2023-冶金技术教研室.pptx

铝 电 解 冶金技术教研室王鸿雁;第二章铝电解;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;2.1 概述 4.铝电解的能耗 随着铝工业生产的开展，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;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，铝矿直接复原法制取铝硅铁合金，氯化铝电解法和氧 化铝低温电解法是相较有前途的方法。;6.铝的物理性质 铝的标准电极电势(25℃)为-1.662V，电化当量0.3356g/A·h； 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； 铝在低温(-198℃下)不变脆。在空气中铝的表征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；;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； 铝合金的熔点低，铸造性能好，故有多方面的用途。 热膨胀系数： 99.99%精铝凝固时的体积收缩率为6.5%。 密度： 铝的实际密度值为2.6966~2.6988g/cm3。 导电性： 高纯铝〔99.995%〕的电阻率在293K时为(2.62~2.65)×10-8Ω·m-1。;2.1 概述;铝的表征具有高度的反射性。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征可以是反射性的，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。在重量相等的根底上，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。它的自然表征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。;铝的主要化学性质 铝同氧的反响，生成Al2O3，即: 2Al+1.5O2=Al2O3 铝在高温下能够复原金属氧化物，即: 2Al+Me=Al2O3+3Me 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;电解对阳极的根本要求;生产阳极的主要原料;阳极生产工艺;阴极碳块生产; 在电解过程中，阳极是消耗的，其理论消耗是334kg/t·Al，而实际消耗一般为380~450kg/t·Al，这与阳极质量、电解 技术条件有关。降低阳极消耗可以提高铝厂的电流效率、 降低电耗和增加铝产量，从而提高经济效益。;铝电解生产根本理论知识;电解质的组成;冰晶石溶剂的特性;电解质的性质;电解质的比重;电解质的熔点;电解质粘度 电解质粘度主要取决于电解质的成份和温度。 电解质粘度随温度升高而降低。 氧化铝增大电解质的粘度，但在电解质中氧化铝含量在10%以内时影响其粘度变化较小，超过10%时，那么电解质的粘度开始显著上升。 另外，电解质的分子比也能降低电解质的粘度，添加氟化钙能使其粘度增大，氯化钠和氟化锂使电解质粘度减小。;铝电解过程中的两极反响;阴极副反响 〔1〕铝的溶解和损失： 金属铝局部地溶解在冰晶石熔体中。一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况： (a) 溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。 2Al+Al3+=3Al+ Al+6Na+=Al3++3Na2+ (b) 在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反响。 Al+3NaF=AlF3+3Na (c) 铝以电化学反响形式直接溶解进入电解质熔体中 Al〔液〕-e=Al+ 此外，铝也可能以不带电荷状态溶解在电解质中，构成金属雾。;金属钠的析出 电解过程中阴极的主反响是析出铝而不是钠，因为钠的析出电位比铝低。但是，随着温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度减少，以及阴