电解铝生产技术的研究与应用.pdf

中国科学院过程工程研究所 读书报告 电解铝生产技术的研究与应用 研 究 生：郑 勇 导 师：张锁江 (研究员) 吕兴梅 (研究员) 专 业：化学工程 目录 1 绪言 1 1.1 铝的发现与制取 1 1.1.1 铝的发现 1 1.1.2 铝的制取 1 1.2 铝的性质和用途3 1.2.1 铝的性质3 1.2.2 铝的应用4 2 冰晶石-氧化铝电解法概述6 2.1 冰晶石电解质及其物理化学性质6 2.1.1 冰晶石的初晶温度与相变规律6 2.1.2 电解质的密度 10 2.1.3 电解质的电导率 11 2.1.4 电解质的粘度 12 2.1.5 电解质的挥发性 13 2.2 铝电解原料和能源 13 2.2.1 氧化铝 13 2.2.2 阳极材料 15 2.2.3 直流电源 16 2.3 电解槽及电解反应过程 17 2.3.1 电解槽 17 2.3.2 电解反应过程 18 2.4 铝产品的铸锭与精炼 19 2.4.1 铝产品的铸锭20 2.4.2 铝产品的精炼21 3 电解铝技术的发展趋势23 主要参考书25 1 绪言 1.1 铝的发现与制取 1.1.1 铝的发现 铝是地壳中储量居第三位的金属（约为8%），但自然界未发现游离状态的金 属铝。铝是许多矿物的重要组成，包括泥土，铝土矿，云母，氟石，明矾石，冰 晶石等等，以及若干氧化物形态矿物，如刚玉，玉石，红宝石等。 1746 年德国人波特（J.H. Pott ）从明矾制得一种氧化物，即氧化铝。18 世纪 法国的拉瓦锡（A.L. Lavoisier ）认为这是一种未知金属的氧化物，它与氧的亲和 力极大，以致不可能用碳和当时已知的其它还原剂将它还原出来。1807 年英国 人戴维（H. Davy ）试图电解熔融的氧化铝以取得金属，没有成功。1809 年他将 这种想象中的金属命名为alumium，后来改为aluminium 。1825 年丹麦人奥斯忒 （H.C.Oersted ）用钾汞齐还原无水氯化铝，第一次得到几毫克金属铝，指出它具 有与锡相同的颜色和光泽。1827 年德国沃勒（F.Wöhler ）用钾还原无水氯化铝得 到少量金属粉末。1845 年他用氯化铝气体通过熔融金属钾的表面，得到一些铝 珠，每颗重约10~ 15 毫克，从而对铝的密度和延展性作了初步测定，指出铝的熔 点不高。1854 年法国戴维尔（S.C. Deville）用钠代替钾还原NaAlCl4 络合盐，制 得金属铝。同年建厂，生产出一些铝制头盔、餐具和玩具。当时铝的价格接近黄 金。1886 年美国霍尔（C.M. Hall ）和法国埃鲁特（L.T. Héroult ）几乎同时分别 获得用冰晶石－氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。1888 年在美国匹兹堡建 立第一家电解铝厂，铝的生产从此进入新的阶段。1956 年世界铝产量开始超过 铜而居有色金属的首位，成为产量仅次于钢铁的金属。 1.1.2 铝的制取 虽然自然界中铝的资源储量很高，但是铝的工业生产却很晚，直到 19 世纪 1 20 年代才真正把铝制备出来，比金属铜和铁晚了两千多年。主要原因是铝和氧 结合得十分牢固，难以把铝分离出来。炼铝方法的发展可分为两个时期：最初是 化学法，其后是电解法。 铝的工业化生产开始于1855 年，当时法国人戴维尔用钠代替钾还原氯化铝， 制得金属铝。由于拿破伦三世预见到它在轻型铠甲中的潜在应用而使铝的军事应 用获得政府支持。然而，直到冰晶石-氧化铝熔盐电解法实现工