铝电解槽 阳极炭块&阴极炭块.pdf

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1、铝电解槽现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，（950℃以上有可能形成热槽）在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。一、铝电解的工作原理：电解质：冰晶石-氧化铝融盐，电流：直流电（4~22kA）电解温度：950~970℃电极：阴、阳极均为碳质，阴极上析出铝、而阳极上析出CO2（70%）和CO（30%）气体；电解总反应：2Al2O3(aq)+3C(s)=4Al(l)+3CO2(g)二、铝电解机理-两极

2、过程1.阴极过程：Al3+(配离子）＋3e=Al*配离子解离，配离子同时放电；*分子比↑、温度↑、Al2O3浓度↓，阴极电流密度↑→铝钠析出电位差值减小，可能导致钠离子放电；*采用酸性电解质体系，较低的电解温度，尽可能大的Al2O3浓度，良好的传质以防阴极上Na+过度积累而放电。2.阳极过程：2O2-(配离子）＋C－４e=CO2*配位阴离子中的氧离子在炭阳极上放电析出O2，而后与C反应生成CO2；*炭渣的存在，CO2气体渗入阳极孔隙与C再反应，溶解在电解质中的铝再氧化等因素导致气体非纯CO2，而是CO＋CO2的混合物。

3、三、铝电解生产流程图四、现代铝工业有四种型式的槽型:*自焙阳极电解槽，有旁插式和上插式两种。*预焙阳极电解槽，有不连续式（中部打壳式和边部打壳式）和连续式两种。*新型的有多电解槽，采用氯化铝为电解质，预示着铝电解槽的发展将进入新阶段。五、铝电解槽的构造及技术参数*自焙槽优点：阳极可连续使用；不需专门工厂进行阳极成型，焙烧，装爪等。缺点：烟害大；槽电压比预焙槽约高0.1~0.2V，电耗比预焙槽高约1000度；上插棒槽的上部金属结构比较复杂，机械化程度，投资大。*预焙槽优点：电耗低，槽电压低；电解槽造价少；可大型化，操作的

4、机械化程度高；烟害小。缺点：非连续式预焙阳极电解槽需更换阳极；需成套的阳极制备工厂，投资多。六、氧化铝下料装置立体图七、氧化铝下料装置剖面图：预焙自焙不连续式连续式旁插棒式上插棒式电流/kA22012050～13050～150-2d阳/A·cm0.7～0.80.70.7～1.00.55～0.7-113000～150000～150000～电耗/kWh·t16000016000170000170000阳极操作简单不复杂复杂很复杂磁场隆起影强烈感觉轻微感觉到感觉到响到废气捕集效90～95无60～7040～60率/%不复杂(只

5、有复杂(有焦复杂(有焦气体净化无粉尘和废气)化产物)化产物)-1工时数/h·t6.79.211.29.2八、碳阳极铝电解用炭素材料主要包括：阳极糊、预制阳极块、侧部炭块和底部炭块四种。（1）炭阳极分类：自焙阳极：按导电方式分类：旁插棒式阳极；上插棒式阳极预焙阳极：按阳极本身是否连续使用分类：连续式阳极；不连续式阳极（2）碳阳极生产的简明流程图4-2-2（3）阳极材料-阳极糊和预制阳极块生产炭素阳极糊的原料包括：骨料和粘接剂两部分*骨料——焦炭（石油焦、沥青焦）要求：1.灰份低——灰份大部分进入铝内影响质量；2.含硫少—

6、—S在高温下同铁质阳极棒作用生成电阻很大的硫化铁膜而增加铁-炭接触电压降；（硫的含量过高，易使炭素制品开裂，电阻率增高）3.含钒少——钒会增大焦炭的氧化活性，阳极消耗多。（钒元素也会增大炭素材料的氧化活性，故其含量不宜太高）*粘接剂——沥青作用：沥青作为粘结剂，粘结炭粒形成具有一定塑性的炭糊，在炭糊焦化过程中焦结固体炭粒（粘结固体骨料，构成具有一定塑性的炭糊，并且在炭糊焦化过程中渗入骨料之间），使电极具有足够的机械强度。要求：1.β树脂(>20%)是保证粘结性能的重要成分,不溶。而γ树脂可溶。2.固定炭(>50%)焦化

7、过程中沉积在骨料之间,降低阳极孔隙率,提高机械强度和导电率;3.水份<0.5%,灰分<0.5%*沥青是煤焦油经高温分馏后的残渣，是多种碳氢化合物的混合体。通过溶剂萃取可将其分离为高分子组分、中分子组分和低分子组分。a.高分子组分是焙烧时形成焦化残炭的主要载体，它影响炭素阳极的空隙率大小及强度，它没有粘结性，所以高分子含量过高会影响沥青的粘结能力。b.中分子组分主要起粘结作用，中分子组分的含量是沥青性能的重要指标，一般需要达到20-35%才能制得合格的产品。c.低分子组分主要作用是溶剂的作用，能降低沥青的软化点，有利于改

8、善沥青对焦碳颗粒的润湿性，并提高糊料成型时的可塑性。*沥青根据软化点的不同，可分为：a.软沥青（48∽51℃）；b.硬沥青（80℃以上），用于预焙阳极和上插槽阳极糊；c.中硬沥青（65∽75℃），用于侧插槽阳极糊。*要求：a.中分子组分:(>20%)其是保证粘结性能的重要成分b.固定炭:(>50%)固定炭---沥青在隔绝空气的条件