铝电解知识手册

铝电解知识手册【工业技术】第一章：铝电解生产概述1、通常金属元素分为哪两大类，铝属于其中的哪一类?其余均为有色金属，铝属于有色金属之类。2、有色金属按其某些特性又可分为哪几类?半金属等。铝是有色轻金属类的一种轻金属。3、铝有哪些性质和用途?能金属。铝的比重为2.7／cm3，熔点为660℃。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。用途：由于铝比重轻，铝及其合金强度高，因此铝可用做轻型结构材料和建筑工业材料，如飞机、轮船、型材等，还可制作电气材料，热器材料以及耐腐蚀材料，食品包装材料等。4、炼铝的历史可划分为哪两个阶段?5、什么是电解法炼铝?氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，在阴极和阳极上起电化学反应。电解产物，阴极上是铝液，阳极上是CO2和CO气体(炭素作阳极)，这种方法就是电解法炼铝。6、铝电解用的原材料都是有哪些?答：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)。7、铝电解通入直流电的目的是什么?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，从而得到铝，氧离子则在阳极上放电与炭生成CO2、CO的混合气体。8、氧化铝原料中的杂质对生产有什么危害?98％以上，通常含有少量二氧化硅，三氧化二铁，氧化钠，氧化钙，和水分等。这些杂质对铝电解都有不利影响。那些电位正于铝的元素的氧化物杂质，如氧化硅，和氧化铁，二氧化钛，电解过程中都会被铝还原，还原出来的Si和Fe进入铝内，从而使铝的品位降低，而那些电位负于铝的元素的氧化物杂质，如Na20和CaO，会分解冰晶石，使电解质成分发生改变并增加氟盐消耗。水分会分解冰晶石，还会增加铝液中的氢含量。若水分过多，还会引起电解质爆炸，危害工人的安全生产．P205和SO2则会降低电流效率。所以铝工业对于氧化铝的纯度提出了严格的要求。9、工业铝电解对A1203物理性能的要求是什么?效率，关系甚大。一般要求它具有较小的吸水性，能够较多较快地溶解在熔融冰晶石里，加工时飞扬损失少，并能较好地封闭炭阳极，防止它在空气中氧化，保温性能好，同时对于气体净化还要求它具有良好的活性和足够的比表面积，从而能够有效地吸收HF气体。这些物理性能取决于氧化铝晶体的晶型、粒度和形状。10、根据Al2O3的物理性能可把氧化铝的形状分为哪三类?其中哪一类型对生产较好？砂型、中间型和粉型三类。其中砂型氧化铝对生产较好。11、冰晶石熔剂的作用是什么?且所构成的熔体可在纯冰晶石熔点以下进行电解，并且流动性较好；第二在电解温度下，冰晶石一氧化铝熔液的密度比铝液密度要小10％，故电解出来的铝液能沉积在电解液下面的阴极上，这样可减少铝的氧化损失，又大大简化了铝电解槽的结构；第三，冰晶石具有良好的导电性；第四，冰晶石中不含有电位顺序比铝更正电性的金属杂质，能保证产品铝的质量，目前，冰晶石还是铝电解生产中最理想的一种熔剂。12、铝电解为什么采用炭阳极?作为导电的阴阳两极的各种材料中，既能良好导电，又能耐高温，抗腐蚀、同时价格又低廉的唯有炭素材料。因此铝工业生产都采用炭素材料作两极。13、系列电流是怎样流经电解槽的?台电解槽的阳极，然后经过电解质和铝液层导致到阴极，而又通过大母线导入第二台电解槽的阳极，这样依次类推，从最后一台电解槽阴极出来的电流又经大母线回到整流器的负极，使整个系列成为一个封闭的串联线路。电解工艺第二章：铝电解槽的结构与安装14、目前，在铝工业生产上的电解槽按阳极结构型式可分为多少种?1）a、旁插棒式b、上插棒式2）预焙阳极电解槽a、连续式b、不连续式15、工业铝电解槽的构造有哪些?绝缘。16、预焙槽的阳极装置有哪些构成?装置是由阳极炭块组和阳极提升机构组成。而阳极炭块组又由炭块、钢爪和铝导杆三部分构成．17、预焙槽比自焙槽有哪些优点?展，说明它具有明显的优越性：①预焙槽容量大，单槽产量增加，劳动生产率显著提高。②能源利用率有明显提高，阳极电压降低，电流效率高，吨铝电耗低。③生产中烟尘少，便于采用干法或湿法净化回收。④可实现高度的机械化和电子计算机的自动控制。18、电解槽的槽型按阴极槽体结构可分为哪两种型式?19、什么叫电解糟的“伸腿”?答：在电解槽内，电解质疑固在侧部形成的斜坡叫“伸腿”，此“伸腿”起到保温，防止侧部漏电和规整炉膛的作用。20、大型预焙阳极电解槽按加料方法又可分为几种?焙槽．21、电解槽的母线配置一般有几种方式?的母线装置；横向排列双端进电的母线装置；横向排列四端进电的母线装置.22、我们厂的电解槽构造怎样?底槽，母线配置分别为：160kA系列横向排列四端进电。电解工艺第三章：铝电解生产的基本理论知识23、当前电解铝采用冰晶石一氧化铝融盐法的优缺点是什么?——氧化铝熔盐电解法。虽然各国都在研究新的制铝方法，但成效甚少。因此，冰晶石——氧化铝熔盐电解法仍有它的优越性。①工艺流程和生产设备比较简单，适于大规模工业性生产，并可直接得到高品位的纯铝。②冰晶石——氧化铝融盐电解法近些年有了很大发展，有了大型预焙阳极电解槽。③在环保上，采用了湿法和干法净化回收，烟尘危害得到了控制。④操作上，采用了微机控制生产过程，加料、出铝和其它各项操作实现了机械化和自动化，提高了电流效率，降低了能耗，能源利用率得到了提高。因此，冰晶石——氧化铝熔盐电解法仍有较强的生命力。当然，该法本身也有很大缺点：它的能量利用率是相当低的，只有50％以下，制备电解所需原材料的投资大，费用高。24、电解质由哪些成分组成，其特性是什么?融盐叫电解质。它主要是以冰晶石和氧化铝组成。另外还有—些氟化镁、氟化钙、氟化锂、氯化钠等。其中冰晶石是作为熔剂，氧化铝作为熔质，氟化铝、氟化镁、氟化钙、氟化锂、氯化钠等作为添加剂，以改善电解质的物理化学性质，有利于提高生产指标。25、铝电解质的物理化学性质都包括哪些?(熔点或初晶点)、密度、导电度，表面性质、粘度、蒸气压、氧化铝在电解质中的溶解度等。26、什么是铝电解质的熔点(初晶温度)，电解温度一般要高于初晶点多少度?析出的温度，也叫初晶温度。电解温度一般要高出初晶温度15—20℃，即电解温度=初晶温度(熔点)+(15—-20)℃。27、电解温度主要取决于什么?取决于电解质的熔点。欲想保持低温电解生产，不设法降低电解质的熔点而单纯降低电解过28、什么是分子比?分子比对电解温度有何影响?比值．现在电解生产大多数都采用分子比2.2—2.4，电解质呈酸性。分子比低有利于降低电解温度,提高电流效率，但分子比愈低，氧化铝溶解度愈降低，槽内易产生大量沉淀。所以分子比不易过低。29、如何用数字确定电解质的酸碱性?3时，电解质呈中性。若分子比大于3，电解质呈碱性。若分子比小于3，电解质呈酸性。30、什么叫电解质的粘度?保持适宜粘度的标准是什么?在生产中的电解质应保持适宜的粘度，其标准：电解质的流动性好，温度均匀，炭渣分离清楚，电解质干净，沸腾力强。31，什么是电解质的挥发性?其中挥发性最大的物质是什么?(气体)逸出的现象叫电解质的挥发性。在电解质成份中挥发性最大的物质是氟化铝。32、在电解过程中，电解质是怎样损失的?33、铝电解质中的添加剂常用的有几种?它们的优缺点是什么?晶温度的优点，LiF还能提高电解质的导电率，但是大多数具有减小A12O3溶解度的缺点。34、电解质中的添加剂应满足什么条件?的组成元素，而影响铝的质量。添加剂应能对电解质的性质有所改善，例如降低电解质的初晶点，或者提高电解质的导电率，减少铝的溶解度，减少电解质的密度等，提高电解铝的经济技术指标。此外，它的吸水性和挥发性应该小些，而对氧化铝的溶解度不致有较大的影响，来源广泛而且价格低廉。35、添加MgF2的作用是什么?MgF2能降低电解质的熔点。解损失，促进电解质中的碳渣分离起到有益的作用；所以MgF2间接地起了提高电解质导电性的作用，MgF2在这方面的作用比氟化钙更大些。a—Al2O3的矿比作用，这对于在电解槽侧壁上形成稳定的结壳起到有益的作用。④此外，添加MgF2的电解质结壳酥松好打。但是，缺点是MgF2。会在一定程度上减小氧化铝的溶解度和溶解速度，增大电解质密度，稍稍降低导电率等，所以MgF2只在沿炉帮附近处添加，而不添加在里边，以免在阳极底下产生多量沉淀。我国铝厂推行“勤加工，少下料”作业法，可以弥补因添加MgF2而带来的缺点。因此，氟化镁是一种有益的添加剂。一般添加为4—6％，添加氟化钙的作用基本上与MgF2一致。36、氟化锂添加剂的作用是什么?作为铝电解质的组成分所起的作用主要是降低电解质的初晶点，提高其导电率，此外还减小其密度，改善电解质的表面张力，从而达到提高电流效率，降低吨铝电耗的目的。其缺点是降低A12O3在溶液中的溶解度。由于锂盐价格昂贵的关系，直到最近，锂盐才广泛地在铝工业上进行试验和应用，有的使用炭酸锂，因为炭酸锂在高温下分解成Li2O，而氧化锂又与冰晶石发生反应合成为氟化锂，同样也可起到添加氟化锂的作用。37、在工业电解生产中，电解质的导电率与哪些因素有关?，电解质的导电率受到多方面的影响。高，会造成电流效率降低，能耗和原材料增加，因而提高导电率的效益补偿不了降低电流效率和其它的损失。Al2O3浓度有关。电解质的导电率随Al2O3浓度的增加而降低。炭含量增多时不仅使电解质的导电率降低，还能减少电解质对Al2O3晶体的湿润性，从而也会造成氧化铝沉淀。⑤与电解质中的添加剂有关。添加剂对于冰晶石导电率的影响，可分为两类；向电解质中添加氟化锂和氯化钠能改善电解质的导电性，特别是氟化锂效果显著。向电解质中添加氟化钙和氟化镁能降低电解质的导电度，但它们能使炭渣好分离，减少电解质中的炭粒含量，可使电解质的导电性较好，间接地增加导电率。38、氧化铝在电解质中的溶解度与哪些因素有关?铝在冰晶石中的溶解度随温度升高而增加。而在实际工业电解质中氧化铝溶解度因其受复杂的成分和工作条件的影响，一般保持在2—8％之间。电解质中的添加剂都会不同程度的降低氧化铝的溶解度。高分子比电解质中溶解氧化铝的能力大，随氟化铝含量的增加而氧化铝的溶解度降低。尤其分子比过低，电解质过酸时氧化铝的溶解度会更小，以致造成电解槽四周塌壳，沉淀过多，影响正常槽子加工。39、铝电解质中含有哪些离子存在?Na+离子，铝氧氟络离子(AlOF22-)和含氟铝离子(AlF63-，AIF4-)。其次有少部分简单离子（Al3+、F-及O2-）等。所以熔液中Na+离子主要是单体离子，A13+主要都结合在络合离子里。这些离子在直流电场的作用下，所有的阳离子均向阴极运动，所有的阴离子均向阳极运动。离子的这种定向的运动过程就是传导电流的过程。熔体中各种离子所传导的电流是不相同的，有多有少，据试验室研究：冰晶石--氧化铝熔体电解时，电流几乎全是Na+离子传导的。40、铝电解的基本反应式是什么?3O2-(络合的)+1.5C-6e=1.5C02在阴极上A13+(络合的)+6e=2Al项合并得总反应式为:Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO241、铝电解过程中两极副反应都是什么?生产有害无益，所以称为两极副反应，，在阴极副反应中有金属钠的析出，阴极铝的再溶损失，炭化铝的生成；在阳极副反应中有阳极效应、阳极气体成分的变化。42、电解槽中金属钠的析出有什么危害?答；金属钠的析出的危害主要有：1）降低电流效率，增加氟化盐的消耗；2）被阴极炭素吸收而破坏了槽内衬，从而缩短槽的寿命。因此，降低钠的析出强度是有利的。这就要求严格控制技术条件，电解质的分子比和阴极电流密度不宜过高，避免热槽等都是行之有效的方法。43、什么叫铝的溶解和损失(或二次反应)?极气体中的CO2所氧化造成损失，反应式为：2Al(溶解的)+3CO2(气)=A12O3(溶解的)+3CO(气体)，44、什么是阳极效应?极效应是溶盐电解所固有的一种特征现象。当其发生时，在阳极与电解质接触的周边上，出现许多细小的电弧，发出轻微的噼