铝电解的原理.ppt

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1、铝的冶炼工艺目前工业生产原铝的方法是Hall－Heroult法，由美国Hall和法国的Heroult于1886年发明。Hall－Heroult铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石（Na3AlF6）为熔剂组成的电解质，在950~970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分为铝和氧，铝在碳阴极以液相形式析出，氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝，可生产1.5吨的二氧化碳，综合耗电量在15000kwh左右。铝电解主要原料为氧化铝，副原料氟化盐包括冰晶石、氟化铝、氟化钙、氟化镁、碳酸钠等，阳极原料（阳极和碳阳极）以及以及铝电解能源—直流电。借直

2、流电的作用，在阴阳两极上实现电化学反应，在阳极上得到气态物质，阴极上得到也太铝，其过程为：Al3+(配离子)+3e→Al铝工业生产全部采用活性阳极，随着电解过程的进行，阳极碳参与电化学反应，生成碳的化学物—二氧化碳，反应式为：2Al2O3（溶解的）+3C（固）直流电→4Al（液）+3CO2（一次气体）其电极反应为：Al2O3（固）溶解、电离→2Al3+（络合状）+3O2-（络合状）阴极：Al3+（络合状）+3e→Al（液）阳极：O2-（络合状）—2e→O（原子）2O（原子）+C（固）→CO2（气）上述反应过程为当前铝电解的基本原理，依据此原理，随着反应不断进

3、行，电解质熔体中的氧化铝，固体碳阳极不断被消耗掉，因此，生产中需不断向电解质中添加氧化铝和碳阳极，使生产得以连续进行。冰晶石在高温熔融状态下会发生挥发损失和其他机械损失，电解过程中也须做一定补充。除此之外，还需反应过程中供给大量的直流电能（约为13000～15000kwh/t－Al）以推动反应向生成铝的方向进行。下图为铝电解生产的工艺流程图：2.铝电解工艺流程图概述现代铝工业中原铝的生产主要采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反应。电解的产物，阴极上是液体铝，如果阳极是炭质的，它参与电解反应，阳极界面上是CO2（约70%~

4、80%）和CO（约20%~30%），如果是惰性的，不参与电解反应，则产生O2气体。铝液是用真空包抽出经过净化和澄清后，浇注成商品铝锭，其质量达到99.5%~99.8%Al。阴极气体中还含有少量的有害氟化物和SO2，经进化后，废气排入大气，收回的氟化物返回电解槽。生产流程图如下图所示：直流电通入电解槽，使溶解于电解质中的氧化铝在槽内的阴、阳两极发生电化学反应。在阴极电解析出金属铝，在阳极电解析出CO和CO2气体。铝液定期用真空抬包吸出，经过净化澄清后，浇铸成商品铝锭。阳极气体净化后，废气排空，回收的氟化物返回电解槽。电解槽温度控制在940~960℃。铝电解槽的

5、生产指标，最重要的就是电耗率和生产率两项，生产率一般按日产铝计算（我国铝厂称之为昼夜产量）P=0.3356×I平均电流×γ×24×10－3=0.8054I平均电流γ×10－3公斤/月电耗率是单位铝产量所需的电能量：W=V平均/0.3356γ=2.98×V平均/γ（千瓦时/公斤铝）式中：I平均电流—平均电流强度（A）γ—电流效率（小数）V平均—平均电压（V）0.3356—铝的电化当量（克/A·时）3.铝电解原料及产品1.各种电解质组成原料的规格及性能(1)氧化铝氧化铝是铝电解用的原料，这是一种白色的粉末，熔点是2050℃，真密度是3.6g/cm3，堆密度约为1

6、g/cm3。铝电解对于氧化铝的要求，首先是它的化学纯度，其次是物理性能。(2)冰晶石铝电解所用的熔剂主要是冰晶石(Na3AlF6)，其熔点是100℃，氧化铝能够溶解在冰晶石里，构成冰品石一氧化铝熔盐，这种电解质基本上能满足铝电解的需要。为了获得良好的技术经济指标，冰晶石中电位比铝更正的金属氧化物杂质(如Fe2O3与SiO2})的含最必须极小，同时，引起冰品石分解的各种有害杂质(如H2O与硫酸盐等)的含量须降至最低。(3)氟化铝工业氟化铝是白色极细的粉末，不粘手。在常压下加热不熔化，但在高温下升华，1200℃时蒸气压达到760mmHg柱105Pa。工业上广泛采

7、用氟化铝来调整电解质成分，既可弥补电解质中氟化铝的挥发损失，又可调节电解质的分子比，保证生产技术条件的稳定。(4)其他各种添加剂在电解过程还要其他添加剂，如CaF2、MgF2、LiF、LICO3NaCI、NaF等，用来改善电解质的物理化学性质。2.破素材料大型预焙铝电解槽用碳素材料土要包括:预制阳极炭块、阴极糊、侧部炭块和底部炭块。4.铝电解槽的设计计算1铝电解槽槽型选择及论证1.2槽型的选择及论证自焙阳极定期补充阳极糊，因而能够连续使用，而预焙阳极消耗到一定高度时就要更换，不可连续使用。但是自焙阳极有其缺点，首先是它本身所带的粘结剂沥青在槽上烧结时进行分解

8、，散发出有害烟气，使劳动条件恶化，另外它本身的压降大