電化學(xué)與電解鋁

1、電化學(xué)是研究電和化學(xué)反應(yīng)相互關(guān)系的科學(xué)。電和化學(xué)反應(yīng)相互作用可通過電池來完成，也可利用高壓靜電放電來實(shí)現(xiàn)（如氧通過無聲放電管轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞酰?，二者統(tǒng)稱電化學(xué)，后者為電化學(xué)的一個(gè)分支，稱放電化學(xué)。由于放電化學(xué)有了專門的名稱，因而，電化學(xué)往往專門指“電池的科學(xué)”。分離方法 1. 控制電位的電解分離法 2. 汞陰極電解分離法 3. 內(nèi)電解分離法 4. 電滲析法電化學(xué)是研究?jī)深悓?dǎo)體形成的帶電界面現(xiàn)象及其上所發(fā)生的變化的科學(xué)。如今已形成了合成電化學(xué)、量子電化學(xué)、半導(dǎo)體電化學(xué)、有機(jī)導(dǎo)體電化學(xué)、光譜電化學(xué)、生物電化學(xué)等多個(gè)分支。電化學(xué)在化工、冶金、機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學(xué)、材料、能源、金屬腐蝕與

2、防護(hù)、環(huán)境科學(xué)等科技領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前世界上十分關(guān)注的研究課題, 如能源、材料、環(huán)境保護(hù)、生命科學(xué)等等都與電化學(xué)以各種各樣的方式關(guān)聯(lián)在一起。電化學(xué)（Electrochemistry），電池由兩個(gè)電極和電極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，因而電化學(xué)的研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是電解質(zhì)的研究，即電解質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其中電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論；另一方面是電極的研究，即電極學(xué)，其中包括電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，也就是電極和電解質(zhì)界面上的電化學(xué)行為。電解質(zhì)學(xué)和電極學(xué)的研究都會(huì)涉及到化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。原電池和

3、電解池的比較原電池原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢(shì)差,從而使電子的流動(dòng),產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡(jiǎn)單說就即是不能重新儲(chǔ)存電力，與蓄電池相對(duì)。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。 組成原電池的基本條件：1、將兩種活潑性不同的金屬（即一種是活潑金屬一種是不活潑金屬），或著一種金屬與石墨(Pt和石墨為惰性電極，即本身不會(huì)得失電子)等惰性電極插入電解質(zhì)溶液中。2、用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。3、要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。 原電池工作原理原電池是將一個(gè)能自

4、發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。 原電池的電極的判斷：負(fù)極：電子流出的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性較強(qiáng)金屬的一極。 正極：電子流入的一極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極；相對(duì)不活潑的金屬或其它導(dǎo)體的一極。 在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。 原電池的判定：（1）先分析有無外接電路，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：看電極兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電極）；看溶液兩極插入溶液中；看回路形成閉合回路或兩極直接接觸；看本質(zhì)有無氧化還原反應(yīng)

5、。 （2）多池相連，但無外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。電解池電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。電解是使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。電解是使電流通過電解質(zhì)溶液（或熔融的電解質(zhì)） 發(fā)生電解反應(yīng)的條件：連接直流電源 陰陽電極 陰極：與電源負(fù)極相連為陰極 陽極：與電源正極相連為陽極 兩極處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中 兩電極形成閉合回路電解過程中的能量轉(zhuǎn)化（裝置特點(diǎn)）：陰極：一定不參與反應(yīng) 不一定惰性電極陽極：不一定參與反應(yīng) 也不一定是惰性電極電解結(jié)果：在兩極上有新物質(zhì)生成 電解池電極反應(yīng)方程式的書寫：陽極：活潑金屬電極

6、失電子（Au,Pt 除外）；惰性電極溶液中陰離子失電子 注：失電子能力：活潑金屬（除Pt Au）>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根(NO3 ->SO4 2-)>F- 陰極：溶液中陽離子得電子 注：得電子能力：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H2O（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+（即活潑型金屬順序表的逆向） 對(duì)應(yīng)關(guān)系：陽極連電源正極，陰極連電源負(fù)極（可見高中教材*化學(xué)選修

7、83;四）規(guī)律：鋁前（含鋁）離子不放電，氫（酸）后離子先放電，氫（酸）前鋁后的離子看條件。 四類電解型的電解規(guī)律電解水型（強(qiáng)堿，含氧酸，活潑金屬的含氧酸鹽），pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原加適量水。 電解電解質(zhì)型（無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽，），無氧酸pH變大，不活潑金屬的無氧酸鹽PH不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原加適量電解質(zhì)。 放氫生堿型（活潑金屬的無氧酸鹽），pH變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原加陰離子相同的酸。 放氧生酸型（不活潑金屬的含氧酸鹽），pH變小。電解質(zhì) 溶液復(fù)原加陽離子相同的堿或氧化物。在1663年，德國(guó)物理學(xué)家 Otto

8、 von Guericke 創(chuàng)造了第一個(gè)發(fā)電機(jī)，通過在機(jī)器中的摩擦而產(chǎn)生靜電。這個(gè)發(fā)電機(jī)將一個(gè)巨大的硫球放入玻璃球中，并固定在一棵軸上制成的。通過搖動(dòng)曲軸來轉(zhuǎn)動(dòng)球體，當(dāng)一個(gè)襯墊與轉(zhuǎn)動(dòng)的球發(fā)生摩擦的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生靜電火花。 這個(gè)球體可以拆卸并可以用作電學(xué)試驗(yàn)的來源。在17世紀(jì)中葉，法國(guó)化學(xué)家 Charles François de Cisternay du Fay 發(fā)現(xiàn)了兩種不同的靜電，即同種電荷相互排斥而不同種電荷相互吸引。 Du Fay 發(fā)布說電由兩種不同液體組成："vitreous" (拉丁語”玻璃“)，或者正電；以及"resinous&q

9、uot;, 或者負(fù)電。這便是電的雙液體理論，這個(gè)理論被17世紀(jì)晚期Benjamin Franklin 的單液體理論所否定。1781年，查爾斯.奧古斯丁 庫侖 (Charles-Augustin de Coulomb) 在試圖研究由英國(guó)科學(xué)家Joseph Priestley 提出的電荷相斥法則的過程中發(fā)展了靜電相吸的法則。1791年伽伐尼發(fā)表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動(dòng)物電”現(xiàn)象，一般認(rèn)為這是電化學(xué)的起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基礎(chǔ)上發(fā)明了用不同的金屬片夾濕紙組成的“電堆”，即現(xiàn)今所謂“伏打堆”。這是化學(xué)電源的雛型。在直流電機(jī)發(fā)明以前，各種化學(xué)電源是唯一能提供恒穩(wěn)電流的電源。1834年法拉

10、第電解定律的發(fā)現(xiàn)為電化學(xué)奠定了定量基礎(chǔ)。19世紀(jì)下半葉，經(jīng)過赫爾姆霍茲和吉布斯的工作，賦于電池的“起電力”(今稱“電動(dòng)勢(shì)”)以明確的熱力學(xué)含義；1889年能斯特用熱力學(xué)導(dǎo)出了參與電極反應(yīng)的物質(zhì)濃度與電極電勢(shì)的關(guān)系，即著名的能斯脫公式；1923年德拜和休克爾提出了人們普遍接受的強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液靜電理論，大大促進(jìn)了電化學(xué)在理論探討和實(shí)驗(yàn)方法方面的發(fā)展。20世紀(jì)40年代以后，電化學(xué)暫態(tài)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展、電化學(xué)方法與光學(xué)和表面技術(shù)的聯(lián)用，使人們可以研究快速和復(fù)雜的電極反應(yīng)，可提供電極界面上分子的信息。電化學(xué)一直是物理化學(xué)中比較活躍的分支學(xué)科，它的發(fā)展與固體物理、催化、生命科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展相互促進(jìn)、相互滲

11、透。在物理化學(xué)的眾多分支中，電化學(xué)是唯一以大工業(yè)為基礎(chǔ)的學(xué)科。它的應(yīng)用主要有：電解工業(yè)，其中的氯堿工業(yè)是僅次于合成氨和硫酸的無機(jī)物基礎(chǔ)工業(yè)；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；機(jī)械工業(yè)使用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整；環(huán)境保護(hù)可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物；化學(xué)電源；金屬的防腐蝕問題，大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕問題；許多生命現(xiàn)象如肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學(xué)機(jī)理。應(yīng)用電化學(xué)原理發(fā)展起來的各種電化學(xué)分析法已成為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)監(jiān)控的不可缺少的手段。電池由兩個(gè)電極和電極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，因而電化學(xué)的研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是電解質(zhì)的研究，即電解

12、質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其中電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論；另一方面是電極的研究，即電極學(xué)，其中包括電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，也就是電極和電解質(zhì)界面上的電化學(xué)行為。電解質(zhì)學(xué)和電極學(xué)的研究都會(huì)涉及到化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。學(xué)科保護(hù)根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，依靠外部電流的流入改變金屬的電位，從而降低金屬腐蝕速度的一種材料保護(hù)技術(shù)。按照金屬電位變動(dòng)的趨向，電化學(xué)保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽極保護(hù)兩類。陰極保護(hù)。通過降低金屬電位而達(dá)到保護(hù)目的的，稱為陰極保護(hù)。根據(jù)保護(hù)電流的來源，陰極保護(hù)有外加電流法和犧牲陽極法。外加電流法是由外部直流

13、電源提供保護(hù)電流，電源的負(fù)極連接保護(hù)對(duì)象，正極連接輔助陽極，通過電解質(zhì)環(huán)境構(gòu)成電流回路。犧牲陽極法是依靠電位負(fù)于保護(hù)對(duì)象的金屬（犧牲陽極）自身消耗來提供保護(hù)電流，保護(hù)對(duì)象直接與犧牲陽極連接，在電解質(zhì)環(huán)境中構(gòu)成保護(hù)電流回路。陰極保護(hù)主要用于防止土壤、海水等中性介質(zhì)中的金屬腐蝕。陽極保護(hù)。通過提高可鈍化金屬的電位使其進(jìn)入鈍態(tài)而達(dá)到保護(hù)目的的，稱為陽極保護(hù)。陽極保護(hù)是利用陽極極化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，其保護(hù)系統(tǒng)類似于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，只是極化電流的方向相反。只有具有活化 - 鈍化轉(zhuǎn)變的腐蝕體系才能采用陽極保護(hù)技術(shù)，例如濃硫酸貯罐、氨水貯槽等。分離方法利用電化學(xué)手段分離溶液中的金屬離子、有機(jī)分

14、子的方法，共分四類：控制電位的電解分離法當(dāng)溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子時(shí)，如果它們的還原電位相近，例如Cu（標(biāo)準(zhǔn)電極電位=+0.345伏）和Bi(= 0.2伏)，則在電解時(shí)都會(huì)還原析出，達(dá)不到分離的目的。圖1兩種金屬離子A和B的分解電位表示，如果控制陰極電位為，則金屬離子A可產(chǎn)生強(qiáng)度為的電流，即可被還原；而金屬離子B的電流強(qiáng)度極小，即幾乎不能被還原，這樣即可達(dá)到分離目的，并分別測(cè)定A和B。在電解過程中， 陰極電位是在不斷變化的，= 式中為標(biāo)準(zhǔn)電極電位；為氣體常數(shù)；為熱力學(xué)溫度；為電極過程電子轉(zhuǎn)移數(shù)；為法拉第常數(shù)；為離子活度；為陰極超電壓。電解時(shí)，離子濃度不斷降低，的負(fù)值不斷增加，以致B也

15、被電解出來。為了控制陰極電位，要用圖2控制電位的線路的線路隨時(shí)調(diào)整外加電壓。，e是鉑絲對(duì)電極，e是參比電極(飽和甘汞電極)。選定的e的電位(相對(duì)于e)可從電位計(jì)V讀出，電解電流從毫安計(jì) A讀出，在電解過程中不斷調(diào)整電阻 以保持陰極電位不變。至于選擇什么電位要看實(shí)驗(yàn)條件，例如在分別測(cè)定Cu和Bi時(shí)，由于兩者電位太相近，需要在溶液中加入酒石酸，調(diào)節(jié)pH=5.86.0，Bi與酒石酸生成的絡(luò)合物比Cu 的穩(wěn)定得多，使兩者的分解電壓相差得大一些，然后再加入適量的肼，以加速Cu的還原。在這種條件下，控制陰極電位為0.30伏，銅先電解出來，稱出陰極的增重后，調(diào)節(jié)pH為4.55.5，控制陰極電位為0.40伏，

16、可將鉍全部電解出來。如果溶液中還有Pb，可將電位控制在0.50伏，進(jìn)行電解。應(yīng)用此法時(shí)，后被電解的離子的濃度不能超過先被電解的離子的濃度。汞陰極電解分離法H在汞陰極上被還原時(shí)，有很大的超電壓，所以在酸性溶液中可以分離掉一些容易被還原的金屬離子，使一些重金屬（如銅、鉛、鎘、鋅）沉積在汞陰極上，形成汞齊，同時(shí)保留少量不容易被還原的離子，如堿金屬、堿土金屬、鋁、鐵、鎳、鉻、鈦、釩、鎢、硅等。內(nèi)電解分離法在酸性溶液中，利用金屬氧化還原電位的不同，可以組成一個(gè)內(nèi)電解池，即不需要外加電壓就可以進(jìn)行電解。例如要從大量鉛中分離微量銅，在硫酸溶液中Cu比Pb先還原，因此可將鉛板作為一個(gè)電極，與鉑電極相連，組成一

17、個(gè)內(nèi)電解池，它產(chǎn)生一個(gè)自發(fā)的電動(dòng)勢(shì)，來源于Pb的氧化和Cu的還原。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)使反應(yīng)能夠進(jìn)行，直到電流趨近于零時(shí)，內(nèi)電解池就不再作用了。內(nèi)電解可以分離出微量的容易還原的金屬離子，缺點(diǎn)是電解進(jìn)行緩慢，因此應(yīng)用不廣。電滲析法液體中的離子或荷電質(zhì)點(diǎn)能在電場(chǎng)的影響下遷移。由于離子的性質(zhì)不同，遷移的速率也不同，正負(fù)電荷移動(dòng)的方向也不同。當(dāng)在電池的兩極加上一個(gè)直流電壓時(shí)，可以把一些有機(jī)物的混合物分離。如臨床實(shí)驗(yàn)中常用此法研究蛋白質(zhì)，將試樣放在一個(gè)載器上，外加電場(chǎng)后，荷電質(zhì)點(diǎn)沿著載器向電荷相反的電極遷移，因它們移動(dòng)的速率不同而分離，一般能把血清蛋白分成五部分。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)可使?jié)饪s斑點(diǎn)的寬度達(dá)到25微米左右，然

18、后進(jìn)行電滲析，可將血清蛋白分成二十個(gè)很清晰的部分。分析法基于溶液電化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)分析方法。電化學(xué)分析法是由德國(guó)化學(xué)家C.溫克勒爾在19世紀(jì)首先引入分析領(lǐng)域的，儀器分析法始于1922年捷克化學(xué)家 J.海洛夫斯基建立極譜法 。電化學(xué)分析法的基礎(chǔ)是在電化學(xué)池中所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)池由電解質(zhì)溶液和浸入其中的兩個(gè)電極組成，兩電極用外電路接通。在兩個(gè)電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，電子通過連接兩電極的外電路從一個(gè)電極流到另一個(gè)電極。根據(jù)溶液的電化學(xué)性質(zhì)（如電極電位、電流、電導(dǎo)、電量等）與被測(cè)物質(zhì)的化學(xué)或物理性質(zhì)（ 如電解質(zhì)溶液的化學(xué)組成 、濃度、氧化態(tài)與還原態(tài)的比率等）之間的關(guān)系，將被測(cè)定物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)化為一

19、種電學(xué)參量加以測(cè)量。根據(jù)國(guó)際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)倡議，電化學(xué)分析法分為三大類：既不涉及雙電層，也不涉及電極反應(yīng)，包括電導(dǎo)分析法、高頻滴定法等。涉及雙電層，但不涉及電極反應(yīng)，例如通過測(cè)量表面張力或非法拉第阻抗而測(cè)定濃度的分析方法。涉及電極反應(yīng)，又分為兩類：一類是電解電流為0，如電位滴定；另一類是電解電流不等于0，包括計(jì)時(shí)電位法、計(jì)時(shí)電流法、陽極溶出法、交流極譜法、單掃描極譜法、方波極譜法、示波極譜法、庫侖分析法等。學(xué)科應(yīng)用在物理化學(xué)的眾多分支中，電化學(xué)是唯一以大工業(yè)為基礎(chǔ)的學(xué)科。它的應(yīng)用分為以下幾個(gè)方面：電解工業(yè)，其中的氯堿工業(yè)是僅次于合成氨和硫酸的無機(jī)物基礎(chǔ)工業(yè)、耐綸66的中間單體己二腈是

20、通過電解合成的；鋁、鈉等輕金屬的冶煉，銅、鋅等的精煉也都用的是電解法；機(jī)械工業(yè)要用電鍍、電拋光、電泳涂漆等來完成部件的表面精整；環(huán)境保護(hù)可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物；化學(xué)電源；金屬的防腐蝕問題，大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕問題；許多生命現(xiàn)象如肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學(xué)機(jī)理；應(yīng)用電化學(xué)原理發(fā)展起來的各種電化學(xué)分析法已成為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)監(jiān)控的不可缺少的手段。電解鋁中文名稱：電解鋁英文名稱：electrolytic aluminum 定義：直流電通過氧化鋁原料和冰晶石溶劑的電解質(zhì)，使氧化鋁分解制成的金屬鋁。 應(yīng)用學(xué)科：材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科）；金屬材料（二級(jí)學(xué)科）；有色金屬材料

21、（二級(jí)學(xué)科）；鋁及其合金（二級(jí)學(xué)科） 以上內(nèi)容由全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布 電解鋁工件電解鋁就是通過電解得到的鋁。現(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在950-970下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，既電解。現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽 電解鋁極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在950970下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，即電解。陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉

22、塵。為保護(hù)環(huán)境和人類健康需對(duì)陽極氣體進(jìn)行凈化處理，除去有害氣體和粉塵后排入大氣。陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內(nèi)經(jīng)凈化澄清后，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯.型材等。鋁電解生產(chǎn)可分為側(cè)插陽極棒自焙槽、上插陽極棒自焙槽和預(yù)焙陽極槽三大類。自焙槽生產(chǎn)電解鋁技術(shù)有裝備簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、投資少的特點(diǎn)，但卻有煙氣無法處理，污染環(huán)境嚴(yán)重，機(jī)械化困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不易大型化，單槽產(chǎn)量低等一些不易克服的缺點(diǎn)，目前已基本上被淘汰。目前世界上大部分國(guó)家及生產(chǎn)企業(yè)都在使用大型預(yù)焙槽，槽的電流強(qiáng)度很大，不僅自動(dòng)化程度高，能耗低，單槽產(chǎn)量高，而且滿足了環(huán)保法規(guī)的要求。我國(guó)已完成了180k

23、A、280kA和320kA的現(xiàn)代化預(yù)焙槽的工業(yè)試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化。以節(jié)能增產(chǎn)和環(huán)保達(dá)標(biāo)為中心的技術(shù)改進(jìn)與改造，促進(jìn)自焙槽生產(chǎn)技術(shù)向預(yù)焙槽轉(zhuǎn)化，獲得了巨大成功。根據(jù)電解鋁的生產(chǎn)工藝流程，電解鋁的生產(chǎn)成本大致由下面幾部分構(gòu)成：（1）原材料：氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、添加劑(氟化鈣、氟化鎂等)、陽極材料；（2）能源成本：電力（直流電和交流電）、燃料油；（3）人力成本：工資及其他管理費(fèi)用；（4）其他費(fèi)用：設(shè)備損耗及折舊、財(cái)務(wù)費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、稅收等。編輯本段工藝流程鋁電解工藝流程：現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為 電解鋁生產(chǎn)溶質(zhì)，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直

24、流電后，在950-970下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，即電解?；瘜W(xué)反應(yīng)主要通過這個(gè)方程進(jìn)行：2Al2O3=4Al 3O2。 陽極：2O2-4e=O2陰極:Al3 3e=Al。陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵。為保護(hù)環(huán)境和人類健康需對(duì)陽極氣體進(jìn)行凈化處理，除去有害氣體和粉塵后排入大氣。陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內(nèi)經(jīng)凈化澄清后，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯.型材等。其生產(chǎn)工藝流程如下圖：氧化鋁 氟化鹽 碳陽極 直流電 電解鋁廠電解槽用高溫型氣缸 排出 陽極氣體- 電解槽 廢氣 氣體凈化 鋁液 回收氟化物

25、凈化澄清 返回電解槽 澆注 軋制或鑄造 鋁錠 線坯或型材方程：電解鋁就是通過電解得到的鋁.重要通過這個(gè)方程進(jìn)行：2Al2O3=通電4Al+3O2。 陽極：2O2-4e=O2陰極:Al3+ +3e=Al編輯本段最新技術(shù)電解鋁節(jié)能新技術(shù)問世，行業(yè)年節(jié)電275億度。2012年3月17日，我國(guó)電解鋁工業(yè)節(jié)能減排取得新突破，“低溫低電壓鋁電解新技術(shù)”當(dāng)日在中孚實(shí)業(yè)林豐鋁電公司順利通過國(guó)家科技部驗(yàn)收，噸鋁直流電耗由2008年的13235度降低到了11819度，降幅達(dá)10.7%，多項(xiàng)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。如果全行業(yè)推廣后，可實(shí)現(xiàn)我國(guó)電解鋁工業(yè)年節(jié)電275億千瓦時(shí)。電解鋁工業(yè)歷經(jīng)30多年發(fā)展，逐步成為中國(guó)重要

26、的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但由于生產(chǎn)過程中耗電高，歷來被稱為“高耗能產(chǎn)業(yè)”，也是國(guó)家重點(diǎn)調(diào)控的產(chǎn)業(yè)之一。研究開發(fā)低溫、低電壓新技術(shù)是電解鋁工業(yè)節(jié)能降耗的發(fā)展方向，也是世界鋁工業(yè)共同面對(duì)的重大技術(shù)難題。2009年，“低溫低電壓鋁電解新技術(shù)”列入國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人梁學(xué)民等項(xiàng)目組專家堅(jiān)持不懈努力，在世界上首次開發(fā)成功電磁及磁流體穩(wěn)定技術(shù)，低溫低電壓電解槽結(jié)構(gòu)，低溫低電壓工藝運(yùn)行技術(shù)，并在中孚實(shí)業(yè)林豐鋁電公司首創(chuàng)世界領(lǐng)先的400KA“靜流式”鋁電解槽，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)及系列高電流密度下的低溫、低電壓長(zhǎng)周期高效穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)介紹，按預(yù)計(jì)2012年國(guó)內(nèi)電解鋁產(chǎn)量2000萬噸計(jì)算，此項(xiàng)技術(shù)全行業(yè)推廣后，可

27、實(shí)現(xiàn)我國(guó)電解鋁工業(yè)年節(jié)電275億千瓦時(shí)，相當(dāng)于河南省2011年用電量2659億千瓦時(shí)的一成以上，按每千瓦時(shí)0.53元計(jì)算，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益145.75億元，折合標(biāo)準(zhǔn)煤880萬噸，同時(shí)減少二氧化碳等溫室氣體排放1566萬噸，將為推動(dòng)鋁工業(yè)及我國(guó)的節(jié)能減排工作起到良好的示范帶動(dòng)作用。1編輯本段產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)世界上所有的鋁都是用電解法生產(chǎn)出來的。鋁電解工業(yè)生產(chǎn)采用霍爾-埃魯冰晶石-氧化鋁融鹽電解 電解鋁產(chǎn)能法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)組成多相電解質(zhì)體系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工業(yè)電解質(zhì)的基礎(chǔ)。電解鋁工業(yè)對(duì)環(huán)境影響較大，屬于高耗

28、能，高污染行業(yè)。電解鋁生產(chǎn)中排出的廢氣主要是CO2，以及以HF氣體為主的氣-固氟化物等。CO2是一種溫室氣體，是造成全球氣候變暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其溫室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且會(huì)對(duì)臭氧層造成不同程度的影響。HF則是一種劇毒氣體，通過皮膚或呼吸道進(jìn)入人體，僅需1.5g便可以致死。發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)鋁電解技術(shù)自70年代末引進(jìn)160KA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國(guó)外技術(shù)開始，揭開了中國(guó)現(xiàn)代鋁 電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論，大型鋁

29、電解槽開發(fā)以 及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320KA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人注目。大容量電解槽的開發(fā)，使中國(guó)鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。目前電解鋁行業(yè)產(chǎn)能過剩問題依然突出，下游汽車、房地產(chǎn)行業(yè)需求量在低位徘徊，其中，中國(guó)電解鋁行業(yè)持續(xù)多年的非理性擴(kuò)張也行業(yè)不景氣的一個(gè)重要的誘因。從中國(guó)的資源存量來看，中國(guó)鋁土礦基礎(chǔ)儲(chǔ)量只有7億噸左右，只占世界的2.3%，按照現(xiàn)在的發(fā)展速度，中國(guó)的鋁土資源只能維持10年左右，因此行業(yè)的調(diào)整已是必然。存在問題實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)差。由于開發(fā)時(shí)間短，對(duì)中國(guó)大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯

30、不足，致使實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距。多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。鋁電聯(lián)營(yíng)是中國(guó)電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一，但同時(shí)在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大（一個(gè)系列產(chǎn)能可達(dá)20萬噸以上），巨大的用電負(fù)荷集中在一個(gè)生產(chǎn)系列上（一般達(dá)40萬KW以上），電解系列生產(chǎn)的任何波動(dòng)都會(huì)造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。缺乏建立在對(duì)陰極破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，早期破損率高。影響中國(guó)大型槽槽壽命的問題除了中國(guó)普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計(jì)、筑爐材料

31、、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動(dòng)、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，中國(guó)尚缺乏對(duì)鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。中國(guó)鋁業(yè)股價(jià)缺乏先進(jìn)的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。中國(guó)300KA級(jí)的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時(shí)間短。又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)（這些經(jīng)驗(yàn)也有很大局限性）。焙燒啟動(dòng)過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動(dòng)過程中的能耗大；投入運(yùn)行后電解槽的物理場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)）容易波動(dòng)，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而

32、波動(dòng)，陽極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動(dòng)或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。   新型電解鋁用鋼殼鋁芯陽極爪就中國(guó)電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國(guó)際先進(jìn)水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：電流效率相差2-3個(gè)百分點(diǎn)；噸鋁電耗相差300-800Kwh；電解鋁用陽極生產(chǎn)過程能耗相差3Gj/t左右；電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75-150Kg）；電槽槽壽命相差1000天左右；陽極效應(yīng)系數(shù)國(guó)際先進(jìn)為0.1次/天.槽以下，中國(guó)最好水平在0.3次/天.槽左右。產(chǎn)能過剩中國(guó)電解鋁行業(yè)從2002年開始，電解鋁產(chǎn)量開始過剩，受下游行業(yè)需求下降影響，中國(guó)2008年電解鋁過剩預(yù)計(jì)達(dá)到50萬噸。電解鋁需求增速放緩，受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，來自房地產(chǎn)和汽車行業(yè)的需求增速大幅下滑，而來自于電力設(shè)備行業(yè)的需求仍保持快速增長(zhǎng)，包裝行業(yè)對(duì)電解鋁的需求量保持穩(wěn)定，2008年電解鋁需求增速在10%左右。中國(guó)鋁土礦資源稀缺，產(chǎn)能擴(kuò)張不可持續(xù)。中國(guó)礦資源稀缺，鋁礦資源只能維持10年，中國(guó)的資源不可能再支撐電解鋁行業(yè)年均20%左右的擴(kuò)張速度。電解鋁的生產(chǎn)成本價(jià)在15000元/噸-17500元/噸，而電解鋁的價(jià)格僅為13400元/噸，行業(yè)虧損嚴(yán)重。原料進(jìn)一步下跌，中國(guó)電解鋁企業(yè)的平均生產(chǎn)本也