铝电解电流效率理论与实践的新认识范例.ppt

* * 铝电解电流效率理论与实践的新认识 周乃君 中南大学能源与动力工程学院 一 前言 20多年来，对电流效率的理论和实践也有了很大的发展。 本文简单介绍理论和实践方面的新认识。 一 前言 1 电流效率的定义 W理 = 0.3356×I×t= 0.3356 kg.kA-1.h-1 CE= = =1- =1-CE损 i阴：用于产铝的阴极电流密度 i总：总阴极电流密度 i损 ：损失的阴极电流密度 2 关于电流损失 一 前言 （1）i1：铝的二次反应 2Al(溶) + 3CO2(气) = Al2O3 + 3CO(气) （2）i2：钠的二次反应 6Na(溶) + 3CO2(气) + 2AlF3(溶) = 6NaF(溶) + Al2O3 + 3CO(气) （3）i3：Al4C3的生成和氧化 4Al(溶) + 3C(固) = Al4C3(固) Al4C3(溶) + 6CO2(气) = 2Al2O3(溶) + 3C(固) + 6CO(气) （4）i4：电子导电性 　　溶解的钠使电解质具有微弱的电子导电性，电子导电性形同短路，这样引起的电流损失估计在1～2%左右。温度降低，分子比减小，将减小电解质的电子导电性，有利于提高电流效率。 一 前言 2 关于电流损失 （5）i5：杂质引起的损失 硅、钒、钛、铁的析出消耗了电流，特别是磷反复在阳极氧化，在阴极还原，引起电流损失。 （6）i6：阴极和阳极之间的瞬时短路 因操作不慎而常发生。 （7）i7：铝或钠渗透进电解槽的内衬材料而引起。 如电解槽不发生漏电，i损= i1+ i2+ i3+ i4+ i5+i6+ i7； 采取任何措施能减少i损，就能够提高电流效率。 二 工业预焙槽上的电流效率问题 1 提高电流效率的历史回顾 2 影响工业槽电流效率的因素 （1）温度与过热度 ① 一般是温度降低，二次反应减少； ② Kvanda：温度降低5～6℃，电流效率可提高1%，但现代预焙槽也有相互矛盾的表现。 高电解温度也能得到高电流效率，电解质组成影响铝在其中的 溶解度，因而二次反应不显得剧烈； 跟电解槽的稳定性有关，低温和高温均可得到较高的电流效率； 更好的过程控制可以保持较低的温度，达到高电流效率。 二 工业预焙槽上的电流效率问题 ③Tabereaux：过热度比电解温度更重要.过热度小，电流效率高，过热度增加10℃，电流效率降低1.2～1.5%。 过热度小，容易生成侧部炉帮，阴极铝液镜面的面积缩小，因而可提高电流效率。 电流效率与电解质过热度的关系 2 影响工业槽电流效率的因素 二 工业预焙槽上的电流效率问题 （2）电解质组成 ① AlF3：现代电解槽低分子比电解质， NaF/AlF3≤1.5～2.2，美国铝业公司1955年采用40年以后才公开。 电流效率与分子比的函数关系 2 影响工业槽电流效率的因素 二 工业预焙槽上的电流效率问题 但是，低分子比的电解质有重大缺点： a. 减少了电解质的导电率； b. 减小了氧化铝的溶解度； c. 增大了电解质的挥发损失； d. 增大了Al4C3的溶解（ Al4C3对阴极和内衬破坏很大）； e. 操作困难； 2 影响工业槽电流效率的因素 二 工业预焙槽上的电流效率问题 LiF：美国雷诺公司是最早（1965年）采用含LiF的电解质的（我国于1970年后采用），LiF对电流效率的好影响是： a. 降低电解质的初晶温度，添加1%的LiF，可降低9℃； b. 提高了电解质的导电率，因而可以增大极距； 2 影响工业槽电流效率的因素 二 工业预焙槽上的电流效率问题 ！工业实践表明: a.老式电解槽（侧插或上插自焙槽）采用含LiF的电解质能有效的提高电流效率，但是，大型预焙槽的效果不一定好； b.大型预焙槽的电流效率已经高达95%的，再用LiF没有作用； c.大型预焙槽已经采用低分子比的，再用LiF也没有作用，而且操作当中很难保持LiF含量和AlF3含量的稳定； d.费用高，不经济，铝中含有少量的锂； 采用MgF2和CaF2作为电解质组成在降低电解质的初晶温度方面是有正面影响的。 2 影响工业槽电流效率的因素 二 工业预焙槽上的电流效率问题 ③ Al2O3含量，两种观点： Al2O3含量对电流效率有影响，而且是正面的影响； Al2O3含量对电流效率没有影响，或者影响很小。 总倾向是，Al2O3对电流效率的影响比较小。 ④ 关于最佳电解质组成问题 没有放之四海而皆优的电解