氧化铝生产课件.ppt

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1、有色金属冶金学Non-ferrousMetallurgyAluminiumElectrolysis铝电解（一）1、概述—Introduction现代铝的生产有三个主要环节：(1)从铝土矿提取氧化铝(2)金属铝的生产(3)铝加工辅助环节：（1）炭素电极制造（2）氟盐生产铝电解基本过程：现代铝工业生产，主要采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，其中氧化铝是炼铝的原料，冰晶石是熔剂。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反应。电解产物，阴极上是液体铝，阳极上是气体CO2（75-80%）和CO（20-25%）。在工业电解槽内，电解质通常由质量分数为95%的冰晶石和5%的氧化铝组成，电解温度为

2、950-970℃。电解液的密度约为2.1g/cm3，铝液密度为2.3g/cm3，两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，纯度达99.5-99.8%。阳极气体中还含有少量有害的氟化物、沥青烟气和二氧化硫。经过净化后，废气排入大气，收回的氟化物返回电解槽内继续使用。2、ConductivityofElectrolyte熔融电解质的导电Electrodes:cathodeandanodeareconnectedtotheminus(-)andplus(+)ofDCsupplier.电极：分为阴极(C)和阳极(A)两种，它们分别与直流电源的负极(-)

3、和正极(+)连接。Electrolysissystem:electrodes,electrolyteandthecell.电解体系的构成：电极、电解质、盛置电解质的电解槽。Electrochemicalreactionsoccuratthesurfaceoftheelectrodes.电极表面是电化学反应发生的场所.Electrodescanbemadeofinertandreactivematerials,whichareelectronicallyconductive.电极可由惰性材料或活性材料构成，属于第一类导体（电子导电）。Electrolyte:moltensaltso

4、ffluorides电解质：熔融电解质直接同电极接触，构成双电层。熔融电解质属于第二类导体（离子导电）.由离子构成，除双电层区域外，整体呈电中性3、PrincipleofAluminiumElectrolysis铝电解原理在铝电解中，电解质温度达950-970℃。含氧阴离子在阳极上失去电子，生成气体.视电极材料而异：1)如果阳极不参与电化学反应，则属于惰性阳极，生成O2；2)如果阳极参与电化学反应，则属于活性阳极，例如炭阳极，生成气体CO2。铝离子在阴极上获得电子之后生成铝。冰晶石是一种天然的矿物，由于储量少，现代铝工业只能用人工合成冰晶石。高温的冰晶石熔液具有很大的腐蚀性，盛置

5、电解质的槽用内部铺砌炭素材料的钢壳构成。3.1ElectrolyteSystem电解质体系工业铝电解质中冰晶石和氟化铝是熔剂，氧化铝是炼铝原料，另外还添加氟化钙、氟化镁和氟化锂。冰晶石是由NaF和AlF3合成的，NaF-AlF3二元系、Na3AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是铝电解质的基本体系。化合物：冰晶石（Na3AlF6）、亚冰晶石（Na5Al3F14），还可能有单冰晶石（NaAlF4）冰晶石熔点1009℃，相图显峰陡度不太尖锐，熔化时发生一定程度的热分解。据计算，约30%。固态冰晶石有三种变体：其相变温度分别为565℃和880℃即单斜晶

6、系立方晶系六方晶系NaF-AlF3系依冰晶石线为基准，划分两个分系：（1）NaF-AlF3分系。简单共晶系，共晶点在23%AlF3+77%NaF处，888℃。（2）Na3AlF6-AlF3分系。包晶反应，包晶点737℃Na3AlF6+L→Na5Al3F14亚冰晶石对该系意见不一致：※是在狭小的温度范围内存在单冰晶石（680-710℃）；※另一种是根本不存在单冰晶石。Na3AlF6-Al2O3二元系简单共晶系；共晶点在摩尔分数为10～11.5%或质量分数18.6～21.1%处；962-960℃。3.2ElectrolyteinIndustrialCells工业铝电解质冰晶石Na

7、3AlF6可写作3NaF·AlF3，为中性。在现代铝工业上，普遍采用酸性电解质-含过量氟化铝。游离AlF3含量越高，电解质酸度越大酸性电解质的优点：熔点较低，可降低电解温度；铝在其中的溶解度较小，有利于提高电流效率（但会降低氧化铝溶解度）；电解质结壳酥松好打。电解质酸度有三种表示方式：（1）K1，即NaF/AlF3摩尔比（量比）；（中国采用，称分子比）（2）K2，即NaF/AlF3质量比（北美洲采用）；（3）f,即过量AlF3%（西欧采用）对添加剂的要求:不被电解成它的组成元素而