铝电解高阶工基础知识培训

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1、铝电解高级工培训教程2012年4月第一章铝电解基础知识第一节铝的性质及用途一、铝的性质铝在自然界中得分布很广，在地壳中的含量约8%，仅次于氧和硅，在金属元素当中居首位，在自然界中主要以化合态形式存在于铝土矿、高岭石、明矾石中。通常金属元素分为黑色和有色两大类，铝属于有色金属之类，有色金属按其某些特性又可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等。铝是有色轻金属类的一种金属。铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽，比重为2.7／cm3，熔点为660℃，化合价通常为三价。铝具有良好的导电性、导热性和防腐蚀性，同时还具有良好的延展性、可塑性，而铝合金又具有很高的机械强度,在工业上被称为万能金

2、属。铝是一种氧化倾向极为强烈的金属，所有在自然界中极少以游离态形式出现，在空气中容易与空气中得氧结合生产一层致密的氧化铝薄膜，防止铝的进一步氧化，提高铝的抗腐蚀能力。二、铝的用途铝具有密度小，导电性好、抗腐蚀能力强、足够的机械强度以及很大的塑性、延展性，使铝的纯金属及合金有了较广泛的用途，在现代社会中仅次于钢铁，成为第二大金属。根据铝的性质，其用途如下：质轻。用于飞机、汽车外壳。导电性好。仅次于金、银、铜、水银。制作电缆、电线、电容器等导热性、反光性好。导热性是不锈钢的10倍。制作热交换器，高压锅、电熨斗。极富延展性，容易加工。可进行轧制、拉丝、压延。良好的抗腐蚀性能。表面形成氧化膜。建

3、筑和装饰材料非常软。可进行雕刻。无毒。包装食品和制作炊事工具。不带磁性，不产生附加磁场。可制作精密仪器。与氧有很大的亲和力。可用作脱氧剂提炼金属。铝粉或铝箔容易燃烧。在军事上可用来制造照明弹和燃烧弹。总之，铝是当今电力、冶金、轻工、化工、航空航天、机械、建筑、食品、工艺美术等不可或缺的重要材料，被称为万能金属。第二节铝电解原理一、铝的电解原理炼铝经过化学法炼铝和电解法炼铝两个阶段，其中电解法炼铝起源于1854年。铝电解生产的主要设备是电解槽，现代铝工业生产普遍采用的方法是冰晶石—氧化铝熔盐电解法，（即是1866美国的霍尔和法国的埃鲁通过实验申请的专利，也叫霍尔—埃鲁法），它是以冰晶石—氧

4、化铝熔体为电解质，碳素材料为两极，通入直流电，在两极间发生电化学反应，铝离子从阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子在阳极上放电生成CO、CO2混合气体。其反应如下：溶解的氧化铝直流电液态铝（阴极）+气体物质（阳极）Al2O3（溶解的）直流电2Al(液态）+3/2O22Al2O3（溶解的）+3C(固）直流电4Al(液态）+3CO2(一次气体）其电解反应过程为：Al2O3（固）+3C(固）溶解、电离2Al3+(络合状）+3O2-(络合状）阴极：Al3+（络合状）+3eAl（液）阳极：O2-（络合状）-2eO(原子)2O(原子)+C（固）CO2（气）从以上反应可知，电解质熔体中的氧化铝、碳阳极

5、不断被消耗，使生产得以连续进行，而冰晶石理论上是不消耗的，但由于在高温熔融状态下会发生挥发以及其它的机械损失，以致在生产过程中需要作一定的补充。铝电解通入直流电的目的：一方面是利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态，并保持一定的电解温度；另一方面主要的也是要在两极实现电化学反应，也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出而得到铝，氧离子则在阳极上放电与炭生成CO2、CO的混合气体，混合气体中CO2占70%左右，CO占30%左右，CO主要是电解副反应所产生，称为二次气体。二、铝电解质及性质在电解过程中，液体电解质是保证电解过程能够进行的重要条件之一，人们常常把它比作人体的“血液”。液体电解

6、质就是指冰晶石—氧化铝均匀熔体，其主要成分是冰晶石（占85%以上），冰晶石的化学式为Na3AlF6，从分子结构上讲，它是由3摩尔氟化钠（NaF）和1摩尔的氟化铝（AlF3）结合而成，所以也可以写成3NaF·AlF3，这种配比的冰晶石称为正冰晶石。分子比即是冰晶石中氟化钠与氟化铝的摩尔数之比，正冰晶石的分子比为3，也称中性冰晶石，大于3的冰晶石称为碱性冰晶石，小于3的称为酸性冰晶石。冰晶石的质量比是分子比的1/2，即分子比为3，其质量比为1.5。分子比的调整计算：计算公式QAlF3=P(K1-K2)/K2(1+K1)P:电解质中纯冰晶石量；K1：调前重量比K2：调后重量比电解质的性质，对铝

7、电解生产十分重要，了解和掌电解质的各种性质，有助于知道实际生产条件的控制，改善生产技术指标，提高生产效率，其主要性质主要是指初晶温度、密度、导电度、粘度、表面性质、挥发性等。初晶温度初晶温度是指液体电解质开始形成固态晶体的温度，纯的正冰晶石的初晶温度为1010℃，但在其中添加固体氧化铝形成冰晶石—氧化铝均匀熔体电解质后，其初晶温度随氧化铝含量的增加而降低，当氧化铝的含量达10%时，中性铝电解质熔体的初晶温度达到最低点，约为960℃，