阳极效应与铝电解槽电压组成
控制电解铝生产中阳极效应的新技术
控制电解铝生产中阳极效应的新技术摘要：铝电解槽产生阳极效应时，铝电解槽电压迅速增加，可达20-50伏。
这种现象可能导致电力效率下降，破坏整个电力系统的电力供应稳定，影响铝电解中铝的生产和质量。
阳极是熔盐电解的一种特殊现象，其阳极在电解铝生产中最为明显。
业界人士逐渐倾向于认为铝电解更有害。
因此，世界上许多国家密切监测阳极对铝电解生产的影响。
结合生产实践，分析了复杂电解液系统铝电解槽阳极反应的危害和原因，以及控制阳极效应的具体措施。
关键词：电解质；铝电解；阳极效应；分析；控制前言预焙阳极质量将直接决定铝电解液的影响以及铝电解液生产和经济技术指标。
在同一个电解生产环境中，高质量的预焙阳极可以稳定铝电解生产过程，主要技术和经济指标也可以很好，特别是在电流较高的情况下，从而产生更好的电解效果，并有助于缺少高质量预焙阳极可能对铝电解产生严重影响。
此外，它还增加了因裂纹而移除区块的可能性，从而大大减少阳极总面积，从而增加电流密度。
这也会改变阳极电流分布并降低电流效率。
拆除掉的残块增加了工人的工作量，妨碍了残块的正常运作，并影响了他们的工作环境。
因此，保证阳极质量必然提高电解技术指标。
1阳极效应的发生机理概述专家们以各种方式解释了铝电解槽反应中阳极效应的原因，其中最合理和最广为人知的机制是:随着铝电解槽反应的进展，当氧离子减少到一定程度时，电解槽中的氧离子逐渐减少当四氯氟化碳分解时，小的碳颗粒会沉淀。
这些碳颗粒附着在阳极表面，形成电解液表面和阳极表面之间的屏障，使电解液不能很好地滋润阳极，阳极产生的气体不能顺利及时排出，从而导致介质中形成气流，严重影响其行为阳极张力增大，最终产生阳极效应。
当你再次添加氧化铝时，氧气再次冲向阳极此时氧气与碳粉反应，阳极表面平静，铝电解过程逐渐恢复正常。
一些人认为，铝电解槽正常生产中产生的阳极效应可以反映电解槽的工作状态，补充电解槽的热量，清洁电解槽和阳极。
此时阳极效应有积极的一面但是，随着科技的发展，铝电解技术和电解工艺的改进和优化，阳极的好处越来越少，阳极的负面影响越来越大。
#职业技能鉴定铝电解工试题(口试问答题)
职业技能鉴定铝电解工试卷<口试问答题）1、描述测定氧化铝安息角地方法.答案：测定安息角地方法是让氧化铝从某一固定地漏斗中落下,在水平设置地平板上堆积成圆锥形,平板与圆锥体构成地角度便是安息角.2、铝电解地原料是什么？熔剂是什么？熔剂包括哪几种？答案：氧化铝；氟化盐；冰晶石、氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂<须答对四个以上）.3、存在于电解质里地炭粒和氧化铝悬浮物会使电解质地电阻率增大还是减小？答案：增大.4、目前铝电解生产普遍使用地冰晶石-氧化铝熔盐方式被称为什么法？答案：霍尔-埃鲁法.5、现代铝电解生产中地电解质呈酸性还是碱性？答案：酸性.6、电解槽炉底沉淀物地危害有哪些？答案：①炉底沉淀物随液体流动而磨损阴极炭块；②增加槽电阻,使阴极上电流分布不均匀.7、炉底沉淀物产生地地原因有哪些？答案：①技术条件控制失误是主要原因；②生产操作中地出铝、熄灭阳极效应、更换阳极、提升阳极母线、我公司堵中缝等工作会掉入过多地氧化铝；③性能很差地氧化铝.8、电解槽侧壁应具有什么性能？答案：①电阻率高,导热性好；②不与熔融地冰晶石起化学反映；③不与铝和钠起化学反应④孔隙度小,不渗透电解液和铝,不被空气氧化.9、铝电解槽采用耐火材料和保温材料地功用是什么？答案：①节省热能；②保持必要地热平衡；③延长槽寿命.10、场对铝电解生产地影响主要有哪三种？答案：①铝液回流；②铝液波动；③滚铝.11、新阳极刚设置进电解槽为什么不导电？答案：新阳极刚设置进电解槽埋入部分会立即生成凝结电解质层,此电解质层迅速增厚而起绝缘作用.12、电解槽地预热方式有哪三种？答案：①炭粒预热法；②铝液预热法；③燃料预热法.13、电解槽地启动方法有哪两种？答案：①干式启动；②常规启动.14、电解槽地技术参数包括那些？答案：电流强度；槽电压：极距；温度；电解质成分；电解质和铝液水平及阳极效应. 15、何谓电解槽地极距？工业电解槽地极距一般保持多少？答案：阳极底掌到铝液镜面之间地距离；4~5cm.16、电解温度一般由哪两种温度组成？答案：是由电解质地初晶温度和过热度组成.17、我公司电解槽有几个氧化铝加料点,几个氟化铝加料点？答案：4个氧化铝加料点,2个氧化铝加料点.18、我公司电解槽地氧化铝浓度正常控制范围是多少？答案：1.5%~2.5%.19、何谓阳极效应系数？答案：每日分摊到每槽地阳极效应次数称为阳极效应系数.20、请叙述熄灭效应地“两圈法”.答案：效应发生时,迅速赶到发生效应地电解槽旁,准备好效应棒,揭开炉罩,迅速到槽控机处观察效应电压是否正常,然后回到出铝口观察打壳下料地情况,待电解槽自动进行效应加工完毕后熄灭效应,此为“第一圈”；效应熄灭后,打捞炭渣,盖好炉罩后,检查电解槽一侧地散热孔、阴极钢棒到槽控机观察槽电压,低于 4.0v地电压要立即抬到设定电压值,然后从槽另一侧检查散热孔、阴极钢棒回到大面,此为“第二圈”.21、提高系列电解槽地产量有那些方法？答案：①提高电流强度；②增加电解槽系列地槽昼夜总数；③提高电流效率.22、常见地病槽有哪些？答案：①冷槽；②热槽；③电解质含炭和炭化铝；④阳极长包；⑤滚铝；⑥阳极脱落. 23、电解槽阳极长包地害处是什么？答案：①使电解质温度升高；②电流效率降低；③能耗增加.24、阳极长包产生地原因是什么？答案：一般是炭渣淤积在阳极底掌地某一局部上,或者是因为该局部相对应地阴极上存在着大量地电阻大地电解质块,妨碍了电流正常通过导致该阳极局部难于消耗二逐渐形成包块. 25、影响工业电解槽电流效率降低地因素有那些？答案：⑴铝是溶解和再氧化反应：铝被阳极气体氧化,造成铝地损失.⑵其他因素.①电解生成地钠以及钠地再氧化,造成电流损失；②生成炭化铝；③生成金属雾；④电子导电；⑤电解质中地杂质放电空耗电能<答对3个即可）.26、工业铝电解槽中铝地溶解损失可分为哪四个连续步骤？答案：①在金属-电解质界面上发生溶解反应；②反应产物从界面层中扩散出来；③反应产物进入电解质整体中；④反应产物被阳极气体二氧化碳和一氧化碳氧化.27、测定铝电解槽电流效率地方法有哪几种？答案：盘存法、回归法、气体分析法.28、我国160KA以上大型预焙槽主要采用什么输送技术输送物料？答案：稀相、浓相、超浓相29、.在电解生产中,生产1吨原铝消耗氧化铝理论上消耗多少？答案：1889kg.30、实行AC作业前应准备哪些工具？答案：铁钩、碳渣瓢、扫把、铁铲、测定棒、氧化铝耙、炉前耙、炉前滤等<答对6个以上）.31、阳极设置过高会或过低会造成什么危害？答案：设置过高阳极导电不良；设置过低会导致阳极承受电流过大而偏流；会造成电解槽产生针振.32、换极时,提出阳极后,应检查那些项目？答案：有无结壳、碳渣情况、邻极情况、炉底情况、两水平高度等.33、加极上氧化铝地目地是什么？答案：保温、防止阳极老化、降低钢爪与炭块之间压降.34、料箱有料,电解槽下料点不下料地原因有那些？答案：电磁阀坏、下料阀被关、风动溜槽堵塞、下料气缸故障等.35、电解槽槽控机具有哪些功能？答案：槽控箱具有正常加工、AE处理、AC处理、调整电压、提升机动力电源、1DL、驱动电磁阀、效应灯、手工单动、升降阳极等控制功能、联机工作状态.36、电解槽炉帮较空时,一般会出现哪些现象？答案：壳面下陷、火眼多、电解质水平高、炉温高、电压摆,严重地散热空发红.37、什么样情况下停止测量电流分布？答案：当对地电压异常、降电压、出铝、AC作业、抬母线、发生AE、非正常电流时应终止测定阳极电流分布作业.38、焙烧过程中,阳极发生脱落时,应怎样处置？答案：不能更换阳极,只将导杆吊出.39、我公司300KA系列抬母线地周期是多少天？答案：18天.40、电解生产中最容易挥发地添加剂是什么？答案：氟化铝.41、当班内一台槽子发生二次以上AE时,你该做哪些工作？状态,打壳下料气缸是否正常,打壳下料电磁阀是否正常,是否有堵料、卡打击头.42、电解质地重量比<CR值）指地是什么？答案：是指电解质中地NaF与ALF3地重量比值.43、简述阳极交换操作顺序？答案：AC时极距未设置准确或小盒卡具未上紧会使该极产生偏流或电流不足都会降低电流效率；保温料未加足,或堵料质量差造成滑料都会破坏电解槽热平衡；结壳块未捞干净.会造成炉底沉淀或结壳,或阳极长包；未扎好边则会破坏炉膛形状.44、下料点被氧化铝堵住后应怎样处理？答案：<1）扒开下料点地氧化铝.<2）检查打壳系统是否正常.<3）手动打壳电磁阀将下料点打穿.<4）扒出地氧化铝可以用做保温料或堵中缝.45、阳极导杆地铝-铝压降范围是多少？压降过大地主要原因有哪些？应如何降低铝-铝压降？答案：铝-铝压降要小于10mV；产生地主要原因是<1）阳极导杆与母线地压接面不平整.<2）卡具没有拧紧.<3）阳极没有装正,压接面变小.<4）压接面有粉尘或油污；<1）用铁锤敲平导杆和母线.<2）换阳极后要复紧卡具.<3）开口要开好,中缝地料块要打掉.<4）用磨光机打磨阳极导杆.46、铝地电化学当量为多少？如何理解？答案：铝地电化学当量是0.3356g/Ah；表示地意义是通过电解槽1Ah地电量时析出地铝量为0.3356克47、原铝质量中铁和硅各来自哪里？如何避免铝水中含铁过高？答案：原铝中地铁主要来自阴极钢棒和阳极钢爪,少部分来自氧化铝和铁制工具；避免铝水含铁地措施<1）精心维护电解槽,不要造成电解槽破损.<2）防止阳极氧化.<3）防止阳极脱落.<4）防止电解质过高.48、铝地用途主要是什么？答案：交通运输,建筑,包装,电工49、电解槽地双平衡指地什么？答案：双平衡指物料平衡和能量平衡.50、通常情况下,氧化铝地溶解性与温度地关系是怎样地？答案：氧化铝地溶解性随温度地升高而增大.51、氧化铝浓度过高会对电解槽造成什么后果？答案：<1）炉底产生沉淀.<2）过热度过高.<3）电解温度上升过快.<4）电解质发粘.<5）炉底压降增大.52、焦粒地作用是什么？答案：<1）连接阴极与阳极,使电解槽形成通路.<2）找平炉底,使电流分布均匀.<3）产生热量,融化冰晶石.53、开槽阳极在电解生产中有哪些好处？答案：1电解质与阳极地润湿性好.2在较短地时间内能够达到全电流运行.3有利于阳极气体地排出,减少气泡对铝液地搅动.54、如残极高度为15cm,阳极地消耗速度为1.5cm/天,阳极交换周期为30天,问：装入槽内新阳极地高度为多高？答案：600 cm.55、在更换阳极地过程中,为了保证槽内新旧程度不同地阳极碳块能够均匀电流起见,采取交叉换极法.其基本原则是?答案:(1>相邻地阳极碳块组错开更换时间,并且尽可能把时间隔地原些,确保电流分布均匀.(2>保持母线大梁两侧新换地碳块组数目相同,确保大梁两侧地重量相等.56、我公司生产一吨铝需消耗多少度电?答案:13400-13600度(直流>.57、电解生产中常说地”四低一高”指什么?答案:四低:(1>低温(2>低氧化铝浓度(3>低分子比(4>低效应系数一高:高极距58、什么是分解电压?答案:是指该组分进行长时间电解并析出电解产物所需地外加最小电压59、电解铝生产中,能量地利用率大约为?答案:45%-50%60、降低电耗地办法有哪些?答案:(1>降低平均电压(2>提高电流效率61、影响电解质润湿性地因素有哪些?答案:(1>电解温度(2>氧化铝浓度(3>分子比(4>阳极材质(5>添加剂62、阳极过电压包括?答案:反应过电压+气膜电阻电压+浓差过电压+势垒过电压.63、阴极过电压包括?答案:浓差过电压+势垒过电压.64、阳极效应发生机理地学说有哪几种？答案：<1）湿润性学说<2）氟离子放电学说<3）静电引力学说<4）阳极对电解质排斥学说.65、低温电解有何优点？答案：(1>电流效率高.(2>能量利用率高.(3>操作环境好.(4>槽寿命长66、高温电解有何劣势？答案：(1>电流效率低.(2>能量利用率低.(3>操作环境差.(4>槽寿命短67、低温电解地温度范围是多少？答案：800-900摄氏度.68、什么是惰性阳极？答案：是指那些在目前通用地冰晶石-氧化铝熔盐电解中不消耗或微量消耗地阳极.69、电解槽侧壁材料应具备哪些特性？答案：<1）在侧壁地顶部和背部,对于高温500-600℃地空气,具有很大地抗氧化能力.<2）对于高温地950-970℃冰晶石熔液和铝液有很好地抗腐蚀能力.<3）对于铝润湿不良.<4）具有良好地导热能力和机械强度.<5）具有很好地电阻率.70、计算机控制氧化铝浓度地依据是什么？答案：电压地变化随氧化铝浓度变化地U形曲线图.71、现场播报地下料异常是什么原因引起地？答案：<1）堵料.<2）下料少.<3）“黑料”.<4）料箱空.<5）打壳头长包.72、异常电压在什么情况下出现？答案:工作电压高出设定电压400mv或低于设定电压300mv.73、点式下料地自适应控制指什么？答案：控制系统地控制器自动地适应过程条件地变化,或调节控制参数符合于一个恒定值,而不管过程本身如何.74、在电解过程中产生地烟气中,对环境有很大污染地烟气有哪些？答案：<1）熔融电解质地蒸气.<2）因电解质地水解而产生地HF气体.<3）因阳极氧化而产生地二氧化硫气体.<4）随阳极泡带出地电解质液滴.<5）加料时产生地原料粉尘.75、我公司采用干法还是湿法净化电解烟气？答案：干法76、热槽有何特征？答案：<1）火苗黄而无力.<2）炭渣在电解质中分离不清.<3）电解质颜色呈黄色而发亮.<4）残极从槽中吊出时发白,冒烟.<5）电解质循环较为剧烈.<6）炉帮和伸腿溶化,电解质水平较高.<7）插入电解质中地铁钎子取出后液面分辨不清.<8）效应电压低.77、产生热槽地原因是什么？答案：<1）工艺条件和操作制度不相适应.<2）铝水平过低.<3）极距过低或过高.<4）炉膛不规整,电流向侧部集中.<5）炉底沉淀多,底部结块大,炉底压降增高.<6）效应时间过长.78、如何确认阳极长包？答案：<1）测量阳极压降<2）检查阳极钢爪是否发红.<3）比较阳极周围温度,是否局部高温.<4）观察阳极周围火苗颜色.79、如何处理阳极长包槽？答案：<1）发现某组阳极长包,首先将这组阳极提出,观察严重程度,打掉突出部分,装回阳极.<2）如果是小圆形包,并不严重,可采取提高这组阳极地办法处理.<3）对长包地槽子,要把工作电压抬高到电压不摆为止.<4）阳极更换时要打捞干净炭渣和块料.80、发生滚铝地原因是什么？答案：<1）炉底不平坦,沉淀多,结壳大.<2）炉膛四周伸腿偏得太厉害.<3）压槽.<4）炉膛不规整.<5）阴阳极电流分布不均.81、如何处理滚铝槽？答案：<1）发现局部滚铝,首先检查电流分布和极距.<2）检查炉膛,过空地地方用块扎住.<3）如果发现全槽滚铝,首先应抬高电压,检查电流分布,铝水低地槽要向槽内灌铝.。
铝电解槽控机操作使用说明书
铝电解槽智能模糊控制系统槽控机操作使用说明1 部结构简介每一台槽控机由左右两个部分组成，右半部分叫做逻辑部分，是槽控机的核心部分，左半部分叫做动力部分，是槽控箱的供电部分和控制阳极升降的执行单元。
左右两边都有一些连线和电解槽的其它设备相连。
1.槽控机的动力电源（三相、其相电压为380V）：该电源的作用提供电解槽上提升电机的动力380V电源，该电源由专用的供电回路提供。
2.槽控机的动力电源（单相、电压交流220V）：该电源的作用是用于控制打壳下料电磁阀的线包用电，各种接触器动作线包用电等。
3.槽控机逻辑电源（单相、电压交流220V）：该电源经过槽控机的开关电源变换后，提供给槽控机的逻辑单元用电。
4.提升电机动力电源线（三相、相电压为380V）：该动力线由槽控机输出，连接到电解槽上的提升电机，当需要进行阳极升降时，经过槽控机的空气开关，主接触器，正转接触器或反转接触器（统称为辅助接触器）将槽控机的动力电源接通，使提升电机正转或反转，带动电解槽上的提升机构达到阳极升降的目的。
5.打壳下料电磁阀连接线（单相、电压为交流220V）：该动力线由槽控机输出，连接到电解槽的打壳下料电磁阀的动作线包上，当需要进行打壳下料动作时，经过槽控机固态继电器和槽控机的动力电源接通，使打壳下料电磁阀得电动作，达到向电解槽补充氧化铝的作用。
6.槽控机避雷接地线（目前未接）：该线通过电解厂房的接地母线直接和连接，每个槽控机都和这条线相连，该线连接到槽控机的避雷装置的地线上。
该线的作用是使槽控机防雷电袭击和抗电干扰，保证槽控机正常工作，但也是造成槽控机产生相对直流电位差比较高，使维修人员易直流触电的原因，因此，该接地线有利有弊。
7.槽电压采样线：为了控制电解槽，槽控机每0.5秒要对被控电解槽的槽电压进行一次采样，槽电压采样线是槽控机与电解槽直流大母线的连接线。
进入槽控机的槽电压采样线一方面连到槽控机的槽电压表上，进行槽电压瞬时值显示，另一方面经过熔断器连接到槽控机上的V／F转换板上，进行电压频率转换，实现对槽电压的采样。
铝电解生产主要技术经济指标计算方法
４、连续停电 24 小时以上，不论槽况如何，均视为二次启动，因
分批启动造成的部分槽推迟启动，其推迟启动时间与停电时间合并计算，
但推迟启动槽的扣除标准只按停电期间扣除标准的一半计算。
５、停电扣除标准值(每台槽)见表 3―3―5：
时间 项目 槽型
0.5－1 小时 冰晶 直流 石 电量 kg kwh
1－2 小时 冰晶 直流 石 电量 kg kwh
2－5 小时 冰晶 直流 石 电量 kg kwh
5－12 小时 冰晶 直流 石 电量 kg kwh
12－24 小时 冰晶 直流 石 电量 kg kwh
24KA 10 75 20 250 50 450 150 1300 200 2200
45KA 20 100 50 340 100 600 200 1700 250 3000
2、平均电流强度 平均电流强度是指通入铝电解槽系列的直流电流强度的平均值。按 照报告期长短，分为日平均电流强度的累计平均电流强度。其计算 公式如下： 日平均电流强度 根据工厂具备的计量手段不同可以分为三种方 法。
（1）只有电流强度批示仪表，未安装电流小时计、直流电量表 和电压小时计的工厂，按照等距间隔时间抄录的电流强度批示数计 算平均电流强度。
折交流
启动用电(补贴部分) 启动槽 生产用电 计算原铝 正常生产 直流电耗 槽用电
计算原铝交流电耗
图 3―3―4 11、铝锭工艺能耗和综合能耗 铝锭工艺能耗是指铝电解生产中各项能源的直接消耗，通常以产品 的各项单耗乘以折算标准煤(或焦尔×109)的系数计算，消耗的项目有电、
焦炭和水等。计算公式如下：
铝锭工艺能耗(标煤吨或 GJ)＝Σ(各能耗项目单耗×折算系数)
铝锭综合能耗是工艺能耗加上产品应分摊的间接能源消耗。按照总
铝电解槽阳极效应
铝电解槽阳极效应
铝电解槽阳极效应是一种在铝电解生产过程中常见的问题。
阳极效应的发生会导致电解槽电压急剧升高，达到20～50V，甚至更高，对整个电解系列产生很大影响，使电流效率降低，影响电解各个技术指标，且使铝的产量和质量降低，破坏了整个电解系列的平稳供电。
阳极效应发生的机理目前众说纷纭，较好地解释这一现象的是“阳极过程改变学说”。
这种观点认为，阳极效应的发生是由于随着电解过程的进行，电解质中含氧离子逐渐减少，当达到一定程度后，氟析出且与阳极炭作用生成炭的氟化物。
炭的氟化物在分解时又析出细微的炭粒，这些炭粒附在阳极表面上，阻止了电解质与阳极的接触，使电解质不能很好地湿润阳极，形成一层导电不良的气膜，导致阳极过电压增大，引起阳极效应。
针对阳极效应的解决方法，主要有两种：一是使用效应棒（木棒）熄灭；二是降低阳极，增加氧化铝的下料量。
然而，这两种方法并未完全解决问题，仍需寻找更有效的处理方法。
在环保日益重要的今天，铝电解生产中特别是在大型预焙槽生产中应严格控制阳极效应。
铝工业专家Haupin提出了“瞄准零效应”的管理思路，认为“零效应”管理是最理想的状态。
因此，控制阳极效应，实现“零效应”管理是铝电解生产今后发展的方向。
铝电解生产的阴阳极过程及其电流效率问题探析
３ 阳 极过 电压 ）
实验证明 ： 阳极过电压与阳极 电流密度有直接的关系 。当电流密
氧离子只在炭极表面活性区域放 电， 氧与炭稳定生成 ｃ ， 且 ０， 放电 反应。这是Ａ ：Ａ ： － １ ，Ｉ ， 等离子由 Ｆ ＦＦ 熔液的对流和扩散而带至阴 度小时 ．
生成速率大 ． 几乎没有 阳极过电压 ； 当电流密度增大时 ， 氧离子 的一部 分会在炭极上 活性 区域较小处放 电并形成稳定性 不太 好的 中问炭氧 成 。在低分子 比的电解质中可 能发生 的反应。 配合物 ｃＯ 它需要提供额外的能量 ， 于是 出现 了阳极过电压 。阳极过 ￣＝ ＋ ｌｉ ／ Ａ Ｆ＋ ｅ Ａ＋ Ｆ Ｉ４３ ＝ Ｉ４ （ ） 电压 与阳极 电流密度之间 的关 系可 用塔 菲尔方程式 表示 ：．ａ ｂｇ． １ 式 中 仉 为阳极过 电压 ， ｉ Ｖ；为阴极电流密度 ， ｍ：ａ和 ｂ为塔菲尔常 Ｍｃ ； 在分子 比接近 ３时， 可能发生一 ＦＮ反应 ： ３— — — 数。 Ａ１ ＋ ｅ Ａ＋ Ｆ ３＝ Ｉ６ （） ２ ４ 阳极效应 ） 也可采用力学计算。假设在 阴极上生成铝 的反应式为 ： 阳极效应在铝电解过程 中是一种常见的、 明显 的、 电化学现象。 但 Ａ ２ ３ ）３２ （）２ ＋ ／ Ｃ ２ １０ （ ＋ ／Ｃ 目＝ Ａ１３ ２ Ｏ（ ） ‘ （） ３ 它并不是铝 电解过程所独有 的．在其它一些熔融盐 电解 的过程 中 。 也 生成钠 的反应式 会出现类似 的现象。 铝电解槽发生 阳极效应时 ， 四周有火花放电 ， 阳极 ６ （液＋ Ｉ ３ 液＋ ／Ｃ固＝ Ａ （液＋ ／Ｃ ￣ ＋ Ｎ （） Ｎ Ｆ溶 ）Ａ２ （ ）３２ （】２ ｌ 溶 ）３２ ０ （ ６ ａ （ ） 伴随着轻微 的噼啦声 ． 电压 由 ４ ４５ ０溶 气） 气 ４ 槽 —． Ｖ升 至 ３ — ０ ０ ５ Ｖ。工业电解槽 发 在工业 电解槽 电解质的组成 和温度变化范围内 ． 可按下式进 行计 生阳极效应常 因槽 内氧化铝浓度下降到一定的程度所致 。 在实验室研 算上述两反应的电位差值 究中用临界 电流密度（ ． 来表示阳极效应发生的程度 。 大 ， ｄ） ｄ 临 ｌ 则阳极 △ Ｅ＝ 一 Ｅ６ Ｅ５ 效应不 易发生 ： 反之 ． 则阳极效应容易发生。此外 ， 影响阳极效应的因 熔体温度 ， 电解质的对流状态和组成 ， 炭素 电极 的表面性质和 Ａ ５△Ｇ— ｎ （ 一＾／ Ｇ一 ６ ｎ № ｌ ４ ） （） 素还有 ： ５ 形状等 极， 络合 阴离子 中的 Ａ 阴极 吸引而挣脱 出来 ． １被 并在 阴极上放 电． 生
电解槽技术条件管理(细化版)
科学合理的生产技术参数和加强精细化操作管理是提高电流效率的重要途径铝电解槽技术条件主要包括槽电压、槽温、效应系数、分子比、两水平等参数，在保证操作质量的前提下，管理好这些技术条件，能够使电解槽在长期稳定的状态下工作，并获得较高的电流效率。
1 槽电压的管理槽电压是指电解槽维持正常生产所需的最低电压，主要由电解槽的阳极压降、阴极压降、槽周围母线压降、分解与极化压降、电解质压降以及效应分摊压降组成。
各部分压降受槽型、设计配置、材料等因素的影响，其值也各不同。
“槽周围母线压降”在电解槽运行期间基本不变，因为母线配置一定，母线本体压降一定，各焊接点一经焊接完成后，此值基本不变。
“阳极压降”随阳极的比电阻、磷铁─碳的接触情况而变，此值在阳极质量较差时最高可达到500mV以上。
“阴极压降”的大小除与炭块电阻、组装质量等有关外，炉底沉淀和结壳也是影响其大小的重要因素。
“分解与极化电压”在生产槽上只与氧化铝浓度有关。
“电解质压降”变化范围较大，电解质成分、电解温度、极距变化都会使电解质压降变化，其中极距的变化影响最大。
“效应分摊压降”与效应系数、效应时的电压高低和持续时间长短有关。
母线压降、阴极压降的初始值由设计、建材、安装等方面保证，若能低于设计值更好。
在正常生产期主要着眼于随电解槽状态而变化的阴极压降、电解质压降和效应分摊压降的控制。
阳极压降、母线压降主要由阳极生产单位和筑炉材料生产单位来保证,电解槽工作电压是指除去效应分摊电压之外的其他项的总和。
在电流恒定的条件下，电压是调节电解槽能量平衡最主要、最容易实现的因素之一，因此，电压管理实质是电解槽能量平衡的管理。
通过变更设定电压实现对电解槽电压的变更,但实质是增减极距来变更电解质电压降。
电解质电阻与电解质成分和过热度有关,还与电解质的洁净度有关,电解质中碳渣量大,悬浮固体Al2O3量大,电解质电阻越大。
在实际中应尽量保证阳极压降、阴极压降、电解质电阻接近设计值,并使这些指标稳定。
电解铝能效指标体系结构图
说明：
1、《电解铝企业单位产品能源消耗限额》能效指标（3个）
（1）重熔用铝锭综合能源单耗
（2）铝锭综合交流电耗
（3）铝液交流电耗；
2、《有色金属工业重点用能企业能效对标指标体系》电解铝企业能效指标（6个指标）
（1）铝液直流电单耗
（2）铝液交流电单耗
（3）单位重熔用铝锭综合能耗
（4）电解槽平均电压
（5）铝液电流效率
（6）阳极效应系数
3、《云南省电解铝企业能效水平对标指南》能效指标（13个）
注意：
能效指标名称统一到国家标准
计算方法、能源种类、能耗统计范围按国家能耗限额标准
（1）能耗指标（9个）
①铝液直流电耗
②铝液交流电耗
③铝液电流效率
④铝锭综合交流电耗
⑤电解槽平均电压
⑥阳极效应系数
⑦整流效率
⑧铸锭工序电耗
⑨重熔用铝锭综合能源单耗（2）电解工序物料消耗（4个）
①铝液氧化铝单耗
②铝液阳极块净耗
③铝液氟化盐消耗
④电解铝用水单耗
电解铝企业能效指标体系
结构图。
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（1）反应过电压
低电流密度时，O2-首先在阳极的活性较大的部位上放
电，此时过电压很小；
电流密度大时，O2-在活性较小部位上放电，并且形成 具有化学吸附性质的中间炭氧化合物CxO。此化合物随 后分解为CO2，CxO的分解过程缓慢，来不及在新离子 放电前迅速分解，造成反应过电压。 活性较大的部位是指低温烧结带，位错缝，缺口，棱 角等处
阳极效应气体组分和变化 效应前：CO2 和 CO 效应时：CO2含量降低，CO增加，同时产生温室气 体 CF4和C2F6氟碳化合物。
阳极气体除了CF4和C2F6之外，还有COF2，COF2 会发生热分解或水解，方程式如下：
阳极效应学说
湿润性学说
阳极效应的发生是电解质对炭阳极 湿润性的改变。
氧化铝是一种能够降低电解质在炭阳极 上界面张力的表面活性物质。当氧化铝 含量很高时，电解质在炭阳极上的表面 张力小，对阳极有很好的湿润，此时于 阳极上析出的气体被电解质排挤以小气 泡形式逸出；当氧化铝的浓度降低到一 定浓度后，电解质的湿润能力不足以将 气泡排挤离开阳极表面，气泡在阳极表 面停留，生成气膜，致使电压升高，气 体停止析出，电解质停止沸腾，阳极效 应产生。
炭素材料的电阻率(由大到小）：
无烟煤骨料制作的无定型炭块、无烟煤和石墨碎组成骨料的石 墨质炭块、全石墨碎和半石墨炭块、石墨化炭块。 降低阴极电压降的方法： （1）采用电阻率低的阴极本体材料 （2）力求降低Fe-C接触面积电压，改变钢棒尺寸形状，在 接触界面填充电阻率低的物质。
阳极电压降
阴极电压降组成：阴极材料本身、钢棒和阴极本体 和钢棒接触电压降
电解质熔体电压降 EB = I RB
RB = RBu + RBa
RBu ：电解质本身的电阻；
RBa ：阳极表面二氧化碳气泡引起的电阻 电解槽采用带倾斜角度和开沟槽式阳极底掌表面会加 速阳极气体排走，有利于降低气泡层厚度，因此有降 低电解质电压降的作用。
阴极电压降
阴极电压降组成：阴极材料本身、钢棒和阴极本体 和钢棒接触电压降
早在1905年，Tafel发现，对于一些常见的电极 反应，过电压与电流密度之间在一定范围内存在 如下定量关系：
ŋ = a + b lg Ic Ic —阴极电流密度
a：单位电流密度时的过电压，与电解质分子比和 电极材料有关。 b:是过电压的决定因素。对大多数金属来说差不多， 常温下等于0.05V
极化曲线 过电压或电极电势与电流密度之间的关系
电阻型过电压—气膜电压 随氧化铝含量的减少而增大，尤其是在阳极效应发 生的情况下。
浓差过电压：
势垒过电压
E过，阳 = E浓差 + E反应 + E势垒 + E气
膜
电解槽电压的组成 V槽 = E0 + E过 + I（RA + RB + RC + RX) I： 电流强度 RA：阳极电阻 RB：电解质熔体电阻 RC：阴极电阻 RX：热平衡体系外母线电阻
E0 —氧化铝的理论分解电压（阳极炭） E过—阳极与阴极上产生的过电压
根据极化产生的不同原因，可以简单的将极化分为 浓差极化和电化学极化
浓差极化 电解过程中，电极附近某离子浓度由于 电极反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度 赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液的浓度 与本体溶液间有一个浓度梯度，这种浓度差别引起 的电极电势的改变称为浓度极化。 阴极：Ag+ + e → Ag
Al3+要突破这一障碍需要额外的能量，表现方式
就是过电压。
（2）阴极表面分子比高于电解质熔体内部的分子
比，阴极表面富集了NaF，形成浓差极化。
阳极过电压
阳极过电压与阳极电流密度之间的关系可以用塔菲尔 方程式表示： ŋ = a + b lg Ic a、b是塔菲尔常数 Ic—阳极电流密度
阳极过电压随着阳极电流密度对数值的增大而线性增大。
随着电流密度的增大， （1）两电极上的过电压 增大。 （2）阴极电极电势变小， 阳极电极电势变大。使外 加电压增加，额外消耗了 电能。
E逆 = E0 E不可逆 = E过
阴极过电压
势垒过电压 浓差过电压
阴极过电压产生的机理： （1）在阴极附近存在许多Na+、Ca2+等，他们在
阴极不放电，但是在电极表面构成一个电化屏障，
当外压增至2-3段， H2和O2的压力等于 大气压力，呈气泡 逸出，反电压达到 极大值。 再增加电压，使I 迅速增加。将直线 外延至I=0处，得到 分解电压。
理论上，E分解 = E反
极化电压：实际测得的“分解电压”的数值。如果 小于这个数值就不能进行电解。
在某一电流密度下，极化电压与理论分解电压之间的 差值称为过电压 E极化 =4.11
分解电压：进行电解并析出电解产物所需的外加 到两极上的最小电压。 使用Pt电极电解H2O， 加入中性盐用来导电， 实验装置如图所示。
逐渐增加外电压，有安
培表G和伏特表V分别测
定线路中的电流强度I和
电压E，画出I-E曲线
外加电压很小时，几 乎无电流通过，阴阳极 上无H2和O2放出。 随着E的增大，电极 表面产生少量H2和O2， 但压力低于大气压，无 法逸出。所以产生的H2 和O2构成了原电池，外 加电压必须克服反电压， 继续增加电压，I有少许 增加，如图中1-2段。
AgNO3溶液
浓差极化的结果，使阳极上的电极电势比平衡时变大， 阴极上的电极电势比平衡时更小。
电化学极化：
电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应速率 较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进 行所额外施加的电压称为电化学过电势，这种极化 现象称为电化学极化。
E实，阴＜E平，阴
E实，阳＞E平，阳
阳极效应
现象： （1）阳极与电解质周围出现许多细小的弧光闪烁。 （2）电解质停止沸腾，以小滴状向上飞溅。 （3）槽电压升高到数十伏，与电解槽并联的低压灯泡发亮。 （4)阳极气体中氟离子含量大大提高，并有CF4和C2F6逸出。
临界电流密度（D临） 在一定条件下电解槽上发生阳极效应时的阳极电流密度 D临的大小表示阳极效应发生的难易程度。D临数值越大， 代表阳极效应越不容易发生。 影响临界电流密度的因素： 熔盐性质，熔盐温度、阳极性质，氧化物的含量等。