電解鋁知識(shí)講座一章基礎(chǔ)知識(shí)

1、關(guān)于電解鋁知識(shí)講座一章基礎(chǔ)知識(shí)第一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 鋁的性質(zhì)及用途 1.鋁是地球上含量及其豐富的金屬元素，其蘊(yùn)藏量在金屬中居第二位。在地殼中含量低于氧和硅而位居第三位。 2.鋁是銀白色金屬，具有一系列良好的性能，純鋁熔點(diǎn)為660，沸點(diǎn)2500,第二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 鋁的性質(zhì)和用途第三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 鋁的外特性 ：（鋁有美麗的銀白色的光澤，工業(yè)被稱譽(yù)為“萬能金屬”）1、鋁是輕金屬的一種，常溫下的密度為2.7克/立方厘米（克每立方厘米），是銅和鋼鐵的三分之一；2、鋁有良好的防腐蝕性；3、鋁是一種良好的導(dǎo)電材料，而且鋁的

2、純度越高，導(dǎo)電性能越好，是銅導(dǎo)電率的6265%，用鋁作導(dǎo)電材料既經(jīng)濟(jì)又輕便。4、鋁具有良好的導(dǎo)熱和反光性能，是一種制造反光鏡和保溫器的良好材料；5、鋁具有良好的延展性和可塑性；6、鋁的再利用率高；7、鋁易與其他金屬組成合金。第四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁的性質(zhì)主要物理性質(zhì)原子系數(shù) 13原子量26.98154化合價(jià)3密度（克/厘米3）純度99.97% 20固態(tài)2.699（2.7）660液臺(tái)2.31000液態(tài)2.289比熱焦/克.開固態(tài) 0.8996熔點(diǎn)（）純度99.97% 660沸點(diǎn)（）2500熔化熱（焦/克.開）397.06電子當(dāng)量（克/安培.小時(shí)）0.3356第五張，PPT

3、共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁的用途： 由于鋁及其合金具有以上如此多種性能，而且產(chǎn)量在不斷增長(zhǎng)，所以在現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，成為僅次于鋼、鐵的第二大金屬。它的用途主要有：可做輕型結(jié)構(gòu)材料、建筑工業(yè)材料、電氣工業(yè)材料、耐腐蝕材料、食品包裝材料等。第六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 包裝食品醫(yī)用飲料 1 鋁的特性與用途一、鋁電解生產(chǎn)概論第七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 建筑：高層建筑、室內(nèi)裝修和新型橋梁等 1 鋁的特性與用途一、鋁電解生產(chǎn)概論第八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1 鋁的特性與用途 建筑：一、鋁電解生產(chǎn)概論第九張，PPT共

4、五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 交通運(yùn)輸汽車高速列車飛機(jī)輪船 1 鋁的特性與用途一、鋁電解生產(chǎn)概論第十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1 鋁的特性與用途 交通運(yùn)輸一、鋁電解生產(chǎn)概論第十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1 鋁的特性與用途 交通運(yùn)輸一、鋁電解生產(chǎn)概論第十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1 鋁的特性與用途 交通運(yùn)輸一、鋁電解生產(chǎn)概論第十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1 鋁的特性與用途 交通運(yùn)輸一、鋁電解生產(chǎn)概論第十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁電解生產(chǎn)的基本原理第十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 現(xiàn)

5、代鋁工業(yè)生產(chǎn)，普遍采用冰晶石氧化鋁熔鹽電解法，它的主要設(shè)備是鋁電解槽。其原理是以冰晶石氧化鋁熔體為電解質(zhì)，炭素材料為兩極，強(qiáng)大的直流電由陽極導(dǎo)入，經(jīng)過電解質(zhì)與鋁液層，而后從陰極導(dǎo)出到電源。溶解的氧化鋁 通入直流電（960） 液態(tài)鋁(陰極）+氣態(tài)物質(zhì)（陽極） 第十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月通入直流電的目的? 一方面是利用它的熱能將冰晶石熔化呈熔融狀態(tài)，并保持恒后的電解溫度；另一方面是要實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，也就是使電解質(zhì)中的鋁離子從陰極上得到電子而析出，從而得到鋁液，氧離子則在陽極上放電生成一氧化碳、二氧化碳的混合氣體，最后通過集氣回收。在陰極上得到的液態(tài)鋁，隨著電解過程的不斷進(jìn)行，

6、鋁量不斷增多，然后周期性的從電解槽中用真空抬包吸出，運(yùn)往鑄造部經(jīng)過凈化配料處理，澆注成商品鋁錠。第十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁液在電解槽的生產(chǎn)及吸出原理示意圖第十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁電解質(zhì)及其性質(zhì)第十九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月什么是現(xiàn)代鋁工業(yè)用鋁電解質(zhì)？ 鋁電解生產(chǎn)中，連接陽極和陰極之間不可缺少的熔鹽叫電解質(zhì)。第二十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月現(xiàn)代鋁工業(yè)用鋁電解質(zhì)的組成 液體電解質(zhì)主要以冰晶石為溶劑 以氧化鋁為溶質(zhì)而組成，其中冰晶石占百分之八十五，還有，氟化鈉，氟化鐵，氟化硅等。 第二十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于

7、2022年6月電解質(zhì)的摩爾比（分子比） 冰晶石中所含氟化鈉摩爾數(shù)與氟化鋁摩爾數(shù)之比為冰晶石的摩爾比,俗稱分子比。 摩爾比等于3質(zhì)量比等于1.5的冰晶石形成的電解質(zhì)稱為中性電解質(zhì)； 摩爾比大于3質(zhì)量比 大于1.5的冰晶石形成的電解質(zhì)稱為堿性電解質(zhì)， 摩爾比小于3質(zhì)量比小于1.5的冰晶石形成的電解質(zhì)稱為酸性電解質(zhì)， 目前鋁工業(yè)上均采用酸性電解質(zhì)生產(chǎn)。第二十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁電解質(zhì)的性質(zhì): 1.初晶溫度; 2.密度; 3.粘度; 4.導(dǎo)電度; 5.表面性質(zhì); 6.揮發(fā)性;第二十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月什么是鋁電解質(zhì)的熔點(diǎn)(初晶溫度)?在鋁電解生產(chǎn)中所用

8、的純鹽類都有固定的熔點(diǎn)，即熔融液體開始有固體析出的溫度，也叫初晶溫度。為什么電解溫度一般要高于初晶點(diǎn)? 電解溫度= 初晶溫度(熔點(diǎn))+(15-20) ，即電解溫度一般要高出初晶溫度1520。第二十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電解溫度主要取決于什么? 在電解過程中，電解溫度除與極距電壓降大 小有關(guān)外，主要取決于電解質(zhì)的熔點(diǎn)。欲想保持低溫電解生產(chǎn)，不設(shè)法降低電解質(zhì)的熔點(diǎn)而單純降低電解過程溫度，必然會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)過冷，引起病槽，影響生產(chǎn)。 第二十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電解質(zhì)的密度 在電解槽正常生產(chǎn)過程中，上層是電解質(zhì)，下層是鋁液。由于它們之間的密度差異所致。在電解

9、溫度（950）下鋁的比重（2.302克/立方厘米），大于含有5%氧化鋁的冰晶石（即電解質(zhì)）的比重（2.102克/立方厘米）。第二十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月什么叫電解質(zhì)的粘度? 所謂粘度是液體中的質(zhì)點(diǎn)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力，也稱內(nèi)部摩擦， 電解質(zhì)粘度主要取決于電解質(zhì)的成份和溫度。 電解質(zhì)粘度隨溫度升高而降低。 氧化鋁增大電解質(zhì)的粘度，但在電解質(zhì)中氧化鋁含量在10%以內(nèi)時(shí)影響其粘度變化較小，超過10%時(shí)，則電解質(zhì)的粘度開始顯著上升。 另外，電解質(zhì)的分子比也能降低電解質(zhì)的粘度，添加氟化鈣能使其粘度增大，氟化鈉和氟化鋰使電解質(zhì)粘度減小。 第二十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

10、月在電解生產(chǎn)中，電解質(zhì)的導(dǎo)電率（導(dǎo)電度）與哪些因素有關(guān)? 在電解生產(chǎn)中，電解質(zhì)的導(dǎo)電率受到多方面的影響。與電解溫度有關(guān)。溫度越高，離子運(yùn)動(dòng)越快，導(dǎo)電率增加。但是電解溫度高，會(huì)造成電流效率降低，能耗和原材料增加，因而提高導(dǎo)電率的效益補(bǔ)償不了降低電流效率和其它的損失。與電解質(zhì)分子比有關(guān)。導(dǎo)電率隨分子比的增加而增加。與Al2O3 濃度有關(guān)。電解質(zhì)的導(dǎo)電率隨Al2O3 濃度的增加而降低。 第二十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月與電解質(zhì)中的炭粒有關(guān)。當(dāng)電解溫度高時(shí)，會(huì)使電解質(zhì)中炭粒含量增多，炭含量增多時(shí)不僅使電解質(zhì)的導(dǎo)電率降低，還能減少電解質(zhì)對(duì)Al2O3 晶體的濕潤(rùn)性，從而也會(huì)造成氧化鋁沉淀

11、。與電解質(zhì)中的添加劑有關(guān)。添加劑對(duì)于冰晶石導(dǎo)電率的影響，可分為兩類；向電解質(zhì)中添加氟化鋰和氟化鈉能改善電解質(zhì)的導(dǎo)電性，特別是氟化鋰效果顯著。向電解質(zhì)中添加氟化鈣和氟化鎂能降低電解質(zhì)的導(dǎo)電度，但它們能使炭渣好分離，減少電解質(zhì)中的炭粒含量，可使電解質(zhì)的導(dǎo)電性較好，間接地增加導(dǎo)電率。 第二十九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表面性質(zhì) （1）表面張力； （2）濕潤(rùn)性。 第三十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(1)表面張力： 表面張力：熔體（液體）的表面質(zhì)點(diǎn)（分子、原子或離子）所受的力與熔體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不同，熔體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)受其周圍質(zhì)點(diǎn)的作用力（斥力或引力）是對(duì)稱，合力為零。 生產(chǎn)中要求電解

12、質(zhì)與陽極氣體之間有較大的表面張力，有利于陽極氣體的逸出，要求電解質(zhì)與鋁液之間應(yīng)有較大的界面張力，這樣可以降低鋁在電解質(zhì)中的溶解速度，增大鋁與電解質(zhì)的分離速度。第三十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）濕潤(rùn)性 濕潤(rùn)性。是表示液相對(duì)固相的濕潤(rùn)能力。液相對(duì)固相表面的濕潤(rùn)程度取決于其表面張力的大小 。 實(shí)踐證明，電解質(zhì)熔體隨Al2O3濃度樣增加，對(duì)碳素材料的濕潤(rùn)性變好，在有鋁存在的情況下，電解質(zhì)對(duì)碳素材料的濕潤(rùn)性也有所改善，在生產(chǎn)中，要求電解質(zhì)對(duì)陽極的濕潤(rùn)性要適當(dāng)好些，對(duì)陰極的濕潤(rùn)性要差，電解質(zhì)對(duì)陽極的濕潤(rùn)好，可以使陽極氣體迅速脫離陽極表面，減小所膜電阻，但也宜太好，太好會(huì)造成電解質(zhì)中的

13、碳渣分離困難，電解質(zhì)對(duì)陰極濕潤(rùn)性差，可以有效阻止電解質(zhì)向陰極內(nèi)襯中滲透，減輕爐底破損。第三十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月液體對(duì)固體的濕潤(rùn)角液體NM固相液體NM固相90表示液體對(duì)固體的濕潤(rùn)性不良， 角越大，濕潤(rùn)性越差。90則表示液體對(duì)固體的濕潤(rùn)性好， 角越小，濕潤(rùn)性越好。濕潤(rùn)性第三十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月影響電解質(zhì)濕潤(rùn)性的因素：1.電流密度和鋁的影響。2.氧化鋁濃度的影響。3.冰晶石物質(zhì)數(shù)量的影響。4.碳素材質(zhì)的影響。5.炭陽極中添加鋰鹽的影響。6.炭陰極上硼化鈦的影響。濕潤(rùn)性第三十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月?lián)]發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)性，一般是指液體

14、在低于沸點(diǎn)的狀態(tài)下，分子以氣態(tài)排出（蒸發(fā)）的程度。在生產(chǎn)當(dāng)中，要求電解質(zhì)的揮發(fā)性要小，一是可以減小冰晶石的揮發(fā)損失，二是可以減小有害物的排放對(duì)人體減少危害，并減輕環(huán)境污染。第三十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月添加劑對(duì)電解質(zhì)的影響:能滿足電解生產(chǎn)添加劑的條件為；1.在電解過程中不參與電化學(xué)反應(yīng)，以免電解出其他元素而影響鋁的純度。2.能夠?qū)﹄娊赓|(zhì)的性質(zhì)有所改善。3.對(duì)氟化鋁溶解度的影響不能太大，吸水性和揮發(fā)性要小。4.來源廣泛，價(jià)格要低廉等。第三十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 能夠部分滿足上述要求的添加劑有，氟化鋁，氟化鈣，氟化鎂，氟化鋰，氟化鈉。 常用添加劑的優(yōu)點(diǎn)；

15、都具有降低電解質(zhì)初晶溫度的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)是降低氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度，和溶解速度。第三十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋁電解過程中兩極副反應(yīng)都是什么? 在冰晶石一氧化鋁熔鹽鋁電解過程中，在電解析出鋁的同時(shí)，在兩極上還伴隨發(fā)生一些重要的過程和現(xiàn)象，因這些過程和現(xiàn)象對(duì)生產(chǎn)有害無益，所以稱為兩極副反應(yīng)， 在陰極副反應(yīng)中有金屬鈉的析出，陰極鋁的再溶損失，炭化鋁的生成； 在陽極副反應(yīng)中有陽極效應(yīng)、陽極氣體成分的變化第三十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.陰極副反應(yīng)； 1.鋁的溶解反應(yīng)，金屬鋁殼部分溶解在冰晶石熔體中。 2.金屬鈉的折出，在陰極的主反應(yīng)是折出鋁而不是鈉，因?yàn)殁c的

16、折出電位比鋁的低。 3.碳化鋁的生產(chǎn)，在高溫條件下鋁可與碳發(fā)生反應(yīng)生成碳化鋁。第三十九張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月陽極效應(yīng)； 陽極效應(yīng)是熔鹽電解時(shí)發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。鋁電解過程中，當(dāng)期電流密度達(dá)到一定值后稱為臨界電流密度，槽電壓 聚 升，可從幾伏，增至幾十伏，陽極附近出現(xiàn)電弧光和噼啪聲，這一現(xiàn)象稱為陽極效應(yīng)。第四十張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月陽極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理學(xué)有哪些?1.濕潤(rùn)性理論。2.氟離子放電理論。3.靜電引力理論。4.綜合理論。第四十一張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 該理論認(rèn)為發(fā)生陽極效應(yīng)是由于電解液對(duì)陽極的濕潤(rùn)性改變所致。當(dāng)電解液內(nèi)氧化

17、鋁濃度高時(shí)，電解液對(duì)陽極的濕潤(rùn)性很好，陽極過程中產(chǎn)生的氣泡很容易從陽極上排擠掉；當(dāng)氧化鋁濃度降低時(shí)，電解液對(duì)陽極的濕潤(rùn)性變壞，陽極上的氣泡不易被排開，于是小氣泡合并成大氣泡，最終在陽極底掌形成一個(gè)氣膜層，從而發(fā)生陽極效應(yīng)。 在發(fā)生陽極效應(yīng)時(shí)，向電解質(zhì)中添加氧化鋁，電解液對(duì)陽極的濕潤(rùn)性重新變好，于是陽極氣膜遭到破壞，效應(yīng)熄滅，恢復(fù)正常電解過程。 陽極效應(yīng)機(jī)理濕潤(rùn)性理論第四十二張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十三張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月陽極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理學(xué)-氟離子放電理論 這種理論則認(rèn)為陽極效應(yīng)是由于陽極過程發(fā)生了改變，即氟離子放電所為。該理論的依據(jù)是，陽極效應(yīng)發(fā)生

18、前和發(fā)生中，陽極氣體中除了二氧化碳和一氧化碳之外，還含有四氟化碳?xì)怏w。在臨近陽極效應(yīng)時(shí)，陽極氣體中含有少量四氟化碳（0.42%），而效應(yīng)發(fā)生時(shí)，四氟化碳?xì)怏w含量上升到1535%。 第四十四張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 理論認(rèn)為，在氧化鋁濃度高時(shí)，電解質(zhì)中鋁氧氟離子中氧離子的比例較大，此時(shí)陽極上理應(yīng)氧離子放電，但在氧化鋁濃度很低時(shí)（2%以下），氟離子比例增大，這給氟離子與氧離子共同放電創(chuàng)造了條件，當(dāng)這兩種離子一起在陽極上放電時(shí)，陽極過程更加遲滯，陽極從活化狀態(tài)轉(zhuǎn)向鈍化狀態(tài)，陽極氣體開始大量積聚在陽極上，將電解質(zhì)與陽極隔開，于是效應(yīng)發(fā)生。 第四十五張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022

19、年6月陽極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理學(xué)-靜電引力理論 該理論認(rèn)為發(fā)生陽極效應(yīng)是由于陽極氣體之間的靜電引力所引起。在含氧化合物的電解質(zhì)是氣泡帶正電荷，所以氣泡能從陽極上排出，當(dāng)電解質(zhì)里氧化物缺乏時(shí)，氣泡就帶負(fù)電荷，于是被陽極吸引住，引起效應(yīng)發(fā)生。 第四十六張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月陽極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理學(xué)-綜合理論 這種理論是一、二種理論的綜合，即認(rèn)為發(fā)生陽極效應(yīng)一方面是由于電解質(zhì)對(duì)陽極的濕潤(rùn)性變化，另一方面又是由于氟離子放電而改變了陽極氣體組成，或者改變了碳陽極的表面性質(zhì)，從而使電解質(zhì)對(duì)陽極的濕潤(rùn)性驟然惡化，于是發(fā)生了陽極效應(yīng)。第四十七張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 綜上所述，發(fā)生陽極效應(yīng)的共同特點(diǎn)是，電解質(zhì)中氧化鋁濃度降低，在工業(yè)鋁電解槽上，當(dāng)在正常狀態(tài)并在適當(dāng)?shù)偷臏囟认码娊鈺r(shí)，陽極效應(yīng)趨向于較低的氧化鋁濃度（0.51.0%）發(fā)生；當(dāng)電解質(zhì)溫度過低時(shí)，效應(yīng)可在2%左右濃度下發(fā)生，若電解質(zhì)過熱時(shí)，不發(fā)生陽極效應(yīng)。第四十八張，PPT共五十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 陽極效應(yīng)發(fā)生的機(jī)理學(xué)-綜合理論到現(xiàn)在，產(chǎn)生