大学化学-铝电解

大学化学-铝电解所有的要点都在里面了、供专业人士参考

铝电解

• 铝电解的发展
  • 主要是阳极发展
    • 小型预焙阳极
    • 侧插式自焙阳极
    • 上插式自焙阳极
    • 大型预焙阳极
• 电解槽结构
  • 主体结构
    • 整体结构
    • 底部结构
      • 槽壳
      • 内衬砌体
        • 底部碳素材料（阴极炭块为主体）
        • 侧衬材料
        • 导电棒
        • 底部炭块以下的耐火材料和保温材料
    • 上部结构
      • 承重珩架
      • 阳极提升装置
      • 打壳下料装置
      • 阳极母线和阳极组
      • 集气和排烟装置
    • 母线结构
      • 阳极母线
      • 阴极母线
      • 立柱母线
      • 软带母线
      • 联络母线
    • 电气绝缘
      • 电解槽电压：3.8—4.2
      • 电解过程用直流电
      • 电气设备用交流电
  • 电极材料
    • 阳极材料
      • 作用
        • 导电
        • 分解氧化铝
      • 性能要求
        • 耐高温
        • 耐熔盐侵蚀
        • 电阻率低
        • 纯度高
        • 机械强度好
        • 热稳定性好
        • 透气率低
        • 抗氧化率能力强
      • 阳极组
        • 炭块
        • 钢爪
        • 铝导杆
    • 阴极材料
      • 作用
        • 导电
        • 盛装电解质
        • 沉积铝液
      • 性能要求
        • 耐熔盐侵蚀
        • 较高的电导率
        • 较高的纯度
        • 一定的机械强度
      • 种类
        • 无烟煤质阴极
        • 半石墨质阴极
        • 半石墨化阴极
        • 石墨化阴极
  • 电解槽的排列方式
    • 同类型电解槽串联
    • 横向或纵向，可设置为单行或双行
• 铝电解质的物理化学性质
  • 铝电解质的要求
    • 密度比铝小
    • 粘度小
    • 良好的润湿性：有利于气泡的排出
    • 熔融状态下挥发性小
    • 不吸湿
  • 选择冰晶石的理由
    • 铝负电性很强，水溶液中无法析出
    • 氧化铝溶解率大
  • 电解质与电解质熔体
    • 铝电解的表示方法：CR
    • 铝电解质的特点
      • 优点
        • 对氧化铝溶解度大
        • 不吸水，不易潮解，易于存放，不易分解、升华
      • 缺点
        • 熔点高
        • 含F
        • 价格贵
    • 铝电解质熔体的组成
      • Na3AlF6 AlF3 Al2O3为主体，添加MgF2 CaF2 LiF 等添加剂
    • 电解温度的确定
      • 初晶温度
      • 过热度
      • 电解温度
• 铝电解槽的电化学反应
  • 电解质组分的分解电压
    • 电解槽电压分布
      • 物理压降
      • 分解电压
  • 铝电解的阴极过程
    • 主反应:铝的析出
    • 副反应
      • 钠的析出
      • 铝的溶解
    • 阴极过程原生产物
      • Na+是电流的主要传递者
      • 阴极铝液中总有钠生成
      • 钠的析出与插入是导致阴极破损的主要原因
    • 钠离子放电理论
    • 铝离子直接放电理论
    • 钠先析出的条件
      • 电解槽温度升高
      • 电解质分子比增大
      • 阴极电流密度增大
      • 电解槽阴极局部过冷
  • 铝电解的阳极过程
    • 阳极放电的离子
      • Al2O2F4 2—
      • Al2OF6 2—
    • 阳极原生产物
      • 惰性电极
        • 氧气
      • 炭阳极
        • 二氧化碳
        • 一氧化碳
    • 阳极过电位 250～500mv
      • 反应
      • 气膜
      • 浓差
      • 势垒
  • 铝电解阳极效应
    • 外部特征
      • 明亮的小火花，并有特别的响声和吱吱声
      • 阳极周围的电解质有如被气体拨开似的，电解质沸腾停止
      • 排出的气体除二氧化碳和一氧化碳以外，还有炭氟化合物气体如CF4 C2F6
      • 电压上升
      • 槽系列电流急剧降低
    • 内部特征
      • 电解质中氧化铝浓度降低，阳极表面为一层气膜覆盖
      • 炭阳极附近F-离子浓度升高，而含氧离子浓度降低
      • 炭阳极电位达氟离子放电点位，析出炭氟化合物气体
    • 影响
      • 负面影响
        • 产生大量的严重破坏大气臭氧层的炭氟化合物气体
        • 造成电解质的过热和挥发损失
        • 导致系列电流的降低，破坏电解槽平衡
        • 增加额外电耗
      • 正面影响
        • 是氧化铝浓度达到底限的标志，可反映电解槽的工况
        • 消除电解槽中可能产生的沉淀，控制物料平衡
        • 利用阳极效应清除熔体中的炭渣，烧平阳极底掌
    • 消除方法
      • 从阳极效应的机理出发，要改善电解质同阳极的润湿性能，消除阳极表面气膜，尽快恢复阳极导电面积
      • 加入新鲜氧化铝，插入阳极效应棒
        • 强烈搅拌电解质，排除阳极上的气膜，可很快熄灭阳极效应
• 铝电解的电流效率额、电能效率与能量平衡
  • 电流效率
  • 电能效率
  • 电能消耗率
    • 吨铝直流电耗
    • 吨铝交流综合电耗
  • 电流效率降低的原因
    • 铝的二次反应
    • 铝的不完全放电
    • 钠离子的放电
      • 放电条件
      • 避免措施
        • 降低温度
        • 降低分子比
        • 高氧化铝浓度
        • 适宜的阴极电流密度
        • 良好的传热条件
    • 杂质离子放电
      • 高价离子的不完全放电，造成电流空耗，降低电流效率
    • 水的电解
    • Al4C3的生成
    • 熔体中电子的导电
    • 其他
      • 两极间短路
      • 漏电
      • 出铝机械损失
  • 电流效率的影响因素
    • 电解温度
    • 极距
    • 电解质成分
    • 电流密度
    • 铝液高度
    • 磁场作用
  • 铝电解槽的电压平衡
  • 铝电解生产的节能途径
    • 提高电流效率
    • 降低槽电压
• 铝电解槽的焙烧、启动、管理与维护
  • 铝电解槽的焙烧和启动
    • 焙烧
      • 目的
        • 烧结焦化扎固糊料，使之与阴极炭牢固结合，形成完整槽膛
        • 烘干阴极内衬与阳极，逐步将槽膛温度提高到近电解温度，达到电解槽的启动要求
      • 方法
        • 铝液焙烧法
        • 焦粒焙烧法
        • 燃料（气）焙烧法
    • 启动
      • 功能
        • 在槽内熔化足量电解质熔体，以满足电解生产需要
      • 条件
        • 900～950摄氏度
      • 方法
        • 干法启动
        • 湿法启动
  • 电解槽的主要操作与控制
    • 阳极更换
    • 出铝（真空台包）
    • 抬母线
    • 自动控制系统
      • 控制好铝电解槽的物料平衡
      • 控制好铝电解槽的电压与能量平衡
      • 具备异常槽况分析（病槽）诊断
  • 铝电解槽的烟气净化
    • 铝电解槽烟尘
      • 烟气
      • 粉尘
    • 烟气净化方法
      • 干法净化
      • 湿法
  • 电解槽破损的特征、检测与维护
    • 电解槽破损的特征
      • 铝液中Fe Si含量持续升高
      • 阴极棒孔槽漏
      • 钢壳高温发红
      • 底部破损漏槽
      • 槽底隆起
      • 槽电压超高
      • 电解槽产铝量降低
  • 延长铝电解槽寿命的途径
    • 多物理场优化设计
    • 筑炉材料的合理选择与匹配
    • 内衬砌筑质量的保证与提高
    • 焙烧工艺的确定与完善
    • 启动方法的合理选择
    • 生产工艺的有效管理