鋁電解生產(chǎn)原理參考課件

鋁電解生產(chǎn)原理

12鋁電解生產(chǎn)原理電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途二、電解鋁發(fā)展歷程三、電解鋁生產(chǎn)工藝流程四、電解鋁基本原理五、電解鋁原材料六、電解鋁產(chǎn)量七、電解鋁主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)22022/11/24電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途22022/11/23一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡c氧的親和力很強(qiáng)。鋁在空氣中能與氧迅速化合，生成一層致密而堅(jiān)硬的氧化鋁薄膜，厚度為0.005～0.02μm，成為鋁的天然保護(hù)層，阻止鋁繼續(xù)被氧化，因而具有好的抗蝕性能，還可以用陽(yáng)極氧化或電鍍的方法，在鋁材和鋁制品的表面生成彩色鮮艷的氧化膜。鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，導(dǎo)電率相當(dāng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)退火銅的64.94％，約為銀的一半，如果就相同的重量而言，鋁的導(dǎo)電能力超過(guò)這兩種金屬；鋁的導(dǎo)熱性幾乎比鐵的導(dǎo)熱率大3倍；鋁的反光性能很強(qiáng)，反射紫外線比銀還強(qiáng)，鋁在碰擊時(shí)不產(chǎn)生火花。鋁的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與重量之比)高，某些高強(qiáng)度鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度超過(guò)了結(jié)構(gòu)鋼；純鋁沒(méi)有磁性，鋁在低溫下(-198℃)也不變脆，仍具有較好的機(jī)械性能；鋁可以軋成薄板和箔、拉成細(xì)絲、擠壓成各種復(fù)雜形狀的型材，其延展性能很好。32022/11/24一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡c氧的親和力很強(qiáng)。鋁鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋁作為輕型結(jié)構(gòu)材料，重量輕，強(qiáng)度大，陸、海、空各種運(yùn)載工具，特別是飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等，均使用大量的鋁，一架超音速飛機(jī)的用鋁量占其自身重量的70％，一枚導(dǎo)彈用鋁量占其總重量的10％以上。用鋁和鋁合金制造的各種車輛，由于重量輕，可以減少能耗，所節(jié)省的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)煉鋁時(shí)所消耗的能量。在建筑工業(yè)中用鋁合金作房屋的門窗及結(jié)構(gòu)材料，鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁，用鋁制作太陽(yáng)能收集器，可以節(jié)省能源。在電力輸送方面，鋁的用量居首位，90％的高壓電導(dǎo)線是用鋁制作的。在食品工業(yè)上，從倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)槽到罐頭盒，以至飲料容器大多用鋁制成。在其他方面，用鋁粉作難熔金屬(如鉬等)的還原劑和作煉鋼過(guò)程中的脫氧劑，以及日常生活中的鍋、盆、匙等。42022/11/24鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中二、電解鋁發(fā)展歷程鋁是化學(xué)性質(zhì)十分活潑的化學(xué)元素，它在自然界中絕大多數(shù)以氧化鋁形式存在，目前僅有極少數(shù)的自然鋁被發(fā)現(xiàn)以元素狀態(tài)存在。鋁的冶煉技術(shù)發(fā)展是從化學(xué)法制取發(fā)展到了現(xiàn)代應(yīng)用的電解法，目前還有正在研究的溶液離子電解法。鋁的發(fā)現(xiàn)首先是對(duì)明礬（硫酸鋁）認(rèn)識(shí)，在八至九世紀(jì)，明礬第一次在俄羅斯生產(chǎn)得到并用于染色業(yè)和用山羊皮鞣制皮革。16世紀(jì)，德國(guó)醫(yī)生兼自然科學(xué)歷史學(xué)家帕拉塞斯（Parace/susP.A.T.1949-1541）證實(shí)了明礬是“某種礬土鹽”，其中一種成分是一種金屬氧化物，后來(lái)叫做氧化鋁。52022/11/24二、電解鋁發(fā)展歷程52022/11/231754年，德國(guó)化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.1709-1937）能夠分離“礬土”。這正是帕拉塞斯提到過(guò)的那種物質(zhì)。1807年，英國(guó)的戴維才把隱藏在明礬中的金屬分離出來(lái)，用電解法發(fā)現(xiàn)了鉀和鈉，卻沒(méi)能夠分解氧化鋁。即使如此，瑞典的貝采尼烏斯已為這無(wú)法獲得的金屬取名“鋁土”。后來(lái)，戴維又改稱它為鋁。1808年，丹麥的Oersted用鉀汞還原無(wú)水氯化鋁，得到了研磨時(shí)可呈現(xiàn)金屬光澤的粉未，后來(lái)證明他得到的是一些不純凈的鋁。1827年，德國(guó)W?hler用鉀還原無(wú)水氯化鋁，得到了細(xì)微的金屬顆粒。1845年，他把氯化鋁氣體通過(guò)熔融金屬鉀表面，得到了金屬鋁。62022/11/241754年，德國(guó)化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.11854年，法國(guó)Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽，獲得金屬鋁，同年在巴黎附近建成了世界第一個(gè)鋁冶煉廠。1854年，德國(guó)Bunsen宣稱利用炭電極電解NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽得到了金屬鋁；1883年，美國(guó)Bradley提出了電解冰晶石-氧化鋁熔鹽技術(shù)方案，但末獲得專利；1886年，美國(guó)的Hall和法國(guó)的Heroult同時(shí)申請(qǐng)了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利并獲得批準(zhǔn)，這便是我們所稱的Hall-Heroult法。一直至今，世界上所有的鋁廠都是使用此種技術(shù)。72022/11/241854年，法國(guó)Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以來(lái)，一直是工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的主要方法。其生產(chǎn)過(guò)程是：直流電通過(guò)鋁電解槽，依靠電流的焦耳熱使電解質(zhì)融化并維持930～950℃的電解溫度。直流電通過(guò)電解質(zhì)使Al2O3分解，在陰極上析出鋁，在陽(yáng)極上析出氧并與陽(yáng)極碳氧化而成CO2和CO。鋁液真空抽出，經(jīng)澄清凈化澆鑄成鋁錠。陽(yáng)極氣體中常含有少量的有害氟化物氣體和粉塵，經(jīng)過(guò)凈化，廢氣排放到大氣，回收的氟化物返回到電解槽。鋁電解生產(chǎn)工藝流程圖如下圖所示。82022/11/24三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以電解鋁工藝流程圖92022/11/24電解鋁工藝流程圖92022/11/23四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基本原理：將氧化鋁溶解于冰晶石熔體中，接通直流電，在陽(yáng)極和陰極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極上產(chǎn)生陽(yáng)極氣體，陰極上析出鋁。電解鋁生產(chǎn)鋁的過(guò)程可以描述為：將固體氧化鋁加入Na3AlF6熔體中，發(fā)生化學(xué)溶解，生成主要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以及F－等離子構(gòu)成的Na3AlF6-Al2O3熔體；通入直流電以后，Na3AlF6-Al2O3熔體中的陰、陽(yáng)離子在電場(chǎng)力的作用下，分別向陽(yáng)極和陰極方向遷移；陰離子到達(dá)陽(yáng)極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，生成氣態(tài)物質(zhì)；陽(yáng)極離子到達(dá)陰極表面，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，獲得電子，變成鋁原子，從而得到液態(tài)鋁。102022/11/24四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽(yáng)離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+。在電解溫度為940～970℃條件下，鈉的平衡析出電位比純鋁的析出電位負(fù)250mV，因此，通上直流電以后，在陰極上的絡(luò)合的Al3+放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：Al3＋（絡(luò)合）＋3e﹦Al目前鋁工業(yè)仍然采用活性陽(yáng)極，陽(yáng)極本身參與反應(yīng)。在陽(yáng)極炭塊上是鋁氧氟絡(luò)合離子中的O2－放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：2O2－（絡(luò)）－4e＋C﹦CO2CO2被認(rèn)為是陽(yáng)極第一反應(yīng)產(chǎn)物，鋁電解的結(jié)果只消耗了Al2O3和C，因此整個(gè)電解過(guò)程總反應(yīng)式為：Al2O3＋1.5C﹦2Al＋1.5CO2↑112022/11/24在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽(yáng)離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過(guò)程提供大量的直流電能，用以推動(dòng)反應(yīng)向生成鋁的方向進(jìn)行；隨著電解反應(yīng)的不斷進(jìn)行，炭陽(yáng)極以及溶解于電解質(zhì)中的氧化鋁不斷消耗，生產(chǎn)中需及時(shí)補(bǔ)充，使生產(chǎn)得以連續(xù)進(jìn)行；原則上冰晶石是不消耗的，但是由于和雜質(zhì)反應(yīng)引起的化學(xué)損失、各種機(jī)械損失以及在電解的高溫融融狀態(tài)下的揮發(fā)損失，電解過(guò)程中也需要一定的補(bǔ)充。122022/11/24根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過(guò)程提供大量的直流電能，用以五、電解鋁原材料1、直流電（）2、氧化鋁（）3、氟化鹽（）4、陽(yáng)極炭塊（）132022/11/24五、電解鋁原材料1、直流電（）132022/11/231、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動(dòng)力。電解生產(chǎn)所需要的直流電主要來(lái)自于電力系統(tǒng)的三相交流電，通過(guò)降壓、整流、穩(wěn)流輸出低電壓大電流的直流電，滿足電解生產(chǎn)的需要。在這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于降壓的要求是降壓過(guò)程中各種損耗少，對(duì)于整流的要求是整流設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性要求高，對(duì)于穩(wěn)流的要求是電流隨電壓變化速度快，小時(shí)平均電流波動(dòng)小，穩(wěn)流精度高。所以說(shuō)概括的講電解供電主要的技術(shù)特點(diǎn)就是高安全性和高可靠性。142022/11/241、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動(dòng)力。電解生產(chǎn)所需要的直流電電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時(shí)生產(chǎn)負(fù)荷較大，規(guī)模以上大型電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到300MW～400MW，有些甚至達(dá)到500MW。一旦停電除了對(duì)于企業(yè)自身造成重大經(jīng)濟(jì)損失以外，可能對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成一定的沖擊，引起電力系統(tǒng)震蕩。152022/11/24電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時(shí)生產(chǎn)負(fù)荷較典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖162022/11/24典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖162022/11/232、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁），是在專門的工廠由礦石中提煉出來(lái)的一種極細(xì)微的白色粉末，流動(dòng)性很好，不溶于水，能溶解在熔鹽的冰晶石中，是電解鋁的主要原材料。其熔點(diǎn)為2050℃，真密度為3.5～3.6g/cm3，容積密度為1g/cm3。172022/11/242、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁）電解生產(chǎn)對(duì)氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；2）具有盡可能小的熱導(dǎo)率，以提高槽面和陽(yáng)極上面的氧化鋁覆蓋料的保溫效果；3）具有較好的流動(dòng)性能，以滿足管道內(nèi)輸運(yùn)的需要；4）具有較小的雜質(zhì)含量，以便提高電解鋁的質(zhì)量；5）盡可能少的水分含量。6）具有較好的抗磨損性。這樣可使氧化鋁在管道內(nèi)運(yùn)輸或在干法凈化過(guò)程中不至于或減少被磨細(xì)的程度。7）要求氧化鋁有盡可能大的比表面積，以提高其在干法凈化中吸收HF的能力。182022/11/24電解生產(chǎn)對(duì)氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；1氧化鋁質(zhì)量對(duì)電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁具有較好的物理性能?？梢员ＷC氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解速度快，減少沉淀生成，流動(dòng)性好，便于超濃相輸送和電解槽自動(dòng)添加，在加料和輸送過(guò)程中飛揚(yáng)損失小，可以降低氧化鋁單耗，改善工作環(huán)境。另外對(duì)HF的吸附能力強(qiáng)，能夠提高干法凈化效果。在氧化鋁物理性質(zhì)中，粒度、磨損指數(shù)、比表面積、安息角等物理指標(biāo)對(duì)電解生產(chǎn)有著不同的影響。192022/11/24氧化鋁質(zhì)量對(duì)電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素，盡量控制較高的氧化鋁純度。工業(yè)氧化鋁中通常含有98.5%Al2O3以及少量的SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO和H2O。在電解過(guò)程中，那些電位正于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如SiO2和Fe2O3，都會(huì)被鋁還原，還原出來(lái)的Si和Fe進(jìn)入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低；而那些電位負(fù)于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如Na2O和CaO會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。水會(huì)分解冰晶石，還會(huì)增加鋁液的氫含量，P2O3則會(huì)降低電流效率。酌減表示氧化鋁進(jìn)入電解槽之后所要釋放的總水量，由于氧化鋁中吸附的睡和電解質(zhì)中的氟化物反應(yīng)生成氟化氫氣體，增加量電解槽氟化物的排放量202022/11/24化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的3、氟化鹽電解生產(chǎn)過(guò)程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。1）冰晶石鋁電解通常采用Na3AlF6-Al2O3熔體作為電解質(zhì)。由于鋁對(duì)氧有很強(qiáng)的親和力，目前還沒(méi)有一種經(jīng)濟(jì)的方法能通過(guò)直接還原獲得工業(yè)純鋁。通過(guò)電解法煉鋁，氧化鋁是最好的原料。要將氧化鋁電解成鋁，必須是氧化鋁成為熔融狀態(tài)，能夠發(fā)生電離，離子能在陰、陽(yáng)極電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移。但是氧化鋁的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，欲采用直接熔化進(jìn)行電解，在目前工業(yè)條件下是不可行的。人們發(fā)現(xiàn)，氧化鋁能部分溶解于熔點(diǎn)相對(duì)較低的冰晶石中，而溶解在冰晶石中的氧化鋁能電解出鋁。為此，Na3AlF6-Al2O3熔體可以作為鋁電解的電解質(zhì)。212022/11/243、氟化鹽電解生產(chǎn)過(guò)程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧化鋁能迅速溶解于冰晶石中，形成流動(dòng)性較好的均勻溶液；二是在950℃左右的鋁電解溫度下具有良好的導(dǎo)電性能；三是Na3AlF6-Al2O3熔鹽體系基本上不吸水，在電解溫度下的蒸汽壓也不高，具有較大的穩(wěn)定性；四是冰晶石的密度約為2.1g/cm3，比同溫度下的鋁液密度（約2.3g/cm3）小10%左右，能夠保證電解質(zhì)與鋁液的分層；五是熔體中基本不含還原電位比鋁更正的元素，從而保證電解產(chǎn)物鋁的純度。222022/11/24冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧2）氟化鋁為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，往冰晶石—氧化鋁熔鹽中添加某些能夠改善它的物理化學(xué)性質(zhì)和提高電解生產(chǎn)指標(biāo)的鹽類物質(zhì)，這種鹽類稱為添加劑。在鋁電解生產(chǎn)中，向電解質(zhì)中添加添加劑，以達(dá)到提高電流效率，降低能耗的目的。目前電解生產(chǎn)中通常使用氟化鋁作為電解生產(chǎn)的添加劑，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。232022/11/242）氟化鋁232022/11/23氟化鋁對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響1）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體的初晶溫度降低。比如添加10%AlF3的，熔體的初晶溫度降低20℃；2）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，電解質(zhì)的密度隨之減?。?）在電解質(zhì)熔體中，熔體的電導(dǎo)率隨著AlF3含量的增加而降低；在電解質(zhì)熔體中，增加AlF3的含量，則電解質(zhì)粘度降低。但是在酸性電解質(zhì)中，AlF3和Al2O3的共同存在對(duì)粘度的影響將不會(huì)十分明顯；4）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體中Al2O3的溶解度隨之降低；5）在電解質(zhì)熔體中，添加AlF3，增大了電解質(zhì)的揮發(fā)性，減小電解質(zhì)與鋁液的界面張力，減小電解質(zhì)與陽(yáng)極氣體的表面張力，增大電解質(zhì)與炭素材料的濕潤(rùn)角；242022/11/24氟化鋁對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響242022/11/23電解生產(chǎn)對(duì)氟化鋁質(zhì)量的要求在現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)中，對(duì)氟化鋁質(zhì)量要求越來(lái)越高。主要要求含水量低、顆粒粗、氟化鋁含量高、流動(dòng)性好、雜志低，只有這些要求達(dá)到，才能保證電解槽的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。1）氟化鋁盡可能減少水分的含量，以減少電解質(zhì)熔體的水解；2）且具有較低的雜質(zhì)含量，有利于提高原鋁質(zhì)量和電流效率；3）較高的氟化鋁含量，保證添加效果，降低噸鋁消耗量；4）具有良好的流動(dòng)性和粒度，便于輸送。252022/11/24電解生產(chǎn)對(duì)氟化鋁質(zhì)量的要求252022/11/23氟化鋁質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響（1）噸鋁消耗量。由于氟化鋁使用占據(jù)成本較小，日常多不被關(guān)注，但是通過(guò)使用不同質(zhì)量的氟化鋁，節(jié)能降耗是很客觀的。主含量氟化鋁較低的產(chǎn)品，其噸鋁消耗量要大，一般要求氟化鋁主含量應(yīng)達(dá)到90%。（2）原鋁質(zhì)量影響。很明顯，雜質(zhì)含量低的氟化鋁對(duì)生產(chǎn)影響最小。雜質(zhì)含量越高，其進(jìn)入原鋁中雜質(zhì)的量越大，鋁液污染越嚴(yán)重，并且雜質(zhì)參反應(yīng)激烈，通常是二氧化硅的影響比較明顯，其含量為0.1%以下為宜。（3）電流效率影響。氟化鋁中的五氧化二磷是影響電流效率主要元素，在加入電解質(zhì)中會(huì)一直累積，逐漸升高，造成電流效率下降。（4）環(huán)境污染。電解生產(chǎn)產(chǎn)生的氟化氫氣體，是主要的氣態(tài)污染物，氟化鋁中的氫氟酸則是釋放氟化物的主要元素；還有硫酸鹽成分，將會(huì)反應(yīng)生成二氧化硫有害氣體；要求二者的含量盡量減少。262022/11/24氟化鋁質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響262022/11/234、陽(yáng)極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解，作為陰陽(yáng)兩極的導(dǎo)電材料，目前能夠抵御這種侵蝕性并且價(jià)格低又能良好導(dǎo)電的，唯有碳素制品，因此鋁工業(yè)均采用碳素電極—炭陰極和炭陽(yáng)極。在電解過(guò)程中，碳陰極原則上不消耗，碳陽(yáng)極由于直接參加電化學(xué)反應(yīng)而消耗。272022/11/244、陽(yáng)極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石碳素陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)要求對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極的質(zhì)量要求，首先是要求它的灰分低，灰分中的雜質(zhì)少，密度大，比電阻低，氣孔率低，抗熱沖擊性能好，抗壓強(qiáng)度高，抗氧化性能好和具有較小的掉渣率。其次在化學(xué)成分上要求陽(yáng)極炭塊中雜質(zhì)含量少，如鐵、硅、礬、硫等氧化物含量不僅影響炭陽(yáng)極的理化指標(biāo)，還會(huì)在電解過(guò)程中污染原鋁，造成原鋁質(zhì)量下降。最后是要求預(yù)焙陽(yáng)極的電阻率?。s50Ω·mm2/m），能夠減少電能消耗量。282022/11/24碳素陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)要求282022/11/23預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響鋁電解生產(chǎn)中，因陽(yáng)極質(zhì)量引起的電解槽病變、電流效率下降的情況時(shí)有發(fā)生。根據(jù)生產(chǎn)中的影響狀況總結(jié)，可以分為以下三種情況：陽(yáng)極內(nèi)在質(zhì)量影響生產(chǎn)過(guò)程陽(yáng)極物理變化影響陽(yáng)極缺陷影響。292022/11/24預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響292022/11/23（1）陽(yáng)極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽(yáng)極炭塊要求它的灰分低，這是因?yàn)殛?yáng)極炭素中的伴生金屬會(huì)在鋁之前先被還原，從而會(huì)進(jìn)入鋁內(nèi)，使原鋁的質(zhì)量蒙受影響。所以在炭陽(yáng)極生產(chǎn)上，都采用低灰分焦種。生產(chǎn)碳素陽(yáng)極的石油焦中均含有S、V、Ni、Si、Fe、AI、Na、Ca、Mg、P等雜質(zhì)，對(duì)原鋁質(zhì)量有直接影響的雜質(zhì)有V、Si、Fe等，因此碳素陽(yáng)極的雜質(zhì)含量因給予要求。一般行業(yè)要求釩（V）不大于0.015%；硅（Si）不大于0.08%；鐵（Fe）不大于0.08%。碳素陽(yáng)極是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑而制成，在電解過(guò)程中會(huì)參與反應(yīng)而逐漸消耗，由于碳素陽(yáng)極生產(chǎn)條件的差異，碳陽(yáng)極在電解槽上會(huì)出現(xiàn)氧化、掉渣的現(xiàn)象對(duì)電解生產(chǎn)帶來(lái)不良的影響，不但會(huì)使電解質(zhì)含碳量增加，降低電流效率、增大工人勞動(dòng)強(qiáng)度而且會(huì)使碳耗增加影響經(jīng)濟(jì)效益。302022/11/24（1）陽(yáng)極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽(yáng)極炭塊要求它的灰分低，這是因?yàn)殛?yáng)極（2）生產(chǎn)過(guò)程陽(yáng)極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽(yáng)極炭塊發(fā)生物理變化，主要包括了陽(yáng)極炭塊氧化掉渣、高溫沖擊炸裂掉塊。發(fā)生物理變化對(duì)電解槽工作產(chǎn)生以下影響：1）使電解質(zhì)電阻升高2）使陽(yáng)極電流密度增加，炭陽(yáng)極發(fā)熱，由于掉渣掉塊，縮小了陽(yáng)極的導(dǎo)電面積，電極電阻升高，導(dǎo)致陽(yáng)極發(fā)熱，鋼爪發(fā)紅。3）使電解質(zhì)溫度升高，產(chǎn)生熱槽，炭渣累積，電解質(zhì)電阻大，槽電壓升高，熱收入增加，逐步形成熱槽。4）發(fā)生陽(yáng)極長(zhǎng)包和側(cè)部漏電。較多的炭渣聚集在一起，在側(cè)部使?fàn)t幫不易形成和保持，聚集在角部和陽(yáng)極下的炭渣過(guò)多導(dǎo)致陽(yáng)極長(zhǎng)包。5）一旦出現(xiàn)陽(yáng)極掉塊掉渣，必須要進(jìn)行人工打撈，需要在電解槽角部邊部開(kāi)口撈取，耗費(fèi)較大的工作量。312022/11/24（2）生產(chǎn)過(guò)程陽(yáng)極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽(yáng)極炭塊發(fā)（3）陽(yáng)極缺陷影響。陽(yáng)極缺陷是生產(chǎn)中不符合標(biāo)準(zhǔn)的次品，其實(shí)也屬于陽(yáng)極質(zhì)量的范疇。這些不符合標(biāo)準(zhǔn)的陽(yáng)極炭塊應(yīng)用到電解生產(chǎn)上，會(huì)產(chǎn)生以下影響：1）使用均質(zhì)性差的陽(yáng)極，在電解過(guò)程中將導(dǎo)致電流分布不均，陽(yáng)極消耗不均，使陽(yáng)極出現(xiàn)長(zhǎng)包或者不消耗等異常現(xiàn)象。2）陽(yáng)極的孔隙大，其抗氧化能力降低，對(duì)二氧化碳的反應(yīng)性增加，導(dǎo)致炭渣增多，炭耗增加，電流效率下降，3）表面氧化的陽(yáng)極，由于便面疏松和表面積縮小，導(dǎo)致炭渣增多和陽(yáng)極電流密度增大；另外是表面結(jié)焦的陽(yáng)極產(chǎn)生的炭渣量也會(huì)很多。4）使用裂紋的陽(yáng)極，由于裂紋的長(zhǎng)短、深淺、方向不同，對(duì)電解造成的影響也不同；裂紋短、淺，在使用過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致炭渣增多和掉碎塊裂紋長(zhǎng)切身，若是縱向李文，將導(dǎo)致陽(yáng)極裂開(kāi)，陽(yáng)極壓降升高，甚至造成掉塊或陽(yáng)極脫落；若是橫向裂紋，將產(chǎn)生掉塊會(huì)陽(yáng)極斷層，嚴(yán)重影響電解生產(chǎn)。322022/11/24（3）陽(yáng)極缺陷影響。陽(yáng)極缺陷是生產(chǎn)中不符合標(biāo)準(zhǔn)的次品，其實(shí)也綜上所述，陽(yáng)極炭塊質(zhì)量對(duì)鋁電解生產(chǎn)影響甚大。陽(yáng)極質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題首先導(dǎo)致電解質(zhì)成分和陽(yáng)極電流分布發(fā)生變化，然后破壞技術(shù)條件，最后形成病槽。所以，把握陽(yáng)極炭塊質(zhì)量，控制原材料質(zhì)量，對(duì)鋁電解生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義很大。332022/11/24綜上所述，陽(yáng)極炭塊質(zhì)量對(duì)鋁電解生產(chǎn)影響甚大。陽(yáng)極質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題六、電解鋁產(chǎn)量1、電解槽出鋁量電解槽出鋁量是指從電解槽內(nèi)吸出供鑄造用的鋁液的重量，習(xí)慣上稱作出鋁量。2、電解鋁液產(chǎn)量電解鋁液產(chǎn)量，是鋁電解槽實(shí)際產(chǎn)出的計(jì)入電流效率的金屬鋁量。鋁液產(chǎn)量是電解鋁生產(chǎn)管理上一個(gè)極為重要的產(chǎn)量指標(biāo)，是計(jì)算一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)。342022/11/24六、電解鋁產(chǎn)量1、電解槽出鋁量342022/11/233、鋁產(chǎn)量鋁產(chǎn)量是指經(jīng)過(guò)鑄造成型符合產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并辦理了入庫(kù)手續(xù)的商品產(chǎn)量的數(shù)量，計(jì)算單位是噸。4、鋁液產(chǎn)量與電解鋁產(chǎn)量的關(guān)系當(dāng)報(bào)告期生產(chǎn)的鋁液鑄造時(shí)，原鋁產(chǎn)量與鋁業(yè)產(chǎn)量的差值及鑄造損失量。鑄造損失量的大小視其品種、工藝決定。352022/11/243、鋁產(chǎn)量352022/11/23七、電解鋁主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)一、主要技術(shù)指標(biāo)1、生產(chǎn)槽日一臺(tái)電解槽工作一晝夜叫做一個(gè)生產(chǎn)槽日。2、平均生產(chǎn)槽平均生產(chǎn)槽是指報(bào)告期內(nèi)平均每日的生產(chǎn)槽臺(tái)數(shù)3、槽日產(chǎn)量槽日產(chǎn)量是指平均每臺(tái)電解槽一晝夜產(chǎn)出的原鋁數(shù)量在編制生產(chǎn)計(jì)劃或進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)是，槽日產(chǎn)量可按下公式計(jì)算槽日產(chǎn)量（kg/槽日）=0.3355×24（h）×平均電流強(qiáng)度×電流效率×10－3362022/11/24七、電解鋁主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)一、主要技術(shù)指標(biāo)362022/114、平均電流強(qiáng)度平均電流強(qiáng)度是指通入鋁電解槽直流電流強(qiáng)度的平均值。按照?qǐng)?bào)告期長(zhǎng)度，分為日平均電流強(qiáng)度、月（年）平均電流強(qiáng)度5、鋁液電流效率鋁液電流效率是指鋁電解生產(chǎn)中原鋁的實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。計(jì)算公式為：鋁液理論產(chǎn)量（t）=0.3355×24（h）×平均電流強(qiáng)度（A）×生產(chǎn)槽日（個(gè)）×10－6372022/11/244、平均電流強(qiáng)度372022/11/236、效應(yīng)系數(shù)陽(yáng)極效應(yīng)是電解生產(chǎn)中一種特殊現(xiàn)象，當(dāng)電解質(zhì)中氧化鋁濃度低于一定值時(shí)，則在陽(yáng)極上發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)。陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)是指在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，平均每個(gè)槽日發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)的次數(shù)，計(jì)算公式為：7、工作電壓工作電壓即凈電壓，指電解槽槽控機(jī)上得伏特指示計(jì)上所指示的電壓值。工作電壓不含公共聯(lián)接母線分?jǐn)傠妷汉托?yīng)分?jǐn)傠妷?。?jì)算公式如下：382022/11/246、效應(yīng)系數(shù)382022/11/238、平均電壓平均電壓是指每個(gè)槽日的工作電壓及分?jǐn)偟碾妷旱钠骄?。它由工作電壓、公共?lián)接母線分?jǐn)傠妷汉托?yīng)分?jǐn)傠妷航M成。9、鋁水平鋁水平是指電解槽內(nèi)經(jīng)常保留的具有一定高度的鋁液。鋁水平的保持高度視槽型、電流強(qiáng)度以及工藝條件而定。統(tǒng)計(jì)時(shí)按照實(shí)測(cè)值。10、電解質(zhì)水平電解質(zhì)水平是指和鋁液同時(shí)存在電解槽內(nèi)，經(jīng)常保留的具有一定高度的電解液。電解質(zhì)溶液起著融化氧化鋁的作用。統(tǒng)計(jì)時(shí)按照電解質(zhì)水平實(shí)測(cè)值。392022/11/248、平均電壓392022/11/2311、分子比所謂分子比就是電解質(zhì)中的氟化鈉對(duì)氟化鋁分子數(shù)之比的簡(jiǎn)稱。統(tǒng)計(jì)時(shí)，電解質(zhì)的分子比按照化驗(yàn)結(jié)果。12、大修電解槽壽命大修電解槽壽命是指一臺(tái)電解槽從焙燒啟動(dòng)到停槽大修整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行階段的時(shí)間。402022/11/2411、分子比402022/11/23二、主要原材料、能源消耗指標(biāo)1、氧化鋁單耗氧化鋁單耗是指報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的氧化鋁量。公式為：2、陽(yáng)極炭塊毛耗陽(yáng)極炭塊毛耗是指報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的陽(yáng)極炭塊量。計(jì)算公式為：412022/11/24二、主要原材料、能源消耗指標(biāo)412022/11/233、陽(yáng)極炭塊凈耗陽(yáng)極炭塊凈耗指報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的陽(yáng)極炭塊凈耗量。計(jì)算公式為：4、氟化鹽單耗氟化鹽為冰晶石、氟化鋁的消耗總稱。氟化鹽單耗是指報(bào)告期內(nèi)每噸鋁液消耗的氟化鹽量，計(jì)算公式為：422022/11/243、陽(yáng)極炭塊凈耗422022/11/235、鋁液直流電單耗鋁液直流電單耗是指報(bào)告期內(nèi)生產(chǎn)每噸鋁液所消耗的直流電量。計(jì)算公式如下：6、鋁液交流電單耗鋁液交流電單耗指生產(chǎn)每噸鋁液消耗的交流電量，既反映電解槽的技術(shù)狀況和工藝操作水平，又反映整流效率。計(jì)算公式為：432022/11/245、鋁液直流電單耗432022/11/237、電解鋁綜合交流電耗電解鋁綜合交流電耗是以單位產(chǎn)量表示的綜合交流電消耗量。計(jì)算公式為：442022/11/247、電解鋁綜合交流電耗442022/11/23謝謝！452022/11/24謝謝！452022/11/23鋁電解生產(chǎn)原理

462鋁電解生產(chǎn)原理電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途二、電解鋁發(fā)展歷程三、電解鋁生產(chǎn)工藝流程四、電解鋁基本原理五、電解鋁原材料六、電解鋁產(chǎn)量七、電解鋁主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)472022/11/24電解鋁生產(chǎn)原理一、鋁的性質(zhì)和用途22022/11/23一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡c氧的親和力很強(qiáng)。鋁在空氣中能與氧迅速化合，生成一層致密而堅(jiān)硬的氧化鋁薄膜，厚度為0.005～0.02μm，成為鋁的天然保護(hù)層，阻止鋁繼續(xù)被氧化，因而具有好的抗蝕性能，還可以用陽(yáng)極氧化或電鍍的方法，在鋁材和鋁制品的表面生成彩色鮮艷的氧化膜。鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，導(dǎo)電率相當(dāng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)退火銅的64.94％，約為銀的一半，如果就相同的重量而言，鋁的導(dǎo)電能力超過(guò)這兩種金屬；鋁的導(dǎo)熱性幾乎比鐵的導(dǎo)熱率大3倍；鋁的反光性能很強(qiáng)，反射紫外線比銀還強(qiáng)，鋁在碰擊時(shí)不產(chǎn)生火花。鋁的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與重量之比)高，某些高強(qiáng)度鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度超過(guò)了結(jié)構(gòu)鋼；純鋁沒(méi)有磁性，鋁在低溫下(-198℃)也不變脆，仍具有較好的機(jī)械性能；鋁可以軋成薄板和箔、拉成細(xì)絲、擠壓成各種復(fù)雜形狀的型材，其延展性能很好。482022/11/24一、鋁的性質(zhì)和用途鋁的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，與氧的親和力很強(qiáng)。鋁鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋁作為輕型結(jié)構(gòu)材料，重量輕，強(qiáng)度大，陸、海、空各種運(yùn)載工具，特別是飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星等，均使用大量的鋁，一架超音速飛機(jī)的用鋁量占其自身重量的70％，一枚導(dǎo)彈用鋁量占其總重量的10％以上。用鋁和鋁合金制造的各種車輛，由于重量輕，可以減少能耗，所節(jié)省的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)煉鋁時(shí)所消耗的能量。在建筑工業(yè)中用鋁合金作房屋的門窗及結(jié)構(gòu)材料，鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁，用鋁制作太陽(yáng)能收集器，可以節(jié)省能源。在電力輸送方面，鋁的用量居首位，90％的高壓電導(dǎo)線是用鋁制作的。在食品工業(yè)上，從倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)槽到罐頭盒，以至飲料容器大多用鋁制成。在其他方面，用鋁粉作難熔金屬(如鉬等)的還原劑和作煉鋼過(guò)程中的脫氧劑，以及日常生活中的鍋、盆、匙等。492022/11/24鋁由于具有優(yōu)良的物理性能，所以鋁在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中二、電解鋁發(fā)展歷程鋁是化學(xué)性質(zhì)十分活潑的化學(xué)元素，它在自然界中絕大多數(shù)以氧化鋁形式存在，目前僅有極少數(shù)的自然鋁被發(fā)現(xiàn)以元素狀態(tài)存在。鋁的冶煉技術(shù)發(fā)展是從化學(xué)法制取發(fā)展到了現(xiàn)代應(yīng)用的電解法，目前還有正在研究的溶液離子電解法。鋁的發(fā)現(xiàn)首先是對(duì)明礬（硫酸鋁）認(rèn)識(shí)，在八至九世紀(jì)，明礬第一次在俄羅斯生產(chǎn)得到并用于染色業(yè)和用山羊皮鞣制皮革。16世紀(jì)，德國(guó)醫(yī)生兼自然科學(xué)歷史學(xué)家帕拉塞斯（Parace/susP.A.T.1949-1541）證實(shí)了明礬是“某種礬土鹽”，其中一種成分是一種金屬氧化物，后來(lái)叫做氧化鋁。502022/11/24二、電解鋁發(fā)展歷程52022/11/231754年，德國(guó)化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.1709-1937）能夠分離“礬土”。這正是帕拉塞斯提到過(guò)的那種物質(zhì)。1807年，英國(guó)的戴維才把隱藏在明礬中的金屬分離出來(lái)，用電解法發(fā)現(xiàn)了鉀和鈉，卻沒(méi)能夠分解氧化鋁。即使如此，瑞典的貝采尼烏斯已為這無(wú)法獲得的金屬取名“鋁土”。后來(lái)，戴維又改稱它為鋁。1808年，丹麥的Oersted用鉀汞還原無(wú)水氯化鋁，得到了研磨時(shí)可呈現(xiàn)金屬光澤的粉未，后來(lái)證明他得到的是一些不純凈的鋁。1827年，德國(guó)W?hler用鉀還原無(wú)水氯化鋁，得到了細(xì)微的金屬顆粒。1845年，他把氯化鋁氣體通過(guò)熔融金屬鉀表面，得到了金屬鋁。512022/11/241754年，德國(guó)化學(xué)家馬格拉夫（Marggraf.A.S.11854年，法國(guó)Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽，獲得金屬鋁，同年在巴黎附近建成了世界第一個(gè)鋁冶煉廠。1854年，德國(guó)Bunsen宣稱利用炭電極電解NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽得到了金屬鋁；1883年，美國(guó)Bradley提出了電解冰晶石-氧化鋁熔鹽技術(shù)方案，但末獲得專利；1886年，美國(guó)的Hall和法國(guó)的Heroult同時(shí)申請(qǐng)了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利并獲得批準(zhǔn)，這便是我們所稱的Hall-Heroult法。一直至今，世界上所有的鋁廠都是使用此種技術(shù)。522022/11/241854年，法國(guó)Deville用鈉還原NaCl-AlCl3絡(luò)三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以來(lái)，一直是工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的主要方法。其生產(chǎn)過(guò)程是：直流電通過(guò)鋁電解槽，依靠電流的焦耳熱使電解質(zhì)融化并維持930～950℃的電解溫度。直流電通過(guò)電解質(zhì)使Al2O3分解，在陰極上析出鋁，在陽(yáng)極上析出氧并與陽(yáng)極碳氧化而成CO2和CO。鋁液真空抽出，經(jīng)澄清凈化澆鑄成鋁錠。陽(yáng)極氣體中常含有少量的有害氟化物氣體和粉塵，經(jīng)過(guò)凈化，廢氣排放到大氣，回收的氟化物返回到電解槽。鋁電解生產(chǎn)工藝流程圖如下圖所示。532022/11/24三、鋁電解生產(chǎn)工藝流程自霍爾-埃魯法熔鹽法應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)以電解鋁工藝流程圖542022/11/24電解鋁工藝流程圖92022/11/23四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基本原理：將氧化鋁溶解于冰晶石熔體中，接通直流電，在陽(yáng)極和陰極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極上產(chǎn)生陽(yáng)極氣體，陰極上析出鋁。電解鋁生產(chǎn)鋁的過(guò)程可以描述為：將固體氧化鋁加入Na3AlF6熔體中，發(fā)生化學(xué)溶解，生成主要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以及F－等離子構(gòu)成的Na3AlF6-Al2O3熔體；通入直流電以后，Na3AlF6-Al2O3熔體中的陰、陽(yáng)離子在電場(chǎng)力的作用下，分別向陽(yáng)極和陰極方向遷移；陰離子到達(dá)陽(yáng)極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，生成氣態(tài)物質(zhì)；陽(yáng)極離子到達(dá)陰極表面，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，獲得電子，變成鋁原子，從而得到液態(tài)鋁。552022/11/24四、電解鋁基本原理目前鋁工業(yè)中仍然采用熔鹽電解法生產(chǎn)鋁，其基在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽(yáng)離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+。在電解溫度為940～970℃條件下，鈉的平衡析出電位比純鋁的析出電位負(fù)250mV，因此，通上直流電以后，在陰極上的絡(luò)合的Al3+放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：Al3＋（絡(luò)合）＋3e﹦Al目前鋁工業(yè)仍然采用活性陽(yáng)極，陽(yáng)極本身參與反應(yīng)。在陽(yáng)極炭塊上是鋁氧氟絡(luò)合離子中的O2－放電，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：2O2－（絡(luò)）－4e＋C﹦CO2CO2被認(rèn)為是陽(yáng)極第一反應(yīng)產(chǎn)物，鋁電解的結(jié)果只消耗了Al2O3和C，因此整個(gè)電解過(guò)程總反應(yīng)式為：Al2O3＋1.5C﹦2Al＋1.5CO2↑562022/11/24在冰晶石-氧化鋁熔體中，陽(yáng)離子有絡(luò)合的Al3+和單質(zhì)的Na+根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過(guò)程提供大量的直流電能，用以推動(dòng)反應(yīng)向生成鋁的方向進(jìn)行；隨著電解反應(yīng)的不斷進(jìn)行，炭陽(yáng)極以及溶解于電解質(zhì)中的氧化鋁不斷消耗，生產(chǎn)中需及時(shí)補(bǔ)充，使生產(chǎn)得以連續(xù)進(jìn)行；原則上冰晶石是不消耗的，但是由于和雜質(zhì)反應(yīng)引起的化學(xué)損失、各種機(jī)械損失以及在電解的高溫融融狀態(tài)下的揮發(fā)損失，電解過(guò)程中也需要一定的補(bǔ)充。572022/11/24根據(jù)鋁電解的基本原理，需要為反應(yīng)過(guò)程提供大量的直流電能，用以五、電解鋁原材料1、直流電（）2、氧化鋁（）3、氟化鹽（）4、陽(yáng)極炭塊（）582022/11/24五、電解鋁原材料1、直流電（）132022/11/231、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動(dòng)力。電解生產(chǎn)所需要的直流電主要來(lái)自于電力系統(tǒng)的三相交流電，通過(guò)降壓、整流、穩(wěn)流輸出低電壓大電流的直流電，滿足電解生產(chǎn)的需要。在這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于降壓的要求是降壓過(guò)程中各種損耗少，對(duì)于整流的要求是整流設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性要求高，對(duì)于穩(wěn)流的要求是電流隨電壓變化速度快，小時(shí)平均電流波動(dòng)小，穩(wěn)流精度高。所以說(shuō)概括的講電解供電主要的技術(shù)特點(diǎn)就是高安全性和高可靠性。592022/11/241、直流電直流電視電解槽生產(chǎn)的原動(dòng)力。電解生產(chǎn)所需要的直流電電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時(shí)生產(chǎn)負(fù)荷較大，規(guī)模以上大型電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到300MW～400MW，有些甚至達(dá)到500MW。一旦停電除了對(duì)于企業(yè)自身造成重大經(jīng)濟(jì)損失以外，可能對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成一定的沖擊，引起電力系統(tǒng)震蕩。602022/11/24電解鋁企業(yè)由于采取的是24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)工作制，同時(shí)生產(chǎn)負(fù)荷較典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖612022/11/24典型電解鋁供電系統(tǒng)流程圖162022/11/232、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁），是在專門的工廠由礦石中提煉出來(lái)的一種極細(xì)微的白色粉末，流動(dòng)性很好，不溶于水，能溶解在熔鹽的冰晶石中，是電解鋁的主要原材料。其熔點(diǎn)為2050℃，真密度為3.5～3.6g/cm3，容積密度為1g/cm3。622022/11/242、氧化鋁氧化鋁俗稱鋁氧粉，分子式是AL2O3（三氧化二鋁）電解生產(chǎn)對(duì)氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；2）具有盡可能小的熱導(dǎo)率，以提高槽面和陽(yáng)極上面的氧化鋁覆蓋料的保溫效果；3）具有較好的流動(dòng)性能，以滿足管道內(nèi)輸運(yùn)的需要；4）具有較小的雜質(zhì)含量，以便提高電解鋁的質(zhì)量；5）盡可能少的水分含量。6）具有較好的抗磨損性。這樣可使氧化鋁在管道內(nèi)運(yùn)輸或在干法凈化過(guò)程中不至于或減少被磨細(xì)的程度。7）要求氧化鋁有盡可能大的比表面積，以提高其在干法凈化中吸收HF的能力。632022/11/24電解生產(chǎn)對(duì)氧化鋁的要求1）在電解質(zhì)熔體中有較大的溶解速度；1氧化鋁質(zhì)量對(duì)電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁具有較好的物理性能?？梢员ＷC氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解速度快，減少沉淀生成，流動(dòng)性好，便于超濃相輸送和電解槽自動(dòng)添加，在加料和輸送過(guò)程中飛揚(yáng)損失小，可以降低氧化鋁單耗，改善工作環(huán)境。另外對(duì)HF的吸附能力強(qiáng)，能夠提高干法凈化效果。在氧化鋁物理性質(zhì)中，粒度、磨損指數(shù)、比表面積、安息角等物理指標(biāo)對(duì)電解生產(chǎn)有著不同的影響。642022/11/24氧化鋁質(zhì)量對(duì)電解生產(chǎn)的影響物理性質(zhì)影響。電解鋁生產(chǎn)要求氧化鋁化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素，盡量控制較高的氧化鋁純度。工業(yè)氧化鋁中通常含有98.5%Al2O3以及少量的SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、CaO和H2O。在電解過(guò)程中，那些電位正于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如SiO2和Fe2O3，都會(huì)被鋁還原，還原出來(lái)的Si和Fe進(jìn)入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低；而那些電位負(fù)于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如Na2O和CaO會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。水會(huì)分解冰晶石，還會(huì)增加鋁液的氫含量，P2O3則會(huì)降低電流效率。酌減表示氧化鋁進(jìn)入電解槽之后所要釋放的總水量，由于氧化鋁中吸附的睡和電解質(zhì)中的氟化物反應(yīng)生成氟化氫氣體，增加量電解槽氟化物的排放量652022/11/24化學(xué)性質(zhì)影響。氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)是影響原鋁質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的3、氟化鹽電解生產(chǎn)過(guò)程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。1）冰晶石鋁電解通常采用Na3AlF6-Al2O3熔體作為電解質(zhì)。由于鋁對(duì)氧有很強(qiáng)的親和力，目前還沒(méi)有一種經(jīng)濟(jì)的方法能通過(guò)直接還原獲得工業(yè)純鋁。通過(guò)電解法煉鋁，氧化鋁是最好的原料。要將氧化鋁電解成鋁，必須是氧化鋁成為熔融狀態(tài)，能夠發(fā)生電離，離子能在陰、陽(yáng)極電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移。但是氧化鋁的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，欲采用直接熔化進(jìn)行電解，在目前工業(yè)條件下是不可行的。人們發(fā)現(xiàn)，氧化鋁能部分溶解于熔點(diǎn)相對(duì)較低的冰晶石中，而溶解在冰晶石中的氧化鋁能電解出鋁。為此，Na3AlF6-Al2O3熔體可以作為鋁電解的電解質(zhì)。662022/11/243、氟化鹽電解生產(chǎn)過(guò)程中使用的氟化鹽主要包括冰晶石和氟化鋁。冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧化鋁能迅速溶解于冰晶石中，形成流動(dòng)性較好的均勻溶液；二是在950℃左右的鋁電解溫度下具有良好的導(dǎo)電性能；三是Na3AlF6-Al2O3熔鹽體系基本上不吸水，在電解溫度下的蒸汽壓也不高，具有較大的穩(wěn)定性；四是冰晶石的密度約為2.1g/cm3，比同溫度下的鋁液密度（約2.3g/cm3）小10%左右，能夠保證電解質(zhì)與鋁液的分層；五是熔體中基本不含還原電位比鋁更正的元素，從而保證電解產(chǎn)物鋁的純度。672022/11/24冰晶石熔體作為現(xiàn)在鋁電解的電解質(zhì)，其具備了良好的性質(zhì)。一是氧2）氟化鋁為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，往冰晶石—氧化鋁熔鹽中添加某些能夠改善它的物理化學(xué)性質(zhì)和提高電解生產(chǎn)指標(biāo)的鹽類物質(zhì)，這種鹽類稱為添加劑。在鋁電解生產(chǎn)中，向電解質(zhì)中添加添加劑，以達(dá)到提高電流效率，降低能耗的目的。目前電解生產(chǎn)中通常使用氟化鋁作為電解生產(chǎn)的添加劑，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。682022/11/242）氟化鋁232022/11/23氟化鋁對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響1）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體的初晶溫度降低。比如添加10%AlF3的，熔體的初晶溫度降低20℃；2）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，電解質(zhì)的密度隨之減?。?）在電解質(zhì)熔體中，熔體的電導(dǎo)率隨著AlF3含量的增加而降低；在電解質(zhì)熔體中，增加AlF3的含量，則電解質(zhì)粘度降低。但是在酸性電解質(zhì)中，AlF3和Al2O3的共同存在對(duì)粘度的影響將不會(huì)十分明顯；4）在電解質(zhì)熔體中，隨著AlF3含量的增加，熔體中Al2O3的溶解度隨之降低；5）在電解質(zhì)熔體中，添加AlF3，增大了電解質(zhì)的揮發(fā)性，減小電解質(zhì)與鋁液的界面張力，減小電解質(zhì)與陽(yáng)極氣體的表面張力，增大電解質(zhì)與炭素材料的濕潤(rùn)角；692022/11/24氟化鋁對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響242022/11/23電解生產(chǎn)對(duì)氟化鋁質(zhì)量的要求在現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)中，對(duì)氟化鋁質(zhì)量要求越來(lái)越高。主要要求含水量低、顆粒粗、氟化鋁含量高、流動(dòng)性好、雜志低，只有這些要求達(dá)到，才能保證電解槽的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。1）氟化鋁盡可能減少水分的含量，以減少電解質(zhì)熔體的水解；2）且具有較低的雜質(zhì)含量，有利于提高原鋁質(zhì)量和電流效率；3）較高的氟化鋁含量，保證添加效果，降低噸鋁消耗量；4）具有良好的流動(dòng)性和粒度，便于輸送。702022/11/24電解生產(chǎn)對(duì)氟化鋁質(zhì)量的要求252022/11/23氟化鋁質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響（1）噸鋁消耗量。由于氟化鋁使用占據(jù)成本較小，日常多不被關(guān)注，但是通過(guò)使用不同質(zhì)量的氟化鋁，節(jié)能降耗是很客觀的。主含量氟化鋁較低的產(chǎn)品，其噸鋁消耗量要大，一般要求氟化鋁主含量應(yīng)達(dá)到90%。（2）原鋁質(zhì)量影響。很明顯，雜質(zhì)含量低的氟化鋁對(duì)生產(chǎn)影響最小。雜質(zhì)含量越高，其進(jìn)入原鋁中雜質(zhì)的量越大，鋁液污染越嚴(yán)重，并且雜質(zhì)參反應(yīng)激烈，通常是二氧化硅的影響比較明顯，其含量為0.1%以下為宜。（3）電流效率影響。氟化鋁中的五氧化二磷是影響電流效率主要元素，在加入電解質(zhì)中會(huì)一直累積，逐漸升高，造成電流效率下降。（4）環(huán)境污染。電解生產(chǎn)產(chǎn)生的氟化氫氣體，是主要的氣態(tài)污染物，氟化鋁中的氫氟酸則是釋放氟化物的主要元素；還有硫酸鹽成分，將會(huì)反應(yīng)生成二氧化硫有害氣體；要求二者的含量盡量減少。712022/11/24氟化鋁質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響262022/11/234、陽(yáng)極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解，作為陰陽(yáng)兩極的導(dǎo)電材料，目前能夠抵御這種侵蝕性并且價(jià)格低又能良好導(dǎo)電的，唯有碳素制品，因此鋁工業(yè)均采用碳素電極—炭陰極和炭陽(yáng)極。在電解過(guò)程中，碳陰極原則上不消耗，碳陽(yáng)極由于直接參加電化學(xué)反應(yīng)而消耗。722022/11/244、陽(yáng)極炭塊在鋁電解生產(chǎn)中，采用高溫并具有很大腐蝕性的冰晶石碳素陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)要求對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極的質(zhì)量要求，首先是要求它的灰分低，灰分中的雜質(zhì)少，密度大，比電阻低，氣孔率低，抗熱沖擊性能好，抗壓強(qiáng)度高，抗氧化性能好和具有較小的掉渣率。其次在化學(xué)成分上要求陽(yáng)極炭塊中雜質(zhì)含量少，如鐵、硅、礬、硫等氧化物含量不僅影響炭陽(yáng)極的理化指標(biāo)，還會(huì)在電解過(guò)程中污染原鋁，造成原鋁質(zhì)量下降。最后是要求預(yù)焙陽(yáng)極的電阻率?。s50Ω·mm2/m），能夠減少電能消耗量。732022/11/24碳素陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)要求282022/11/23預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響鋁電解生產(chǎn)中，因陽(yáng)極質(zhì)量引起的電解槽病變、電流效率下降的情況時(shí)有發(fā)生。根據(jù)生產(chǎn)中的影響狀況總結(jié)，可以分為以下三種情況：陽(yáng)極內(nèi)在質(zhì)量影響生產(chǎn)過(guò)程陽(yáng)極物理變化影響陽(yáng)極缺陷影響。742022/11/24預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)的影響292022/11/23（1）陽(yáng)極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽(yáng)極炭塊要求它的灰分低，這是因?yàn)殛?yáng)極炭素中的伴生金屬會(huì)在鋁之前先被還原，從而會(huì)進(jìn)入鋁內(nèi)，使原鋁的質(zhì)量蒙受影響。所以在炭陽(yáng)極生產(chǎn)上，都采用低灰分焦種。生產(chǎn)碳素陽(yáng)極的石油焦中均含有S、V、Ni、Si、Fe、AI、Na、Ca、Mg、P等雜質(zhì)，對(duì)原鋁質(zhì)量有直接影響的雜質(zhì)有V、Si、Fe等，因此碳素陽(yáng)極的雜質(zhì)含量因給予要求。一般行業(yè)要求釩（V）不大于0.015%；硅（Si）不大于0.08%；鐵（Fe）不大于0.08%。碳素陽(yáng)極是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑而制成，在電解過(guò)程中會(huì)參與反應(yīng)而逐漸消耗，由于碳素陽(yáng)極生產(chǎn)條件的差異，碳陽(yáng)極在電解槽上會(huì)出現(xiàn)氧化、掉渣的現(xiàn)象對(duì)電解生產(chǎn)帶來(lái)不良的影響，不但會(huì)使電解質(zhì)含碳量增加，降低電流效率、增大工人勞動(dòng)強(qiáng)度而且會(huì)使碳耗增加影響經(jīng)濟(jì)效益。752022/11/24（1）陽(yáng)極內(nèi)在質(zhì)量影響。陽(yáng)極炭塊要求它的灰分低，這是因?yàn)殛?yáng)極（2）生產(chǎn)過(guò)程陽(yáng)極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽(yáng)極炭塊發(fā)生物理變化，主要包括了陽(yáng)極炭塊氧化掉渣、高溫沖擊炸裂掉塊。發(fā)生物理變化對(duì)電解槽工作產(chǎn)生以下影響：1）使電解質(zhì)電阻升高2）使陽(yáng)極電流密度增加，炭陽(yáng)極發(fā)熱，由于掉渣掉塊，縮小了陽(yáng)極的導(dǎo)電面積，電極電阻升高，導(dǎo)致陽(yáng)極發(fā)熱，鋼爪發(fā)紅。3）使電解質(zhì)溫度升高，產(chǎn)生熱槽，炭渣累積，電解質(zhì)電阻大，槽電壓升高，熱收入增加，逐步形成熱槽。4）發(fā)生陽(yáng)極長(zhǎng)包和側(cè)部漏電。較多的炭渣聚集在一起，在側(cè)部使?fàn)t幫不易形成和保持，聚集在角部和陽(yáng)極下的炭渣過(guò)多導(dǎo)致陽(yáng)極長(zhǎng)包。5）一旦出現(xiàn)陽(yáng)極掉塊掉渣，必須要進(jìn)行人工打撈，需要在電解槽角部邊部開(kāi)口撈取，耗費(fèi)較大的工作量。762022/11/24（2）生產(chǎn)過(guò)程陽(yáng)極物理變化影響。在電解鋁生產(chǎn)當(dāng)中，陽(yáng)極炭塊發(fā)（3）陽(yáng)極缺陷影響。陽(yáng)極缺陷是生產(chǎn)中不符合標(biāo)準(zhǔn)的次品，其實(shí)也屬于陽(yáng)極質(zhì)量的范疇。這些不符合標(biāo)準(zhǔn)的陽(yáng)極炭塊應(yīng)用到電解生產(chǎn)上，會(huì)產(chǎn)生以下影響：1）使用均質(zhì)性差的陽(yáng)極，在電解過(guò)程中將導(dǎo)致電流分布不均，陽(yáng)極消耗不均，使陽(yáng)極出現(xiàn)長(zhǎng)包或者不消耗等異?，F(xiàn)象。2）陽(yáng)極的孔隙大，其抗氧化能力降低，對(duì)二氧化碳的反應(yīng)性增加，導(dǎo)致炭渣增多，炭耗增加，電流效率下降，3）表面氧化的陽(yáng)極，由于便面疏松和表面積縮小，導(dǎo)致炭渣增多和陽(yáng)極電流密度增大；另外是表面結(jié)焦的陽(yáng)極產(chǎn)生的炭渣量也會(huì)很多。4）使用裂紋的陽(yáng)極，由于裂紋的長(zhǎng)短、深淺、方向不同，對(duì)電解造成的影響也不同；裂紋短、淺，在使用過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致炭渣增多和掉碎塊裂紋長(zhǎng)切身，若是縱向李文，將導(dǎo)致陽(yáng)極裂開(kāi)，陽(yáng)極壓降升高，甚至造成掉塊或陽(yáng)極脫落；若是橫向