三层液铝电解生产工艺知识讲解

4N～4N6精铝的分类用量表：
序号 1
项目 电容器箔
用量（％） 78
2
照明
12
3
硬盘
4
4
其它
6
2 三层液电解精炼法原理
三层液电解精炼法是利用精铝、电解质和阳极合
金的密度差形成液体分层，在直流电的作用下，熔体
中发生电化学反应即阳极合金中的铝进行电化学溶解，
生成Al3＋离子。Al3＋离子溶解进入电解液以后，在阴极
精铝锭
生成合金渣及表面渣 回收处理
5 三层液电解精炼槽的技术参数和经济指标
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15
项目 电流 工作电压 电解质温度 电解质电流密度 电解质水平 阴极铝水平 阳极合金水平 阳极合金中Cu浓度 阴极电流效率 电能消耗率
氯化钡 氟盐（按F计算）
精铝及高纯铝在低温电工技术、低温电磁 构件和电子工业领域内有着特殊的用途，其中 电子工业生产电解电容器所消耗的精铝量约为 精铝产量的70％－80％，见4N～4N6精铝的 分类用量表。
目前世界上进行原铝精炼时主要采用的方法 为三层液电解精炼法和偏析法，前者的提纯原 理是利用熔盐电解，后者是利用凝固偏析现象。 我国主要采用的是三层液电解精炼法。
精铝（Refined aluminum)：用特殊冶炼方法获得 的纯度不小于99.95%的金属铝，主要方法有三层液铝 电解法、偏析法和化学法。
高纯铝（High pure aluminum)：所谓高纯铝一般没 有明确的定义，不同的国家对高纯铝有不同的定义。
三层液电解精炼法是1901年美国首先提出 的，1922年使用电解质操作成功。1932年法 国开发出低熔点的氟化物的混合电解质并成功 地制出99.99%的精铝。日本于1941年住友化 学公司独立开发氟化物电解质，开始生产制造 99.99%的精铝。
上放电，生成金属铝。而合金中的Cu、Si、Fe等元素
不溶解，在一定浓度范围内积聚在阳极合金中，这是
由于其电位均正于铝。而合金中的杂质如Na、Ca、Mg
进入电解液并积聚起来，在一定浓度、温度与电流密
度下，这些杂质不会在阴极上放电，原因是这些杂质
的电位均负于铝。这样在阴极上就得到纯度较高的铝。
即在阳极：
石墨 原铝
单位
内容
KA
70
V
5.5－6.0
℃
760－810
A/cm2
0.57－0.70
cm
8－10.5
cm
12－16
cm
20－26
%
30－40
97%－98%
Kw.h/k 17－18(直流)18－19(交流) g
原材料消耗量
Kg/t
35－40
Kg/t
16－21Kg/tຫໍສະໝຸດ 12－13Kg/t
1020－1030
从上表中可以看出，现行三层液铝电解精 炼工业中，所使用的电解质为纯氟化物（NaFAlF3-BaF2-CaF2)简称为纯氟系，氟氯化物 （Na3AlF6-AlF3-BaCl2-NaCl)简称为氯氟系两种。 目前我国的精铝生产厂几乎都采用的是氯氟系 电解质。
在720℃～800 ℃的操作温度下，利用阳 极合金、电解质以及阴极精铝间的密度差， 使精炼槽中始终保持着三层液体的状态。
4 三层液电解生产工艺流程
原铝
电解铜
NaCl
配料
直流电
BaCl2
AlF3
配料
Na3AlF6
阳极合金炉
电解质熔化炉 生成气体 净化处理
精铝电解槽
生成气体
区域熔炼炉 锯切 高纯铝
液体精铝 精铝保持炉 精铝铸造机
我国的三层液铝电解精炼工业是在第一个 五年计划期间在抚顺铝厂开始试生产，后来三 层液铝电解精炼槽经改进与发展，到20世纪70 年代抚顺铝厂的三层液铝精炼电解槽容量已达 到2.4KA，精铝生产的工艺指标较初期有了一 些进步。
此后贵州铝厂（后改为中铝公司贵州分公 司）在抚顺铝厂的基础上进行改进和提高，于 1974年建立了12KA三层液电解精炼铝系列，直 至1990年扩建65KA槽，并于2000年投产。
35
_
18
_
60
_ 45
_
55
_
25~38 17
18 _
10
14
22
CaF2
_
MgF2
_
工作温度 900~ （℃） 1000
熔点 _ （℃）
_
_ 750~ 760 710
17 20
_ 2.5 750 780~
800 670 _
13
_
16
_
8
_
750~ 700~ _ 800 730 730 690 _
目前，国外各精铝企业用的电解质成份有 三元素的，也有四元素的（见下表）：
AlF3 BaF2 BaCl2 NaF
霍普斯
Hoops
30~38
加代 AIAG 普基公司 Gadeau 公司 Pechiney
23
48 30
住友铝 业公司 41
日本北 川公司
23
达莱斯公司 Dawless 44
30~38 _
17 2.5
备注
出铝后 加原铝前
重量
6 三层液电解质 三层液铝电解法共分三层熔液体系，最上
一层为精铝液，中间一层为电解质，最下一层 为合金液。其中中间一层电解质液分为两种： 一种是霍普斯提出的，称为霍普斯液，由氟化 钡组成；另一种是加代电解液，由氟化铝、氟 化钠与氟化钡组成。目前，各精铝企业用的电 解质液都是以这两种电解液为基础而作了一些 改进。
Al-3e=Al3+
阴极：
Al3++3e=Al
3 三层液电解精炼槽
主要包括：阴极母线、内衬异形砖、加料室、 内衬材料、阴极、精铝液、电解质、阳极、阳 极合金、槽壳、阳极钢棒等。
由上图可知，精铝槽结构与霍尔—埃鲁 电解槽结构大致相同，不同的是阴阳极相互 倒置，槽膛内衬材质不同。用该法进行电解 时，铝精炼过程在高于铝与阳极合金的熔点 下进行，此时精炼槽中有三层液体：最下层 为阳极合金，由原铝和加重剂铜组成；中间 一层为电解质；最上一层为精炼所得的精铝 液。
新疆乌鲁木齐铝厂（后改为新疆众和铝业 公司）从抚顺铝厂调入部分工程技术人员,并 于1989到贵州铝厂学习，同年建设了30kA三层 液铝电解精炼生产线。
1 精铝用途 随着国民经济的不断发展，市场对精
铝的需求量不断增加，这是由于精铝的一 些特殊性质决定的： 精铝比普铝具有更好的导电性、导热性、 可塑性、反光性和抗腐蚀性； 精铝的导磁性非常小，并且纯度越高， 导磁性愈小。
三层液铝电解生产工艺 2010年8月
原铝、精铝与高纯铝定义：
原铝（Primary aluminum)：又称一次铝，是通过 霍尔-埃鲁电解法生产的铝熔体，即从电解槽内吸出的 铝水。
纯铝（ aluminum)：铝含量最少为99.90%，并且 其它任何元素的含量不超过规定的界限值的金属铝， 实质上也就是原铝。中国有些铝厂如包头铝业有限公 司可以生产99.90%的原铝。