有色金属冶金学4-铝电解

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1、1.3.6铝电解槽铝电解槽是炼铝的主体设备。电解槽槽型：（1）自焙阳极电解槽：上插式、侧插式（2）预焙阳极电解槽：不连续、连续式目前全世界预焙槽占70%，自焙槽占30%。电解槽容量及昼夜铝产量1888-1900年4000-8000A昼夜产量24-28kg目前，300-500kA，昼夜产量2170-3620kg电流效率最初低于80%，现在一般为90%，高的达到95%以上能耗最初高达30-40kW·h/kgAl，现在降低到12-15kW·h/kgAl。生产机械化、自动化，电解槽气体净化和综合利用自焙槽和预焙槽比较：（1）在电解过程中，阳极大约以0.8-1.0mm/h速度连续消耗，自焙槽可连续使用，

2、而预焙槽不能连续使用，须定期更换；（2）自焙槽散发氟化物，沥青烟气，而预焙槽不散发烟气，污染环境；阳极电压：预焙槽阳极电压降只有0.3V，而自焙槽阳极电压降为0.4-0.5V，电耗比预焙槽高1000kW·h/Al。基建投资：预焙槽简单，但制造费用高，惟有侧插槽投资最省预焙槽另外主要优点：槽型大型化、操作机械化和自动化、电流效率高、电耗率低、烟害小铝电解槽排列：横向、纵向，串联成系列铝电解槽结构示意图1.3.7铝电解的生产过程1.3.7.1概述铝电解槽全部生产过程包括三个阶段：焙烧期、启动和启动后期、正常生产期。（1）铝电解槽的焙烧期目的：在于焙烧自焙阳极（对预焙槽则是加热阳极）以及加热阴极，达

3、到900-1000℃，以便下一步启动。焙烧方法：焦粒焙烧法用10-15mm厚的焦粒铺在阳极与阴极之间作为电阻体，炭粒粒度小于6mm而大于1mm。利用此层电阻体产生加热所需的热量。焙烧期约为3天。（2）铝电解槽的启动期目的：在电解槽内熔化电解质，开始铝电解。分干式和常规启动两种。干式适用于启动新系列中的头几台槽，当时厂房内无现成的熔融电解质和铝液，只好在新槽内熔化所需的电解质和铝；常规启动适用已有电解槽生产，在开始时从正在进行铝电解槽内取出电解液和铝液倒入新启动的槽内，以加速启动过程。启动时间1小时。从启动到正常生产之间有一个过渡期，称为启动后期，大约1个月。（3）铝电解槽的正常生产期电解槽经过

4、焙烧和启动之后便进入正常生产期，直到停槽为止，正常生产期通常延续5-7年。电解槽正常生产的特征：A、从火眼中冒出有力的火苗，颜色呈蔚蓝色或淡紫蓝色；B、槽电压和温度稳定地保持在设定的范围内；C、阳极完好、周围电解质沸腾良好。炭渣分离出来；D、槽面上的结壳完整，疏松好打；E、电解质与铝液分层清楚；F、电解槽侧壁上有凝固的电解质，它是由冰晶石和刚玉构成的，是一种电和热的绝缘体。1.3.7.2电流效率铝电解的电流效率通常是指阴极上实际产出的铝量对于理论上按照法拉第定律计算的铝量的百分数。按照法拉第定律计算理论铝产量：在电解过程中，通过1法拉第电量理论上应析出1摩尔的铝，因此铝的当量值=26.9815

5、4/3=8.9938g。1法拉第电量=96485A·s，即96485/3600=26.8A·h。铝的电化学当量值C=8.9938/26.80=0.3356g/(A·h)设电解槽的平均电流（直流）为300kA它的年产铝量应为：P=0.3356×300×24×365×10-3=882t/年提高铝电解电流效率的主要措施：（1）在适当低的过热温度下进行电解;所谓过热温度，是指电解温度与电解质的初晶点之间的差值。每降低过热温度10℃，平均提高电流效率1-1.5%。（2）建立和保持理想的槽膛内型；（3）尽可能使槽内铝液保持平静；（4）选用低熔点的电解质组成，使用惰性的可湿润阴极，如二氧化硼涂层阴极。1.3

6、.7.3铝电解中的电能消耗与电能效率电能效率：理论电耗与实际电耗之比铝工业中节电的意义和潜力根据化学热力学理论计算，生产每吨铝只需要直流电能6320kW·h。但是在工业上生产每吨铝需要直流电能13500-14000kW·h。电能效率＝40～60％理论电耗量计算W理论=2980*(a1+a2+b)a1:反应标准自由能变化a2：补偿反应束缚能T*△Sb:反应物（氧化铝、碳）温度变化所需的能量如：室温下加入氧化铝、碳，电解温度为950度，计算得到的理论电能a1＝1.196伏、a2＝0.698伏、b＝0.227伏W理论＝6320KW*hr/t-Al生产每吨铝所需要的电能量=｛V/[0.3356×]｝

7、×103kW·h式中V—电解槽的总平均电压；—电流效率例：某电解槽的平均电压是4.25V，电流效率是92%，则生产每吨铝所需的电能量=[4.25/0.3356×0.92]×103=13765kW·h节电途径（1）提高电流效率（2）降低平均电压现代工业铝电解槽的技术参数和生产指标（280kA预焙槽）阳极电流密度/（A·cm-2)0.70槽电压/V4.0-4.1温度/℃945-960极距/cm4.0