第四章铝的生产详解.ppt

许多年以来，铝电解质一直以冰晶石为主体，其原因如下： 纯冰晶石不含铁、硅、铜等杂质，只要不从外界带入杂质，电解生产可以获得较纯的铝。 冰晶石能够较好地溶解氧化铝，在电解温度1223-1243K时，氧化铝在冰晶石溶液中的溶解度约为10％。 在电解温度下，冰晶石-氧化铝熔融液的密度比同温度的铝液的密度小，它浮在铝液上面，可防止铝的氧化，同时使电解质和铝很好地分离，这既有利于电解过程，又简化了电解槽的结构。 冰晶石有一定的导电能力，这样使得电解液层的电压降不至过高。 冰晶石熔融液在电解温度下有一定的流动性，阳极气体能够从电解液中顺利地排出，而且有利于电解液的循环，使电解液的温度和成分都比较均匀。 铝在冰晶石熔融液中的溶解度不大，这是提高电流效率的一个有利因素。 冰晶石熔融液的腐蚀性很大，但炭素材料能抗受它的侵蚀，用炭素材料作内材建造电解槽基本上可以满足生产的要求。 在熔融状态下，冰晶石基本上不吸水，挥发性也不大，这将减少物料消耗并能保证电解液成分相对稳定。 阳极效应使得电能消耗增加，电解质过热，挥发损 失增大。阳极效应能预告向电解槽中加入新Al2O3的 时间，并且还可以根据它来判断电解槽的操作是否正 常。如果电解槽操作正常，那么阳极效应的周期(两 次效应之间的时间间隔)是一定的，而且与加入电解 槽中的Al2O3量、工作电流强度相适应；如果阳极效 应推迟或提前到来，则说明电解槽操作不正常，比 如，阳极效应推迟到来，就很可能是电解槽发生了漏 电等。从工艺上说，阳极效应应当越少越好，一般控 制在每48h一次，即阳极效应系数为0.5。 铝电解发展的方向 (1)改善熔体性质：纯冰晶石的熔点较高(1281.5K)，导电性能不好和腐蚀性强，以及氧化铝在其中的溶解量不大等，这些导致了熔盐电解法生产铝时电能消耗大，建设投资和生产费用高。多年来，为了克服其缺点，促使人们去寻找能代替它的新物质，但至今尚未取得成功;同时，人们也研究使用一些添加物像氟化钙、氟化镁、氟化锂等，来改善冰晶石一氧化铝熔体的性质。因此，铝工业用的电解质已经远不是简单的二元系而是多元系了。 铝电解发展的方向 (2)提高电流效率：影响铝在电解质中的溶解度的最大因素是温度，温度愈高，铝的溶解损失愈大。根据对铝电解槽的多次测量表明，温度每升高20-30K，电流效率大约降低1％-2％。因此，电解槽力求保持低温操作，对于提高电流效率是有好处的。 (3)增加电解槽容量：电解槽容量由50-60kA经过40年发展到300-325kA，电解槽的单位面积产铝量增加了5-10倍； (4)提高槽寿命：槽寿命由50年前的600天提高到2500-3000天； 铝电解发展的方向 (5)改善铝电解生产环境保护 (6)提高铝纯度 The end * 自从1886年在冰晶石熔体中电解氧化铝的方法试验成功后，此法一直是生产金属铝的唯一方法。它包括从铝矿石生产氧化铝以及氧化铝电解两个主要过程。 铝的生产方法 6.4 金属铝生产 6.4.1 概 述 目前全世界共有44个产铝国家，2008年世界原铝产量将近2740万t， 这些铝都是用电解法生产出来的。 现代的铝工业生产，普遍采用冰晶石—氧化铝熔融盐电解法。电解 过程在电解槽内进行，直流电经过电解质使氧化铝分解。依靠电流的焦 耳热维持电解温度1223-1243K。电解产物，在阴极上是液体铝；在阳极 上是氧，它使炭阳极氧化而析出气体CO2和CO。铝液用真空抬包抽出， 经净化澄清之后，浇注成商品铝锭，其质量一般达到99.5%~99.7%Al， 以供给用户重新熔化后进行各种方式的深加工，制成各种铝制品。 6.4.2 铝电解质的性质 6.4.2.1 冰晶石比 冰晶石比：冰晶石分子比（简称）， NaF和AlF3的相对含量。 纯冰晶石的分子比为NaF:AlF3=3。 当加AlF3于冰晶石时，冰晶石比便降低而小于3；富有AlF3的冰晶石 熔体（NaF/AlF33）称为酸性电解质。 当加NaF于冰晶石中，冰晶石比便升高而大于3。富有NaF的冰晶石 熔体（NaF/AlF33）称为碱性电解质。 电解质的性质主要包括：冰晶石比、 Al2O3在电解质中 的溶解度、电解质的离解、导电度、密度和黏度等 。 现今铝电解槽普遍采用酸性电解质，一般冰晶石比为2.6~2.8。 过酸的电解质挥发性很大，而且溶解Al2O3的能力降低。碱性电解质 因为Na+离子浓度高，容易在阴极上析出钠来，故都不采用。 6.4.2.2 Al2O3在电解质中的溶解度 电解炼铝所用的电解质是以 NaF-Al