第八章鋁電解中的電極過程演示文稿

第八章鋁電解中的電極過程演示文稿當(dāng)前1頁，總共102頁。優(yōu)選第八章鋁電解中的電極過程當(dāng)前2頁，總共102頁。重點內(nèi)容鋁電解的電化學(xué)體系及其性質(zhì)鋁電解的電極過程鋁電解的工藝及設(shè)備當(dāng)前3頁，總共102頁。現(xiàn)代鋁工業(yè)三個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：（1）從鋁土礦提取純氧化鋁（2）用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)鋁（3）鋁加工輔助環(huán)節(jié)：（1）炭素電極制造（2）氟鹽生產(chǎn)當(dāng)前4頁，總共102頁。8.1鋁電解冶金的電化學(xué)體系及其性質(zhì)1.鋁電解電化學(xué)體系由電極（陽極碳電極、陰極為液態(tài)鋁）和熔融電解質(zhì)組成。其中電解質(zhì)由熔劑冰晶石和煉鋁原料氧化鋁組成。（圖片）當(dāng)前5頁，總共102頁。8.1鋁電解冶金的電化學(xué)體系及其性質(zhì)2.冰晶石-氧化鋁熔鹽理化性質(zhì)冰晶石（Na3AlF6或3NaF.AlF3）,無色，有強烈的腐蝕性，熔點為1010℃，單斜晶系。雖有天然產(chǎn)物，但數(shù)量頗少。煉鋁工業(yè)采用的是合成冰晶石。氧化鋁，白色粉末，熔點為2050℃。工業(yè)氧化鋁的純度為99%。

當(dāng)前6頁，總共102頁。（1）熔點有冰晶石和氧化鋁組成的二元系是簡單的共晶系，從圖中可以確定其共晶點在氧化鋁含量為10~11.5%（質(zhì)量比）或18.6~21.1%（摩爾比），溫度為960~962℃當(dāng)前7頁，總共102頁。鋁電解的電解質(zhì)往往在上述二元合金中還加入AlF3,因而形成三元系，不僅使熔點降低，還可以改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。當(dāng)前8頁，總共102頁。（2）密度三元素使熔鹽的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致密度下降，電解質(zhì)的密度小于液鋁密度，金屬鋁液與電解質(zhì)自動分層，達到分離的目的。8.1鋁電解冶金的電化學(xué)體系及其性質(zhì)當(dāng)前9頁，總共102頁。（3）粘度Al2O3升高，粘度增加，加入MgF2、CaF2可使電解質(zhì)粘度增加，加入AlF3、LiF、NaF卻使電解質(zhì)粘度降低8.1鋁電解冶金的電化學(xué)體系及其性質(zhì)當(dāng)前10頁，總共102頁。（4）表面張力Na3AlF6-Al2O3熔鹽在碳電極上的潤濕角θ隨Al2O3的含量增大而減小。當(dāng)前11頁，總共102頁。8.1鋁電解冶金的電化學(xué)體系及其性質(zhì)不同條件下的冰晶石-氧化鋁熔體結(jié)構(gòu)模型當(dāng)前12頁，總共102頁。1.氧化鋁的分解電壓電解質(zhì)組分的分解電壓是指該組分進行長時間電解并析出電解產(chǎn)物所需要的外加最小電壓.2.氧化鋁的理論分解電壓化合物分解所需要的電功在數(shù)值上等于它在恒壓下的生成自由能,但符號相反.化合物的理論分解電壓8.2鋁電解的理論分解電壓當(dāng)前13頁，總共102頁。理論分解電壓當(dāng)前14頁，總共102頁。炭陽極1.炭陽極上的電化學(xué)反應(yīng)陽極反應(yīng)的理論計算-分解電壓例:Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2?G=-675.7kJ/mol當(dāng)前15頁，總共102頁。炭陽極炭陽極上，冰晶石-氧化鋁熔鹽電解中幾種可能的電化學(xué)反應(yīng)當(dāng)前16頁，總共102頁。炭陽極炭陽極上，Na3AlF6-Al2O3熔鹽體系中的電化學(xué)反應(yīng)與析出電位（1273K）當(dāng)前17頁，總共102頁。炭陽極冰晶石-氧化鋁熔鹽電解的循環(huán)伏安圖當(dāng)前18頁，總共102頁。鋁電解中的電極過程-炭陽極炭陽極上，電極反應(yīng)與電流峰值的對應(yīng)關(guān)系P1P2P3P4P5P6電流峰電極反應(yīng)當(dāng)前19頁，總共102頁。鋁電解中的電極過程-炭陽極陽極反應(yīng)的控制步驟i<0.02A/cm2

化學(xué)反應(yīng)和擴散聯(lián)合控制0.02<i<1.5A/cm2

化學(xué)反應(yīng)所控制1.5<i<ccd擴散控制當(dāng)前20頁，總共102頁。鋁電解中的電極過程-炭陽極炭陽極上的反應(yīng)歷程（電流密度在0.02~1.5A/cm2的范圍內(nèi)）IIIIIIIVV此過程的反應(yīng)速度由CxO·O碳氧中間化合物中的C—C鍵斷裂緩慢所控制，所以步驟IV可能是反應(yīng)的控制步驟，即反應(yīng)速度為化學(xué)反應(yīng)所控制當(dāng)前21頁，總共102頁。3計算Al2O3的分解電壓采用惰性陽極,陽極上析出氧氣.Al2O3=2Al+1.5O2(1)(2)采用活性陽極(例如碳陽極)時,陽極上生成CO2和CO.

Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2(2)

Al2O3+3C=2Al+3CO(3)

當(dāng)前22頁，總共102頁。8.3鋁電解電極過程鋁電解原理：

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)，主要采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，其中氧化鋁是煉鋁的原料，冰晶石是熔劑。直流電通入電解槽，在陰極和陽極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。電解產(chǎn)物，陰極上是液體鋁，陽極上是氣體CO2（75-80%）和CO（20-25%）。當(dāng)前23頁，總共102頁。8.3鋁電解的電極過程1.陰極過程在熔融鋁電解質(zhì)中，鈉離子的遷移數(shù)約為99%，但是它并不在陰極上放電。在工業(yè)應(yīng)用的電解質(zhì)組成的溫度范圍內(nèi)，純鈉的析出電位大約比純鋁的析出電位負250mv,所以陰極上Al3+優(yōu)先放電，而且鋁電解過程是一種三電子的遷移過程。當(dāng)前24頁，總共102頁。在陰極雙電層中，鋁-氧-氟絡(luò)合離子中的Al3+受陰極的吸引，掙脫掉絡(luò)離子的束縛，往布滿著電子的陰極上靠攏，發(fā)生三電子轉(zhuǎn)移的電極反應(yīng)，生成液體鋁：Al3++3e=Al（液），這就是陰極上的主反應(yīng)。

當(dāng)前25頁，總共102頁。鋁電解過程中的兩極反應(yīng)Na+,AlF63-AlF4-,F-[Al-O-F]x-當(dāng)前26頁，總共102頁。8.3鋁電解的電極過程2.陽極過程當(dāng)前27頁，總共102頁。電解質(zhì)中的含氧離子向陽極表面?zhèn)鬏敚坏竭_陽極表面附近的含氧離子O2-，其中單體氧離子脫出到達陽極表面；到達陽極表面的單體氧離子O2-

，在碳參與下放電，首先生成化學(xué)吸附性質(zhì)的碳氧絡(luò)合物；碳氧絡(luò)合物分解生成物理吸附的二氧化碳和碳；物理吸附的二氧化碳解吸。當(dāng)前28頁，總共102頁。把兩極反應(yīng)合并起來,則得到鋁電解的總反應(yīng)式:

Al2O3+1.5C=2Al(液)+1.5CO2(氣)當(dāng)前29頁，總共102頁。陰極副反應(yīng)（1）鋁的溶解和損失：金屬鋁部分地溶解在冰晶石熔體中。一般認為，陰極鋁液在電解質(zhì)里的溶解有以下幾種情況：（a）溶解在熔融冰晶石中的鋁，生成低價鋁離子和雙原子的鈉離子。2Al+Al3+=3Al+Al+6Na+=Al3++3Na2+當(dāng)前30頁，總共102頁。陰極副反應(yīng)（b）鋁以電化學(xué)反應(yīng)形式直接溶解進入電解質(zhì)熔體中。Al（液）-e=Al+（c）物理溶解：鋁也可能以金屬微粒的形式溶解在電解質(zhì)中構(gòu)成金屬霧。當(dāng)前31頁，總共102頁。陰極副反應(yīng)（2）金屬鈉的析出電解過程中陰極的主反應(yīng)是析出鋁而不是鈉，因為鈉的析出電位比鋁低。但是，隨著溫度升高，電解質(zhì)分子比增大，氧化鋁濃度減少，以及陰極電流密度提高，鈉與鋁的析出電位差越來越小，而有可能使鈉離子與鋁離子在陰極上一起放電，析出金屬鈉：Na+＋e＝Na析出的鈉少部分溶解在鋁中，剩下的一部分被陰極炭素內(nèi)襯吸收，一部分以蒸汽狀態(tài)揮發(fā)出來（鈉的沸點為880℃），在電解質(zhì)表面被空氣或陽極氣體所氧化，產(chǎn)生黃色火焰?？赡艿姆磻?yīng)為：4Na＋O2＝2Na2O2Na＋CO2＝Na2O＋CO2Na＋CO＝Na2O＋C措施：增加電解質(zhì)中AlF3含量及避免電解質(zhì)過熱。當(dāng)前32頁，總共102頁。冰晶石—氧化鋁熔鹽電解在電解過程發(fā)生主反應(yīng)的同時，伴隨著一系列副反應(yīng)，主要發(fā)生如下反應(yīng)：2Al（溶解的）＋3CO2=Al2O3

十3CO陽極副反應(yīng)當(dāng)前33頁，總共102頁。

添加劑對電解質(zhì)的影響:

鋁電解生產(chǎn)中，為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，有利于生產(chǎn)，通常向電解質(zhì)中添加各種添加劑，以達到提高電流效率，降低能耗的目的。當(dāng)前34頁，總共102頁。添加劑對電解質(zhì)的影響:

作為添加劑必須滿足以下條件：（1）在電解過程中不參與電化學(xué)反應(yīng)，以免電解出其他元素而影響鋁的質(zhì)量;對電解質(zhì)的性質(zhì)有所改善；如降低電解質(zhì)的初晶點,提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率,降低電解質(zhì)的密度；（2）對氧化鋁的溶解度影響不大；（3）吸水性和揮發(fā)性要??；（4）來源廣泛，價格低廉。當(dāng)前35頁，總共102頁。氟化鈣：降低熔點、增大密度，減少鋁的溶解損失。氟化鎂：降低熔點、增大密度，減少鋁的溶解損失，減少導(dǎo)電率，優(yōu)良的礦化劑：在側(cè)壁上形成穩(wěn)定的結(jié)殼；使電解質(zhì)結(jié)殼疏松好打；幫助炭粒與電解質(zhì)分離，使槽電阻減小，提高電流效率。

當(dāng)前36頁，總共102頁。

氟化鋰：降低熔點、提高導(dǎo)電率。價格高。氯化鈉：降低熔點、提高導(dǎo)電率，但易水解,腐蝕性強。

當(dāng)前37頁，總共102頁。濕潤性濕潤角是指液相-固相-氣相三相接界處液相表面與固相表面的夾角。當(dāng)前38頁，總共102頁。濕潤性濕潤角的測量當(dāng)前39頁，總共102頁。濕潤性電極電位對濕潤角的影響當(dāng)前40頁，總共102頁。濕潤性熔滴在炭板上的濕潤與收斂當(dāng)前41頁，總共102頁。濕潤性熔滴與炭板界面上的電荷示意圖當(dāng)前42頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

1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)生改變：1）活化過電位電化學(xué)反應(yīng)過電位和化學(xué)反應(yīng)過電位

電化學(xué)反應(yīng)過電位是由于電極反應(yīng)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，這時電化學(xué)反應(yīng)步驟成為整個電極過程的速率控制步驟；

化學(xué)反應(yīng)過電位是由于電極反應(yīng)過程中的前置或后繼化學(xué)反應(yīng)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(guān)步驟的活化能大小，所以將這兩種過電位統(tǒng)稱為“活化過電位”，他們雖然在其本質(zhì)上有一定區(qū)別，但一般都符合Tafel方程：a=a+

blog(i)

當(dāng)前43頁，總共102頁。2）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Al2O3濃度的降低和陽極表面積的增大而增加，陽極效應(yīng)時尤為明顯。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

1陽極過電位當(dāng)前44頁，總共102頁。3）濃差過電位電極界面區(qū)濃度梯度，形成“擴散層”，擴散層的傳質(zhì)過程成為電極過程速率控制步驟，產(chǎn)生濃差過電位（或擴散過電位）。一般情況下，陽極氣體CO2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(dāng)接近陽極效應(yīng)時，Al2O3濃度降低，出現(xiàn)濃差極化；在特別低的電流密度下，CO2減少，失去對電解質(zhì)的擾動作用，濃差極化也有可能出現(xiàn)。4）勢壘過電位

陽極附近的熔體中非放電離子，如F-、AlF4-、AlF6-等，形成電化學(xué)屏障。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

1陽極過電位當(dāng)前45頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

1陽極過電位綜上所述，陽極過電位就是這四項之和，即：V陽過=V反應(yīng)+V氣膜+V濃差+V勢壘

而陰極過電壓只有后面的兩項，所以它的值比較小（鋁析出時的過電壓約10-100mv）。當(dāng)前46頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

2陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)現(xiàn)象1）陽極周圍發(fā)生明亮的小火花，伴劈啪聲；2）陽極周圍的電解質(zhì)如被氣體撥開，陽極與電解質(zhì)界面上的氣泡不再大量析出；3）電解質(zhì)不再沸騰；4）電壓急劇上升（4V→30~50，甚至100V），燈亮；陽極效應(yīng)原因1）電解質(zhì)中缺少氧化鋁；2）電流密度大，易發(fā)生陽極效應(yīng)，電流密度越大，發(fā)生效應(yīng)時的氧化鋁濃度越高，反之亦然；3）稱發(fā)生陽極效應(yīng)時的最低電流密度為“臨界電流密度”。當(dāng)前47頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

2陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)機理1）潤濕性改變學(xué)說：熔體中Al2O3濃度低到一定程度時，電解質(zhì)對炭陽極底掌的潤濕性變差，氣體覆蓋陽極表面，致使電流以電弧形式穿透氣膜。當(dāng)前48頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

2陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)機理2）氟離子放電學(xué)說：隨著電解過程的進行，電解質(zhì)中含氧離子逐步減少到一定程度后，氟析出，然后與炭作用：①陽極表面形成COF2和CF4的絕緣層；②導(dǎo)致陽極崩裂且氟化物分解后又在陽極表面析出微細炭粒，以致電解質(zhì)不能很好潤濕陽極，氣膜形成。當(dāng)前49頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

2陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)機理3）靜電引力學(xué)說：正常情況下，陽極氣泡帶正電，被陽極表面排斥；Al2O3%降低時，陽極氣泡帶負電，在陽極表面聚集，形成氣膜，引發(fā)陽極效應(yīng)；當(dāng)前50頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

2陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)機理4）橋式離子理論：低Al2O3%時，形成橋式離子[AlF5-O-AlF5]6-，易與陽極生成CFn，CFn吸附于陽極表面，改變陽極的潤濕性能，排斥電解質(zhì)，增大陽極電流密度，達到臨界電流密度時，引發(fā)陽極效應(yīng)。當(dāng)前51頁，總共102頁。陽極過電壓和陽極效應(yīng)

2陽極效應(yīng)1）造成電解質(zhì)過熱和揮發(fā)損失增加；2）導(dǎo)致系列電流的降低；3）增加額外電耗。4）可反映電解槽工況；5）利用陽極效應(yīng)清除熔體中的炭渣，燒平陽極底掌，溶解槽底沉淀。陽極效應(yīng)的作用當(dāng)前52頁，總共102頁。陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)是熔鹽電解中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。當(dāng)其發(fā)生時，槽電壓上升到20-40伏，陽極周邊出現(xiàn)明亮的弧光放電現(xiàn)象，并發(fā)出噼啪聲，此時陽極和導(dǎo)電母線振動，系列電流發(fā)生波動。當(dāng)前53頁，總共102頁。陽極效應(yīng)的觀察當(dāng)前54頁，總共102頁。陽極效應(yīng)當(dāng)前55頁，總共102頁。陽極效應(yīng)氧化鋁濃度對極限電流密度（ccd）的影響當(dāng)前56頁，總共102頁。臨界電流密度的影響因素添加劑溫度外部氣壓攪拌電解質(zhì)當(dāng)前57頁，總共102頁。1.陽極效應(yīng)熔鹽電解時，槽電壓驟升，電流強度急劇下降，陽極附近出現(xiàn)火花和爆裂聲，陽極周圍的電解質(zhì)有如被氣體撥開似的，陽極停止析出氣泡，這一現(xiàn)象稱為陽極效應(yīng)。

當(dāng)前58頁，總共102頁。由于陽極效應(yīng)嚴重影響熔鹽電解的正常進行，并增大了能耗，人們對其原因進行了大量的研究。目前流行的解釋，如果陽極為析氣反應(yīng)，當(dāng)電解液在電極表面的潤濕性變差，導(dǎo)致氣體大面積在電極上吸附，形成氣膜，從而使反應(yīng)困難，電壓急劇上升。當(dāng)前59頁，總共102頁。發(fā)生陽極效應(yīng)的臨界電流密度1.臨界電流密度當(dāng)陽極電流密度超過臨界值，就發(fā)生陽極效應(yīng)。用d臨來表示臨界電流密度。d臨的大小表示陽極效應(yīng)發(fā)生的難易程度，數(shù)值愈大，則陽極效應(yīng)愈不易發(fā)生；反之，數(shù)值愈小，則陽極效應(yīng)愈容易發(fā)生。當(dāng)前60頁，總共102頁。2.影響臨界電流密度的因素d臨與許多因素有關(guān)：1）熔融鹽的組成及氣相的組成，2）電解質(zhì)中使陽極與電解質(zhì)的界面張力降低的表面活性陽離子的存在；3）陽極材料；4）熔融鹽的溫度當(dāng)前61頁，總共102頁。1）d臨與熔融鹽的關(guān)系。熔融氯化物的臨界電流密度比熔融氟化物的臨界電流密度高。d臨堿金屬氯化物＞d臨堿土金屬氯化物并各種堿金屬鹵素化合物的臨界電流密度依LiCl（LiF）→NaCl（NaF）→KCl（KF）的次序增大這個次序與各種鹽的熔體—碳間的表面張力因陽離子半徑增大而下降的次序一致當(dāng)前62頁，總共102頁。所以d臨與濕潤角數(shù)值處于相反的關(guān)系，表68中所列某些融鹽的濕潤角及臨界電流密度數(shù)據(jù)能很好的說明這種關(guān)系。當(dāng)前63頁，總共102頁。當(dāng)前64頁，總共102頁。由表得出，熔融堿金屬氯化物的臨界電流密度比氟化物及冰晶石的臨界電流密度大，而氯化物的濕潤角則比后者的小當(dāng)前65頁，總共102頁。當(dāng)前66頁，總共102頁。因此，研究表明，臨界電流密度乃至發(fā)生陽極效應(yīng)的可能性與熔融鹽濕潤固體表面的能力有關(guān)：鹽類熔體能愈好的潤濕陽極表面（即各種鹽的與陽極間具有愈低的界面張力），則臨界電流密度愈高，反之亦然當(dāng)前67頁，總共102頁。2）表面活性離子的作用。在二元熔融鹽體系中，臨界電流密度隨著熔體中表面活性組元濃度的增大而增大，這些表面活性組元能降低熔融鹽與固體表面間的界面張力，也就是使電解質(zhì)對陽極的濕潤性變好。當(dāng)前68頁，總共102頁。例NaF及Al2O3都是能降低熔融冰晶石與碳間界面張力的表面活性組元當(dāng)前69頁，總共102頁。3）陽極材料的作用一種鹽對某種電極材料潤濕得愈好，則臨界電流密度也愈大。對冰晶石在各種不同碳質(zhì)材料、鉑及氧化鋁上的潤濕角的測量表面，在鉑及氧化鋁上的潤濕角要比在碳質(zhì)材料上的值低得多。因此，在電解冰晶石-氧化鋁熔體時，在鉑上的臨界電流密度遠比在碳質(zhì)材料陽極上的臨界電流密度大。碳質(zhì)陽極在冰晶石熔體中的臨界電流密度已測得為2當(dāng)前70頁，總共102頁。冰晶石在金屬陽極上的臨界電流密度是非常高的，因為金屬能被熔融鹽，特別是冰晶石，極好的潤濕。所以，甚至在很高的電流密度值時，也看不到陽極效應(yīng)。當(dāng)前71頁，總共102頁。4）氣相的作用探討有關(guān)陽極效應(yīng)的研究，一般都是在不考慮氣相組成的影響下進行的。在多數(shù)情況下，氣相是空氣。而電解冰晶石-氧化鋁熔體時，氣相是在陽極上產(chǎn)生的CO2+CO混合物，電解熔融氯化物時，陽極氣體是氯。所以，有關(guān)氣相性質(zhì)對于陽極效應(yīng)的影響問題的研究，有重大意義。當(dāng)前72頁，總共102頁。研究表明，氣相組成對于邊界角數(shù)值乃至臨界電流密度數(shù)值是有影響的，但是它比鹽相組成的影響要小，鹽相組成對于邊界角及d臨的數(shù)值所發(fā)生的影響要比氣相的變化對于同種組成熔體的邊界角及d臨的影響大得多。當(dāng)前73頁，總共102頁。當(dāng)前74頁，總共102頁。由表中數(shù)據(jù)得出：在空氣中得到的臨界電流密度數(shù)值最大，在氬氣中得到的數(shù)值最小。臨界電流密度數(shù)值雖然也要隨著氣相不同而發(fā)生變化，但這種變化并不是很多的。鹽相組成對臨界電流密度的數(shù)值則會產(chǎn)生大很多的影響。例如，在冰晶石中，當(dāng)Al2O3含量從0%到10%時，臨界電流密度數(shù)值的差數(shù)達10A/cm2當(dāng)前75頁，總共102頁。5）溫度的作用在溫度升高的情況下，冰晶石-氧化鋁對碳的潤視角大大減小。所以，隨著溫度升高，陽極的臨界電流密度應(yīng)該增大，也就是說，發(fā)生陽極效應(yīng)的可能性減少。當(dāng)前76頁，總共102頁。8.4鋁精煉鋁的純度分類

(1)原鋁。通常是指用熔鹽電解法在工業(yè)電解槽內(nèi)制取的鋁，其純度一般為99.5%-99.85%。

（2）精鋁。一般來自三層液精煉電解槽。在精煉槽內(nèi)，原鋁和銅配成的合金作為陽極，冰晶石-鋇鹽熔液作為電解質(zhì)，析出在陰極上的精鋁，其純度通常在99.99-99.999%。當(dāng)前77頁，總共102頁。原鋁的質(zhì)量NaAlF6-Al2O3熔鹽電解質(zhì)所得原鋁中Al>99%。金屬雜質(zhì)主要是Fe、Si、Cu。當(dāng)前78頁，總共102頁。原鋁與精鋁電解原鋁的質(zhì)量基本上能滿足國防、運輸、建筑、日用品的要求。有些部門需要精鋁，因為精鋁比原鋁具有更好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、可塑性、反光性和耐腐蝕性。當(dāng)前79頁，總共102頁。

（3）高純鋁。主要用區(qū)域熔煉法制取。選用精鋁作原料，得到雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不超過1×10-6的高純鋁。高純鋁還可用有機鋁化合物電解與區(qū)域熔煉相結(jié)合的方法制取。雜質(zhì)情況：原鋁中主要是鐵和硅，此外還有鎵、鈦、釩、銅、鈉、錳、鎳、鋅等。精鋁產(chǎn)品中，主要雜質(zhì)仍是鐵和硅，但是鋅、銅、鎂、鈉的含量接近鐵，可能會超過硅。當(dāng)前80頁，總共102頁。

從電解槽中取出的鋁液通常含有三類雜質(zhì)：

A、金屬雜質(zhì)；

B、非金屬固態(tài)夾雜物：氧化鋁、炭、碳化鋁；

C、氣態(tài)夾雜物：H2、CO2、CO、CH4、N2。其中最主要的是H2。在1000℃，100g工業(yè)原鋁大約溶解氫氣0.2-0.4cm3。

鋁液中的氫有兩種形態(tài)：原子氫和氣態(tài)氫。前者溶解在鋁液中，后者吸附在固態(tài)夾雜物顆粒上。當(dāng)前81頁，總共102頁。8.4.2鋁液凈化

往鋁液中通入惰性氣體(如氮氣)或活性氣體(氯氣)，可使鋁液中的固態(tài)夾雜物吸附在氣泡上，并隨氣泡上升至鋁液表面,最后在過濾層中分離。

凈化方法：在低溫（剛剛?cè)埸c以上）長時間靜止或通入氮氣加以攪拌，清除氫。通入氯氣，與鋁反應(yīng)生成氯化鋁氣泡。比氮氣效果好。當(dāng)前82頁，總共102頁。當(dāng)前83頁，總共102頁。8.4.3三層液電解法制取精鋁當(dāng)前84頁，總共102頁。精鋁用途70%制造電解質(zhì)電容器，制造反光鏡。美國Hoopes1901年發(fā)明下層液體：陽極合金，30%銅與70%鋁，密度3.4-3.7g/cm3.中層液為電解質(zhì)，純氟化物和氯氟化物體系，密度2.7-2.8g/cm3.最上層精鋁，用作陰極，密度2.3g/cm3當(dāng)前85頁，總共102頁。工業(yè)上用兩類電解質(zhì)體系：（1）純氟化物體系。其組成中AlF3NaFBaF2CaF2的質(zhì)量分數(shù)分別48%，18%，10%，16%；密度（液態(tài)）約2.8g/cm3，熔點680℃，操作溫度740℃。

（2）氯氟化物體系。其組成中AlF3NaFBaCl2NaCl的質(zhì)量分數(shù)分別23%，13%，60%，4%；密度（液態(tài)）約2.7g/cm3，熔點700-720℃，操作溫度760-800℃。當(dāng)前86頁，總共102頁。鋁的電解精煉原理：

在陽極合金的各種金屬元素當(dāng)中，只有鋁在陰極上溶解出來。陽極合金中，如銅、鐵、硅之類比不活潑的金屬元素，并不溶解，仍然殘留在合金內(nèi)。陽極上的電化學(xué)溶解反應(yīng)是：

Al-3e=Al3+

因此，電解液中除了原有的Al3+,Ba2+,Na+,F-,Cl-,AlF3-6,AlF4-之外，增加了上述反應(yīng)中的鋁離子Al3+。當(dāng)前87頁，總共102頁。

遷往陰極的各種陽離子中，鋁的電極電位比較正，故Al3+優(yōu)先在陽極上獲得電子，析出金屬鋁：

Al3++3e=Al

而其余的各種陽離子，如Ba2+,Na+之類，并不放電。但是電解質(zhì)本身所含的電位比鋁更正的元素，例如Si和Fe，卻會在陰極上析出，使鋁的純度降低。當(dāng)前88頁，總共102頁。

基本原理：

一般當(dāng)原鋁從熔融狀態(tài)下徐緩冷卻，到達其初晶點時，結(jié)晶析出純度很高的鋁粒，然后將此種鋁粒跟剩余的鋁液分離，便得到所要求的偏析法產(chǎn)物，可從99.8%的原鋁中提取到純度為99.95%的鋁,其提取率為5-10%。法國彼施涅公司的偏析法原理圖優(yōu)點：產(chǎn)量大、能耗低、成本低；缺點：純度低當(dāng)前89頁，總共102頁。8.5鋁電解的工藝及設(shè)備當(dāng)前90頁，總共102頁。當(dāng)前91頁，總共102頁。二、技術(shù)經(jīng)濟指標1.電流效率85~95%2.鋁電解槽電壓4~4.3v3.鋁電解能耗15000~17500Kwh三、鋁電解工藝設(shè)備1.電解槽（槽體、電極、導(dǎo)電部件三部分組成）2.直流電源當(dāng)前92頁，總共102頁。8.6熔鹽電解電流效率當(dāng)前93頁，總共102頁。主要內(nèi)容8.6.1法拉第定律在熔鹽電解中的適用性