采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法。.ppt

铝 电 解 冶金技术教研室 王鸿雁 第二章 铝 电 解 2.1 概述 2.现代铝工业的生产环节 现代铝工业有三个主要生产环节： (1)从铝土矿提取氧化铝——氧化铝生产； (2)用冰晶石—氧化铝融盐电解法生产金属铝——铝电解； (3)铝加工。 3.现代铝工业生产流程简图 4.铝电解的能耗 随着铝工业生产的发展，铝冶金的理论研究不断的有所前进。在工业 生产上存在的主要问题是能耗甚高。 生产l吨铝，大约需要电能17400kWh，热能52GJ。如果电能是由热能转 化而来，包括能量转换损失在内，总能量高达218GJ，相当于7.4t硬煤。节 省铝电解中的电能消耗以及氧化铝生产中的热能消耗，是当前铝冶金中的主 要课题。 5.炼铝的新方法 在最近数十年内广泛研究了多种炼铝新方法。一方面在于节省能量 消耗，另一方面是试图利用低品位铝矿(例如粘土)来代替高品位铝矿以提 取氧化铝。其中，铝矿直接还原法制取铝硅铁合金，氯化铝电解法和氧 化铝低温电解法是比较有前途的方法。 6.铝的物理性质 (1)铝的标准电极电势(25℃)为-1.662V，电化当量0.3356g/A·h； (2)在各种常用的金属中铝的密度小，导电、导热和反光性能都好。铝的电导率相当于国际退火铜的62~65%，约为银的一半，如果就相等的重量而言，铝的导电能力超过铜和银； (3)铝在低温(-198℃下)不变脆。在空气中铝的表面上生成一层致密而坚硬的氧化铝薄膜，厚度仅为0.005~0.02μm，为铝的天然保护层，因而铝具有良好的抗腐蚀能力； (4)铝和多种金属可以构成合金。 铝和铝合金有很好的延展性，可以进行各种塑性加工，制成铝丝、 铝箔和铝材； (5)铝合金的熔点低，铸造性能好，故有多方面的用途。 (6) 热膨胀系数： 99.99%精铝凝固时的体积收缩率为6.5%。 (7) 密度： 铝的实际密度值为2.6966~2.6988g/cm3。 (8) 导电性： 高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为(2.62~2.65)×10-8Ω·m-1。 7.铝的用途 铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能 有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的， 也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性， 因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。 铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金 也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电 导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。铝合金 的热导量率大约是铜的50~60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、 炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。 铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是 不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。铝无 毒性，通常用于制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外 观。它柔软、有光泽，而且为了美观，还可着色或染上纹理图案。 7.铝的主要化学性质 (1) 铝同氧的反应，生成Al2O3，即: 2Al+1.5O2=Al2O3 (2) 铝在高温下能够还原金属氧化物，即: 2Al+Me=Al2O3+3Me (3) 铝易被碱溶液侵蚀，生成铝酸盐。 铝电解用原材料 氧化铝 冰晶石 氟化铝 铝电解用其它氟化盐 铝电解用炭素材料 氧化铝 氧化铝是铝电解生产中的主原料。 它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶于水，能溶于冰晶石熔体中。 铝电解对于氧化铝的要求，一是它的化学纯度，二是其物理性能。 冰晶石 冰晶石的分子式为Na3AlF3，它是溶剂的主要成分。 铝电解生产中所用的冰晶石分天然和人造两种。天然冰晶石（3NaF·AlF3）属于单斜晶系，是一种无色或雪白色晶体，比重2.95，硬度2.5，熔点1010℃。 天然冰晶石的储量很少，远远不能满足铝工业的需要，所以现代铝工业采用人造冰晶石。 氟化铝 在铝电解生产中，它是冰晶石—氧化铝熔体的一种添加剂。 氟化铝是一种白色粉末，粒度比氧化铝稍大，不粘手，在常压下加热不熔化，但在高温下升华。 它的作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以调整电解质的分子比，主要用于降低熔体的分子比，降低电解温度。以保证生产技术条件的稳定。 铝电解用其它氟化盐 铝电解生产中所用的氟化盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如氟化钙、氟化镁