考研《政治》臨考沖刺試題及答案

1、整理課件湯昌廷湯昌廷2012-04-25第二章第二章 鋁電解基礎理論鋁電解基礎理論整理課件目錄目錄一、鋁電解原理一、鋁電解原理二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì)三、主要工藝參數(shù)三、主要工藝參數(shù)四、陽極過電壓和陽極效應四、陽極過電壓和陽極效應整理課件一、鋁電解機理一、鋁電解機理 1 陽極過程機理陽極過程機理陽極過程總表達式：陽極過程總表達式：2O2O2-2-( (配離子配離子)+C-4e )+C-4e COCO2 2研究陽極過程機理的文獻較多，但還有一定爭議：研究陽極過程機理的文獻較多，但還有一定爭議：1 1）陽極一次氣體：）陽極一次氣體：低電流密度為低電流密度為COCO，正常條件下為，正常條件下

2、為COCO2 2，陽極效應，陽極效應時為時為COCO2 2+CF+CFn n; ;2 2）陽極放電配位離子結(jié)構(gòu)：）陽極放電配位離子結(jié)構(gòu)：AlOFAlOF3 32-2-、AlOFAlOF5 54-4-、AlOFAlOF2 2- -、AlAl2 2OFOF4 42-2-、AlAl2 2OFOF6 62-2-等；等；3 3）陽極反應步驟：）陽極反應步驟：有各類觀點，但都還缺乏確定其速率控制步驟有各類觀點，但都還缺乏確定其速率控制步驟的重要依據(jù)。有一種觀點得到較多的支持：正常電解條件（電的重要依據(jù)。有一種觀點得到較多的支持：正常電解條件（電流密度與流密度與AlAl2 2O O3 3濃度）下，陽極的速率

3、控制步驟為濃度）下，陽極的速率控制步驟為“電荷傳遞步電荷傳遞步驟驟”或或“緩慢化學反應步驟緩慢化學反應步驟”；陽極效應時，速率控制步驟為；陽極效應時，速率控制步驟為“擴散步驟擴散步驟”。 整理課件一、鋁電解機理一、鋁電解機理 1 陽極過程機理陽極過程機理1 1）擴散步驟）擴散步驟AlOFAlOFx x1-x1-x(Bath)= AlOF(Bath)= AlOFx x1-x1-x(Electrode)(Electrode) 2 2）Al-O-FAl-O-F絡合離子的分解及絡合離子的分解及O2-O2-的表面吸附步驟的表面吸附步驟AlOFAlOFx x1-x1-x(Electrode)+C C(El

4、ectrode)+C Cx xO O (ads)+AlF(ads)+AlFx x3-x3-x+2e+2e- - 3 3）兩種情況：）兩種情況：a. a. 低于低于COCO2 2的析出電位時，通過的析出電位時，通過C-CC-C鍵的斷裂等化學反應、鍵的斷裂等化學反應、CO(ads)CO(ads)的緩慢脫附等過程，的緩慢脫附等過程，COCO優(yōu)先析出：優(yōu)先析出：C Cx xO = CO +(1-x)CO = CO +(1-x)C b.b.陽極過電位超過陽極過電位超過COCO2 2的析出電位時，陽極表面產(chǎn)生不穩(wěn)定的的析出電位時，陽極表面產(chǎn)生不穩(wěn)定的C Cx xO O2 2中間體中間體: :C Cx xO

5、 O（surfacesurface）+ Al+ Al2 2OFOF6 62-2-+2F+2F - - = C = Cx xO O2 2（surfacesurface）+2AlF+2AlF4 4- -+2e+2e- -C Cx xO O2 2中的中的C-CC-C鍵易于斷裂導致鍵易于斷裂導致COCO2 2的產(chǎn)生與脫附：的產(chǎn)生與脫附：C Cx xO O2 2(surface) = CO(surface) = CO2 2+(x-1)C(surface) +(x-1)C(surface) 整理課件一、鋁電解機理一、鋁電解機理 2 陰極過程機理陰極過程機理 陰極過程總表達式：陰極過程總表達式：AlAl3+

6、3+( (配離子配離子)-3e )-3e AlAl NaNa3 3AlFAlF6 6-Al-Al2 2O O3 3熔體主要由熔體主要由NaNa+ +、AlFAlF6 63-3-、AlFAlF4 4- -、F F- -、AlAlx xO Oy yF F(2+2y-(2+2y-3x)-3x)-等構(gòu)成，其中等構(gòu)成，其中NaNa+ +傳輸?shù)碾娏髡紓鬏數(shù)碾娏髡?9%99%以上，但電解條件下，以上，但電解條件下，NaNa+ +的的析出電位比析出電位比AlAl3+3+的負的負0.25V,0.25V,一般認為含鋁配離子陰極放電，一般認為含鋁配離子陰極放電，AlAl是一次陰極產(chǎn)物；是一次陰極產(chǎn)物； 分子比增大、

7、溫度升高、分子比增大、溫度升高、AlAl2 2O O3 3濃度減小及陰極電流密度提高，濃度減小及陰極電流密度提高，NaNa+ +和和AlAl3+3+放電電位差值縮小，加上陰極區(qū)的放電電位差值縮小，加上陰極區(qū)的Na+Na+積累，積累，Na+Na+也可也可能陰極放電，目前存在兩種陰極放電理論：能陰極放電，目前存在兩種陰極放電理論：“鈉置換鋁鈉置換鋁”和和“鋁離子直接放電鋁離子直接放電”理論理論整理課件一、鋁電解機理一、鋁電解機理 2 陰極過程機理陰極過程機理鋁離子直接放電理論鋁離子直接放電理論熔體反應熔體反應：NaNa3 3AlFAlF6 63Na3Na+ +AlF+AlF6 63-3- AlFA

8、lF6 63-3-AlFAlF4 4- -+2F+2F- - Al2O3+4AlF4- +4F-3Al2OF62-陰極放電陰極放電：AlF4-+3e Al+4F-（低（低MR) AlF63-+3e Al+6F-(高高MR)陽極放電陽極放電：2 2Al2OF62-+6F-+C 4AlF4- +CO2+4e總總 反反 應應：Al2O3+1.5C 2Al+1.5CO2鈉置換鋁理論鈉置換鋁理論熔體反應熔體反應：NaNa3 3AlFAlF6 63NaNa+ +AlF+AlF6 63-3- Al Al2 2O O3 3+AlF+AlF6 63-3- 3AlOF3AlOF2 2- -陰極放電陰極放電：NaN

9、a+ + +e e NaNa置換反應置換反應：3Na+2AlF3Na+2AlF3 3 Al+NaAl+Na3 3AlFAlF6 6 3Na 3Na+ +2AlF+2AlF3 3+6+6e e Al+Al+ NaNa3 3AlFAlF6 6陽極反應陽極反應： 3AlOF3AlOF2 2- -+4AlF+4AlF6 63-3- 1.5O1.5O2 2+4AlF+4AlF3 3+6+6e eAlAl2 2O O3 3+1.5C+1.5C 2Al+1.5CO2Al+1.5CO2 2整理課件二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 1 冰晶石的晶體結(jié)構(gòu)冰晶石的晶體結(jié)構(gòu)nNaNa3 3AlFAlF6 6是離子型化

10、合物；是離子型化合物；n晶格以晶格以AlFAlF6 63-3-原子團構(gòu)成原子團構(gòu)成的立方晶格為基礎，且與的立方晶格為基礎，且與NaNa(1)(1)+ +, Na, Na(2)(2)+ +離子分別形離子分別形成的兩個不同尺寸的體心成的兩個不同尺寸的體心立方晶格相互穿透形成屬立方晶格相互穿透形成屬復式晶格；復式晶格；n晶型轉(zhuǎn)變序：晶型轉(zhuǎn)變序：單斜體心晶系單斜體心晶系 565 565 立方體立方體心晶系心晶系 880 880 立方晶系立方晶系整理課件二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 1 冰晶石的熔體結(jié)構(gòu)冰晶石的熔體結(jié)構(gòu)NaNa3 3AlFAlF6 6的熔化過程分兩步進行：的熔化過程分兩步進行：1 1

11、）AlFAlF6 63-3-與與N aN a(1)(1)+ +， N aN a(2)(2)+ +間遠程有序的打破：間遠程有序的打破： a a3 3AlFAlF6 63Na3Na+ +AlF+AlF6 63-3-2 2） AlFAlF6 63-3-八面體近程有序的打破（八面體近程有序的打破（ AlFAlF6 63-3- 的分解）：的分解）： AlFAlF6 63-3-AlFAlF4 4- -+2F+2F- - AlF AlF6 6- -“AlFAlF3 3”+3F+3F- - 2AlF2AlF6 63- 3- AlAl2 2F F11115-5-+F+F- - AlF AlF6 63- 3- A

12、lFAlF5 5- -+F+F- - 2AlF 2AlF6 63- 3- AlAl2 2F F10104-4-+2F+2F- - 2AlF 2AlF6 63- 3- AlAl2 2F F9 93-3-+3F+3F- -整理課件 1 冰晶石冰晶石-氧化鋁熔體的結(jié)構(gòu)氧化鋁熔體的結(jié)構(gòu)熔體結(jié)構(gòu)研究方法：熔體結(jié)構(gòu)研究方法：先假定結(jié)構(gòu)模型，再用各種方法，如進先假定結(jié)構(gòu)模型，再用各種方法，如進行熔體的熱力學計算、冰點降低值測定、拉曼光譜譜線分析和物行熔體的熱力學計算、冰點降低值測定、拉曼光譜譜線分析和物理化學性質(zhì)測定，按質(zhì)量作用定律加以演算，確認假定離子存在理化學性質(zhì)測定，按質(zhì)量作用定律加以演算，確認假定離

13、子存在與否；與否；所提出的離子模型有二十余種，還有爭議，可分為兩所提出的離子模型有二十余種，還有爭議，可分為兩大類：大類：Al-OAl-O型離子和型離子和Al-O-FAl-O-F型離子型離子（簡單鋁氧氟離子模型、鋁簡單鋁氧氟離子模型、鋁氧氟離子的橋式結(jié)構(gòu)、締合或復合鋁氧氟離子）氧氟離子的橋式結(jié)構(gòu)、締合或復合鋁氧氟離子）；其它：其它：因添加劑引入的新離子，如因添加劑引入的新離子，如CaCa2+2+、MgMg2+2+、LiLi+ +等；等；次生絡離子；次生絡離子；副反應產(chǎn)生的低價離子，如副反應產(chǎn)生的低價離子，如l l+ +, N a, N a2 2+ + 等；等；少量單體離子，少量單體離子，AlA

14、l3+3+, O, O2-2-二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì)整理課件 1 冰晶石冰晶石-氧化鋁熔體的結(jié)構(gòu)氧化鋁熔體的結(jié)構(gòu)不同條件下的冰晶石不同條件下的冰晶石- -氧化鋁熔體結(jié)構(gòu)模型氧化鋁熔體結(jié)構(gòu)模型二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì)整理課件二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 2 電解質(zhì)成分電解質(zhì)成分鋁電解生產(chǎn)采用的是“冰晶石（為主體）氧化鋁”電解質(zhì)，其中氧化鋁是煉鋁的原料，冰晶石是溶劑。此外，在電解質(zhì)熔體中還含有一些游離的添加劑成份，主要有氟化鋁（AlF3）、氟化鈣（CaF2）、氟化鎂（MgF2）、氟化鋰（LiF）等。這些添加劑主要用于改善電解質(zhì)的物理化學性能，其中主要目的是用來降低電解質(zhì)的熔點

15、，氟化鋰則還用于改善電解質(zhì)導電率。冰晶石中所含氟化鈉摩爾數(shù)與氟化鋁摩爾數(shù)之比，稱為冰晶石的摩爾比（俗稱分子比）。正冰晶石的分子比等于3，冰晶石的分子比既可大于3，也可小于3，分子比等于3的冰晶石又稱為中性冰晶石，大于3的稱為堿性冰晶石，小于3的稱為酸性冰晶石。當在中性冰晶石（分子比等于3）中添加氟化鋁時，便使分子比降低，電解質(zhì)酸度提高。氟化鎂也提高電解質(zhì)酸度，而氟化鋰則降低電解質(zhì)酸度（提高堿度）。氧化鋁和氟化鈣則對電解質(zhì)酸堿度影響很小。 整理課件二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 3 關于電解質(zhì)成分的演變關于電解質(zhì)成分的演變 鋁電解方法剛被發(fā)明出來的時候（1888年），采用酸度很高（分子比為1）

16、的電解質(zhì)，電流效率很低。其后直至20世紀40年代，采用弱堿性至中性（分子比3）的電解質(zhì)，電流效率達80%以上。其后，因發(fā)現(xiàn)降低電解質(zhì)溫度可以顯著提高電流效率，所以逐步采用弱酸性（分子比2.9）至酸性電解質(zhì)，到20世紀80年代，分子比降低到接近2.4，電流效率提高到8590%。后來，隨著自動下料技術（尤其是點式下料器）和煙氣干法凈化技術的問世和不斷改進，繼續(xù)降低分子比所帶來的氧化鋁濃度控制問題和氟化鋁的揮發(fā)損失問題得到了解決，于是導致了強酸性電解質(zhì)（分子比小于2.4）在預焙鋁電解槽上的廣泛應用，使電流效率提高到9295%。整理課件二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 我國預焙槽從20世紀90年代初期

17、，隨著自動化水平的提高和對現(xiàn)代工藝技術條件認識的深入，開始試用強酸性電解質(zhì)。特別是90年代中期以來，隨著現(xiàn)代化大型槽生產(chǎn)系列的應用，已廣泛采用強酸性電解質(zhì)（分子比2.12.4），這是電流效率突破92%的重要原因。 人們對電解質(zhì)成份的研究除了研究其酸堿度（分子比）外，還包括對數(shù)種用于改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑（如氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰等）的研究。這些添加劑（尤其是氟化鎂）曾被普遍地采用（尤其是在自焙槽上應用較普遍），但后來隨著強酸性電解質(zhì)在預焙槽上的采用，現(xiàn)代預焙槽不再提倡使用除氟化鋁以外的添加劑。 3 關于電解質(zhì)成分的演變關于電解質(zhì)成分的演變整理課件 從鋁電解100多年的歷史來看，電解質(zhì)組成的演變

18、是漸進的，常常是一種組成風行一時，隨后逐步改成另外一種組成，而原先的組成照樣為許多工廠所采用。所以在同一時期內(nèi)，各個工廠采用多大的分子比，要視各廠的電解槽類型、所采用的加料方式、所用的氧化鋁品種和來源、煙氣凈化方式與水平、操作設備和自動控制系統(tǒng)的自動化程度與水平、操作人員的觀念與操作水平等多方面因素而定。 今后是否還會繼續(xù)提高電解質(zhì)酸度呢？繼續(xù)提高酸度無疑還能降低電解質(zhì)熔點，從而可望繼續(xù)降低電解質(zhì)溫度，但會帶來電解質(zhì)其他理化性能的惡化（如氧化鋁的溶解度和溶解速度的降低使沉淀問題無法解決，電解質(zhì)導電率的降低使槽電壓大幅升高等）。這些問題在現(xiàn)行技術水平下還無法解決。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì)

19、 3 關于電解質(zhì)成分的演變關于電解質(zhì)成分的演變整理課件 在生產(chǎn)中，即使只添加分子比固定不變的冰晶石，在生產(chǎn)中，即使只添加分子比固定不變的冰晶石，也不能保證液體電解質(zhì)的分子比不發(fā)生變化，這是因也不能保證液體電解質(zhì)的分子比不發(fā)生變化，這是因為存在下列影響因素：為存在下列影響因素： 熔融電解質(zhì)不斷向外揮發(fā)損失的主要成份是氟化鋁熔融電解質(zhì)不斷向外揮發(fā)損失的主要成份是氟化鋁（AlF3），這是導致電解質(zhì)容易堿度提高（分子比升），這是導致電解質(zhì)容易堿度提高（分子比升高）的因素。現(xiàn)代預焙槽生產(chǎn)工藝采用分子比小于高）的因素?，F(xiàn)代預焙槽生產(chǎn)工藝采用分子比小于3的的酸性電解質(zhì)（相對于正冰晶石而言，電解質(zhì)中含有過酸性

20、電解質(zhì)（相對于正冰晶石而言，電解質(zhì)中含有過剩的剩的AlF3），這更增大了），這更增大了AlF3的揮發(fā)損失，即更容易的揮發(fā)損失，即更容易導致電解質(zhì)堿度提高（分子比升高）。導致電解質(zhì)堿度提高（分子比升高）。 氧化鋁原料中含有鈉元素等堿性雜質(zhì)，進入電解槽氧化鋁原料中含有鈉元素等堿性雜質(zhì)，進入電解槽中后與電解質(zhì)發(fā)生化學反應，其作用相當于添加了中后與電解質(zhì)發(fā)生化學反應，其作用相當于添加了NaF。這也是一個導致電解質(zhì)堿度提高（分子比升高）。這也是一個導致電解質(zhì)堿度提高（分子比升高）的因素。的因素。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 3電解生產(chǎn)中引起電解質(zhì)成份電解生產(chǎn)中引起電解質(zhì)成份（分子比）變化的因素（分子

21、比）變化的因素整理課件 電解質(zhì)溫度變化（熱平衡變化）會改變液體電解質(zhì)的成份。這主要是因為溫度的變化（即熱平衡的變化）會打破液體電解質(zhì)與電解槽周邊凝固的電解質(zhì)（槽膛）之間的動態(tài)平衡。由于偏析的緣故，液體電解質(zhì)凝固時是以接近中性冰晶石的成份進行的，因此對于現(xiàn)代采用酸性電解質(zhì)（低分子比）的生產(chǎn)工藝，液態(tài)電解質(zhì)的分子比總是低于結(jié)殼的分子比。溫度升高導致電解槽周邊結(jié)殼熔化，從而引起液態(tài)電解質(zhì)堿度提高（分子比升高）；反之，溫度降低會導致液體電解質(zhì)在槽膛周邊凝固，從而引起電解質(zhì)酸度提高（分子比降低）。 電解槽內(nèi)襯吸收鈉。這是使電解質(zhì)酸度提高（分子比降低）的因素，對于新啟動的電解槽，內(nèi)襯吸鈉非常強烈，以后逐漸

22、減弱。 其他因素，如電解質(zhì)中氧化鋁濃度的變化等，對電解質(zhì)分子比的影響較為復雜。綜合上述分析可知，在電解槽渡過了起動期后，引起分子比升高的因素占據(jù)主導地位，尤其是現(xiàn)代鋁電解工藝采用低分子比（2.22.5），因此補充電解質(zhì)成份主要以補充氟化鋁的形式進行。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 3電解生產(chǎn)中引起電解質(zhì)成份電解生產(chǎn)中引起電解質(zhì)成份（分子比）變化的因素（分子比）變化的因素整理課件 由于電解質(zhì)成份的改變會導致電解質(zhì)一系列的物理化學性質(zhì)（如初晶溫度、導電率、對氧化鋁的溶解度和溶解速度等）發(fā)生變化，從而對電解技術經(jīng)濟指標產(chǎn)生重大影響，因此需要對電解質(zhì)成份（主要是分子比）進行檢測和控制。 遺憾的是，直

23、到今天，尚無能在工業(yè)現(xiàn)場直接、快速測定分子比的儀器，因此工業(yè)生產(chǎn)中，只能定期從電解槽中取電解質(zhì)樣品，到分析室進行檢測。目前，工廠一般每隔47天取樣檢測一次。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 4關于電解質(zhì)成份的檢測與控制關于電解質(zhì)成份的檢測與控制整理課件 對于現(xiàn)代采用酸性（低分子比）電解質(zhì)成份的生產(chǎn)工藝，總的來說，使電解質(zhì)堿度提高的因素強于使電解質(zhì)酸度提高的因素，因此正常情況下一般需要不斷補充氟化鋁（AlF3），這也是現(xiàn)代大型鋁電解槽上安裝有氟化鋁添加裝置的原因。 隨著技術的進步，電解質(zhì)成份控制已逐步從過去完全由人工進行，發(fā)展到由計算機根據(jù)某些參數(shù)和控制模型來控制氟化鋁添加裝置的動作，實現(xiàn)氟化鋁

24、添加控制。 氟化鋁添加控制是現(xiàn)代鋁電解槽計算機控制的重要要內(nèi)容之一。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 4關于電解質(zhì)成份的檢測與控制關于電解質(zhì)成份的檢測與控制整理課件氧化鋁濃度是指液體電解質(zhì)中已溶解的氧化鋁的含量，一般用重量百分比來表示。氧化鋁濃度只有處在一個正常的范圍，電解過程才能正常進行。對于現(xiàn)代預焙槽，氧化鋁濃度范圍一般在1.0%5.5%。 （1）關于氧化鋁濃度的變化范圍）關于氧化鋁濃度的變化范圍 當氧化鋁濃度達到某一下限時，電解過程將會發(fā)生一種被稱為“陽極效應”的現(xiàn)象，導致電解過程無法正常進行。這個下限值稱為陽極效應臨界濃度，一般在1%左右。因此，在電解生產(chǎn)中，氧化鋁濃度必須控制在陽極效

25、應臨界濃度之上。 當氧化鋁濃度達到某一上限值后，電解質(zhì)將不能再溶解氧化鋁原料，這個上限值便稱為氧化鋁飽和濃度（或稱飽和溶解度），即電解質(zhì)中的氧化鋁含量已飽和，不能再溶解新加入的氧化鋁。換言之，如果氧化鋁濃度達到了飽和濃度，那么繼續(xù)下料便會造成沉淀，或者氧化鋁以固體形式懸浮在電解質(zhì)中。因此，生產(chǎn)中氧化鋁濃度的上限便是飽和濃度。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 5氧化鋁濃度氧化鋁濃度變化范圍變化范圍整理課件隨著氧化鋁濃度向飽和濃度靠近，產(chǎn)生沉淀的機會便會增隨著氧化鋁濃度向飽和濃度靠近，產(chǎn)生沉淀的機會便會增大，因為一方面氧化鋁的溶解速度隨著之變小；另一方面大，因為一方面氧化鋁的溶解速度隨著之變小；另

26、一方面電解質(zhì)的電解質(zhì)的“容納能力容納能力”變小，容易出現(xiàn)局部電解質(zhì)中氧化變小，容易出現(xiàn)局部電解質(zhì)中氧化鋁濃度達到飽和，例如當從某一局部（如下料點）加入的鋁濃度達到飽和，例如當從某一局部（如下料點）加入的氧化鋁原料未及時分散開時，該局部的電解質(zhì)中氧化鋁濃氧化鋁原料未及時分散開時，該局部的電解質(zhì)中氧化鋁濃度達到過飽和，導致沉淀產(chǎn)生?？紤]到上述原因，氧化鋁度達到過飽和，導致沉淀產(chǎn)生。考慮到上述原因，氧化鋁濃度一般控制在顯著低于飽和濃度的區(qū)域。濃度一般控制在顯著低于飽和濃度的區(qū)域。氧化鋁的飽和濃度主要與電解質(zhì)組成和溫度有關。分子比氧化鋁的飽和濃度主要與電解質(zhì)組成和溫度有關。分子比降低，電解質(zhì)溫度降低，

27、都會引起氧化鋁飽和濃度降低。降低，電解質(zhì)溫度降低，都會引起氧化鋁飽和濃度降低?，F(xiàn)代預焙槽為追求高電流效率而采用低分子比、低溫技術現(xiàn)代預焙槽為追求高電流效率而采用低分子比、低溫技術條件，因此氧化鋁的飽和濃度較低，這是相應地選擇較低條件，因此氧化鋁的飽和濃度較低，這是相應地選擇較低的氧化鋁濃度（的氧化鋁濃度（1.53.5%）的重要原因。）的重要原因。二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì) 5氧化鋁濃度氧化鋁濃度整理課件氧化鋁濃度是最重要的工藝參數(shù)之一，遺憾的是，直到今天，尚無能在工業(yè)現(xiàn)場直接、快速測定氧化鋁濃度的儀器。目前的主要檢測方法與分子比的檢測類似，即從電解槽中取電解質(zhì)樣品，到分析室進行檢測。但工

28、業(yè)生產(chǎn)中一般不對氧化鋁濃度進行檢測，一方面是因為電解過程允許氧化鋁濃度在一定范圍內(nèi)變化；另一方面是可以通過一些間接的手段來判斷氧化鋁濃度是否在合適的范圍，并加以控制。自上個世紀70年代以來，預焙槽的氧化鋁濃度控制便主要依靠計算機控制系統(tǒng)。由控制系統(tǒng)控制下料器的下料速率（即下料器的動作間隔時間）來控制原料的添加。理論上，當下料速率大于電解過程中氧化鋁的消耗速率時，氧化鋁濃度便會上升，反之則下降。只有當下料速率從整體上與消耗速率持平，才能維持電解槽的物料平衡。事實上存在許多因素引起氧化鋁濃度發(fā)生變化。 5關于氧化鋁濃度的檢測關于氧化鋁濃度的檢測與控制問題與控制問題二、鋁電解電解質(zhì)二、鋁電解電解質(zhì)整

29、理課件在鋁電解生產(chǎn)中，連接陽極和陰極之間不可缺少的熔 融鹽叫電解質(zhì)。它主要是以冰晶石和氧化鋁組成。另外還有些氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰、氯化鈉等。其中冰晶石是作為熔劑，氧化鋁作為熔質(zhì)，氟化鋁、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰、氯化鈉等作為添加劑，以改善電解質(zhì)的物理化學性質(zhì)，有利于提高生產(chǎn)指標。電解質(zhì)成分組成及特性電解質(zhì)成分組成及特性整理課件鋁電解質(zhì)的物理化學性質(zhì)，包括熔度(熔點或初晶點)、密度、導電度，表面性質(zhì)、粘度、蒸氣壓、氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度等。鋁電解質(zhì)的物理化學性質(zhì)鋁電解質(zhì)的物理化學性質(zhì)鋁電解質(zhì)的熔點(初晶溫度) 在鋁電解生產(chǎn)中所用的純鹽類都有固定的熔點，即熔融液體開始有固體析出的溫度，也叫初晶溫

30、度。電解溫度一般要高出初晶溫度1520，即電解溫度= 初晶溫度(熔點)+(15-20)。整理課件在電解過程中，電解溫度除與極距電壓降大在電解過程中，電解溫度除與極距電壓降大小有關外，主要取決于電解質(zhì)的熔點。欲想保持小有關外，主要取決于電解質(zhì)的熔點。欲想保持低溫電解生產(chǎn)，不設法降低電解質(zhì)的熔點而單純低溫電解生產(chǎn)，不設法降低電解質(zhì)的熔點而單純降低電解過程溫度，必然會導致電解質(zhì)過冷，引降低電解過程溫度，必然會導致電解質(zhì)過冷，引起病槽，影響生產(chǎn)。起病槽，影響生產(chǎn)。電解溫度主要取決于電解溫度主要取決于整理課件添加劑基本上應滿足下列各種要求，首先是在添加劑基本上應滿足下列各種要求，首先是在電解過程中不被電

31、解成它的組成元素，而影響鋁的電解過程中不被電解成它的組成元素，而影響鋁的質(zhì)量。添加劑應能對電解質(zhì)的性質(zhì)有所改善，例如質(zhì)量。添加劑應能對電解質(zhì)的性質(zhì)有所改善，例如降低電解質(zhì)的初晶點，或者提高電解質(zhì)的導電率，降低電解質(zhì)的初晶點，或者提高電解質(zhì)的導電率，減少鋁的溶解度，減少電解質(zhì)的密度等，提高電解減少鋁的溶解度，減少電解質(zhì)的密度等，提高電解鋁的經(jīng)濟技術指標。此外，它的吸水性和揮發(fā)性應鋁的經(jīng)濟技術指標。此外，它的吸水性和揮發(fā)性應該小些，而對氧化鋁的溶解度不致有較大的影響，該小些，而對氧化鋁的溶解度不致有較大的影響，來源廣泛而且價格低廉。來源廣泛而且價格低廉。電解質(zhì)中的添加劑應滿足條件電解質(zhì)中的添加劑應

32、滿足條件整理課件MgF2能降低電解質(zhì)的熔點。氟化鎂能增加電解質(zhì)的表面張力，這對減少鋁的再溶 解損失，促進電解質(zhì)中的碳渣分離起到有益的作用；所以MgF2間接地起了提高電解質(zhì)導電性的作用，MgF2在這方面的作用比氟化鈣更大些。氟化鎂是一種礦化劑，能加速aAl2O3的礦比作用，這對于在電解槽側(cè)壁上形成穩(wěn)定的結(jié)殼起到有益的作用。 添加MgF2的電解質(zhì)結(jié)殼酥松好打。但是，缺點是MgF2。會在一定程度上減小氧化鋁的溶解度和溶解速度，增大電解質(zhì)密度，稍稍降低導電率等，所以MgF2只在沿爐幫附近處添加，而不添加在里邊，以免在陽極底下產(chǎn)生多量沉淀。我國鋁廠推行“勤加工，少下料”作業(yè)法，可以彌補因添加MgF2而帶

33、來的缺點。因此，氟化鎂是一種有益的添加劑。一般添加為46，添加氟化鈣的作用基本上與MgF2一致。添加添加MgF2的作用的作用整理課件鋰鹽作為鋁電解質(zhì)的組成分所起的作用主要是降低 電解質(zhì)的初晶點，提高其導電率，此外還減小其密度，改善電解質(zhì)的表面張力，從而達到提高電流效率，降低噸鋁電耗的目的。其缺點是降低A12O3在溶液中的溶解度。由于鋰鹽價格昂貴的關系，直到最近，鋰鹽才廣泛地在鋁工業(yè)上進行試驗和應用，有的使用炭酸鋰，因為炭酸鋰在高溫下分解成Li2O，而氧化鋰又與冰晶石發(fā)生反應合成為氟化鋰，同樣也可起到添加氟化鋰的作用。氟化鋰添加劑的作用整理課件與電解溫度有關。溫度越高，離子運動越快，導電率增加。

34、但是電解溫度高，會造成電流效率降低，能耗和原材料增加，因而提高導電率的效益補償不了降低電流效率和其它的損失。與電解質(zhì)分子比有關。導電率隨分子比的增加而增加。與Al2O3濃度有關。電解質(zhì)的導電率隨Al2O3濃度的增加而降低。與電解質(zhì)中的炭粒有關。當電解溫度高時，會使電解質(zhì)中炭粒含量增多，炭含量增多時不僅使電解質(zhì)的導電率降低，還能減少電解質(zhì)對Al2O3晶體的濕潤性，從而也會造成氧化鋁沉淀。與電解質(zhì)中的添加劑有關。添加劑對于冰晶石導電率的影響，可分為兩類；向電解質(zhì)中添加氟化鋰和氯化鈉能改善電解質(zhì)的導電性，特別是氟化鋰效果顯著。向電解質(zhì)中添加氟化鈣和氟化鎂能降低電解質(zhì)的導電度，但它們能使炭渣好分離，減

35、少電解質(zhì)中的炭粒含量，可使電解質(zhì)的導電性較好，間接地增加導電率。在工業(yè)電解生產(chǎn)中，電解質(zhì)的導電率影響因素整理課件 氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度對生產(chǎn)具有很大影響。氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度與電解溫度和電解質(zhì)成分有關。一般說來，氧化鋁在冰晶石中的溶解度隨溫度升高而增加。而在實際工業(yè)電解質(zhì)中氧化鋁溶解度因其受復雜的成分和工作條件的影響，一般保持在28之間。電解質(zhì)中的添加劑都會不同程度的降低氧化鋁的溶解度。高分子比電解質(zhì)中溶解氧化鋁的能力大，隨氟化鋁含量的增加而氧化鋁的溶解度降低。尤其分子比過低，電解質(zhì)過酸時氧化鋁的溶解度會更小，以致造成電解槽四周塌殼，沉淀過多，影響正常槽子加工。氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度

36、整理課件在冰晶石一氧化鋁熔體中主要是Na+離子，鋁氧氟絡離子( AlOF22-)和含氟鋁離子( AlF63-，AIF4- )。其次有少部分簡單離子（Al3+、F-及O2-）等。所以熔液中Na+離子主要是單體離子，A13+主要都結(jié)合在絡合離子里。這些離子在直流電場的作用下，所有的陽離子均向陰極運動，所有的陰離子均向陽極運動。離子的這種定向的運動過程就是傳導電流的過程。熔體中各種離子所傳導的電流是不相同的，有多有少，據(jù)試驗室研究：冰晶石-氧化鋁熔體電解時，電流幾乎全是Na+離子傳導的。鋁電解質(zhì)中的離子整理課件在陽極上3O2-(絡合的) + 1.5C-6e =1. 5 C02 在陰極上A13+ (絡

37、合的) +6e= 2Al 兩項合并得總反應式為:Al2O3+1.5C=2Al + 1.5CO2鋁電解的基本反應式整理課件在冰晶石一氧化鋁熔鹽鋁電解過程中，在電解析出鋁的同時，在兩極上還伴隨發(fā)生一些重要的過程和現(xiàn)象，因這些過程和現(xiàn)象對生產(chǎn)有害無益，所以稱為兩極副反應，在陰極副反應中有金屬鈉的析出，陰極鋁的再溶損失，炭化鋁的生成；在陽極副反應中有陽極效應、陽極氣體成分的變化。鋁電解過程中兩極副反應鋁電解過程中兩極副反應整理課件1） 降低電流效率，增加氟化鹽的消耗；2） 被陰極炭素吸收而破壞了槽內(nèi)襯，從而縮短槽的壽 命。 因此，降低鈉的析出強度是有利的。這就要求嚴格控制技術條件，電解質(zhì)的分子比和陰極

38、電流密度不宜過高，避免熱槽等都是行之有效的方法。電解槽中金屬鈉的析出的危害整理課件鋁的溶解和損失是指已電解出來的鋁再反向溶解于電解質(zhì)中，而后為陽極氣體中的CO2所氧化造成損失，反應式為：2Al(溶解的)+3CO2(氣)=A12O3(溶解的)+3CO(氣體)，這是造成電解槽上電流效率降低的主要原因。鋁的溶解和損失(或二次反應)整理課件工業(yè)電解槽在正常生產(chǎn)過程中陽極氣體成分含有CO2和CO，通常CO2氣體含量約占70，CO約占30，但是當槽子快發(fā)生陽極效應時，陽極氣體成分含量發(fā)生逆轉(zhuǎn)，CO2含量還逐漸減少，CO含量增加。還有少量的CF4氣體。陽極氣體的成分和變化情況整理課件電解質(zhì)中氧化鋁的分解電壓

39、是施加于電解兩極上的最小外部電動勢，由于鋁電解是采用炭素陽極，電解過程中電極上會產(chǎn)生過電壓，因而實測到的分解電壓數(shù)值要比理論值高出0406伏。所以鋁電解過程中把實測到的“分解電壓”的數(shù)值被稱為極化電壓。極化電壓的組成可由下式表示：E極化=E分解+E過式中：E分解氧化鋁分解電壓(炭陽極)。E過陽極與陰極上產(chǎn)生的過電壓。極化電壓整理課件三、幾個主要工藝參數(shù)三、幾個主要工藝參數(shù)整理課件電解質(zhì)溫度是電解過程最重要的工藝參數(shù)之一。另一個與電解質(zhì)溫度密切相關的參數(shù)是電解質(zhì)過熱度，它是指電解質(zhì)溫度與電解質(zhì)的熔點（或稱初晶點、初晶溫度）之差。 （1）關于合適的過熱度選擇問題）關于合適的過熱度選擇問題電解質(zhì)溫度

40、必須高出熔點若干度（如1015），也就是說，必須有一定過熱度，電解生產(chǎn)才能正常進行。由于凝固的電解質(zhì)是不導電的，過熱度過低時，電解槽的熱平衡稍有波動（如出鋁、換陽極等人工作業(yè)干擾、槽面保溫料變化、下料量變化等引起溫度波動）就會引起槽況出現(xiàn)很大的波動，如電壓波動，沉淀產(chǎn)生等，使電解槽無法正常運行。當然，過熱度也不能過高，過高會影響電流效率，并加大能量消耗。至于要保持多高的過熱度合適，要看電解槽操作與控制的平穩(wěn)程度，以前全靠人工來控制下料和調(diào)整電壓的電解槽，因為溫度波動較大，所以過熱度保持較高（2025）?，F(xiàn)代預焙槽采用點式下料器實現(xiàn)準連續(xù)的下料，并由先進控制系統(tǒng)精細地調(diào)節(jié)電壓和控制下料過程，因而

41、過熱度可以保持較低（1012），這是電流效率提高的重要原因之一。電解質(zhì)溫度與過熱度電解質(zhì)溫度與過熱度整理課件鋁業(yè)界一直在想方設法降低電解質(zhì)溫度，因為溫度降低意味著電能消耗的降低，并且，研究表明，降低電解質(zhì)溫度能提高電流效率。研究表明，電解質(zhì)溫度每降低10，電流效率可以提高2%左右（但前提是降低溫度不帶來其他工藝條件的惡化）。降低電解質(zhì)溫度無疑通過兩個途徑：降低電解質(zhì)過熱度和降低電解質(zhì)初晶點。上面的討論表明，降低過熱度的程度是有限的，因為現(xiàn)代采用點式下料和計算機控制系統(tǒng)已經(jīng)將過熱度降低到10，再將降的空間不大。因此，要實現(xiàn)較大幅度的降低電解質(zhì)溫度，就必須設法降低電解質(zhì)熔點。（2）關于降低電解質(zhì)溫

42、度）關于降低電解質(zhì)溫度整理課件 電解質(zhì)熔點由電解質(zhì)的成份所決定，例如正冰晶石的熔點是1009。如果其中加入氧化鋁，使氧化鋁濃度保持在5%10%，則對應的熔點降低到980960，相應地，電解質(zhì)溫度需要保持在1000980。為了降低熔點，人們研究了多種可以改進電解質(zhì)物理化學性質(zhì)（包括降低熔點）的添加劑，這導致了AlF3、CaF2、MgF2、LiF等添加劑的使用使現(xiàn)代鋁電解的電解質(zhì)熔點降低到了950以下，相應地，電解質(zhì)溫度降低到了970以下。 （3）關于降低電解質(zhì)熔點）關于降低電解質(zhì)熔點整理課件 特別是添加AlF3，實質(zhì)就是降低分子比，在現(xiàn)代大型預焙槽上得到了廣泛應用。目前，一些工廠采用了2.12.

43、2的分子比（相當于在正冰晶石中加入14.7%12.7%的AlF3），再加之來電解質(zhì)中還含有其他一些成份（如自氧化鋁原料中元素Ca使電解質(zhì)中自然積累了約5%的CaF2），使電解質(zhì)熔點降低到930945，相應地電解質(zhì)溫度降低到945955。整理課件 然而，電解質(zhì)熔點的過分降低會帶來電解質(zhì)其他方面性能的惡化。 第一個問題是，氧化鋁的溶解度和溶解速度顯著降低，使現(xiàn)行下料控制技術無法避免沉淀的產(chǎn)生，這也是為什么現(xiàn)代采用低分子比生產(chǎn)的預焙槽需要采用低氧化鋁濃度（1.5%3.5%）的重要原因。 第二個問題，是與槽電壓和極距的保持相關的問題。多數(shù)添加劑在降低電解質(zhì)熔點的同時還使電解質(zhì)的電導率降低，這導致同等極

44、距下電解質(zhì)的電壓降升高，因而槽電壓升高。因此，分子比降低后，往往使鋁電解操作者面臨兩種選擇，要么降低極距維持槽電壓不變，要么維持極距不變，讓槽電壓升高。 （4）關于降低電解質(zhì)熔點的相關問題）關于降低電解質(zhì)熔點的相關問題整理課件 前種做法可能導致極距不夠，槽電壓擺動，抵消了降低槽溫帶來的好處；后種做法可能因電壓升高而看不到降低槽溫對電能消耗指標帶來的好處，并且如果電壓升高過多的話，還可能因能量收入增加過多，使降低槽溫的目的事實上無法實現(xiàn)，或者會發(fā)現(xiàn)槽溫雖然降低了，但槽膛卻化空了（因為熱收入增多，必定需要熱支出相應增多，才能維持電解槽的能量平衡）?；谏鲜鲈颍僮髡咭话悴扇≌壑械姆桨?，即降低分子

45、比的同時，允許槽電壓適當升高，但同時允許極距適當降低，只要槽電壓不發(fā)生明顯波動即可。這個度如何把握，需要操作者在生產(chǎn)實踐中去探索。整理課件顯然，最佳電解質(zhì)溫度應該是最佳的電解質(zhì)成份所對應的熔點加上最佳的過熱度。從上述降低過熱度和降低電解質(zhì)熔點所遇到的困難可知，電解質(zhì)溫度的確定要從多方面考慮，它有賴于其他技術參數(shù)的配合，其溫度范圍要視電解槽的類型、工藝制度和電解質(zhì)成份而定。一般地，電解槽的工藝技術條件和電解槽的操作與控制越平穩(wěn)，則通過調(diào)整電解質(zhì)成份和適當降低過熱度來降低電解質(zhì)溫度的空間便越大。（5）關于最佳電解質(zhì)溫度）關于最佳電解質(zhì)溫度整理課件 盡管大幅度降低槽溫遇到了上述的困難，但低溫鋁電解依

46、然是鋁工業(yè)追求的目標。因為鋁的熔點是660，要得到液體鋁，電解溫度只要達到800850即可，大約高出鋁的熔點150180。要實現(xiàn)如此低的電解溫度，可能需要對現(xiàn)行電解工藝（包括鋁電解質(zhì)體系、電極材料以及電解槽結(jié)構(gòu)）進行重大變革，否則降低電解質(zhì)溫度與保持合適的氧化鋁濃度和合適的極距（槽電壓）之間的矛盾無法解決。（6）低溫鋁電解）低溫鋁電解鋁工業(yè)依然追求的目標鋁工業(yè)依然追求的目標整理課件雖然電解質(zhì)溫度是最重要的工藝參數(shù)之一，但遺憾的是，直到今天，尚未找到既經(jīng)濟，又準確的連續(xù)檢測電解質(zhì)溫度的方法與裝置，這是因為電解質(zhì)熔體的腐蝕性太強烈，各類接觸式測溫方法（如采用熱電偶測溫）都只能短時間將探頭插入電解質(zhì)

47、中，時間稍長便腐蝕掉了。而各類非接觸式測溫方法（如紅外測溫）又因受到電解質(zhì)表面的結(jié)殼、炭渣等因素干擾而誤差太大。目前，工業(yè)生產(chǎn)中，由人工用熱電偶儀表定期檢測電解質(zhì)溫度，例如每天檢測一次。由于連續(xù)測溫問題未解決，電解質(zhì)溫度的控制是通過控制槽電壓（或槽電阻）等參數(shù)來間接控制的。（7）關于電解質(zhì)溫度的檢測與控制問題）關于電解質(zhì)溫度的檢測與控制問題整理課件 鋁水平與電解質(zhì)水平分別指鋁電解槽中鋁液的高度和電解質(zhì)熔體的高度。這兩層液體在電解槽內(nèi)因密度的差異而分層。鋁水平與電解質(zhì)水平鋁水平與電解質(zhì)水平整理課件首先，電解槽需要足量的液體電解質(zhì)來獲得電解質(zhì)成份（包括氧化鋁濃度）穩(wěn)定性。由于電解質(zhì)熔體起著溶解氧化

48、鋁的作用，只有足量的電解質(zhì)熔體才對加入的氧化鋁原料有足量的“容納”能力，氧化鋁濃度的穩(wěn)定性才好，電解槽適應下料速率變化的能力較強（經(jīng)得起“餓”，也經(jīng)得起“撐”）。對于現(xiàn)代中間點式下料電解槽，原料幾乎全靠中間點式下料器加入，這不同于邊部加工的自焙槽（原料從邊部加入后很大部分先沉積在槽幫，其后慢慢溶解），因此若電解質(zhì)水平低，則加入的原料沉淀到槽底的比例迅速增大，并且氧化鋁濃度波動大，陽極效應次數(shù)增加，電解槽的下料控制進入惡性循環(huán)。此外，由于電解槽中的液體電解質(zhì)與凝固的電解質(zhì)處于一種動態(tài)平衡之中，當槽溫等參數(shù)變化時，動態(tài)平衡會被打破，例如槽溫升高會引起固相熔化成液相，反之液相凝固成固相。由于固相與液

49、相的組成是有差異的，因此若液體電解質(zhì)的量過少，則固相與液相之間的轉(zhuǎn)化會引起電解質(zhì)成份較大的波動，這對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定不利。（1）電解槽內(nèi)保持足夠高度電解質(zhì)水平的作用）電解槽內(nèi)保持足夠高度電解質(zhì)水平的作用整理課件其次，電解質(zhì)熔體是電解槽中熱量的主要載體，只有足量的電解質(zhì)熔體才能使電解槽保持足夠好的熱穩(wěn)定性，即電解槽適應熱量變化的能力較強。再者，電解質(zhì)水平高則陽極與電解質(zhì)接觸面積較大，使槽電壓降低。 整理課件通過上面的分析可知，電解質(zhì)水平過低所帶來的問題是，電解槽內(nèi)的（液體）電解質(zhì)成份（包括氧化鋁濃度）的穩(wěn)定性較差，熱穩(wěn)定性也較差，電解槽技術條件容易波動，容易產(chǎn)生沉淀，容易產(chǎn)生陽極效應，并且不利于降

50、低槽電壓。電解質(zhì)水平過高帶來的問題是，陽極埋入電解質(zhì)太深，陽極氣體不易排出，使鋁與陽極氣體發(fā)生二次反應加劇，引起電流效率降低。同時還易造成陽極長包，電解槽的槽膛上口容易化空。此外，電解質(zhì)水平太高意味著電解槽的能量收入偏高，不符合盡可能降低能量消耗的原則。（2）電解質(zhì)水平過低與過高所帶來的問題）電解質(zhì)水平過低與過高所帶來的問題整理課件首先，電解槽內(nèi)必須有一層鋁液作為電解槽的陰極。因為在電解槽內(nèi)，電解質(zhì)中鋁離子放電成為金屬鋁的反應是在鋁液鏡面上進行的，而不是在陰極炭塊的表面進行的。也就是說，電解槽真正的陰極是鋁，而不是陰極炭塊。這便是為什么電解槽啟動的時候要向電解槽中灌鋁的原因。 其次，電解槽內(nèi)需

51、要一定高度的鋁液保護陰極炭塊和均勻槽底電流。由于金屬Al液與炭陰極材料表面的潤濕性很差，為了不使炭陰極表面暴露于電解質(zhì)中，電解槽中不得不保持一定高度的鋁液。如果鋁直接在陰極炭塊上析出，還會腐蝕陰極炭塊。此外，還需考慮到電解槽隨槽齡增長而出現(xiàn)槽底變形，鋁液能填平槽底坑洼不平之處，使電流比較均勻地通過槽底。（3）電解槽內(nèi)保持足夠高度鋁水平的作用）電解槽內(nèi)保持足夠高度鋁水平的作用整理課件電解槽內(nèi)需要有足夠高度的鋁液才能保持電解槽中鋁液的穩(wěn)定（進而保持槽電壓穩(wěn)定）。若單從保護陰極炭塊和均勻槽底電流的目的考慮，就沒有必要保持20cm左右的鋁水平，保持如此高的鋁水平的更重要原因是，鋁液在電磁力的作用下發(fā)生

52、運動并導致鋁液與電解質(zhì)界面的變形，并且鋁液高度越低，鋁液運動越強烈?，F(xiàn)代鋁電解槽的電磁場平衡設計得較好，已能實現(xiàn)將鋁水平降低到15cm左右，但繼續(xù)降低仍然克服不了鋁液波動，槽子穩(wěn)定性差的問題。（3）電解槽內(nèi)保持足夠高度鋁水平的作用）電解槽內(nèi)保持足夠高度鋁水平的作用整理課件再者，保持適量的鋁液是保持良好熱平衡的重要基礎。由于鋁液是熱的良好導體，因此能起到均衡槽內(nèi)溫度的作用。特別是，陽極中央部位多余的熱量可通過這層良好導體輸送到陽極四周，從而使槽內(nèi)各部分鋁液溫度趨于均勻。調(diào)整槽內(nèi)鋁量可起到調(diào)整熱平衡的作用，提高鋁水平可增大槽子的散熱量，有利于降低槽溫；相反，降低鋁水平可減小槽子的散熱量，有利于提高

53、槽溫?，F(xiàn)場操作人員常利用這一特性來調(diào)整電解槽的熱平衡，但屬于不得以而為之的措施。正常情況下應該盡量保持電解槽的工藝技術條件穩(wěn)定。整理課件 電解質(zhì)水平與鋁水平雖然是重要的工藝參數(shù)，但直到今天依然靠手工使用鐵釬來檢測。 由于電解質(zhì)水平的高低受熱平衡的影響很大，因此，在按照電解質(zhì)的噸鋁消耗量及時補充冰晶石和氟化鋁的基礎上，合適的電解質(zhì)水平還需要通過保持合適的熱平衡來維持。當電解質(zhì)過高或過低時，也可以通過從電解質(zhì)中抽出（撤走）液體電解質(zhì)，或向電解槽中灌入取自其他槽的液體電解質(zhì)來調(diào)整電解質(zhì)水平。（5）關于電解質(zhì)水平與鋁水平的檢測與控制）關于電解質(zhì)水平與鋁水平的檢測與控制整理課件鋁水平的調(diào)整主要通過調(diào)整出

54、鋁量來實現(xiàn)。大型預焙槽一般每天出鋁一次，出鋁時按照下達的出鋁量指標，使用真空抬包從槽中抽取鋁液。出鋁前后，鋁水平一般相差34cm。熱平衡變化引起槽膛變化是導致鋁水平變化異常的主要原因，因此象電解質(zhì)水平一樣，合適的鋁水平還需要通過保持合適的熱平衡來維持。此外，上面已提及，現(xiàn)場操作人員也可以利用調(diào)整鋁水平來調(diào)整電解槽的熱平衡，但一般只有對于熱平衡已經(jīng)不正常的電解槽才采用多出鋁或少出鋁（甚至向電解槽中灌入取自其他電解槽的液體鋁，或直接加入固體鋁）的手段來調(diào)整電解槽的熱平衡狀態(tài)。整理課件 電解槽達到正常生產(chǎn)階段的一個重要標志是槽膛（或稱爐膛）內(nèi)壁上已經(jīng)牢固地長著一層電解質(zhì)結(jié)殼（“槽幫”），使槽膛有穩(wěn)定

55、的內(nèi)形。這層結(jié)殼是由沉積在電解槽側(cè)壁上的剛玉（-Al2O3）和冰晶石等組成，它均勻地分布在電解槽側(cè)壁上，形成一個橢圓形的環(huán)。由這一圈結(jié)殼所規(guī)定的槽膛內(nèi)壁形狀，稱為“槽膛內(nèi)形”。槽膛內(nèi)形整理課件 構(gòu)成槽膛的這層結(jié)殼是電和熱的不良導體，能夠阻止電流從槽側(cè)部通過，抑制電流漏損，并減少電解槽的熱損失，同時它還能保護著陽極四周的槽底。另一個重要作用是把槽底上的鋁液擠到槽中央部位，使鋁液的表面收縮，有利于提高電流效率。因此，現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)上十分重視槽膛內(nèi)形，要求槽膛規(guī)整而又穩(wěn)定，讓電流均勻地通過槽底，防止其局部集中。槽膛的作用整理課件 鋁電解槽因有槽幫的存在而在一定范圍內(nèi)具有很強的自我調(diào)節(jié)能力。最突出的是

56、電解質(zhì)溫度和熱平衡自我調(diào)節(jié)。因此，正常電解生產(chǎn)中某些操作不當，乃至槽況某時的較小波動，都會因有槽幫的存在，而由電解槽自我調(diào)節(jié)，重新向平衡狀態(tài)靠攏，無需太多的人工干預。這就確保了正常生產(chǎn)和操作的順利進行，乃至控制系統(tǒng)的容錯運行，降低了操作和維護的強度。 槽幫在電解槽中對于側(cè)部內(nèi)襯材料來說相當于一種永遠不受侵蝕的保護層，保護內(nèi)襯不受電解質(zhì)熔體的侵蝕。在電解槽中，保證槽幫的存在是延長鋁電解槽壽命的重要條件和手段。整理課件槽膛內(nèi)形伸腿長伸腿高槽幫厚槽膛內(nèi)形的典型尺寸如圖所示，主要有： 槽幫厚度：指槽膛側(cè)部（槽幫）最薄部位的厚度。該部位一般在電解質(zhì)與鋁液界面附近。伸腿長度：指槽膛底部的“伸腿”進入陽極投

57、影之下的部分的長度。伸腿高度：指槽膛底部的“伸腿”進入陽極投影之下的部分的高度。整理課件 槽幫厚度能反映槽膛大小，因此重要。伸腿的大小和形狀之所以重要，是因為理論研究和生產(chǎn)實踐均表明，伸腿如果太平坦和太長，會導致鋁液中產(chǎn)生很大的水平電流，從而產(chǎn)生很大的垂直磁力，引起鋁液波動，最后結(jié)果是造成槽況不穩(wěn)定（主要表現(xiàn)為槽電壓波動），因而降低電流效率。 槽幫厚度整理課件四、陽極過電壓和陽極效應四、陽極過電壓和陽極效應 1 陽極過電位陽極過電位 陽極過電位的性質(zhì)和組成隨著電流密度的變化而發(fā)陽極過電位的性質(zhì)和組成隨著電流密度的變化而發(fā)生改變：生改變：1 1）活化過電位）活化過電位 電化學反應過電位和化學反應

58、過電位電化學反應過電位和化學反應過電位 電化學反應過電位電化學反應過電位是由于電極反應過程中，電荷通過電極與電是由于電極反應過程中，電荷通過電極與電解質(zhì)界面雙電層，進行電子交換的緩慢步驟所引起的陽極過電位，解質(zhì)界面雙電層，進行電子交換的緩慢步驟所引起的陽極過電位，這時電化學反應步驟成為整個電極過程的速率控制步驟；這時電化學反應步驟成為整個電極過程的速率控制步驟； 化學反應過電位化學反應過電位是由于電極反應過程中的前置或后繼化學反應是由于電極反應過程中的前置或后繼化學反應步驟受阻所引起的過電位。步驟受阻所引起的過電位。 這兩種過電位的實質(zhì)與大小都取決于相關步驟的活化能大小，這兩種過電位的實質(zhì)與大

59、小都取決于相關步驟的活化能大小，所以將這兩種過電位所以將這兩種過電位統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為“活化過電位活化過電位”，他們雖然在其本質(zhì)上，他們雖然在其本質(zhì)上有一定區(qū)別，但有一定區(qū)別，但一般都符合一般都符合TafelTafel方程：方程： aa = a +aa = a + blog(i)blog(i) 整理課件2 2）陽極氣膜電阻過電位）陽極氣膜電阻過電位 覆蓋在陽極上的氣膜阻礙電流流過，電極有效面積減少，真實電流覆蓋在陽極上的氣膜阻礙電流流過，電極有效面積減少，真實電流密度增大，從而提高電極極化電位，表現(xiàn)出陽極過電位；一般隨密度增大，從而提高電極極化電位，表現(xiàn)出陽極過電位；一般隨AlAl2 2O O3 3濃濃度的降低和陽極表面積的增大而增加，陽極效應時尤為明顯。度的降低和陽極表面積的增大而增加，陽極效應時尤為明顯。3 3）濃差過電位）濃差過電位 電極界面區(qū)濃度梯度，形成電極界面區(qū)濃度梯度，形成“擴散層擴散層”，擴散層的傳質(zhì)過程成為電，擴散層的傳質(zhì)過程成為電極過程速率控制步驟，產(chǎn)生極過程速率控制步驟，產(chǎn)生 濃差過電位（或擴散過電位）。濃差過電位（或擴散過電位）。 一般情況下，陽極氣體一般情況下，陽極氣體CO2CO2使陽極界面區(qū)電解質(zhì)產(chǎn)生擾動，避免了濃差使陽極界面區(qū)電解質(zhì)產(chǎn)生擾動，避免了濃差極化的產(chǎn)生。但是，當接近陽極效應時，