济指标,人们向电解质中间入了一些添加剂,如:CaF2、M gF2、L iF和N aC l等。
这使得铝电解质的成分变得非常复杂了。
添加剂的使用改变了电解质的组成,使电解质分析变得困难,特别是电解质分子比的分析。
所谓分子比指电解质中氟化钠和氟化铝的摩尔比(中国)或质量比(西欧)。
分子比大于3的电解质称为碱性电解质,小于3则称为酸性电解质,等于3则称为中性电解质。
在铝电解质物理化学性质的研究过程中,常以纯冰晶石体系(即N aF——A lF3二元系)、冰晶石——氧化铝体系(即N a3A lF6——A lF3二元系)二体系为基本体系进行研究。
通过其物理化学性质的研究来改善铝的电解过程。
谋求提高电流效率,减少能量消耗,节省原料,延长电解槽的使用寿命。
同时也在于了解熔盐体系的结构,进而探讨铝电解机理问题。
下面将以铝电解质的若干主要物理化学性质——熔度、密度、电导率、粘度、表面性质、蒸气压以及离子迁移数为主要内容进行综述。
1 铝电解质的熔度任何一种纯的晶体物质都有固定的熔点(或称凝固点)。
有两种或更多的晶体物质组成的混合熔体,在冷凝时也有一个固定的初晶温度,即熔度。
它是随着混合熔体的组成而变化的。
研究电解质的熔度,对于降低电能消耗、减少电解质的损耗、延长设备的寿命都有好处。
有色金属冶金学3——铝电解
1.3.5 冰晶石-氧化铝熔液的离子结 构与电极过程 熔融冰晶石中的离子: Na3AlF6 = 3Na+ + [AlF6]3[AlF6]3- = [AlF4] - + 2F其解离度大约30%。随着冰晶石熔液 的量比减小解离度增大，当量比为1 时解离度为100%。
冰晶石中加入氧化铝之后，会生成 铝-氧-氟络合离子，其一般形式表 示为：AlxOyFz(y +z – 3x)-。X、y、z 究竟是多少，目前尚未完全明了。 目前认为熔液中有两种主要的铝氧 氟离子:[Al2O2F4]2-和 [Al2O2F6]2前者对应较高氧化铝浓度，后者对应 较低氧化铝浓度： 2Al2O3 + 2 [AlF6]3- =3 [Al2O2F4]2-
即单斜晶系 立方晶系 六方晶系
依冰晶石线为基准，划分两个分系： （1） NaF-AlF3分系。简单共晶系，共晶 点在23% AlF3+77% NaF处，888℃。 （2） Na3AlF6- AlF3分系。对该系意见不 一致：
※是在狭小的温度范围内存在单冰晶石（680-710 ℃）； ※另一种是根本不存在单冰晶石。
1.3.2 NaF-AlF3二元系 工业铝电解质中冰晶石和氟化铝是 熔剂，氧化铝是炼铝原料，另外有 的还添加氟化钙、氟化镁和氟化锂。
因为冰晶石是由NaF和AlF3合成的， 故NaF-AlF3二元系、 Na3AlF6Al2O3二元系和Na3AlF6- AlF3Al2O3三元系是铝电解质的基本体系。
2Al2O3 + 4 [AlF6]3- =3 [Al2O2F6]2+6F铝电解电极反应： （1）阴极反应 在熔融铝电解质中，钠离子的迁移数约 为99%，但是它并不在阴极上放电。在 工业应用的电解质组成的温度范围内， 生成液体铝的可逆电势大约比生成液体 钠（压力为1大气 压）的低0.24V,所以 阴极上Al3+优先放电，而且铝电解过程 是一种三电子的迁移过程。
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第八章铝电解质的物理化学性质
电解质，它主要是以冰晶石为熔剂，氧化铝为熔质而组成。
冰晶石熔剂的特性
1. 熔融的冰晶石能够较好的熔解氧化铝，而且所构成的电解质可在冰晶石的熔点1008℃以下（一般950~970℃）进行电解，从而也降低了氧化铝的还原温度。
（溶铝性）
2. 在电解温度下，熔体状态的冰晶石或冰晶石-氧化铝熔液的比重比铝液的比重还小约10%，它能更好地漂在电解出来的铝液上面。
(分离性：密度差，不相溶)
3. 冰晶石-氧化铝熔体具有较好的流动性。
4. 具有相当良好的导电性。
一、NaF-AlF3二元系相图
•两个稳定化合物
•两个共晶点（L=NaF+ Na3AlF6，L=AlF3+ Na5Al3F14）一个包晶点（L+ Na3AlF6= Na5Al3F14）
•在氟化铝的摩尔百分含量为25~46%时，电解质的初晶温度随着氟化铝含量的增加而降低，但是氟化铝的摩尔百分数在25~33%时，变化率较小，表明电解质分子比的变化对初晶温度变化的影响较小。
分子比在2.0~1.5时，温度变化较大，意味着分子比的轻微变化将会使初晶温度发生很大的变化，这对电解过程极其不利。
密度：冰晶石组成点密度最大
导电率：导电率随AlF3浓度的增高而线性减小。
粘度：冰晶石组成点黏度最大
蒸气压：随着A1F3含量的增加而迅速增大
迁移数：n Na+=0.58~
二、Na3AlF6-Al2O3系相图
•共晶点在21.1%氧化铝浓度处，温度为962.5℃，L=Al2O3+ Na3AlF6
•共晶点右侧的液相线为氧化铝从熔体中析出α-Al2O3的初晶温度，在该液相线中任意一点所对应的温度和氧化铝浓度，就是该温度下的电解质熔体中氧化铝的饱和浓度。
密度：随Al2O3含量增多而减小
导电度：随Al2O3含量增多而减小
粘度：随Al2O3浓度增高而升高
蒸气压：随氧化铝浓度的升高而降低
迁移数: n Na+= 1.0~
三、Na3AlF6-AlF3-Al2O3系相图
1: 冰晶石初晶区；
2: 氟化铝初晶区；
3: 亚冰晶石初晶区；
4: 氧化铝初晶区。
P：Lp+N3AF6(晶)=N5A3F14(晶)+A(晶)
E: L E ======N5A3F14(晶)+AF3(晶)+A(晶)(p132有误)
初晶点：随AlF3等浓度增大而减小;
密度: 随AlF3和Al2O3浓度增大而减小;
导电率：随AlF3和Al2O3浓度增大而减小;
蒸气压：随AlF3浓度增大而增大。
工业铝电解质的电导
在电解生产中，电解质的导电率受到多方面的影响。
①与电解温度有关。
温度越高，离子运动越快，导电率增加。
但是电解温度高，会造成电流效率降低，能耗和原材料增加，因而提高导电率的效益补偿不了降低电流效率和其它的损失。
②与电解质分子比有关。
导电率随分子比的增加而增加。
③与Al2O3浓度有关。
电解质的导电率随Al2O3浓度的增加而降低。
④与电解质中的炭粒有关。
当电解温度高时，会使电解质中炭粒含量增多，炭含量增多时不仅使电解质的导电率降低，还能减少电解质对Al2O3晶体的湿润性，从而也会造成氧化铝沉淀。
⑤与电解质中的添加剂有关。
添加剂对于冰晶石导电率的影响，可分为两类；向电解质中添加氟化锂和氯化钠能改善电解质的导电性，特别是氟化锂效果显著。
向电解质中添加氟化钙和氟化镁能降低电解质的导电度，但它们能使炭渣好分离，减少电解质中的炭粒含量，可使电解质的导电性较好，间接地增加导电率。
四、添加剂
添加剂应满足的要求：
☐在电解过程中不被电解成其组成元素而影响产品质量；
☐能改善电解质的性质，如降低初晶点，提高导电率，减小铝溶解度，降低电解质的密度等；
☐吸水性和挥发性小；
☐不过度降低氧化铝的溶解度；
☐来源广泛，价格便宜。
各种添加剂对铝电解质物理化学性质的影响：
初晶点：降低初晶点则有利于降低电解温度；
CaF2, MgF2, LiF, NaCl (但会降低Al2O3的溶解度）
密度: CaF2, MgF2增大密度; LiF, NaCl 减小密度;
导电率: CaF2, MgF2降低导电率; LiF, NaCl 则增加导电率; 炭渣和悬浮的Al2O3使工业铝电解质的导电率降低, 而Mg F2有利于分离炭渣;
粘度: CaF2, MgF2增大粘度，因为Ca2+和Mg2+在熔体中可形成庞大的阴、阳配离子；而LiF, NaCl 则降低粘度；
蒸气压：CaF2, MgF2和LiF都使熔体蒸气压下降，但在酸性电解质熔体中提高AlF3含量或降低分子比则使之升高。