第二章(铝电解的原材料及能源)

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1、章节2铝电解原材料及能源课时12课时教学方法教学目标：1、要求学生掌握氧化铝的制作方法。2、掌握氟化盐的生产方法。3、掌握预焙阳极的简单制作和组装4、了解铝电解中直流电是如何获得的教学内容：铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。2.1氧化铝氧化铝是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.5-3.6g/cm3，容积比重为1g/cm3。它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的主要原材料。氧化铝在电解生产中的作用是：a.不断地补充电

2、解质中的铝离子，使其浓度保持在一定的范围内，保证电解生产的持续进行；b.氧化铝覆盖在电解质壳面上可以起到良好的保温作用，覆盖在阳极炭块上防止阳极氧化；c.在烟气干法净化系统中充当吸附剂，用来吸附电解烟气中的氟化氢（HF）气体。根据氧化铝的物理性能不同，可分为三类：砂状、粉状和中间状。因为砂状氧化铝具有流动性好，溶解快，对氟化氢气体吸附能力强等优点，正好满足预焙槽的生产。生产一吨铝所需要氧化铝，从理论上计算为1889公斤，实际上由于氧化铝不纯及运输，加工时的损失，生产一吨铝实际需要氧化铝约1925～1940公斤氧化铝。2.1.1氧化铝的获得拜耳法和烧结法。2.1.2氧化铝的物理性质a

3、.具有较小的吸水性，在电解质中溶解性好；b．粒度适宜，加料时飞扬损失少，能严密地覆盖在阳极炭块上，防止阳极在空气中氧化；c.保温性能好，活性大，从而能有效地吸收HF气体。d.安息角：35～38°。2.1.3氧化铝的化学纯度在化学纯度方面，要求氧化铝中杂质含量和水份要低。因为氧化铝中那些电位正于铝元素的氧化物，例如SiO2(二氧化硅)和Fe2O3(氧化铁)，在电解过程中会被铝还原，或者优先于铝离子在阴极析出。析出的硅、铁，进入铝内，降低铝的品位，而那些电位负于铝元素的氧化物，如Na2O、CaO（氧化钙）会分解冰晶石，一是引起氟化盐消耗，二是增加铝中的氢含量，三是产生氟化氢气体，污染环

4、境。P2O3（五氧化二磷）会影响电流效率。2.2氟化盐2.2.1铝电解用氟化盐的种类及其性质铝电解生产中所用氟化盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如：氟化镁、氟化锂、氟化钙、氟化钠。2.2.1.1冰晶石冰晶石分天然和人造两种，由于天然冰晶石在自然界中储量很少，不能满足工业之用，故铝工业均用人造冰晶石。冰晶石分子式为Na3AlF6,或写成为3NaF·AlF3。2.2.1.2氟化钙氟化钙分子式为CaF2,其俗名为萤石粉，是一种经过精选品位很高的天然矿物质。在正常的铝电解生产中，往电解质中添加一定数量的氟化钙能降低电解质的熔点，多被用于电解槽启动前装炉，

5、其作用是对炉帮形成有好处，可形成比较坚固的炉帮。2.2.1.3氟化钠氟化钠的分子式为NaF,是一种白色粉末，易溶于水。是铝电解质的一种添加剂，用以调整由于新槽的炭素内衬选择性吸收钠盐及装炉时装入大量低分子比冰晶石所造成的分子比下降。一般由于新槽开动也用碳酸钠（曹达）代替氟化钠，这样更加经济且能加速电解质的沸腾与循环，有助于电解质成份均匀。2.2.1.4氟化锂氟化锂分子式为LiF，是铝电解生产的一种良好的添加剂，它可以降低电解质的初晶温度，增加电解质的导电度，改善电解质的性质，比氟化镁、氟化钙效果更显著，但氟化锂比较昂贵，铝电解厂有时用碳酸锂（Li2CO3）代替氟化锂，降低成本。2.

6、2.2铝用氟化盐的生产方法2.2.2.1冰晶石生产方法目前国内外生产冰晶石主要有以下几种工艺：氢氟酸法：可分干法和湿法干法是将气态氢氟酸在400～700℃和氢氧化铝反应，生成氟铝酸(H3AlF6)，然后用纯碱在高温反应而生成。湿法是将40～60%的氢氟酸与氢氧化铝反应后再加入纯碱而制得。氟硅酸法：可分氟化铵中间产物和氟硅酸钠中间产物法，前者系氟硅酸与氨水氨化后再与铝酸钠反应而生成。后者是将磷肥生产中的含氟废气经回收氟硅酸钠后，再经氨化合成等工序而制得。碳酸化法：在铝酸钠及氟化钠溶液中，通以二氧化碳，亦可制得冰晶石。制铝工业回收法：从炼铝生产的废气中回收的稀氢氟酸与铝酸钠反应可回收冰

7、晶石。碱法：将纯碱、荧石、硅砂经焙烧、粉碎、浸取后与硫酸铝反应而得，工业上很少采用。2.2.2.2氟化铝生产方法氟化铝，Aluminumfluoride分子式：AlF3分子量：83.98性状：白色晶体或粉末。25℃时的相对密度2.882，微溶于水、酸及碱溶液，不溶于大部分有机溶剂，在氢氟酸溶液中有较大的溶解度。无水氟化铝性质非常稳定；与液氨甚至与浓硫酸加热至发烟仍不起反应，与氢氧化钾共熔无变化，也不被氢气还原，加热不分解，但升华，升华温度1291℃。在300～400℃