铝电解基础知识培训讲解

铝液铸锭(铸造车间)
13 2020/9/30
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。
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
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。
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。
铝电解基础知识培训
1 2020/9/30
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。
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。
12 2020/9/30
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)
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)
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。
9 2020/9/30
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 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。
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 2020/9/30
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。
2 2020/9/30
铝的性质
原子序Βιβλιοθήκη Baidu 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）
10 2020/9/30
现代铝工业生产流程图 排空
外部电源 载氟氧化铝 氟化盐
供电机组
直流电
铝电解槽
预焙阳极组
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
2020/9/30
现代铝工业生产的描述
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。
4 2020/9/30
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 2020/9/30
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。
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 2020/9/30
7 2020/9/30
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
2020/9/30
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。