铝电解生产原理共46页PPT资料
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❖ 1854年，德国Bunsen宣称利用炭电极电解 NaCl-AlCl3络合盐得到了金属铝；
❖ 1883年，美国Bradley提出了电解冰晶石-氧化 铝熔盐技术方案，但末获得专利；
❖ 1886年，美国的Hall和法国的Heroult同时申请 了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获 得批准，这便是我们所称的Hall-Heroult法。一 直至今，世界上所有的铝厂都是使用此种技术。
❖ 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：
❖ 16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉 塞斯（Parace/sus P.A.T.1949-1541）证实了明 矾是“某种矾土盐”，其中一种成分是一种
❖ 1754年，德国化学家马格拉夫 （Marggraf.A.S.1709-1937）能够分离“矾 土”。这正是帕拉塞斯提到过的那种物质。
❖ 1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属 分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够 分解氧化铝。即使如此，瑞典的贝采尼乌斯已 为这无法获得的金属取名“铝土”。后来，戴 维又改称它为铝。
❖ 电解铝工艺流程图
四、电解铝基本原理
❖ 目前铝工业中仍然采用熔盐电解法生产铝，其 基本原理：将氧化铝溶解于冰晶石熔体中，接 通直流电，在阳极和阴极上发生电化学反应， 阳极上产生阳极气体，阴极上析出铝。
❖ 电解铝生产铝的过程可以描述为：将固体氧化 铝加入Na3AlF6熔体中，发生化学溶解，生成主 要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以 及F－等离子构成的Na3AlF6-Al2O3熔体；通入直 流电以后，Na3AlF6-Al2O3熔体中的阴、阳离子 在电场力的作用下，分别向阳极和阴极方向迁 移；阴离子到达阳极表面发生电化学反应，失 去电子，生成气态物质；阳极离子到达阴极表 面，发生电化学反应，获得电子，变成铝原子， 从而得到液态铝。
❖ 1808年，丹麦的Oersted用钾汞还原无水氯化 铝，得到了研磨时可呈现金属光泽的粉未，后 来证明他得到的是一些不纯净的铝。
❖ 1827年，德国Wöhler用钾还原无水氯化铝，得 到了细微的金属颗粒。1845年，他把氯化铝气 体通过熔融金属钾表面，得到了金属铝。
❖ 1854年，法国Deville用钠还原NaCl-AlCl3络合 盐，获得金属铝，同年在巴黎附近建成了世界 第一个铝冶炼厂。于电解铝生产 以来，一直是工业生产金属铝的主要方法。 其生产过程是：直流电通过铝电解槽，依 靠电流的焦耳热使电解质融化并维持 930～950℃的电解温度。直流电通过电解 质使Al2O3分解，在阴极上析出铝，在阳 极上析出氧并与阳极碳氧化而成CO2和 CO。铝液真空抽出，经澄清净化浇铸成 铝锭。阳极气体中常含有少量的有害氟化 物气体和粉尘，经过净化，废气排放到大 气，回收的氟化物返回到电解槽。铝电解 生产工艺流程图如下图所示。
二、电解铝发展历程
❖ 铝是化学性质十分活泼的化学元素，它在自 然界中绝大多数以氧化铝形式存在，目前仅 有极少数的自然铝被发现以元素状态存在。 铝的冶炼技术发展是从化学法制取发展到了 现代应用的电解法，目前还有正在研究的溶 液离子电解法。
❖ 铝的发现首先是对明矾（硫酸铝）认识，在 八至九世纪，明矾第一次在俄罗斯生产得到 并用于染色业和用山羊皮鞣制皮革。
❖ 铝的导电、导热性好，导电率相当于国际标准退火 铜的64.94％，约为银的一半，如果就相同的重量而 言，铝的导电能力超过这两种金属；铝的导热性几 乎比铁的导热率大3倍；铝的反光性能很强，反射 紫外线比银还强，铝在碰击时不产生火花。铝的比 强度(强度与重量之比)高，某些高强度铝合金的机 械强度超过了结构钢；纯铝没有磁性，铝在低温下 (-198℃)也不变脆，仍具有较好的机械性能；铝可 以轧成薄板和箔、拉成细丝、挤压成各种复杂形状
❖ 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。
铝电解生产原理
电解铝生产原理
❖ 一、铝的性质和用途 ❖ 二、电解铝发展历程 ❖ 三、电解铝生产工艺流程 ❖ 四、电解铝基本原理 ❖ 五、电解铝原材料 ❖ 六、电解铝产量 ❖ 七、电解铝主要经济技术指标
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。
❖ 在冰晶石-氧化铝熔体中，阳离子有络合的Al3+和单 质的Na+。在电解温度为940～970℃条件下，钠的 平衡析出电位比纯铝的析出电位负250mV，因此， 通上直流电以后，在阴极上的络合的Al3+放电，发 生电化学反应：
❖ 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：
❖ 1883年，美国Bradley提出了电解冰晶石-氧化 铝熔盐技术方案，但末获得专利；
❖ 1886年，美国的Hall和法国的Heroult同时申请 了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获 得批准，这便是我们所称的Hall-Heroult法。一 直至今，世界上所有的铝厂都是使用此种技术。
❖ 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：
❖ 16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉 塞斯（Parace/sus P.A.T.1949-1541）证实了明 矾是“某种矾土盐”，其中一种成分是一种
❖ 1754年，德国化学家马格拉夫 （Marggraf.A.S.1709-1937）能够分离“矾 土”。这正是帕拉塞斯提到过的那种物质。
❖ 1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属 分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够 分解氧化铝。即使如此，瑞典的贝采尼乌斯已 为这无法获得的金属取名“铝土”。后来，戴 维又改称它为铝。
❖ 电解铝工艺流程图
四、电解铝基本原理
❖ 目前铝工业中仍然采用熔盐电解法生产铝，其 基本原理：将氧化铝溶解于冰晶石熔体中，接 通直流电，在阳极和阴极上发生电化学反应， 阳极上产生阳极气体，阴极上析出铝。
❖ 电解铝生产铝的过程可以描述为：将固体氧化 铝加入Na3AlF6熔体中，发生化学溶解，生成主 要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以 及F－等离子构成的Na3AlF6-Al2O3熔体；通入直 流电以后，Na3AlF6-Al2O3熔体中的阴、阳离子 在电场力的作用下，分别向阳极和阴极方向迁 移；阴离子到达阳极表面发生电化学反应，失 去电子，生成气态物质；阳极离子到达阴极表 面，发生电化学反应，获得电子，变成铝原子， 从而得到液态铝。
❖ 1808年，丹麦的Oersted用钾汞还原无水氯化 铝，得到了研磨时可呈现金属光泽的粉未，后 来证明他得到的是一些不纯净的铝。
❖ 1827年，德国Wöhler用钾还原无水氯化铝，得 到了细微的金属颗粒。1845年，他把氯化铝气 体通过熔融金属钾表面，得到了金属铝。
❖ 1854年，法国Deville用钠还原NaCl-AlCl3络合 盐，获得金属铝，同年在巴黎附近建成了世界 第一个铝冶炼厂。于电解铝生产 以来，一直是工业生产金属铝的主要方法。 其生产过程是：直流电通过铝电解槽，依 靠电流的焦耳热使电解质融化并维持 930～950℃的电解温度。直流电通过电解 质使Al2O3分解，在阴极上析出铝，在阳 极上析出氧并与阳极碳氧化而成CO2和 CO。铝液真空抽出，经澄清净化浇铸成 铝锭。阳极气体中常含有少量的有害氟化 物气体和粉尘，经过净化，废气排放到大 气，回收的氟化物返回到电解槽。铝电解 生产工艺流程图如下图所示。
二、电解铝发展历程
❖ 铝是化学性质十分活泼的化学元素，它在自 然界中绝大多数以氧化铝形式存在，目前仅 有极少数的自然铝被发现以元素状态存在。 铝的冶炼技术发展是从化学法制取发展到了 现代应用的电解法，目前还有正在研究的溶 液离子电解法。
❖ 铝的发现首先是对明矾（硫酸铝）认识，在 八至九世纪，明矾第一次在俄罗斯生产得到 并用于染色业和用山羊皮鞣制皮革。
❖ 铝的导电、导热性好，导电率相当于国际标准退火 铜的64.94％，约为银的一半，如果就相同的重量而 言，铝的导电能力超过这两种金属；铝的导热性几 乎比铁的导热率大3倍；铝的反光性能很强，反射 紫外线比银还强，铝在碰击时不产生火花。铝的比 强度(强度与重量之比)高，某些高强度铝合金的机 械强度超过了结构钢；纯铝没有磁性，铝在低温下 (-198℃)也不变脆，仍具有较好的机械性能；铝可 以轧成薄板和箔、拉成细丝、挤压成各种复杂形状
❖ 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。
铝电解生产原理
电解铝生产原理
❖ 一、铝的性质和用途 ❖ 二、电解铝发展历程 ❖ 三、电解铝生产工艺流程 ❖ 四、电解铝基本原理 ❖ 五、电解铝原材料 ❖ 六、电解铝产量 ❖ 七、电解铝主要经济技术指标
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。
❖ 在冰晶石-氧化铝熔体中，阳离子有络合的Al3+和单 质的Na+。在电解温度为940～970℃条件下，钠的 平衡析出电位比纯铝的析出电位负250mV，因此， 通上直流电以后，在阴极上的络合的Al3+放电，发 生电化学反应：
❖ 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：