铝电解原理(中南)[1].ppt

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1、轻金属冶金专论吕晓军中南大学专题一、铝电解原理二、铝电解电解质三、铝电解电流效率、电能效率和能量平衡四、铝电解新型电极材料五、铝电解节能节炭的深层研究铝电解原理吕晓军中南大学目录一、铝电解生产概论二、铝电解槽及电解槽系列三、铝电解原料（冰晶石与氟化盐）生产四、冰晶石-氧化铝熔体的结构五、铝电解机理六、阳极过电压和阳极效应1铝的特性与用途1）Al：轻、强、美、可再生利用；2）产量：第二大金属，仅次于钢，全球2400万吨/年，我国2001年达342.5万吨（425万吨），全球第一，而今年预计将达到660万吨，成为世界生产能力最大的铝工业大国；3）用途广泛：

2、包装、建筑、交通运输、国防、电子电器、日用品及耐用消费品等。一、铝电解生产概论①包装食品医用饮料1铝的特性与用途一、铝电解生产概论②建筑：高层建筑、室内装修和新型桥梁等1铝的特性与用途一、铝电解生产概论1铝的特性与用途②建筑：一、铝电解生产概论③交通运输汽车高速列车飞机轮船1铝的特性与用途一、铝电解生产概论1铝的特性与用途③交通运输一、铝电解生产概论1铝的特性与用途③交通运输一、铝电解生产概论1铝的特性与用途③交通运输一、铝电解生产概论1铝的特性与用途③交通运输一、铝电解生产概论1）金属热还原法1825年：德国的韦勒，用钾汞齐和钾还原无水AlCl318

3、45年：法国戴维尔，用Na还原NaCl-AlCl3混合盐，开始小规模生产；1855年：德国罗西，用Na还原Na3AlF6；1865年：俄国别凯托夫，用Mg还原Na3AlF6，并建厂炼铝。在有色金属中，铝的发现和冶炼较晚，十八世纪末被发现，十九世纪初分离出单独金属，十九世纪末开始工业生产，可大体分为三个历史阶段：产量小（总共约200吨），成本高，未能广泛应用一、铝电解生产概论2铝冶炼历史2）小型预焙/自焙阳极电解槽炼铝1886年，Hall和Heroult分别申请冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝专利；最初槽型为小型预焙槽、20世纪初出现侧插自焙阳极电解槽、20

4、世纪40年代出现上插自焙阳极电解槽，电解槽容量由最初的2kA发展到80kA或更高；一、铝电解生产概论2铝冶炼历史3）大型预焙阳极电解槽炼铝20世纪50年代，大型预焙铝电解槽出现，使电解炼铝技术迈向了大型化、现代化发展新阶段，在产能、电流效率、能耗、环保、机械化和自动化程度等方面获得了很大发展，但其基本原理并未发生改变。一、铝电解生产概论2铝冶炼历史一、铝电解生产概论铝电解基本原理图二、铝电解槽及电解槽系列按阳极结构发展顺序，铝电解槽可分为：1小型预焙电解槽；2侧插自焙阳极电解槽；3上插自焙阳极电解槽；4大型不连续预焙阳极和连续预焙阳极电解槽；5中间下料

5、大型预焙阳极电解槽二、铝电解槽及电解槽系列1预焙阳极电解槽最早预焙阳极电解槽电流小、能耗高，被自焙阳极电解槽取代，50年代重新兴起：自焙阳极难以大型化；可生产出大规格炭块；可提供大电流；槽结构简单，节约材料；阳极气体易收集；电解槽包括阳极装置（阳极母线大梁、阳极炭块组和阳极升降机构）和阴极装置（阴极炭块组、钢制槽壳和保温材料砌体）二、铝电解槽及电解槽系列1预焙阳极电解槽连续预焙阳极电解槽优点（德国采用）1）不换极，生产连续；2）无阳极残极，炭耗小；3）阳极电流分布均匀，阳极消耗均匀。缺点：1）阳极无Al2O3保温，热损失大；2）接缝电阻大；3）结构复杂

6、4）指标偏低二、铝电解槽及电解槽系列2自焙阳极电解槽二、铝电解槽及电解槽系列自焙槽阳极可连续使用；不需专门工厂进行阳极成型，焙烧，装爪等。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，机械化程度低，投资大。预焙槽电耗低，槽电压低；电解槽造价少；可大型化，操作的机械化程度高；烟害小。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。铝工业的主流是大型预焙电解槽，但正开发采用惰性阳极和可润湿性阴极的新型铝电解槽。二、铝电解槽及电解槽系列3电解槽系列许多同类型电解槽串联构成电解槽系列，其

7、槽数取决于产能、电流强度、供电整流功率等；电解槽可横向或纵向排列，可设置为双行或单行；电解厂房分为双层和单层结构，整流所一般在电解厂房一端，须有备用电源三、炭阳极生产工艺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。本节主要介绍阳极材料-----阳极糊和预制阳极块一、生产炭素阳极的原料原料包括：骨料和粘接剂两部分1、骨料----石油焦、沥青焦对骨料的要求：灰分含量不能过高，会因带入杂质而影响铝的质量；硫的含量过高，易使炭素制品开裂，电阻率增高；钒元素也会增大炭素材料的氧化活性，故其含量不宜太高。2、粘接剂---沥青其主要功能是粘

8、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，使阳极具有足够的机械强度