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。
ã 目前：电流强度达到了17~22kA的大型化各 种类型阳极电解槽，产铝量为1200~1500kg/d； 电能消耗量降低到13.5kW·h左右。
现状：现代铝工业有四种型式的槽型。 自焙阳极电解槽，有旁插式和上插式两种。
预焙阳极电解槽，有不连续式（中部打壳 式和边部打壳式）和连续式两种。
新型的有多电解槽，采用氯化铝为电解 质，预示着铝电解槽的发展将进入新阶 段。
铝电解槽的构造及技术参数
自焙槽
优点：
阳极可连续使用；
不需专门工厂进行阳极成型， 焙烧，装爪等。 缺点：
内衬等的改造。
•
从长远考虑，冰晶石—氧化铝电解法中采用不耗
阳极及永久性阴极 ，具有特别重大的意义。
•
电解槽壁采用超级耐火材料，可以增大阳极面积
并缩短阳极至侧壁的距离。于是，在同样大小的槽壳
内可以用增加电流的办法，来提高铝产量并节省单位
产品的电能消耗量。
新型电解槽
•
几年前，Grjotheim讨论了称做“理想槽”
的设计问题。该槽具有一系列优点。在双极
性电解槽设计中优先采用了不耗惰阳极和可
泄性或可湿润性的耐热硬质金属阴极。
•
该电解槽的成功与新的更耐腐蚀的电极
材料的研究开发有十分紧密的关系。迄今现
有材料的性能和使用寿命差。因此，向材料
科学技术领域的研究和开发工作者提出了寻
求铝工业用新的阳极材料和阴极材料的更加
困难的任务。新电极材料的研究开发也使采
烟害大；
槽电压比预焙槽约高 0.1~0.2V，电耗比预焙槽高 约1000度；
上插棒槽的上部金属结构比 较复杂，机械化程度，投资 大。
预焙槽
优点：
电耗低，槽电压低；
电解槽造价少；
可大型化，操作的机械化程 度高；
烟害小。
缺点：
非连续式预焙阳极电解槽需 更换阳极；
需成套的阳极制备工厂，投 资多。
氧化铝下料装置立体图
⑸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； l 焙烧：环式窑。要求合适的升温速度。
碳阳极放置图
碳阳极残极图
⑹炭阳极消耗指数
定义：
•按每1安培·小时电量计，阳极实际炭耗量与 理论炭耗量的比率。
l 理论消耗量：
12.011
4 96487
２．阳极过程：
2O2-(配离子）＋Ｃ－４e=CO2 配位阴离子中的氧离子在炭阳极上放电析出Ｏ２， 而后与Ｃ反应生成ＣＯ２； 炭渣的存在，ＣＯ２气体渗入阳极孔隙与Ｃ再反应， 溶解在电解质中的铝再氧化等因素导致气体非纯 ＣＯ２，而是ＣＯ＋ＣＯ２的混合物。
铝电解生产流程图
铝电解槽的发展和现状
三个发展阶段：
预焙阳极：
•连续式阳极 •不连续式阳极
按导电方式分类
按阳极本身是否连 续使用分类
碳阳极生产的简明流程
图4-2-2
⑵炭阳极对焦炭的要求
作用： •焦炭作为炭阳极骨料
l要求： •1. 灰份低——灰份大部分进入铝内影响质量； l2. 含硫少—— S在高温下同铁质阳极棒作用生 成电阻很大的硫化铁膜而增加铁-炭接触电压降； l3. 含钒少——钒会增大焦炭的氧化活性，阳极消 耗多。
压较高。
连续式预焙阳极电解槽简图
图4-2-6 连续式预焙阳极电解槽简图 1-阳极炭块；2-阳极棒；3-阳极母线；4-槽壳；5-炭块接缝；6-阴极炭块；
7-阴极棒；8-保温层
连表种续4型-2式式-4预两预焙槽和不连续式预焙槽的电压对比
焙槽的电
压表分4配-2-4列出连续式预焙槽和不连续式预焙 槽的电压对比资料。
图4-2-3
铝电解槽排列1
铝电解槽排列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。
(1) 自焙阳极旁插棒式电解槽
1).基础：绝缘 2). 阴极：保温、坚固、密封防氧化、底
150000～ 170000
不复杂 复杂
很复杂
磁场隆起影 响
轻微
感觉到 感觉到
强烈感觉 到
废气捕集效 率/%
90～95
无 60～70 40～60
气体净化
不复杂(只有 粉尘和废气)
无
复杂(有焦 复杂(有焦 化产物) 化产物)
工时数/h·t-1
6.7
9.2
11.2
9.2
⑴炭阳极分类
自焙阳极：
• 旁插棒式阳极 • 上插棒式阳极
⑶炭阳极对沥青的要求
作用： 沥青作为粘结剂，粘结炭粒形成具有一定塑性 的炭糊，在炭糊焦化过程中焦结固体炭粒，使 电极具有足够的机械强度。
• 要求： • 1.树脂(>20%)是保证粘结性能的重要成分, 不
溶。 而 树脂可溶。 • 2.固定炭 (>50%)焦化过程中沉积在骨料之间,降
低阳极孔隙率, 提高机械强度和导电率; • 3.水份<0.5%, 灰分<0.5%
0.1120
g/A·h
3600
影响因素： 阳极在空气中的氧化；阳极掉粒；生成CO等。
预焙阳极电解槽
依加料方式分：边部打壳和中部打壳电解槽 • 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 • 进电方式：一端进电、双端进电
预焙阳极电解槽简图
氧化铝下料装置剖面图
四种型式阳极的比较
预焙
自焙
不连续式 连续式 旁插棒式 上插棒式
电流/kA
220
120 50～130 50～150
d 阳/A·cm-2 0.7～0.8
0.7 0.7～1.0 0.55～0.7
电耗/kWh·t-1 阳极操作
13000～
16000 简单
160000
150000～ 170000
糊防侵蚀、挡板防淌料、侧部炭糊筑坡 3). 阳极: 铝箱、钢质框架 4). 上部金属结构：支柱、平台、AO料
斗、阳极升降机构、槽帘和排烟系统 5). 导电母线和绝缘设施
自焙阳极旁插棒式电解槽
图4-2-4
(2) 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
用各种类型过程连续控制传感器成为可能。
表 4-2-4 两种型式预焙槽的电压分配(120kA
试验槽)/mV
电压降部位
连续式 不连续式
阳极母线、阴极母线 190
170
阳
极
500
220
电解质
3100
3100
阴
极
330
330
槽电压
4120
3820
阳极效应分摊的电压 80
80
铝电解生产系列
铝电解槽系列
• 为保证系列的连续稳定运行，需备用电 源；
铝电解槽
铝电解的工作原理
• 电解质：冰晶石—氧化铝融盐， • 电流：直流电（4~22kA）； • 电解温度：950~970℃； • 电极：阴、阳极均为碳质，阴极上析出铝、
而阳 极上析出CO2（70%）和CO（30%）气 体； • 电解总反应：
• 2Al2O3（aq）+3C（s）=4Al（l）+3CO2（g）
铝电解机理——两极过程
１．阴极过程：
Al3+(配离子）＋３e=Al 配离子解离，配离子同时放电； 分子比、温度、Ａl2O3浓度，阴极电流密度 铝钠析出电位差值减小，可能导致钠离子放电； 采用酸性电解质体系，较低的电解温度，尽可能 大积的累Ａ而l放2O电3浓。度，良好的传质以防阴极上N a+过度