电流效率与电解参数的关系

电解质水平 极距 铝水平
极距
❖ 关于极阳对距离对电流效率的影响，主要应从金属 损失方面去理解。在工业电解槽上，气体析出是引 起电解质搅动的重要原因。阳极离阴极远些，则搅 动的程度小些；靠近时，搅动程度增大。在极距很 近时电流效率会明显降低，此时槽电压摆动，表示 铝液波峰一部分跟阳极短路。所以，为了节省槽电 压而缩短极距，宜谨慎从事，有时候会适得其反。
电流密度
阴极电流密度
❖ 阴极电流密度 ❖ 1.电流不变，而阴极面积变化 ❖ 2.阴极面积不变，电流变化 ❖ 电流效率随阴极电流密度增大而增大。
阳极电流密度
❖ 1.阳极面积增加，如加宽阳极，此时电流效 率增加，但单位面积铝产量减少，经济上极 不合理，故未见采用。
❖ 2.阳极不变，电流增加，如强化生产时。此 时电流效率稍稍降低，但控制得好，这种降 低可以在很小的范围内。
添加剂对电流效率的影响
❖ 添加剂对电流效率的影响，基本上与对铝损失的影 响相反。一般说来，凡是能够使铝损失量减少的添 加剂，都能够使电流效率提高。
❖ 在各种添加剂中，使铝损失量减少者为MgF2、 CaF2、BaCl2、LiF和Nacl。在下表中列出各种添加 剂在0％、5％和10％添加量之下的铝损失量，以作 比较。
比较才有说服力，但实际上这是难以做到的。因此 有人在实验室详细研究之后，认为工业槽的Al203浓 度的变动范围比较小，对于电流效率的影响是不大 的。
冰晶石摩尔比的影响
❖ 研究表明，铝在熔体中的损失与冰晶石熔体的分子 比的关系曲线上有一个最小值，2.7
❖ 随着冰晶石摩尔比的降低，熔体初晶温度下降，铝 液电解质的界面张大，镜面收缩，铝的溶解度下降， 熔体中Na+活度降低，放电的可能性减小，因而电 流效率提高。
铝水平
❖ 在阴极的液体铝可以把电解槽底部热量散发 出去，使电解温度得以降低，同时能降低铝 液中的水平电流，使得电流效率提高。
❖ 一般认为存在一个最佳的铝水平。但各种槽 型各人的看法不一致。
电流效率与电解参数的关系
电解温度
电解质温度每降低10C，电流效率提高1-2%，因为温 度降低：
❖ C0减小； ❖ 粘度增大，从而增大； ❖ D（扩散系统）减小。 ❖ 使扩散量减小，有利于电流效率的提高。
但过分降低温度将使电解质发粘，导致铝珠与电 解质分离困难而造成铝的损失。故温度应适当。
温度对电流效率的影响
取 Vext＝1.65V
从槽电阻－氧化铝浓度曲线上看到，在3.5%Al2O3处有一最低槽电阻值。工 业生产上通常采用此最低值左侧的Al2O3浓度（2－3%），此时的电解质的 电导率较高，Al2O3的溶解性能较好，不易产生沉淀，而且不发性阳极效应。
0.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ18
槽电阻，Ω
0.016 0.014
高A.C.D
❖ 要使铝的溶解速度降低，还必须具备下列条件
❖ (1)电解液与铝液的流速差值减小； ❖ (2)水平电流减弱； ❖ (3)保持A1F3高水平； ❖ (4)采用很低的AI2O3浓度。
❖ 氧化铝浓度对工业槽电流效率的影响有两种分歧的 见解：
❖ (1)增大氧化铝浓度，电流效率提高
❖ 1)每增加氧化铝浓度1％，电流效率稍稍提高0.2％ －0.7％；
❖ 2)每增加氧化铝浓度1％，电流效率明显提高1％－ 2％。
❖ (2)减小氧化铝浓度，电流效率也提高。
❖ 从理论上说，温度是一个非常重要的因素，增加 Al203含量，会使电解质温度降低，亦即使电流效率 提高，所以前一种观点是说得通的。减小Al203含量， 会使槽电阻减小，从而使极距提高，电流效率随之 提高,在工业电解槽生产中，要孤立出独立因素加以
平均温度 962 958.6 955.9 951
测定次数 52
43
23
49
平均电流 87.25 87.8 88.5 89.0 效率
❖ 在现代电解槽上，控制氧化铝浓度至关重要。控制的依据是槽 电阻－氧化铝浓度曲线。 槽电阻是拟在的，可从下式算出： R拟在 ＝ （U－Vext）/ I
式中 R拟在－－电解槽的拟在电阻，μΩ U －－槽电压，V I －－系列电流 kA Vext－－U－I曲线上零电流状态下的截距，Welch选
低A.C.D
理论曲线
0.012 0
工厂数据
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
Al2O3,%(质量)
铝电解槽拟在电阻与电解质中氧化铝浓度的关系曲线
❖ 以前的研究得出、工业槽的电流效率随Al203浓度增 大而提高。但是，自从现代的点式自动下料技术应
用以来，这种概念已有所更新。在欠量下料与过量 下料交叉进行时，电解质内的Al203浓度以及槽电阻 均趋于稳定，此时采用相当低的Al203浓度(1.5％一 3%)，仍能达到稳定的生产过程，获得很高的电流 效率，见图11—22的右半部分。