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铝电解基础知识培训
1 2019/10/15
铝的性质及用途
铝在自然界中分布极广，地壳中铝的含量 约为8%，仅次于氧和硅，居于第三位。但在各 种金属元素当中，铝居于首位。铝的化学性质 十分活泼，故自然界中极少发现元素状态的铝。 含铝的矿物有250多种，其中主要的是铝土矿、 高岭石、明矾石。
铝是一种银白色的金属。铝的原子序数为 13，原子量为26.98154，外层电子排列形式为 3S23P1化合价通常为三价，但有时也呈一价、 二价。铝质很轻，并兼具其它优良性质，在工 业上被誉为万能的金属。
9 2019/10/15
铝电解原理
现代铝工业生产，普遍采用冰晶石---氧化 铝融盐电解法。主要生产设备是电解槽。
铝电解原理：以冰晶石---氧化铝熔体为电
解质，炭素材料为两极，强大的直流电由阳
极导入，经过电解质与铝液层从阴极导出，
在两极间发生电化学反应，使电解质中的铝
离子从阴极上得到电子而析出得到铝液，氧
2 2019/10/15
铝的性质
原子序数 相对摩尔量 原子价（通常） 密度g/㎝3
比热J/g.℃ 熔点（℃） 沸点（℃） 熔化热（J/g） 导热系数（J/㎝•S•℃）
导电系数（104•Ω -1•㎝-1） 体积增长率（%）
平均线膨胀率（10-6/℃） 线平均收缩系数（%） 电化当量（g/A•h）
（A•h/ g）
7 2019/10/15
立柱母线 打壳机构
衔架
提升机构
铝导杆
排烟管
小合卡具
短路口
槽眉板
阳极 极上覆盖料
槽壳
霍尔-埃鲁法现代工业铝电解槽
8
2019/10/15
现代铝工业发展
① 电解质的化学性质：从传统电解质转变成改良电解质和低分子比电解质，已 证实显著提高电流效率，提高了生产能力。
② 添加氧化铝的技术：改进的电解槽引进了点式下料和控制技术。 ③ 计算机已被广泛的运用在铝电解生产控制中。电解槽的各项生产操作，例如 氧化铝添加、更换预焙阳极和出铝等，都实现了高度的自动化和机械化。 ④ 改进了烟气排放控制，现代铝工业中的环境保护已经有了很大改进。 ⑤ 由于改进了阳极和阴极的质量，现在阳极净耗量大约在400kg/t-Al左右，部 份电解槽的寿命达到3000天以上。 ⑥ 对电解槽磁场实现模拟计算和改进，使得铝电解槽的磁场有了更好的平衡， 这是建造大容量电解槽的一个基本前提。
由于侧插自焙阳极铝电解槽的电流分布不均匀，阳极操作复杂，不易实现机械化 。在20世纪40年代，法国成功研制出上插自焙阳极铝电解槽，这种槽型在阳极结构 上增设了集气罩，用以收集阳极气体，提高了烟气中氟的浓度，使烟气易于净化和 易于氟的回收，最大电流强度达到了150-160KA。
过程自动控制 (计算机车间)
设备检修(检修车间)
电解槽控制与维护 (电解车间)
氧化铝加料(输送车间) 电解烟气净化(输送车间)
预焙阳极(阳极车间)
阳极运输(车队)
原铝、成品铝分析流 程检查(质量管理部)
铝液运输(车队)
铝液铸锭(铸造车间)
13
2019/10/15
铝电解槽发展简史
在20世纪20年代，挪威开始使用侧棒自焙阳极铝电解槽槽型，槽容量随之扩大， 电流强度到2.5KA，电流效率约80%，公斤铝电耗20kwh，这种型式的铝电解槽很 快在全世界范围推广使用，槽容量也增大到135KA。
13
26.98154
+3
2.3（660℃）
2.699（20℃）
0.9（20℃）
659
2467
386.6
2.08（20℃固态）
2.18（200℃固态）
36～37(20℃)
6.5（由固态变为液态）
24（20～100℃）
1.7～1.8（650～20℃）
0.3356 2.980
3 2019/10/15
铝的性质及用途
铝是一种氧化倾向极为强烈的金属，所以自 然界中很少有以游离状态出现的铝。铝与空气中 的氧结合生成一层致密牢固的氧化铝薄膜，覆盖 在铝的表面上，这一层氧化铝薄膜阻止了铝的进 一步氧化，提高了铝的抗腐蚀能力。
铝是当今电力、冶金、轻工、化工，航空航 天、机械、建筑、食品、工艺装饰等行业不可缺 少的重要材料。同时，随着铝质材料性能的不断 开发，其运用空间还在不断拓展。
铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤，浇铸成商品铝锭，其纯度可达到 99.5%～99.8%。阳极气体中还含有少量的有害的氟化物、沥青烟、固体粉尘和二 氧化硫。废气净化后，废气排入大气，回收的氟化物返回电解槽内。
12 2019/10/15பைடு நூலகம்
铝电解槽工作示意图
全公司动力(动力车间) 直流电流(动力车间)
4 2019/10/15
原铝需求量增长迅猛
图1-1全世界原铝年产量增长曲线
5 2019/10/15
铝冶金的发展史
★ 金属铝最早是用化学法制取的 。 1825年丹麦奥斯特用钾汞齐还原无水氯化铝，得到银色粉末； 1854年德国维勒用氯化铝气体通过熔融钾的表面，得到了金属铝珠； 1854年法国德维斯用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐，制取金属铝。
离子则在阳极上放电生成一氧化炭、二氧化
碳混合气体的过程。
10 2019/10/15
现代铝工业生产流程图
排空
外部电源 供电机组
直流电 预焙阳极组
载氟氧化铝
氟化盐
铝电解槽
阴极铝液
氧化铝
净化后烟 气
电解烟 气
干法净化
氧 化 铝 投 放
真空抬包
铝液保持炉
铝液铸锭
产品交库 11
2019/10/15
现代铝工业生产的描述
电解法炼铝起源于1854年。当时德国本生和法国德维斯分别通过电解 氯化铝-氯化钠络盐，得到金属铝。但在那时所用的是蓄电池，故无法 扩大试验。直至1867年发明了发电机，并在1880年加以改进后，才使 电解法可以用于生产。
6 2019/10/15
铝冶金的发展史
1886年美国霍尔和法国的埃鲁， 通过实验不约而同地申请了冰晶 石—氧化铝融盐电解法炼铝的专利， 得到批准。这就是通常所说的霍尔埃鲁法。也是一百多年来工业炼铝 的唯一方法。与化学法相比，电解 法成本比较低，且产品质量好，故 被各国相继采用，并沿用至今。
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应的过程。
电解的产物，阴极上是液体铝，阳极上是CO2（约75%～80%）和CO（约20%～ 25%）。在工业电解槽中，电解质通常由95%（质量百分数，下同）冰晶石与5%氧 化铝组成，电解温度为945～960℃。电解液的密度约为2.1g/c㎡，铝液密度为2.3 g/c㎡，两者因密度差而上下分层。
1 2019/10/15
铝的性质及用途
铝在自然界中分布极广，地壳中铝的含量 约为8%，仅次于氧和硅，居于第三位。但在各 种金属元素当中，铝居于首位。铝的化学性质 十分活泼，故自然界中极少发现元素状态的铝。 含铝的矿物有250多种，其中主要的是铝土矿、 高岭石、明矾石。
铝是一种银白色的金属。铝的原子序数为 13，原子量为26.98154，外层电子排列形式为 3S23P1化合价通常为三价，但有时也呈一价、 二价。铝质很轻，并兼具其它优良性质，在工 业上被誉为万能的金属。
9 2019/10/15
铝电解原理
现代铝工业生产，普遍采用冰晶石---氧化 铝融盐电解法。主要生产设备是电解槽。
铝电解原理：以冰晶石---氧化铝熔体为电
解质，炭素材料为两极，强大的直流电由阳
极导入，经过电解质与铝液层从阴极导出，
在两极间发生电化学反应，使电解质中的铝
离子从阴极上得到电子而析出得到铝液，氧
2 2019/10/15
铝的性质
原子序数 相对摩尔量 原子价（通常） 密度g/㎝3
比热J/g.℃ 熔点（℃） 沸点（℃） 熔化热（J/g） 导热系数（J/㎝•S•℃）
导电系数（104•Ω -1•㎝-1） 体积增长率（%）
平均线膨胀率（10-6/℃） 线平均收缩系数（%） 电化当量（g/A•h）
（A•h/ g）
7 2019/10/15
立柱母线 打壳机构
衔架
提升机构
铝导杆
排烟管
小合卡具
短路口
槽眉板
阳极 极上覆盖料
槽壳
霍尔-埃鲁法现代工业铝电解槽
8
2019/10/15
现代铝工业发展
① 电解质的化学性质：从传统电解质转变成改良电解质和低分子比电解质，已 证实显著提高电流效率，提高了生产能力。
② 添加氧化铝的技术：改进的电解槽引进了点式下料和控制技术。 ③ 计算机已被广泛的运用在铝电解生产控制中。电解槽的各项生产操作，例如 氧化铝添加、更换预焙阳极和出铝等，都实现了高度的自动化和机械化。 ④ 改进了烟气排放控制，现代铝工业中的环境保护已经有了很大改进。 ⑤ 由于改进了阳极和阴极的质量，现在阳极净耗量大约在400kg/t-Al左右，部 份电解槽的寿命达到3000天以上。 ⑥ 对电解槽磁场实现模拟计算和改进，使得铝电解槽的磁场有了更好的平衡， 这是建造大容量电解槽的一个基本前提。
由于侧插自焙阳极铝电解槽的电流分布不均匀，阳极操作复杂，不易实现机械化 。在20世纪40年代，法国成功研制出上插自焙阳极铝电解槽，这种槽型在阳极结构 上增设了集气罩，用以收集阳极气体，提高了烟气中氟的浓度，使烟气易于净化和 易于氟的回收，最大电流强度达到了150-160KA。
过程自动控制 (计算机车间)
设备检修(检修车间)
电解槽控制与维护 (电解车间)
氧化铝加料(输送车间) 电解烟气净化(输送车间)
预焙阳极(阳极车间)
阳极运输(车队)
原铝、成品铝分析流 程检查(质量管理部)
铝液运输(车队)
铝液铸锭(铸造车间)
13
2019/10/15
铝电解槽发展简史
在20世纪20年代，挪威开始使用侧棒自焙阳极铝电解槽槽型，槽容量随之扩大， 电流强度到2.5KA，电流效率约80%，公斤铝电耗20kwh，这种型式的铝电解槽很 快在全世界范围推广使用，槽容量也增大到135KA。
13
26.98154
+3
2.3（660℃）
2.699（20℃）
0.9（20℃）
659
2467
386.6
2.08（20℃固态）
2.18（200℃固态）
36～37(20℃)
6.5（由固态变为液态）
24（20～100℃）
1.7～1.8（650～20℃）
0.3356 2.980
3 2019/10/15
铝的性质及用途
铝是一种氧化倾向极为强烈的金属，所以自 然界中很少有以游离状态出现的铝。铝与空气中 的氧结合生成一层致密牢固的氧化铝薄膜，覆盖 在铝的表面上，这一层氧化铝薄膜阻止了铝的进 一步氧化，提高了铝的抗腐蚀能力。
铝是当今电力、冶金、轻工、化工，航空航 天、机械、建筑、食品、工艺装饰等行业不可缺 少的重要材料。同时，随着铝质材料性能的不断 开发，其运用空间还在不断拓展。
铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤，浇铸成商品铝锭，其纯度可达到 99.5%～99.8%。阳极气体中还含有少量的有害的氟化物、沥青烟、固体粉尘和二 氧化硫。废气净化后，废气排入大气，回收的氟化物返回电解槽内。
12 2019/10/15பைடு நூலகம்
铝电解槽工作示意图
全公司动力(动力车间) 直流电流(动力车间)
4 2019/10/15
原铝需求量增长迅猛
图1-1全世界原铝年产量增长曲线
5 2019/10/15
铝冶金的发展史
★ 金属铝最早是用化学法制取的 。 1825年丹麦奥斯特用钾汞齐还原无水氯化铝，得到银色粉末； 1854年德国维勒用氯化铝气体通过熔融钾的表面，得到了金属铝珠； 1854年法国德维斯用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐，制取金属铝。
离子则在阳极上放电生成一氧化炭、二氧化
碳混合气体的过程。
10 2019/10/15
现代铝工业生产流程图
排空
外部电源 供电机组
直流电 预焙阳极组
载氟氧化铝
氟化盐
铝电解槽
阴极铝液
氧化铝
净化后烟 气
电解烟 气
干法净化
氧 化 铝 投 放
真空抬包
铝液保持炉
铝液铸锭
产品交库 11
2019/10/15
现代铝工业生产的描述
电解法炼铝起源于1854年。当时德国本生和法国德维斯分别通过电解 氯化铝-氯化钠络盐，得到金属铝。但在那时所用的是蓄电池，故无法 扩大试验。直至1867年发明了发电机，并在1880年加以改进后，才使 电解法可以用于生产。
6 2019/10/15
铝冶金的发展史
1886年美国霍尔和法国的埃鲁， 通过实验不约而同地申请了冰晶 石—氧化铝融盐电解法炼铝的专利， 得到批准。这就是通常所说的霍尔埃鲁法。也是一百多年来工业炼铝 的唯一方法。与化学法相比，电解 法成本比较低，且产品质量好，故 被各国相继采用，并沿用至今。
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应的过程。
电解的产物，阴极上是液体铝，阳极上是CO2（约75%～80%）和CO（约20%～ 25%）。在工业电解槽中，电解质通常由95%（质量百分数，下同）冰晶石与5%氧 化铝组成，电解温度为945～960℃。电解液的密度约为2.1g/c㎡，铝液密度为2.3 g/c㎡，两者因密度差而上下分层。