第二章(铝电解的原材料及能源)
第二章(铝电解的原材料及能源)
1、原料煅烧
2、溶化煤沥青
3、破碎、筛分与配料
4、混捏
5、成型
6、焙烧
2.3.4预焙阳极炭块的性质和质量
（1）、化学纯度
（2）、导电性能
（3）、机械强度
（4）、抗氧化性能
2.3.6阳极炭块组的组装
（1）、阳极炭块的清理
（2）、阳极导杆的准备
（3）、残极处理
（4）、钢爪、爪架及爆炸焊片的准备
2.2.1.2氟化钙
氟化钙分子式为CaF2, 其俗名为萤石粉，是一种经过精选品位很高的天然矿物质。在正常的铝电解生产中，往电解质中添加一定数量的氟化钙能降低电解质的熔点，多被用于电解槽启动前装炉，其作用是对炉帮形成有好处，可形成比较坚固的炉帮。
2.2.1.3氟化钠
氟化钠的分子式为NaF, 是一种白色粉末，易溶于水。是铝电解质的一种添加剂，用以调整由于新槽的炭素内衬选择性吸收钠盐及装炉时装入大量低分子比冰晶石所造成的分子比下降。一般由于新槽开动也用碳酸钠（曹达）代替氟化钠，这样更加经济且能加速电解质的沸腾与循环，有助于电解质成份均匀。
氟化铝产品用途:在铝的生产中作电解浴组分，用以降低熔点和提高电解质的电导率。用于生产酒精时作发酵的抑止剂。用作陶瓷外层釉彩和搪瓷釉的助熔剂、非铁金属的熔剂。在金属焊接中用于焊接液.用于制造光学透镜。还用作有机合成的催化剂及人造冰晶石的原料等。
一、湿法生产工艺（属淘汰工艺）：
硫酸和萤石高温反应后产生的气体，直接吸收成30％～ 35％的氢氟酸，与氢氧化铝在90℃左右合成为AlF3?3H2O，经过滤后,进入高温脱水干燥，最后得氟化铝AlF3成品。由于脱水时产生的水蒸汽回分解AlF3，因此，湿法氟化铝含量低，杂质多，水份含量高，堆密度低，流动性差。基本上不适应现代电解槽使用。 化学指标为：F≥57％ Al≥28% Na≤ 3.5％ H2O≤7％。
铝电解PPT课件
❖ 氧化铝中含有少量杂质如SiO2 、 Fe2O3 、TiO2 、CaO、 Na2O等。在电解过程中，比铝更正电型的金属氧化物（ SiO2 、 Fe2O3 、TiO2）将会被电解析出的铝还原成金属 进入铝液，从而污染金属铝，降低质量品级。比铝更负电 性的金属氧化物（CaO、Na2O）则会与冰晶石发生反应 ，从而使电解质成分发生改变而影响电解过程，增大氟盐 的消耗。水分同样也会分解冰晶石，还能生成有害的氟化 氢气体而污染环境，并增加液体铝中的氢含量。
1.3 溶剂——氟化盐
❖ 铝电解生产中用的溶剂氟化盐有冰晶石、氟化铝以及作 为添加剂使用的氟化钙、氟化镁、氟化锂等几种。
（1）冰晶石（Na3AlF6）是氧化铝的溶剂，是组成电解质 的主要成分。现代铝电解工业使用的冰晶石为人工合成 冰晶石。下表为人造冰晶石的质量标准：
等级 不小于
F Al 特级 53 13
铝电解惰性可润湿性阴极
2012.05.19
❖ 1.铝电解概述
❖ 1.1铝电解生产流程 ❖ 1.2 原料——氧化铝（Al2O3） ❖ 1.3 溶剂——氟化盐 ❖ 1.4 预焙阳极 ❖ 1.5 铝电解槽的阴极
❖ 2.惰性可润湿阴极
❖ 2.1 TiB2涂层阴极 ❖ 2.2 TiB2陶瓷阴极 ❖ 2.3TiB2复合阴极
附和机械损失等原因，使冰晶石在生产中有一定
的消耗量，一般情况下，每生产1t铝的冰晶石消
耗为5~15kg。
(2)氟化铝（AlF3)
《现代铝电解》目录 刘业翔
现代铝电解 / 刘业翔∙ISBN：9787502445768∙出版发行：冶金工业出版社∙页码：0∙版次：-∙条码：9787502445768∙更新时间：2010-04-04∙出版时间：2008-08-01《现代铝电解》目录1 绪论1．1铝的发现和提取1．1．1铝的发现1．1．2铝电解简史1．2铝的性质和用途1．2．1铝的性质1．2．2铝的应用1．3现代铝电解的发展1．4铝电解过程描述1．5铝电解用原料与辅助原料1．5．1氧化铝1．5．2辅助原料1．5．3炭阳极参考文献附录铝的各种性质第一篇铝电解理论基础2 铝电解质及其物理化学性质2．1概述“2．1．1引言2．1．2铝电解质的性质要求2．1．3铝电解质的种类2．2铝电解质的相平衡图2．2．1 NaF-A1F3二元系相图2．2．2摩尔比CR(或质量比BR)与过剩A1F3的换算公式2．2．3Na3A1F6-AJ203系熔度图。
2．2．4 Na3A1F6的其他二元系和三元系相平衡图2．3工业铝电解质的物理化学性质2．3．1熔度(初晶温度)2．3．2电导率2．3．3密度2．3．4黏度2．3．5接触角2．3．6Na，A1F6-A12O，熔体物理化学性质的综合分析2．4低温电解质2．5铝电解质成分的改进2．5．1国外概况2．5．2国内概况参考文献3 氧化铝在电解质中的溶解及其行为3．1概述3．2氧化铝的物理性质3．3氧化铝溶解的实验室研究3．3．1细分散氧化铝的溶解3．3．2部分聚集状氧化铝的溶解3．4工业电解槽上氧化铝溶解研究3．5结壳、炉帮及沉淀3．5．1概述3．5．2结壳的生成3．5．3结壳的性质3．5．4 Al2O3及壳块的沉降与溶解3．5．5炉帮与伸腿的形成参考文献4 冰晶石．氧化铝(Na3AlF6-A12O3)系熔盐结构4．1概述4．2 NaF．AlF3系熔体结构4．2．1基于Na3AlF6热解离提出的熔体结构模型4．2．2核磁共振谱(NMR)研究提出的结构模型4．3Na3AlF6A12O3系熔体结构4．3．1热力学模型的结果4．3．2直接定氧法的结果4．3．3分子动力学模拟的结果4．3．4核磁共振谱(NMR)测定结果4．4离子实体的迁移4．5电荷迁移主体——Na参考文献5 铝电解的电极过程5．1阴极过程5．1．1铝在阴极优先析出5．1．2非正常条件下钠的析出5．1．3阴极过电压5．1．4钠析出后的行为5．1．5阴极的其他副过程5．2阳极过程5．2．1概述5．2．2阳极的原生产物5．2．3阳极过电压5．3阳极气体参考文献6 阳极效应6．1概述6．2临界电流密度6．2．1临界电流密度的概念6．2．2临界电流密度和氧化铝含量的关系6．2．3影响临界电流密度的其他因素6．2．4临界电流密度与接触角的关系6．3阳极效应时的气体分析6．4阳极效应机理6．5工业电解槽上的阳极效应6．5．1特点6．5．2起因6．5．3熄灭6．5．4预报参考文献7 铝电解中炭阳极上的电催化作用7．1概述7．1．1电催化基本概念及电催化活性的表征7．1．2铝电解惰性阳极电催化研究7．1．3铝电解掺杂炭阳极的电催化研究和应用7．2掺杂炭阳极的电催化功能7．2．1阳极电催化活性的判据7．2．2掺杂炭阳极的制备7．2．3试验测定7．2．4若干重要结果7．3掺杂炭阳极在铝电解中的其他行为参考文献8 铝在电解质中的溶解及二次反应损失8．1概述8．2铝在冰晶石．氧化铝熔盐中的溶解8．2．1溶解铝后电解质的特性8．2．2溶解金属引起的电子导电性8．3铝在冰晶石熔体中的溶解度8．4早期研究工作的若干资料8．5 CO2在冰晶石氧化铝熔体中的溶解度8．6工业电解槽上铝的溶解与损失参考文献9 铝电解的电流效率9．1概述9．1．1电流效率的定义9．1．2关于电流损失9．2工业预焙槽上的电流效率问题9．2．1提高电流效率的历史回顾9．2．2影响工业槽电流效率的因素9．3电流效率的测量9．4结语参考文献10 铝电解的理论最低能耗与节能第二篇铝电解生产工程技术第三篇铝电解计算机控制及铝厂信息化第四篇铝冶炼辅助工程与新技术附录。
铝电解培训教材概要
电解铝生产培训教材工艺篇安全技术部第一章铝电解概述第一节铝电解发展及现状铝（Aluminium）在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为7.5%，仅次于氧（O）和硅（Si），居第三位，在各种金属元素当中，铝居首位。
铝的化学性质十分活泼，但是自然界中发现了少量元素状态的铝，与其他矿物共生。
含铝的矿物总计有250多种，其中主要的是铝土矿、高岭土、明矾石等。
我国开采和利用铝矿有悠久的历史，很早就开始从明矾石提取（古称矾石），供医药及工业上使用。
汉代《本草经》一书中记载了16中矿物药物，其中就包括矾石、铅丹、石灰、朴硝、磁石。
明代宋应星所著《天工开物》一书中记载了矾石的制造和用途。
金属铝最初用化学法制取。
1825年，丹麦Oersted用钾贡还原无水氯化铝，得到一种灰色的金属粉末，在研磨时呈现金属光泽，但当时未能加以鉴定。
1827年，德国Wohler 用钾（K）还原无水氯化铝，得到少量细微的金属颗粒。
1845年，他把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面，得到金属铝珠，每颗铝珠的质量为10~15mg，于是铝的一些物理性质和化学性质得到了测定。
1854年，法国Deville用纳代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐，制取金属铝。
钠和钾同为一价碱金属，但钠的相对原子质量比钾小，制取1Kg铝所需的钠大约是3.0~3.4Kg，而用钾大约需要5.5Kg，故用钠比较经济。
当时称铝为“铝土中的银子”1855年，Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭，总量约为1 Kg。
1854年，在巴黎附近建成了世界上第一座炼铝厂。
1865年，俄国Beketob提议用镁还原冰晶石来生产铝。
这一方案后来在德国Gmelingen铝镁工厂里被采用。
自从1887~1888年电解法炼铝工厂开始投入生产后，化学法便渐渐停止了，在此之前的30多年内采用化学法总共生产了200T铝。
原来在采用化学法炼铝期间，德国Bunsen和法国Deville继英国Davy之后研究电解法炼铝。
铝电解课件
(e) 适宜的机械性能，以便经受粗糙的搬运；
(f) 合适的密度和空隙率，减少金属铝的侵入； (g) 气体渗透率低，减少阳极内部氧化； (h) 应有适宜的抗热震性。
常压下加热不熔化，但在高温下升华。
它的作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以调整
电解质的分子比，主要用于降低熔体的分子比，降低电解
温度。以保证生产技术条件的稳定。
铝电解用其它氟化盐
铝电解生产中所用的氟化盐主要是冰晶石和氟化铝， 其次有一些用来调整和改善电解质性质的添加剂，如
氟化钙、氟化镁、氟化钠和碳酸钠等。
(8) 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
7.铝的用途
铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力
学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认
为最为经济实用。 铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为
阴极碳块生产
无烟煤经过1500~2100℃电煅烧处理，使得后料部分石墨 化，并配入部分人造石墨，制成阴极碳块，经过焙烧后进 行机械加工，即可得到半石墨质阴极碳块。
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。
1.
2.
有色金属行业铝电解基础知识培训教材
有色金属行业-铝电解基础知识培训教材99铝的性质与用途铝的性质铝是自然界中分布极广的元素之一,地壳中铝的含量为7.35%,仅次于氧和硅而居第三位。
由于铝是化学性质极为活泼的元素,所以在自然界中未发现单质的金属铝,而是以铝的各种化合物存在。
铝土矿是现在的主要炼铝原料,此外还有明矾石等,世界铝土矿总储量320亿吨以上,我国山西、河南、山东和广西等地蕴含着丰富的铝土矿。
从铝土矿或其他含铝原料中生产氧化铝,实质上是将矿石中的Al2O3与SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质分离的过程。
炼铝的历史可分为两个阶段,分别为化学法炼铝阶段与电解法炼铝阶段。
尽管在自然界中含有极为丰富的铝,但铝第一次制取出来却是不到二百年前的事。
1825年丹麦的厄尔施泰(H?C?Oersted)在实验室中用钾汞齐还原无水氯化铝(AlCl3),在世界上第一次得到铝。
1845年法国人戴维尔(H?S?Deville)用钠还原NaCl?AlCl3混合盐也得到金属铝,并在法国进行小规模生产。
到1877年电解法投产以前,世界上仅用化学法生产金属铝,这一阶段,铝产量极低,使铝成为世界上极为昂贵的金属之一。
1886年,美国的霍尔和法国的埃鲁特发明了冰晶石?氧化铝熔盐电解法炼铝,很快电解铝取代了化学法,而且产量迅速提高,成本迅速下降,到目前为止的百年间,铝工业发展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。
铝是一种具有银白色光泽的金属,常温下其比重只有 2.7 g/cm3,是一种轻有色金属,它的主要特性如表1-1。
表1-1铝的主要特性原子序数13密度(g/cm3) 2.699固、2.3液原子价+3溶点(℃) 659沸点(℃) 2467熔化盐(J/ g) 386.6导热系数(J/cm?S?℃) 2.08(固,20℃)、2.18(固,200℃)导电系数(10-4Ω-1?cm-1) 36~37(20℃)电化学当量(g/A?h) 0.3356(A?h/g) 2.980铝的用途铝可与许多金属形成合金,某些铝合金的机械强度很高,而且仍保持着质轻的优点,因此铝被广泛用于制造飞机的外壳、火车、汽车的车箱,以及快速转动的零部件等。
电解铝成本计算范文
电解铝成本计算范文电解铝是一种重要的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。
电解铝的成本计算对于制定合理的价格策略和成本控制具有重要意义。
下面将从原材料、能源消耗和生产过程三个方面进行电解铝的成本计算。
1.原材料成本：电解铝的原料主要是铝氧化物，主要有氧化铝（Al2O3）。
氧化铝的价格主要受供需关系和市场波动影响，根据数据显示，目前氧化铝的价格约为2000-3000美元/吨。
以氧化铝价格为例，假设成本为2500美元/吨。
2.能源消耗成本：电解铝的生产过程需要大量的电能和热能，因此能源消耗是电解铝成本的重要组成部分。
根据数据统计，铝的电解所需的电能约为13.5-16.5千瓦时/千克铝。
同时，电解铝的生产过程还需要大量的热能，如煤炭、燃气等。
以电力和煤炭为例，假设电力价格为0.1美元/千瓦时，煤炭价格为100美元/吨。
在计算能源消耗成本时，首先需要计算电能的成本。
假设电解铝生产过程中每千克铝所需的电能为15千瓦时/千克铝，电能的成本为0.1美元/千瓦时，则每千克铝所需的电能成本为1.5美元。
进一步假设每千克铝所需的煤炭为0.5千克，煤炭价格为100美元/吨，则每千克铝所需的煤炭成本为0.05美元。
因此，每千克铝所需的能源消耗成本为1.55美元。
3.生产过程成本：除了原材料和能源消耗成本外，电解铝的生产还需要考虑其他生产成本，如人工成本、设备维护成本和管理成本等。
这些成本因企业规模、技术水平和管理水平等因素而有所不同，因此难以进行具体的定量分析。
一般来说，这些成本的占比在铝的总成本中相对较小，但仍需纳入考虑。
总结：综上所述，电解铝的成本主要包括原料成本、能源消耗成本和生产过程成本。
假设氧化铝价格为2500美元/吨，电能成本为1.5美元/千瓦时，煤炭成本为0.05美元/千克，其他生产成本为可变因素。
以每千克铝为基础进行计算，电解铝的成本约为2502.55美元/千克。
需要注意的是，以上数据仅为参考，并不代表实际情况。
《铝电解原理中南》课件
铝电解是一种重要的工业生产技术，本课件将介绍铝电解的基本原理、设备 及工艺、应用领域、发展趋势等内容。
什么是铝电解
铝电解的原材料
铝电解的生产以铝土矿和人造氧化铝为原料， 经一系列的冶炼、熔炼过程得到铝金属。
铝电解的生产过程
铝电解是指将氧化铝熔液经电解反应将铝离子 还原为铝金属的过程。该过程需要高温、高压 环境和大量电能。
铝电解的基本原理
反应方程式
铝电解的反应方程式为 4Al3+ + 6e → 4Al + 3O2， 其中Al3+为铝离子，e为 电。
电化学反应
铝电解是一种氧化还原 反应，在一定的条件下， 由于电子的转移而促进 铝离子被还原成铝金属 的过程。
过程流程
铝电解的过程涉及到许 多环节，包括铝熔炼成 型、铝质块及超重熔盐 的预处理、再生铝生产 等。
铝电解的设备及工艺
1
反应器组成
铝电解的反应器一般由电极、电解
电解槽结构
2
槽、电解质和电解液四个部分组成。
铝电解槽是整个工艺过程中最重要
的部分。目前铝电解槽主要采用氧
化铝电解槽，同时也有人造氧化铝
3
电解液的组成
等电解槽被广泛使用。
铝电解液是决定铝电解的关键因素
之一，其组成包括氟化物、氧化铝、
铝、氯化钠等多种元素，各种元素
铝电解技术的发展方向
未来铝电解技术的发展趋势将更加绿色、环保、高效，以适应社会对资源、环保和节能等方 面的需求。
铝电解技术的发展在国内外 均取得了巨大的突破。中国、 美国、亚洲地区的一些国家 均已开发出一些先进的铝电 解技术，为行业的快速发展 奠定了基础。
结论
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16组双阳极分两排配置于两组阳极母线外侧，利用卡具将阳极铝导杆压紧在阳极母线上，铝导杆和阳极钢爪之间的过渡采用铝-钢爆炸焊块，钢爪与炭块用磷生铁浇注，钢爪爪头安装炭素保护环，保护钢爪不被电解质侵蚀，阳极示意图见图：
打壳装置是为加料而打开壳面用的，它由打壳气缸和打击头组成。
打击头为圆柱形锤头组成，通过锤头杆与气缸活塞相连。
当气缸充气活塞运动时，便带动锤头上、下运动而打击熔池表面结壳，下料系统由槽上料箱、下料器组成。
料箱上部与槽上溜槽相通。
筒式定容下料器安装在料箱的下侧部，筒式定容下料器每次下料1.8kg。
每个电解槽设有4个打壳下料装置，两两交错打壳下料。
在电解槽一端另设有专供出铝用的打壳装置。
阳极提升机构由螺旋起重机、减速机、传动机构和马达组成，起升降阳极作用。
两条阳极大母线悬挂在螺旋起重丝杆上，16组阳极通过卡具卡紧在大母线。