電解鋁復(fù)習(xí)資料

1、鋁的性質(zhì)：熔點(diǎn)低、熔點(diǎn)660、沸點(diǎn)高2467、密度小、電阻率小、有良好的導(dǎo)電性和反射光的能力、無(wú)磁性。具有兩性，可與多種金屬構(gòu)成合金，與氧反應(yīng)。其電化當(dāng)量C=0.3356g.A-1.h-12、電解質(zhì)主要成分是冰晶石,電解煉鋁主要原料是氧化鋁。煉鋁歷史：化學(xué)法煉鋁（1886年前）、電解法煉鋁（1886年后）。3、電解槽是電解煉鋁的核心設(shè)備；根據(jù)陽(yáng)極分可以分為預(yù)焙陽(yáng)極和自焙陽(yáng)極，自焙陽(yáng)極按導(dǎo)電方式分為旁插棒式和上插棒式，預(yù)焙陽(yáng)極按連續(xù)使用與否分為連續(xù)式與不連續(xù)式；電解槽系列有橫向和縱向兩種。4、冰晶石即氟鋁酸鈉，分子式為：Na3AlF6,或3NaF.AlF3，它有人造冰晶石和天然冰晶石兩種。人造冰晶石生產(chǎn)方法主要有酸法，堿法，干法和磷肥副產(chǎn)法。5、電解鋁電解質(zhì)以冰晶石為主體的原因（H-H法優(yōu)點(diǎn)）：1）冰晶石中不存在析出電位比鋁正的元素，這可避免其他金屬離子在陽(yáng)極放電而降低Al的質(zhì)量，2）熔融的冰晶石易溶解Al2O3，3)Al2O3的熔點(diǎn)為 2030，而Al2O3與Na3AlF6形成熔體后，其初晶溫度降為930980,4)熔融的冰晶石-氧化鋁熔體具有較小的密度,5)具有較好的導(dǎo)電性和適合的粘度,6)不與槽內(nèi)襯發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),7)在電解溫度下不吸水，揮發(fā)性不大，8）在電解溫度下，具有較小的揮發(fā)度。6、鋁電解生產(chǎn)中向電解質(zhì)加入添加劑的目的：改善原有電解質(zhì)的性質(zhì)，滿足電解需求。對(duì)添加劑的基本要求：1）在電解過(guò)程中不被電解成其他元素而影響Al的質(zhì)量 ；2）應(yīng)能對(duì)電解質(zhì)的性質(zhì)有所改善 3）吸水性和揮發(fā)性要??； 4）對(duì)Al2O3的溶解度不能有太大影響 5）來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。7、分子比：MR=NaF分子百分?jǐn)?shù)/ AlF3分子百分?jǐn)?shù) M3 酸性電解質(zhì) MR=2WR WR=NaF質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/AlF3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。8、添加劑對(duì)鋁電解質(zhì)熔體密度的影響：CaF2，MgF2的添加使電解質(zhì)的密度增大。就影響程度而言，CaF2甚于MgF2，但是在添加量為510%時(shí)，對(duì)電解質(zhì)的密度影響很小。添加劑NaCl和LiF對(duì)Na3AlF6 -Al2O3系熔體密度的影響與之相反，他們都使熔體的密度明顯的降低。9、工業(yè)鋁電解質(zhì)的密度：當(dāng)工業(yè)電解質(zhì)的摩爾比在2.42.7范圍內(nèi)，Al2O3濃度為46%，CaF2為24%時(shí)，其密度為2.0952.111（g/cm3）。比鋁液的密度（2.3）低0.2 g/cm3左右。10、熔體的導(dǎo)電率是指1cm，截面積1cm2的體積的熔體的電導(dǎo)，也稱為比電導(dǎo)。11、添加劑對(duì)鋁電解質(zhì)粘度的影響：隨著MgF2和CaF2含量的增加，熔體的粘度也隨之增加；NaCl和LiF的添加將使得冰晶石氧化鋁熔體的粘度降低。粘度大，熔體的電導(dǎo)率降低；粘度小，導(dǎo)電率增高，但卻加速了鋁的溶解與再氧化反應(yīng)而使電流效率降低。12、電解質(zhì)的分類：用分子比分為酸性，中性，堿性。電解槽用酸性電解質(zhì)。兩極上的放電反應(yīng)：陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)：Al3+（配離子）+3eAl 陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)：2O2-（配離子）+C-4e=CO2(C為陽(yáng)極)；2O2-（配離子）-4e=O2(惰性陽(yáng)極)。主反應(yīng)：2Al3+（配離子）+3O2-(配離子)+1.5C=2Al+1.5CO22、分解電壓：維護(hù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定電解，并在電極上獲得電解產(chǎn)物所必須外加到兩極上的最小電壓。測(cè)定的主要方法：測(cè)定化學(xué)電池的電勢(shì)。惰性電極（Pt電極）測(cè)得的分解電壓為2.12.2V，活性電極（C電極）測(cè)得的分解電壓為1.151.16V。3、Al2O3在950生成的分解電壓：惰性陽(yáng)極2.224，活性陽(yáng)極1.24、兩極上發(fā)生副反應(yīng)：陽(yáng)極副反應(yīng)：1）陽(yáng)極氣體的二次氧化作用2）陽(yáng)極過(guò)電壓3）陽(yáng)極效應(yīng)；陰極副反應(yīng)：1）鋁的溶解及損失2）Na+的析出。5、臨界電流密度：在一定條件下，電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)的最低陽(yáng)極電流密度。判斷依據(jù)：陽(yáng)極電流密度大于臨界電流密度時(shí)，將發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)6、陽(yáng)極電流效應(yīng)現(xiàn)象：陽(yáng)極周圍（指與熔體接觸的部位）電弧耀眼奪目，并伴有噼噼啪啪的聲響，陽(yáng)極周圍電解質(zhì)卻不沸騰，沒(méi)有氣泡大量析出。電解質(zhì)好像被氣體排開，電解槽的工作電壓處于停頓狀態(tài)。此時(shí)槽電壓有原來(lái)的4V猛升到3050V，甚至更高，與電解槽并聯(lián)的指示燈發(fā)亮，表示該電解槽發(fā)生了陽(yáng)極效應(yīng)。7、陽(yáng)極效應(yīng)的機(jī)理：潤(rùn)濕性變差學(xué)說(shuō)P159:潤(rùn)濕性變差是指電解質(zhì)對(duì)炭陽(yáng)極底掌的潤(rùn)濕性變差。這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，在正常電解時(shí)，熔體對(duì)陽(yáng)極底掌的潤(rùn)濕性良好，氣泡很快地被電解質(zhì)從底掌排擠出來(lái)。當(dāng)熔體中Al2O3 濃度降低到一定程度時(shí)，潤(rùn)濕性變差，致使陽(yáng)極氣體不能及時(shí)排走，氣泡逐漸聚集成大面積的氣膜，覆蓋于陽(yáng)極底掌上，這樣，氣膜就阻礙電流的暢通。電流被迫以電弧的形式穿透氣膜，放出強(qiáng)烈的弧光和振動(dòng)噪音，這就是陽(yáng)極效應(yīng)。1、電流效率：電解槽通過(guò)一定電流，在一定時(shí)間，實(shí)際產(chǎn)鋁量與理論上應(yīng)產(chǎn)鋁量之比=（P實(shí)/P理）100% P實(shí)=CIt10-3kg C：鋁的電化當(dāng)量，表示在電解槽通過(guò)1A電流，經(jīng)過(guò)1小時(shí)電解即通過(guò)3600庫(kù)電量時(shí)，理論上在在陰極上所析出的鋁的克數(shù)。C=0.3356g.A-1.h-12、電流效率降低的原因：1）鋁的溶解和再氧化損失2）鋁的不完全放電，3）其他離子放電：鈉離子放電，雜質(zhì)離子放電4）其他損失：水的電解，碳化鋁的生成，熔體中電子導(dǎo)電。3.極距：鋁電解槽中鋁液界面至陽(yáng)極底掌的距離。理論電耗：用來(lái)分解氧化鋁的最小電耗量（此時(shí)沒(méi)有熱損失，沒(méi)有鋁損失，沒(méi)有電流空耗，即r=1，N=1叫做理論電耗量）W理。與理論電耗W理相對(duì)應(yīng)的電壓稱為理論電壓。4、電能效率是指生產(chǎn)一定數(shù)量的金屬鋁，理論上應(yīng)該消耗的能量（W理）和實(shí)際上所消耗的能量（W實(shí)）之比。理論電耗率就是單位產(chǎn)鋁量理論上所需要的能量。工業(yè)鋁的電能消耗的分配：1）補(bǔ)償反應(yīng)過(guò)程的自由能變化所消耗的能量2）補(bǔ)償反應(yīng)物由室溫T1升高到電解溫度T3熱焓變化所消耗的能量3）補(bǔ)償反應(yīng)過(guò)程束縛能所消耗的能量4）補(bǔ)償電解槽四周空間的熱損失所消耗的能量5）電解槽外部線路上的電能損失降低電流效率的原因：1）鋁的溶解和再氧化損失，它是電流效率降低的主要原因。已電解出來(lái)的鋁又溶解或機(jī)械混入到電解質(zhì)中，并被循環(huán)的電解質(zhì)帶到陽(yáng)極空間被陽(yáng)極氣體CO2或空氣中O2所氧化2)鋁的不完全放電 高價(jià)鋁離子的不完全放電是造成電流效率降低的重要因素之一。在陰極，Al3+2eAl+；在陽(yáng)極，Al+-2eAl3+這些反應(yīng)反復(fù)進(jìn)行，造成電流的無(wú)功損失3）其他離子放電，主要是鈉離子放電，鈉離子沸點(diǎn)低，以氣體狀態(tài)蒸發(fā)或滲入槽底；鈉離子放電的可能性還隨著陰極電流密度的提高而增大。還有雜質(zhì)離子放電，熔體中因原料哦不純帶進(jìn)許多雜質(zhì)，如等離子。這些離子的電位都正于鋁離子，而優(yōu)先在陰極上放電，其結(jié)果使鋁的品位降低，電流效率降低4)其他損失水的電解、碳化鋁的生成、熔體中的電子導(dǎo)體、陽(yáng)、陰間的極短路、漏電、以及出鋁時(shí)的機(jī)械損失等也都是電流效率下降的原因。提高電流效率的途徑（電流效率的影響因素）： 電流效率 = 1-kzf(Co-C)/D陰*100%1）電解溫度：電解溫度越大，溶解鋁的擴(kuò)散速度越快，電流效率損失越大，鋁的二次反應(yīng)加劇，鋁損失增大，電流效率降低2）極距：極距增大，攪拌作用減小，擴(kuò)散層厚度增加，鋁損失減小，電流效率增大，當(dāng)極距超過(guò)一定程度，電解溫度明顯升高，對(duì)流循環(huán)加快，電流效率提高放緩趨于03）電解質(zhì)成分：氧化鋁濃度低，溶解快，熔體中無(wú)懸浮的氧化鋁顆粒，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)，提高電流效率，能降低鋁損失的添加劑有利于提高電流效率。4）鋁液高度：鋁是電熱良導(dǎo)體，它的存在，能將陽(yáng)極下部多余的熱量從電解槽四周疏導(dǎo)出去，使電解質(zhì)溫度趨于均勻。同時(shí)降低水平電流，提高電流效率。但當(dāng)達(dá)到一定高度后，電流效率反而會(huì)隨高度的增加而降低。5）電流密度：電流密度隨陰極電流密度的增大而增大，在陽(yáng)極電流密度一定的情況下，縮小陰極面積提高陰極電流密度，可以提高電流效率。6）電解質(zhì)高度。5、鋁電解槽的電壓平衡：V平=V槽+V母+V效，（1）電解槽工作電壓（V槽）：又簡(jiǎn)稱槽電壓，可以由電解槽上的電壓表直接測(cè)出。槽電壓包括陽(yáng)極，陰極，電解質(zhì)電壓降和反電動(dòng)勢(shì)（或稱實(shí)際分解電壓）V槽=V陽(yáng)+V質(zhì)+V陰+E反（2）槽外母線電壓降（V母） （3）陽(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航礦效6、鋁電解槽的節(jié)能途徑：1）提高電流效率2）降低平均電壓：提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，降低陽(yáng)極過(guò)電壓，降低母線壓降3）降低電解槽的熱損失：增加殼面的保溫料的厚度；加強(qiáng)槽體保溫。7、處于正常生產(chǎn)狀態(tài)的電解槽外觀特征有：1）火焰從火眼強(qiáng)勁有力的噴出，火焰的顏色為淡藍(lán)色或稍帶黃線2）槽電壓穩(wěn)定，或在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)波動(dòng)3）陽(yáng)極四周邊電解質(zhì)“沸騰”均勻4）炭渣分離良好，電解質(zhì)清澈透亮5）槽面上有完整的結(jié)殼，且疏松好打8、(了解)鋁電解槽的焙燒：對(duì)自焙槽，焙燒陽(yáng)極炭塊；對(duì)預(yù)焙槽，焙燒陰極。預(yù)焙槽的目的：1）烘干爐體2）燒結(jié)炭糊3）提高槽膛和內(nèi)襯的溫度，為下一步啟動(dòng)做準(zhǔn)備。對(duì)于自焙槽，除了以上目的，還為了把陽(yáng)極焙燒好。電解槽焙燒方法：1）鋁液預(yù)熱法2）焦粒焙燒法3）石墨粉焙燒法4）燃料預(yù)熱法。9、鋁電解槽的常規(guī)作業(yè)主要包括有加料（或叫加工），出鋁和陽(yáng)極工作三部分加料方式：自焙槽邊部加料，在兩大面；預(yù)焙槽中間加料，自由下料。加料要求：勤加料、少加料（加料次數(shù)多，每次加料量少）優(yōu)點(diǎn)1）氧化鋁溶解快，槽里不會(huì)產(chǎn)生沉淀2）均勻保持氧化鋁濃度，提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率3）使電解槽中的溫度波動(dòng)小，保持電解槽平穩(wěn)操作4）減少陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生，使效應(yīng)系數(shù)減小到0.3以下。（加料量的計(jì)算）10、每二次出鋁之間稱之為出鋁周期。中型槽一般為12天，大型槽每天出一次，每次出鋁量大體上等于在此周期內(nèi)的鋁產(chǎn)量。11、調(diào)節(jié)分子比的原因：電解質(zhì)分子比變動(dòng)1）啟動(dòng)期，從熔化到正常生產(chǎn)，分子比減小。主要是碳素材料內(nèi)襯吸收分子比高的組分，使得NaF減??；2）正常生產(chǎn)期，分子比增大。主要是冰晶石被原料中的H2O、Na2O、CaO分解，使得NaF增多，AlF3減小，另外AlF3揮發(fā)，使得AlF3減少。調(diào)節(jié)方法：一般加AlF3來(lái)降低分子比，用Na2CO3或NaF來(lái)調(diào)高分子比。（分子比的計(jì)算）1、電流效率的計(jì)算(P162) =（P實(shí)/P理）100% 理論產(chǎn)鋁量：M理=CIt（g）= CIt10-3 實(shí)際產(chǎn)鋁量：M實(shí)=MtMoMi；Mt：計(jì)算周期結(jié)束時(shí)，槽中剩余的鋁量（）；Mo：計(jì)算周期開始時(shí)，槽中的低鋁量（）；Mi：計(jì)算周期時(shí)間出鋁的總量（）2、鋁電解的電能效率（P179）:E=（W實(shí)/W理）100%;G=Q實(shí)/W實(shí)=0.3356/V;電耗率 w= W實(shí)/ Q實(shí)=2.98V/其中表示電流效率，V表示電解槽平均電壓。例1.一個(gè)64KA的鋁電解槽一個(gè)月（30天）共出鋁13452Kg，月初還盤存槽中的鋁量為4000Kg，月末盤存加槽中鋁量為4150Kg.求該槽本月的電流效率。答：=(P2-P1）+Mi/CIt*10-3=(4150-4000+13452)/0.3356*64000*30*24*10-3=87.96%例2.已知電解質(zhì)的重量為6噸，其中CaF23%，Al2O35%，分之比3.0。今欲調(diào)整分之比為2.6.求所需加AlF3？答：（1）原有電解質(zhì)中NaF、AlF3、各有多少公斤？ NaF+AlF3=6000*（1-3%-5%） NaF/AlF3=M=3M=2W，W=1.5 W=NaF/AlF3=1.5由上推出：NaF=3312Kg,AlF3=2208Kg,(2)求所需AlF3的量？M=2.6 M=2W，W=1.33312/（2206+x）=1.3 得出x=339.7Kg過(guò)電壓的構(gòu)成：（1）陽(yáng)極反應(yīng)的反應(yīng)過(guò)電壓；（2）陽(yáng)極電阻過(guò)電壓（氣膜電阻）；（3）濃差過(guò)電壓；（4）勢(shì)壘過(guò)電壓。鋁的電化當(dāng)量：在電解槽通過(guò)1A電流經(jīng)過(guò)1小時(shí)，理論上陰極所應(yīng)析出的鋁的克數(shù)，用C表示。鋁電解生產(chǎn)對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的要求：1、密度：鋁與電解質(zhì)之間的密度差要大于0.2g/cm3。2、導(dǎo)電度要大。3、表面性質(zhì)：（1）鋁液與陰極炭塊之間的界面張力要大；（2）鋁液與電解質(zhì)之間的界面張力要大；（3）電解質(zhì)與陽(yáng)極炭塊之間的界面張力要小；（4）鋁液與側(cè)面炭塊之