铝电解生产中影响电流效率因素的研究
电解铝
百色职业学院材料工程技术专业毕业论文论文题目：铝电解电流效率的探讨学生姓名：凌娴学号：140682008030031指导教师：韦国贺专业：材料工程技术班级：08材料（2）班百色职业学院百色职业学院材料工程系毕业论文声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在老师指导下，进行实践工作所完成的。
除文中已经注明引用的内容外，本论文的成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本论文声明的法律责任由本人承担。
签名：年月日百色职业学院毕业论文铝电解电流效率的探讨［摘要］：电流效率是工业铝电解槽最重要的技术经济指标之一，因此高电流效率常被用来作为铝电解生产最佳化的准则，电解铝企业所进行的各种不同劳动都是为了一个共同的目的，即如何提高电流效率。
本文对维持铝电解正常生产的技术参数，结合优化现代工艺技术与控制技术探讨了生产实际中提高电流效率的技术措施，即采取“四低一高”，强化电流，并结合先进智能模糊控制技术和规范化作业使电流效率得到提高。
［关键词］：铝电解；电流效率；生产工艺；优化百色职业学院材料工程系毕业论文目录引言 ........................................................................................错误！未定义书签。
1概念 . (5)2影响因素 (5)2.1 电解温度 (5)2.2电解质成分 (5)2.2.1氧化铝浓度对电流效率的影响 (5)2.2.2添加剂对电流效率的影响 (5)2.2.3分子比对电流效率的影响 (6)2.3极距 (6)2.4两水平 (6)2. 5离子的放电 (6)2.5.2其他离子放电 (7)3提高电流效率的途径 (7)3.1降低电解温度 (7)3.2优选电解质成分 (7)3.3极距的优化选择 (7)3.4控制好两液水平 (7)3.5控制氧化铝的浓度 (8)3.6“四低一高”是提高电流效率的主要途径 (8)3.7强化电流强度，提高电流效率 (8)3.7.1阴极电流密度的变化在生产中有两种情况使得阴极电流密度发生变化 · 83.7.2阳极电流密度 (9)4结论 (9)参考文献 (10)百色职业学院材料工程系毕业论文引言随着科学技术的不断发展，电解铝的技术获得很大的提高。
电解铝 电流效率12-4-10
2.2.4关于最佳电解质组成问题。目前， 还不能找到一种普遍适用的电解质组成 。各大公司，各大铝厂，甚至同铝厂的 各个车间都有适合自己生产情况的电解 质组成。一般是在常规的电解质组成基 础上，按各厂的条件做若干调整，许多 铝厂对所用的电解质组成作为商业秘密 ，不予公开。
2.3. 预焙槽设计对电流密度的影响
欲获得准确的电流效率数据，必须对产 铝量能精确的确定，然而，准确及时地 测定电流效率的方法至今仍然还没有妥 善地确立。现今，测定电流效率的方法 有：CO2/CO 分析法，示踪原子法（含 控制电位库伦计法），氧平衡法（含质 谱仪法）和盘存法等。
3.1. CO2/CO 分析法 又称为皮尔逊—瓦丁顿法
本方法的依据是二次反应后铝被CO2 所氧 化，产生了CO，可按照测出的CO2/CO 比值求出瞬间的电流效率。1947 年为皮 尔逊—瓦丁顿（Pearson-Waddington）提 出，其公式为： CE(%) = 50%+1/2CO2% 式中CO2%为CO和CO2体积的百分比。 此种方法测量的误差有几个百分点，并 且为瞬时电流效率。
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。
第二节工业预焙槽上的电流效率问题
浅析400KA电解槽提高电流效率的几种途径
浅析400KA电解槽提高电流效率的几种途径摘要：在工业生产中，铝电解槽是一个重要的设备，用于生产铝材。
而解槽的作用就是将铝氧化物还原成金属铝。
然而，在这个过程中，会遇到电流效率不高的问题，导致直流电耗增加，生产成本上升。
因此，提高铝电解槽的电流效率具有重要意义。
本文主要分析400KA铝电解槽提高电流效率的几种途径，异形阴极的凸起结构可以增加聚焦效应，提高电流密度，从而增加电流效率。
新型阳极则可以通过排气通道将气体排出，降低气泡对阳极的影响，提高电流效率。
高导电铝芯复合阳极钢爪则可以提高阳极的导电性能，降低电阻，从而提高电流效率。
同时，钢爪保护环技术可以保护钢爪，防止钢爪氧化，延长使用寿命。
这些技术的应用可以发挥重要作用，提高铝电解槽的电流效率，降低生产成本，提高生产效益。
因此，应该重视各种关键技术的研发和应用，不断推进解槽技术的发展，推动工业生产的进步。
关键词：400KA；电解槽；电流效率引言：在电解厂中，提高电流效率是首要任务之一。
电流效率是指电解过程中所使用的电能与最终得到的产品之间的比率。
电解技术参数对电流效率影响很大，包括电解质温度、电解质成分、极距、电流密度以及铝水平和电解质水平等。
其中，电解质温度是影响电流效率的关键因素之一，因为在高温下，电流效率会下降，而在适宜的温度下，电流效率会得到提高。
此外，电解质成分也对电流效率有很大影响，因为电解质成分的变化会导致电解效率的变化。
除了电解技术参数外，科学技术条件对提高电流效率也至关重要。
这包括了设备维护、操作技术、工人素质等方面。
在设备维护方面，要保证设备的良好运行状态，确保设备的稳定性和可靠性。
在操作技术方面，要保证操作规程的规范性和操作流程的合理性。
在工人素质方面，要提高工人的技能水平，确保工人能够熟练操作设备。
本文以400KA铝电解槽生产为例进行探究。
在这个过程中，要注意控制电解质温度、电解质成分、极距、电流密度以及铝水平和电解质水平等参数，以提高电流效率。
铝电解槽电流效率测定方法研究
2020年第４期中国高新科技 37POWER TECHNOLOGY 电力科技铝电解槽电流效率测定方法研究张 健（沈阳铝镁设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110001）摘要：铝电解槽测定电流效率最常用的方法是简易盘存法、加铜盘存法及气体分析法。
文章通过理论分析并结合设计与生产实践，对上述3种方法的测定原理及误差产生的原因进行了分析和讨论。
关键词：铝电解槽；电流效率；测定 文献标识码：A 中图分类号：TF821文章编号：2096-4137（2020）04-37-02 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2020.04.12Study on measurement methods of current efficiency of aluminum electrolysis cellZHANG Jian(Shenyang Aluminum and Magnesium Design and Research Institute Co., Ltd, Shenyang 110001, China)Abstract: The most commonly used methods to measure the current efficiency of aluminum electrolysis cell are simple inventory method, copper inventory method and gas analysis method. Through the theoretical analysis and the experiences of design and actual production practices, this paper analyzes and discusses the measuring principles and the causes of errors of the three methods.Keywords:aluminum electrolysis cell; current efficiency; determination0 引言铝电解槽电流效率是在给定时间和电流内电解槽实际产铝量与电解槽理论产铝量之比。
第十二章 铝电解生产中的电流效率
第十二章铝电解生产中的电流效率铝电解的电流效率和电耗是生产中两项重要技术经济指标。
它在一定程度上反映着铝电解生产的技术和管理水平。
如何提高铝电解的电流效率，降低电能消耗历来都是铝冶金工作者是非常关注的问题。
12.1 铝的电化当量及理论产量铝电解的电解质是冰晶石和氧化铝均匀的熔融体。
电解质导电并发生化学变化时，铝就会在阴极处析出。
析出的铝金属量跟通入电解质中直流电的电流强度和时间的关系，遵循法拉第电解两大定律。
法拉第电解第一定律指出：电解质导电时，在极板处析出的物质的质量M 跟通电时间t和电流强度I成正比，或者说跟通过电解液的电量q成正比，即：M =kIt （12 -1）式中M———析出物质的理论质量，kg或g；k———叫做电化当量，kg/c或g/A·h。
物质的电化当量与物质的性质有关，即同一种物质的，电化当量是恒量，而不同种类的物质，电化当量的数值不同。
显然，如果知道了某物质的电化当量，例如铝的电化当量，又已知通电时间和电流强度，就可以根据式12 -1，求出析出的物质（如铝）的质量。
问题的关键是怎样求得某物质的电化当量。
法拉第在大量实验事实的基础上，得出的法拉第电解第二定律指出：物质的电化当量跟它的化学当量成正比。
某种物质的化学当量是该物质的摩尔质量m 跟它的化合价n的比值，其单位为kg/mol或g/mol。
铝的摩尔质量m 为26.98154g/mol，铝的化合价n =3，所以铝的化学当量m /n =26.98154/3 =8.99385 g/mol。
法拉第电解第二定律表示为：k=1/F·m/n （12 -2）式中：F———法拉第恒量，对于任何物质都是相同的，实验测量的结果表明，F=96484.56C/mol。
式中1/F 表示的是电化当量跟化学当量m /n成正比关系的比例常数。
我们知道，如果某一截面导体所通的电流强度为1安培，那么每秒钟所通过的电量应为1 库仑（C），1 库仑电量等于1 安培秒，即1/3600 安培小时。
铝电解工艺条件与电流效率的关系研究
一
般认 为 ，电解 槽在 较 高 的工作 电压下 运行 ， 容 易
低而降低 ， 但降低 幅度明显减小 。 然而 ， 如果电解
温度过低 ， 氧化铝溶解速度减慢 ， 槽底易产生沉淀 ，
电解 槽 稳定 性变 差 ， 同时 ，电解 质 导 电性 能 变差 ，
获得较高的电流效率 ， 主要原因是 ， 工作 电压较高
度；
来， 就一直把降低能耗放在所有技术研究工作 的首
位 ，通 过科 技 攻关 ， 取 得 了一 系列科 技 成果 并 获 得
（ ３ ）电解温度过高 ，可能会使槽 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 液 面积增 加 ，阴极 平均 电
热度的电解槽 中， 往往也能在高 电解温度条件下获 得高电流效率。 １ ． ２ 过热度与电流效率 的关 系 过热度是影响电流效率 的主要 因素之一。 控制 较低窄的过热度 ， 是取得较高电流效率 的必要条件 之一 。 如果过热度较高 ， 铝液与电解质液面的表面
张 力减 小 ， 铝 在 电解 质 中 的溶解 度 增大 ，铝 的二 次
提高后 ， 也具备其有利的一面， 那就是提高电解质
温度就意味着提高 电解质的导 电性能 ， 并使阳极和
阴极炭 质 导 电体 的 电阻降 低 。因此 ， 在 相 同的槽 电 压 时 ，会 使极 距 增加 ，这 有利 于 电流 效 率 的提 高 。
此外 ， 在具有 良好的控制策略 、 热稳定性能和低过
电解质成 分、 炉帮厚度 、 铝 水平等电解铝作业条件 与电流效率的关 系， 为在现行条件 下我 国铝 电解工业获得 良好效
益提 高理 论参考。
铝电解电流效率与阳极电流密度的关系
铝电解电流效率与阳极电流密度的关系
铝电解是一种用于生产金属铝的工业过程。
在铝电解过程中，铝金属是通过阳极溶解并在阴极上沉积的。
阳极电流密度是指在铝电解槽中阳极表面上通过的电流量的大小，而铝电解电流效率是指通过电解过程转化成金属铝的电流量与通过电解槽输入的总电流量之间的比例。
阳极电流密度对铝电解电流效率有一定影响。
一般来说，随着阳极电流密度的增加，铝电解电流效率会减小。
这是因为较高的阳极电流密度会引起电解液在阳极表面的过电势增加，从而增加了电解液的电解反应速率，导致了一些非铝金属离子的氧化和阳极的腐蚀。
这些非铝金属离子的氧化会导致电流不经过还原反应，从而降低了铝的电解效率。
另外，大的阳极电流密度还会引起阳极泡列的扩展，降低了阳极与铝液的接触面积，导致了铝的电解效率的降低。
因此，为了提高铝电解的效率，需要控制适当的阳极电流密度，避免过高的电流密度引起的氧化反应和阳极泡列扩展。
此外，还需要采取一些措施，如使用适当的电解液成分和控制电解温度等，以进一步提高铝电解的效率。
探讨电解铝节能降耗措施探究
探讨电解铝节能降耗措施探究摘要：电解铝属于高耗能产业，由于当前我国电力供应存在电力供应紧张的相关问题，尽管国家已经开始逐步实施了调控方案，电解铝行业的生产获得相应的控制，但是该产业仍旧属于高耗能产业。
与此同时在，高耗能产业整体发展的环境中，仍旧需要突破与完善的问题为，保证该产业经济效益的同时，提升其节能良好的能力。
关键词：铝电解；节能降耗；措施1、电解铝时电流效率降低的因素1.1铝的二次反应所谓“铝的二次反应”，是指槽内阴极上已经析出的铝水，一部分又溶解到电解质中，经扩散转移到阳极附近，被阳极气体氧化造成的铝损失，称为铝的溶解与损失，即“铝的二次反应”，这就是电流效率降低的本质和主要原因。
其反应式：2AL（溶解的）+3CO2（气）=AL2O3（溶解的）+3CO（气）[1]。
1.2 一些离子在阴极上放电耗电在铝电解过程中，一些离子，例如钠离子等会在阴极上放电，从而使耗电量增大，使电流效率大大较低，一般情况下，这一现象发生在分子比较高的时候。
1.3电流空耗电流空耗指的是三价铝离子放电不彻底，以及电解质时的五价钒离子、五价磷离子、四价钛离子等高价离子不彻底放电后就会产生一些相应的低价离子，这些低价离子会再次被电解质转移到阳级空间，氧化成高价离子，这一过程无疑降低了电流效率。
1.4其它损失包括槽内生成AL3C4、熔盐中水分和杂质的电解、出铝和铸造过程中的铝损失等[2]。
2、铝电解节能降耗措施2.1利用信息技术控制电解槽极距通过上述分析可知，电解铝在实际的生产朱红小号的能源数量较大，影响电解铝节能降耗因素主要被分成两个方面：一方面为槽平均电压，另一方面建则为电流的流通效率[6]。
因此，若想保证电解铝节能降耗的质量，企业可以从上述两种因素处着手，寻找其他的解决途径。
2.2保持较低的炉底降压电极槽的集聚对于槽电压的影响较大，这主要是因为槽电压的高低与极距的高低有着重要关联，槽电压升高，极距必然处于升高状态。
与此同时，电解铝的能量消耗情况也随之上升。
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4.2 电解质水平对电流效率的影响
保持适宜的电解质高度可以: 保持适宜的电解质高度可以: 较好地溶解Al 保持Al 较好地溶解Al2O3，保持Al2O3浓度相对稳 减少阳极效应; 定, 减少阳极效应; 减少炉底沉淀,减少炉底压降; 减少炉底沉淀,减少炉底压降; 增加对阳极的湿润性,有利于电压稳定。 增加对阳极的湿润性,有利于电压稳定。
铝电解生产中影响电流效率 因素的研究
一. 铝电解电流效率降低的原因
1. 铝的溶解和再氧化损失
在工业率电解槽上，一般认为的溶 解损失过程分为四个步骤： 金属铝在电解质界面上发生溶解反应； 溶解的铝从交界层扩散出去； 溶解的铝进入电解质整体； 溶解的铝被阳极气体氧化。
控制 步骤
物理溶解：高温状态下的阴极铝液和 电解质的接触面上，会有析出的 铝溶解到电解质中，形成物理溶 解。 化学溶解：2Al+AlF3=3AlF ： 2Al+Na3AlF6=3AlF+3NaF Al+6NaF =Na3AlF6+
5. 极距对电流效率的影响
提高极距 铝的氧化 损失减少 电流效率提高
当极距提高到一定 程度再提高 电明 解显 温提 度高 铝 槽增 熔增 电 解大 压大 度
电流效率降低
6. 阳极效应对电流效率的影响
阳极效应是铝电解生产中一种特殊的 现象，它对电解稳定性生产破坏性极强， 现象，它对电解稳定性生产破坏性极强， 一个效应增加吨铝电耗300kWh左右， 一个效应增加吨铝电耗300kWh左右，效应 300kWh左右 后电解质温度要1 小时才能恢复正常， 后电解质温度要1-2小时才能恢复正常， 这段时间内电流效率将受到影响。 这段时间内电流效率将受到影响。
4.铝水平和电解质水平对电流效率的影响 铝水平和电解质水平对电流效率的影响 4.1 铝水平对电流效率的影响
各种槽型根据其热平衡应有一个最佳铝 水平高度，才能保持电解槽运行稳定，获 水平高度，才能保持电解槽运行稳定， 得高的电流效率。 得高的电流效率。
保持适宜的铝液水平可以: 保持适宜的铝液水平可以:
3. 其它离子的放电
钠离子放电：常在电解温度较高、 钠离子放电：常在电解温度较高、电解 质分子比较高、阴极电流密度较大、 质分子比较高、阴极电流密度较大、氧化 铝浓度较低的情况下发生。 铝浓度较低的情况下发生。 其它杂质离子放电：Fe3+、Si4+、P5+、 其它杂质离子放电 V5+、Ti4+ 等离子
4. 其它损失
电解 2H2↑+O2 水的电解： 2H2O↑ →
高 温
碳化铝的生成：4Al（溶）+3C（固）=Al4C3（固） （
其他损失
二. 铝电解生产中影响电流效率 的因素
1. 温度对电流效率的影响
电解温度对铝在电解质中的熔解度 有很大影响，特别是铝的扩散速度。 有很大影响，特别是铝的扩散速度。 电解温度升高， 电解温度升高，铝的二次反应加 剧，电流效率降低。 电流效率降低。
三．提高铝电解电流效率的途径
1
调节电解质组成，降低电解温度; 调节电解质组成，降低电解温度; 合理的控制铝水平和电解质水平; 合理的控制铝水平和电解质水平; 调整合理的极距; 调整合理的极距;
4
合理的控制阳极效应系数; 合理的控制阳极效应系数; 提高操作人员素质，优化管理质量。 提高操作人员素质，优化管理质量。
3. 电流密度对电流效率的影响
3.1阳极电流密度 阳极电流密度
生产中阳极电流受原料质量、 生产中阳极电流受原料质量、电解槽的 槽膛、槽温度、电解质成份、铝液流动性、 槽膛、槽温度、电解质成份、铝液流动性、 极距、操作等因素影响，而电流分布的变 极距、操作等因素影响， 化，将直接导致槽况的不稳定，影响到电 将直接导致槽况的不稳定， 流效率。 流效率。
3.2 阴极电流密度
阴极电流密度的变化也存在两种情况： 阴极电流密度的变化也存在两种情况： 一是系列电流强度不变， 一是系列电流强度不变 ， 阴极面积改 使阴极电流密度增大或减少。 变，使阴极电流密度增大或减少。 二是阴极面积不变，系列电流强化， 二是阴极面积不变，系列电流强化， 阴极电流密度增大或减少。 阴极电流密度增大或减少。 总的趋势是电流效率随着阴极电流密度 的增大而提高。 的增大而提高。
2.高价铝离子的不完全放电
铝电解过程中阴、阳极上发生着铝的电 阴 化学反应: 化学反应: 在阴极： +2e=Al 在阴极： Al3++2e= + 当Al+转移到阳极时，又在阳极被重新氧 转移到阳极时， 化成高价铝离子。 化成高价铝离子。即： Al+-2e= 3+ 2e=Al 这些反应反复进行，造成了电流的空耗， 这些反应反复进行，造成了电流的空耗， 降低了电流效率。 降低了电流效率。
阳极电流密度的改变有两种情况： 阳极电流密度的改变有两种情况： 一是阳极面积增大，而系列电流强度不变， 一是阳极面积增大，而系列电流强度不变， 阳极电流密度降低； 阳极电流密度降低； 二是阳极不变，系列电流强度增大，阳极 二是阳极不变，系列电流强度增大， 电流密度增大。 电流密度增大。 当阳极电流密度降低时， 当阳极电流密度降低时，铝的溶解和 二次再氧化损失减少，电流效率提高。 二次再氧化损失减少，电流效率提高。
降低分子比 使用添加剂
降低初晶温度
电解质温 度降低
提高电流效率
2. 电解质成分对电流效率的影响
2.1 铝电解质中冰晶石分子比的影响
降低 冰晶 石 分子 比
铝的溶解度下降
Na+放电减少
初晶温度下降
电 流 效 率 提 高
但分子比过低、溶体中AlF 含量过多时， 但分子比过低、溶体中AlF3含量过多时， 电流效率反而会下降。且当分子比偏低时, 电流效率反而会下降。且当分子比偏低时, 由于该槽型炉底保温效果差, 由于该槽型炉底保温效果差,很容易使电解 槽走向冷行程,造成炉底沉淀和结壳，降低 槽走向冷行程, 降低 电流效率。 电流效率。
所以， 所以，应该适当的降低分子比
2.2 氧化铝浓度的影响 氧化铝浓度过高 氧化铝浓度过高 氧化铝浓度过低 氧化铝浓度过低
影 易槽 响导 引底 电电 起沉 解度 淀 质
放 电离 的子 铝减 少
铝氧 的化 溶损 解失 和加 再大
电流效率降低
2.3 添加剂对电流效率的影响
不同的添加剂有不同的作用： 不同的添加剂有不同的作用： 的添加可以降低铝电解温度。 ①AlF3的添加可以降低铝电解温度。但增大电 解质的挥发损失。 解质的挥发损失。 的添加， ②CaF2和MgF2的添加，可以降低电解质初晶温 但增大了电解质密度和电解质粘度。 度。但增大了电解质密度和电解质粘度。 LiF可以大幅度降低电解质熔体初晶温度和 ③LiF可以大幅度降低电解质熔体初晶温度和 熔体密度。但锂盐价格昂贵。 熔体密度。但锂盐价格昂贵。
谢谢