铝电解原理讲述.ppt

轻金属冶金专论 吕晓军 中南大学 专 题 一、铝电解原理 二、铝电解电解质 三、铝电解电流效率、电能效率和能量平衡 四、铝电解新型电极材料 五、铝电解节能节炭的深层研究 铝电解原理 吕晓军 中南大学 目 录 一、铝电解生产概论 二、铝电解槽及电解槽系列 三、铝电解原料（冰晶石与氟化盐）生产 四、冰晶石-氧化铝熔体的结构 五、铝电解机理 六、阳极过电压和阳极效应 1 铝的特性与用途 1）Al：轻、强、美、可再生利用； 2）产量：第二大金属，仅次于钢，全球2400万吨/年，我国2001年达342.5万吨（425万吨）， 全球第一，而今年预计将达到660万吨，成为世界生产能力最大的铝工业大国； 3）用途广泛：包装、建筑、交通运输、国防、电子电器、日用品及耐用消费品等。 一、铝电解生产概论 ① 包装食品 医用 饮料 1 铝的特性与用途 一、铝电解生产概论 ② 建筑：高层建筑、室内装修和新型桥梁等 1 铝的特性与用途 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 ② 建筑： 一、铝电解生产概论 ③ 交通运输 汽车 高速列车 飞机 轮船 1 铝的特性与用途 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 ③ 交通运输 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 ③ 交通运输 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 ③ 交通运输 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 ③ 交通运输 一、铝电解生产概论 1）金属热还原法 1825年：德国的韦勒，用钾汞齐和钾还原无水AlCl3 1845年：法国戴维尔，用Na还原NaCl-AlCl3混合盐，开始小规模生产； 1855年：德国罗西，用Na还原Na3AlF6； 1865年：俄国别凯托夫，用Mg还原Na3AlF6，并建厂炼铝。 在有色金属中，铝的发现和冶炼较晚，十八世纪末被发现，十九世纪初分离出单独金属，十九世纪末开始工业生产，可大体分为三个历史阶段： 产量小（总共约200吨），成本高，未能广泛应用 一、铝电解生产概论 2 铝冶炼历史 2）小型预焙/自焙阳极电解槽炼铝 1886年，Hall和Heroult分别申请冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝专利； 最初槽型为小型预焙槽、20世纪初出现侧插自焙阳极电解槽、 20世纪40年代出现上插自焙阳极电解槽，电解槽容量由最初的2kA发展到80kA或更高； 一、铝电解生产概论 2 铝冶炼历史 3）大型预焙阳极电解槽炼铝 20世纪50年代，大型预焙铝电解槽出现，使电解炼铝技术迈向了大型化、现代化发展新阶段，在产能、电流效率、能耗、环保、机械化和自动化程度等方面获得了很大发展，但其基本原理并未发生改变。 一、铝电解生产概论 2 铝冶炼历史 一、铝电解生产概论 二、铝电解槽及电解槽系列 按阳极结构发展顺序，铝电解槽可分为： 1 小型预焙电解槽； 2 侧插自焙阳极电解槽； 3 上插自焙阳极电解槽； 4 大型不连续预焙阳极和连续预焙阳极电解槽； 5 中间下料大型预焙阳极电解槽 二、铝电解槽及电解槽系列 1 预焙阳极电解槽 最早预焙阳极电解槽电流小、能耗高，被自焙阳极电解槽取代，50年代重新兴起：自焙阳极难以大型化；可生产出大规格炭块；可提供大电流；槽结构简单，节约材料；阳极气体易收集；电解槽包括阳极装置（阳极母线大梁、阳极炭块组和阳极升降机构）和阴极装置（阴极炭块组、钢制槽壳和保温材料砌体） 二、铝电解槽及电解槽系列 1 预焙阳极电解槽 连续预焙阳极电解槽 优点（德国采用） 1）不换极，生产连续； 2）无阳极残极，炭耗小； 3）阳极电流分布均匀，阳极消耗均匀。 缺点： 1）阳极无Al2O3保温，热损失大； 2）接缝电阻大； 3）结构复杂 4）指标偏低 二、铝电解槽及电解槽系列 2 自焙阳极电解槽 二、铝电解槽及电解槽系列 自焙槽 阳极可连续使用； 不需专门工厂进行阳极成型，焙烧，装爪等。 烟害大； 槽电压比预焙槽约高0.1～0.2V，电耗比预焙槽高约1000度； 上插棒槽的上部金属结构比较复杂，机械化程度低，投资大。 预焙槽 电耗低，槽电压低； 电解槽造价少； 可大型化，操作的机械化程度高； 烟害小。 非连续式预焙阳极电解槽需更换阳极； 需成套的阳极制备工厂，投资多。 铝工业的主流是大型预焙电解槽，但正开发采用惰性阳极和可润湿性阴极的新型铝电解槽。 二、铝电解槽及电解槽系列 3 电解槽系列 　　许多同类型电解槽串联构成电解槽系列，其槽数取决于产能、电流强度、供电整流功率等； 　　电解槽可横向或纵向排列，可设置为双行或单行； 　　电解厂房分为双层和单层结构，整流所一般在电解厂房一端，须有备用电源 三、炭阳极生产工艺 铝电解用炭素材料主要包括