电解铝电流效率12410.pptx

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第五章 铝电解的电流效率;第一节 概述;表1 现代工业铝预焙槽的电流效率和其他重要指标 ;1.1电流效率的定义;1.2 铝的电化当量 ; 法拉第第二定律: 电解过程中,通过的电量相同,所析出或溶解出的不同物质的物质的量相同。也可以表述为:电解1mol的物质,所需用的电量都是1个“法拉第”(F), 1F=96485C 结合第一定律也可以说用相同的电量通过不同的电解质溶液时,在电极上析出(或溶解)的物质与它们的物质的量成正比。 ; 结合法拉第第一和第二定律,得出电解时,电极上发生化学???应的物质的质量和通过电解池的电量成正比。可用下列公式定量表示: m=MQ/nF=MIt/nF 式中m为电极上发生化学反应的物质的质量(kg),M为反应物质的摩尔质量(kg·mol-1),Q为电量(C), F为法拉第常数(96485C·mol-1), n为电极反应计量方程式中电子的计量系数,t为时间(s),I为电流强度(A)。; 铝的电化当量值: 已知:1mol的铝为26.98154g,电解质熔体中的铝为Al 3+,通入预焙槽1A的电流,通入时间(电解时间)1h,根据法拉第定律,在阴极上析出率的质量 m=26.98154*1*3600/3/96485=0.3356g ;第二节 关于电流损失;2.1铝的二次反应损失 i1;2.2 钠的二次反应损失 i2 ;2.3 Al4C3的生成和氧化 i3;2.4电子导电性 i4;2.5杂质引起的损失 i5 ; 2.6阴极和阳极之间的瞬时短路 i6 这是操作不慎而发生的,在更换阳极或出铝时,误使阳极同铝液接触造成瞬时短路而引起的电流损失。 2.7铝或钠渗透进预焙槽的内衬材料而引起的电流损失i7 在预焙槽没有发生漏电的情况下,电流总损失( i 损)为上述7 项之和,即 i 损= i1+ i2+ i3+ i4+ i5+i6+ i7;第二节工业预焙槽上的电流效率问题 ;2.1温度与过热度电流效率的影响;温度作为动力学参数对电流效率产生如下影响: 1、温度升高会增加铝在电解质熔体中的饱和浓度 2、温度升高会提高铝电解质熔体中扩散系数,这样会使铝通过阴极表面界面层扩散传质速度的增加 3、对于工业预焙槽来说,如果电解质温度高于正常值,则会使槽帮结壳熔化,电解质分子比升高,氧化铝浓度和电解质水平上升,铝水平下降,阴极铝业面积增加,阴极平均电流密度降低,铝溶解损失增加 ;温度的提高会降低电解槽的电流效率确定无疑,但温度提高对提高电解质的导电性能,并使阴极炭块导电体的电阻降低,因此在相同槽压时,会使极距增加,这也有利于电流效率的提高。 这意味着温度的降低不会永远使电解槽的电流效率提高,只是对于一个电解温度偏高,降低电解温度才会取得提高电流效率的良好效果。对于一个运行良好的电解槽来说,降低温度,很可能使电解槽处于过冷的状态,出现大量沉淀,槽膛不规整,氧化铝溶解速度低,效应系数增加,铝液面不稳定,铝损失增加。 因此,对于一个给定的电解槽来说,应该选择一个最佳的电解温度。;过热度与电流效率的关系是: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% ,因为过热度小,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。 其关系见图 1 ;图1;2.2 电解质对电流效率的影响;图2 电流效率与分子比的函数关系;高AlF3含量,即低分子比的电解质有重大缺点 (1) 减少了电解质的导电率; (2) 减小了氧化铝的溶解度; (3) 增大了电解质的挥发损失; (4) 增大了Al4C3的溶解度(Al4C3对炭素阴极和内衬破坏很大); (5) 操作困难。;2.2.2 LiF 美国雷诺公司是最早(1965 年)采用含LiF 的电解质的,而我国于1970 年后才采用。LiF 对电流效率的正面影响是: (1) 降低电解质的初晶温度,添加1%的LiF,可降低9℃; (2) 提高电解质的导电率,因而可以增大极距。 (3)使电解质熔体密度减低‘ (4)提高阴极铝和电解质熔体之间的界面张力,降低率的溶解度使电解质 (5)使铝在电解质熔体中的溶解度降低 工业实践表明: (1) 老式预焙槽(侧插或上插自焙槽)采用含LiF 的电解质能有效地提高电流效率,但是,大型预焙槽的效果不一定好; (2) 大型预焙槽的电流效率已经高达95%的,再用LiF 作用不明显; (3) 大型预焙槽已经采用低分子比电解质,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; (4) 费用高,增加了成本,且铝中含有少量的锂。采用MgF2和CaF2作为电解质添加剂在降低电解质的初晶温度方面具有正面影响; 2.

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