电解铝介绍文档ppt
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电解铝ppt
一、铝电解的基本知识
图3.1 上世纪60～80年代以前广为使用现仍有少量存在的 侧插阳极棒自焙阳极电解槽
一、铝电解的基本知识
图3.2 上世纪60～80年代广为使用的上插阳极棒 自焙阳极电解槽
在上世纪60～70年代，上插棒自焙阳极电解槽在世界范围内得到了很大发展， 其电解槽的最大电流强度达到了170～180kA。
此外，还有两个重要的辅助环节：
(1) 炭素电极制造 (2) 氟盐生产
二、铝电解生产的基本原理
Anode reaction: 2Al2O2F62- +C → CO2+4AlF3 +4e-
Cathode reaction: AlF63- + 3e- → Al + 6FAlF4- + 3e- → Al + 4F-
二、铝电解生产的基本原理
1 铝电解的电流效率
q= 0.3356It×10-3
式中 q—每台电解槽的铝产量 I—系列电流，A t—电解时间，h
七、铝电解槽电流效率
1.1 铝电解槽电流效率降低的原因
1.二次反应，铝从阴极表面溶解（物理的或化学的）
Al CO2 CO Al2O3
二、铝电解生产的基本原理
一、铝电解的基本知识
Héroult申请专利的铝电解槽简图 1887年的Héroult专利电解槽简图 (1886年4月23日)
一、铝电解的基本知识
4国内外工业铝的生产现状
铝电解槽作为熔盐电解法炼铝的最主要设备，自 发明以来发生了很大变化。首先是结构发生了较 大变化,这主要表现在阳极最终由自焙型逐渐演变 为预焙型; 最直观和最重要的变化还当属电解槽 容量(尺寸，电流强度)的变化。
铝电解PPT课件
❖ Na3AlF6熔体中加入LiF后2AlF5的活度都随着LiF含量的增加而 降低。提高电解质的导电性能，降低电解质的初 晶温度，降低电解质熔体的蒸汽压，降低铝在电 解质中的溶解度。LiF应用在稳定性不好，槽龄较 长，需要增加极距的电解槽时，可能会其得较好 的效果。
❖ 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)
❖ 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)
铝电解教程.ppt
• 电解槽排布方式：
• 横向排列 l 纵向排列
单行排列 双行排列
铝电解槽配置图
铝电解槽的母线配置
图4-2-8
未来铝电解槽的改进
•
目前的铝电解槽尚存在一些问题：生产过程能量
利用率较低，电流效率不太理想，单位产品的投资费
用较高，控制污染的设备费用也很贵。
• 4.2.4.1 原有电解槽的改造
•
原有电解槽的改造包括阴极材料、阳极材料及槽
⑷炭阳极对阳极糊的要求
阳极糊要求有一定的塑性（或流动性），以便 填满拔棒后留下的孔洞；但流动时不能引起焦 粒偏析，孔洞不能被富含沥青的糊所填充，以 免此处焦化后孔隙率过高；
流动性与糊中沥青配比、沥青的软化点、阳极 上部温度等因素有关。
阳极糊的质量主要取决于固定炭粒的粒度组成， 沥青配比由粒度组成确定。
化作用，基本上同旁插棒槽。在焦化过程
中，也形成了烧结锥体。阳极棒通过上层
的液体糊，一直插到阳层的
阳极糊来充填，结果生成所谓“二次阳
极”。这对于阳极的质量有一定的影响。
自焙阳极上插棒式电解槽简图
图4-2-5
(3) 连续预焙阳极电解槽
相对于非连续式有如下特点： • 优点： 无阳极残极，预焙炭块消耗量小； 阳极电流分布均匀，故阳极消耗均匀； 生产的连续性。 • 缺点： 阳极不能用氧化铝保温，热损失大； 炭块之间接缝存在接触电压降，故槽电
铝电解工业初期的小型预焙电解槽； 20世纪20~40年代，相继采用旁插棒式 自焙阳极和上插棒式自焙阳极； 50年代后大型预焙阳极。
铝电解槽的发展从19世纪末至今已经有了一百多 年的历史。
ã 初期：电流强度为4~8kA的小型预焙阳极电 解槽，产铝量为20~40kg/d；电能消耗为 42kW·h。
《铝电解原理中南》课件
《铝电解原理中南》PPT 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
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
第八章铝电解课件
nFET0 GT0
式中 ET0 —— 化合物的理论分解电压，V； F —— 法拉第常数；F=96487C/mol；
ΔGTo —— 化合物的生成自由能变化，J·mol-1； n —— 电池反应相应的电荷数。
Al2O3的生成自由能和分解电压 [惰性阳极]
2Al（液）+3/2O2= Al2O3（固）
阳极的作用主要有两种：导电和参加电解时 的化学反应。
铝电解槽 预焙阳极电解槽
间断型 连续型 自焙阳极电解槽 上插槽 旁插槽
铝电解用原材料的制备
电解质体系
氧化铝 冰晶石 氟化铝及其它氟化盐
氧化铝
它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸 点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶 于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于 氧化铝的要求，一是它的化学纯度，再就 是其物理性能。
静置法就是在尽可能低的温度下长时间的静止放 置。该法可减少铝液中的氢的含量，因为随着温 度的降低，氢在铝液中的溶解度降低。
也可以往铝液中通入气体，加以搅拌，能够更有 效的清除铝液中的氢。
如果所通气体为氯气不仅可除去氢，还可以除去部分 金属杂质，并吸附固态夹杂物和气态夹杂物使之一并 清除。
铝液连续净化装置图
NaF－AlF3 二元系相图
NaF:AlF3(mol)
3
中性
>3
碱性
<3
酸性
现代冰晶石－氧化铝电解质的组成
电解质的性质
电解质的密度 电解质的熔点 电解质的粘度 电解质的表面张力与湿润性 电解质的电导率
NaF-AlF3二元系
1. 密度（d）。冰晶石 的密度在1000℃下为 2.0957g/cm3。
金属钠的析出
Na+＋e＝Na
式中 ET0 —— 化合物的理论分解电压，V； F —— 法拉第常数；F=96487C/mol；
ΔGTo —— 化合物的生成自由能变化，J·mol-1； n —— 电池反应相应的电荷数。
Al2O3的生成自由能和分解电压 [惰性阳极]
2Al（液）+3/2O2= Al2O3（固）
阳极的作用主要有两种：导电和参加电解时 的化学反应。
铝电解槽 预焙阳极电解槽
间断型 连续型 自焙阳极电解槽 上插槽 旁插槽
铝电解用原材料的制备
电解质体系
氧化铝 冰晶石 氟化铝及其它氟化盐
氧化铝
它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸 点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶 于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于 氧化铝的要求，一是它的化学纯度，再就 是其物理性能。
静置法就是在尽可能低的温度下长时间的静止放 置。该法可减少铝液中的氢的含量，因为随着温 度的降低，氢在铝液中的溶解度降低。
也可以往铝液中通入气体，加以搅拌，能够更有 效的清除铝液中的氢。
如果所通气体为氯气不仅可除去氢，还可以除去部分 金属杂质，并吸附固态夹杂物和气态夹杂物使之一并 清除。
铝液连续净化装置图
NaF－AlF3 二元系相图
NaF:AlF3(mol)
3
中性
>3
碱性
<3
酸性
现代冰晶石－氧化铝电解质的组成
电解质的性质
电解质的密度 电解质的熔点 电解质的粘度 电解质的表面张力与湿润性 电解质的电导率
NaF-AlF3二元系
1. 密度（d）。冰晶石 的密度在1000℃下为 2.0957g/cm3。
金属钠的析出
Na+＋e＝Na
铝电解生产原理共46页PPT资料
❖ 1854年，德国Bunsen宣称利用炭电极电解 NaCl-AlCl3络合盐得到了金属铝；
❖ 1883年，美国Bradley提出了电解冰晶石-氧化 铝熔盐技术方案，但末获得专利；
❖ 1886年，美国的Hall和法国的Heroult同时申请 了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获 得批准，这便是我们所称的Hall-Heroult法。一 直至今，世界上所有的铝厂都是使用此种技术。
❖ 2 O2－（络）－4e＋C﹦CO2
❖ CO2被认为是阳极第一反应产物，铝电解的结果只 消耗了Al2O3和C，因此整个电解过程总反应式为：
❖ 16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉 塞斯（Parace/sus P.A.T.1949-1541）证实了明 矾是“某种矾土盐”，其中一种成分是一种
❖ 1754年，德国化学家马格拉夫 （Marggraf.A.S.1709-1937）能够分离“矾 土”。这正是帕拉塞斯提到过的那种物质。
❖ 1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属 分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够 分解氧化铝。即使如此，瑞典的贝采尼乌斯已 为这无法获得的金属取名“铝土”。后来，戴 维又改称它为铝。
❖ 电解铝工艺流程图
四、电解铝基本原理
❖ 目前铝工业中仍然采用熔盐电解法生产铝，其 基本原理：将氧化铝溶解于冰晶石熔体中，接 通直流电，在阳极和阴极上发生电化学反应， 阳极上产生阳极气体，阴极上析出铝。
❖ 电解铝生产铝的过程可以描述为：将固体氧化 铝加入Na3AlF6熔体中，发生化学溶解，生成主 要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以 及F－等离子构成的Na3AlF6-Al2O3熔体；通入直 流电以后，Na3AlF6-Al2O3熔体中的阴、阳离子 在电场力的作用下，分别向阳极和阴极方向迁 移；阴离子到达阳极表面发生电化学反应，失 去电子，生成气态物质；阳极离子到达阴极表 面，发生电化学反应，获得电子，变成铝原子， 从而得到液态铝。
❖ 1883年，美国Bradley提出了电解冰晶石-氧化 铝熔盐技术方案，但末获得专利；
❖ 1886年，美国的Hall和法国的Heroult同时申请 了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利并获 得批准，这便是我们所称的Hall-Heroult法。一 直至今，世界上所有的铝厂都是使用此种技术。
❖ 2 O2－（络）－4e＋C﹦CO2
❖ CO2被认为是阳极第一反应产物，铝电解的结果只 消耗了Al2O3和C，因此整个电解过程总反应式为：
❖ 16世纪，德国医生兼自然科学历史学家帕拉 塞斯（Parace/sus P.A.T.1949-1541）证实了明 矾是“某种矾土盐”，其中一种成分是一种
❖ 1754年，德国化学家马格拉夫 （Marggraf.A.S.1709-1937）能够分离“矾 土”。这正是帕拉塞斯提到过的那种物质。
❖ 1807年，英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属 分离出来，用电解法发现了钾和钠，却没能够 分解氧化铝。即使如此，瑞典的贝采尼乌斯已 为这无法获得的金属取名“铝土”。后来，戴 维又改称它为铝。
❖ 电解铝工艺流程图
四、电解铝基本原理
❖ 目前铝工业中仍然采用熔盐电解法生产铝，其 基本原理：将氧化铝溶解于冰晶石熔体中，接 通直流电，在阳极和阴极上发生电化学反应， 阳极上产生阳极气体，阴极上析出铝。
❖ 电解铝生产铝的过程可以描述为：将固体氧化 铝加入Na3AlF6熔体中，发生化学溶解，生成主 要由Na+、AlxOyF2（2+2y-3x）－、AlF63－、AlF4－以 及F－等离子构成的Na3AlF6-Al2O3熔体；通入直 流电以后，Na3AlF6-Al2O3熔体中的阴、阳离子 在电场力的作用下，分别向阳极和阴极方向迁 移；阴离子到达阳极表面发生电化学反应，失 去电子，生成气态物质；阳极离子到达阴极表 面，发生电化学反应，获得电子，变成铝原子， 从而得到液态铝。
电解铝厂生产流程简介(ppt)
工艺流程图
原铝出铝包
炉前
调包配料
烟气排放 精炼搅拌
电解槽
铝灰
灰渣分选
★粉尘排放■废渣排放
打渣 ﹌噪音 打印 接收
调流控流 水冷却
取样打眼入库
说明： 烟气排放粉尘排放废渣排放 ﹌噪声
原铝检斤
原铝入炉
搅拌 扒渣
打眼
控流 打渣
一次冷运 打号
脱模 二次冷运
分检
码垛
（二）电解系统
• 任务：是生产出合格的铝液。
• 工艺：冰晶石-氧化铝熔盐电解法。该工艺是由美国的霍 尔和法国的埃鲁1886年分别申请的世界专利。
• 主要经济指标：电流效率 、氧化铝单耗 、直流电单耗 、 可比交流电耗 、阳极毛耗 、氟化盐单耗 。
• 主要设备是：电解槽、多功能机组等。
• 工艺原理：氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，形 成具有良好导电性的均匀熔体，采用碳素材料做 阴阳两极，当通入直流电后，即在两极上发生电 化学反应。在阳极上产生阳极气体，阴极上析出 液态铝，用真空抬包周期性从电解槽吸出，送铸 造分厂铸重熔用铝锭。电化学反应过程中，阳极 不断消耗，阳极母线不断下降，要进行阳极更换 和母线提升作业，另外通过计算机控制，通过超 浓相输送向电解槽定时添加氧化铝，保证生产连 续平稳进行
电解铝厂生产流程 简介(ppt)
一、铝的性质与用途
1.铝的性质 ➢ 铝的密度在常温下为2.7（液态时为2.3），是铜和铁的三分之
一，其熔点为660℃左右。 ➢ 铝具有良好的耐腐蚀性。铝表面在空气中很快生成一层光滑
致密的氧化铝薄膜，使其内部免受氧化，增强了铝的防腐能 力。 ➢ 铝是一种良好的导电材料。 ➢ 铝具有良好的导热和反光性能。 ➢ 铝具有良好的延展性和可塑性。 ➢ 铝的再利用率高。
铝电解基础知识培训全解ppt课件.ppt
导电系数（104•Ω-1•㎝-1）
36～37(20℃)
体积增长率（%）
6.5（由固态变为液态）
平均线膨胀率（10-6/℃）
24（20～100℃）
线平均收缩系数（%）
1.7～1.8（650～20℃）
电化当量（g/A•h）
0.3356
（A•h/ g）
2.980
*
*
现代铝工业发展
*
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铝 电 解 原 理
现代铝工业生产，普遍采用冰晶石---氧化铝融盐电解法。主要生产设备是电解槽。 铝电解原理：以冰晶石---氧化铝熔体为电解质，炭素材料为两极，强大的直流电由阳极导入，经过电解质与铝液层从阴极导出，在两极间发生电化学反应，使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出得到铝液，氧离子则在阳极上放电生成一氧化炭、二氧化碳混合气体的过程。
*
*
铝电解生产中的主要原料
工业氧化铝的物理性能，对于保证电解过程正常进行是很重要的。通常要求它具有较小的吸水性，能够较快地溶解在熔融电解质里，在加料时飞扬损失少，并能够严密地覆盖在碳阳极上以防止阳极在空气中氧化，同时在凝固的电解质结壳表面上起良好的保温作用。这些物理性能取决于氧化铝晶格的晶型、粒度和几何形状。氧化铝分：砂状、粉状和中间状，其安息角分别为30°～35°，45°和36°～44°。
*
*
三种槽型的特点：
从投资来看:预焙阳极铝电解槽的上部结构和阳极装置比较简单，电解槽本身造价较低，但制造预焙阳极需要额外的阳极成型、阳极焙烧和阳极组装等一整套设备，从而增加的投资较多，这一般适于大型铝电解厂。上插棒自焙阳极铝电解槽上部机构比较复杂，投资较高，侧插棒自焙阳极铝电解槽投资则相对低些。
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氧化铝浓度影响（右） (AlF3浓度过量8.5％； 5％CaF2； 电解温度965℃)
二、铝电解节电的基本原理
一、铝电解的基本知识
5、铝工业发展趋势
近几年世界铝产量和消费量
万吨
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2006 2007 2008 2009 2010(预计) 世界铝产量 世界铝消费量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 中国 俄罗斯 加拿大 澳大利亚 美国 330 300 197 1285
抚顺铝厂——中国最早的铝厂 百色平果铝厂——中铝公司 贵州铝厂 ——中国铝业公司 青海铝厂——中国铝业公司 青铜峡铝业集团公司 云南铝业股份有限公司 包头铝业集团公司 总电投集团旗下的铝厂 兰州铝业股份有限公司和兰州连城铝业有限公司 郑州铝厂——中国铝业公司
一、铝电解的基本知识
二、铝电解生产的基本原理
现代铝工业有三个主要生产环节：
(1) 从铝土矿提取氧化铝 (2) 用冰晶石－氧化铝熔盐电解法生产铝。电解产物，阴
极上是液体铝，阳极上是气体CO2和CO，在工业电解槽内， 电解质通常由95%wt冰晶石和5%氧化铝组成，电解温度为 950～970℃。铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤， 烧铸成商品铝锭，其纯度可达到9.5%~99.8%。生产1吨铝 所需的工业氧化铝量大约是1.92～1.94吨。 (3) 铝加工
一、铝电解的基本知识
Hé roult申请专利的铝电解槽简图 (1886年4月23日)
1887年的Hé roult专利电解槽简图
一、铝电解的基本知识
4国内外工业铝的生产现状
铝电解槽作为熔盐电解法炼铝的最主要设备，自
发明以来发生了很大变化。首先是结构发生了较 大变化,这主要表现在阳极最终由自焙型逐渐演变 为预焙型; 最直观和最重要的变化还当属电解槽 容量(尺寸，电流强度)的变化。
自20世纪70年代后，伴随着计算机技术的发展，
新型商用计算机软件的推出和应用，铝电解槽发 展呈现出突飞猛进的势头。电流强度已由 100~200kA，跃至300~400kA，以至当今最大型铝 电解槽500kA。该电解槽电流效率达95%，单位能 耗为13140kWh/t。相比AP30电解槽，投资下降15%， 制造成本降低10%，劳动生产率提高36%。
平果铝厂
一、铝电解的基本知识
平果320KA铝 电解
抚顺230KA铝电解
一、铝电解的基本知识
贵州铝厂200KA
贵州铝厂烟气净化系统
一、铝电解的基本知识
青海200KA铝 电解槽
伊川300KA铝电解槽
一、铝电解的基本知识
南山300KA铝电解 槽
兰州200KA铝电 解槽
一、铝电解的基本知识 青铜峡200KA铝电解槽
92-93
0.72 40.1 27.7 0.69
92-93
0.733 56.6 40.9 0.723
阴极铝液流速(cm/s)
阴极寿命(d) 阳极净耗(kg/kg)
平均4~5
2500-3000 0.43
最大17
1500-1800 0.44
最大16~17
2000 0.42
一、铝电解的基本知识
国内主要铝厂
一、铝电解的基本知识
1、铝的性质与应用
密度小、导电性好 熔点为660.37℃
万能金属 绿色、低碳、节能、生态
一、铝电解的基本知识
2.1 世界铝资源分布
印度4% 澳大利亚24% 中国6% 牙买加7%
巴西8%
几内亚30%
其他21%
一、铝电解的基本知识
2.2 中国铝资源分布
一、铝电解的基本知识
2.3 中国铝资源情况
1号槽控机
2号槽控机
n号槽控机
电解 பைடு நூலகம்间
1号电解槽
2号电解槽
n号电解槽
铝电解智能模糊控制系统硬件配置图
二、铝电解生产的基本原理
出铝操作（法国300kA槽）
二、铝电解生产的基本原理
1、以预焙槽为主，电流300～500 kA； 2、较低的槽电压和较高的电流效率； 直流电耗13000～13300 kW•h/t-Al； 综合交流电耗～14000 kW•h/t-Al； 3、使用自动控制技术 1）槽电压控制； 2）槽电阻控制： 氧化铝浓度对槽电阻有重大影响，计算机通过槽电阻监控 电解质中氧化铝浓度，从而控制电解槽中的氧化铝浓度。 4、氧化铝浓度得到监测与严格控制，使阳极效应系数大大降低有的达 到0.01 次/槽天以下。 5、低温铝电解
a）温度、过热度；b）电解质分子比；c）添加剂（LiF、CaF2… ）；
d）槽膛形状；
e）极距；
f)电流密度;
g）氧化铝浓度；
极距影响（左） 电解温度981℃; 分子比:2.5;CaF2:5％; MgF2:0.1％;Al2O3:5％; 阳极电流密度:0.82A/cm2; 界面铝液流速:6.8cm/s
一、铝电解的基本知识
图3.3 当代的预焙阳极电解槽
一、铝电解的基本知识
4 国内外铝电解技术现状
表4.1 国外主要槽型的技术指标
公司或铝厂 Alcan Alcoa Becancour Granges ZSNF Ziar Dubal 槽型 P180 A697 AP-18 P86 HAL230 CD200 电流强度(kA) 180 216 180 150 230 200 电流效率(%) 94.5 94.5 94.9 95.4 96.3 94.0 直流电耗 (kWh/t) 14400 13900 13300 13170 13306 14400
槽寿命 (Mo n.)
60-80 70-80 80-100 72 ->65
Lauralco
Aloca Portland
AP-30
A817
319
303
96.0
95.0
13000
13600
72-96
60-72
一、铝电解的基本知识
4 国内外工业铝电解技术现状
参数
电流强度(kA) 日铝产量(kg) 直流电耗(kWh/kg)
一、铝电解的基本知识
3 铝的生产过程
金属铝最初用化学法制取。 1825年丹麦Oersted用钾汞还原无水氯化铝，得到一种 灰色的金属粉末。 1845年德国Wohler把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面， 得到金属铝珠 1854年法国Deville用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐， 制取金属铝。当时称铝为“泥土中的银子”。 1855年Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭， 总质量约为1kg。1854年在巴黎附近建成了世界上第一 座炼铝厂。 这30多年内采用化学法总共生产了约200t铝。
Al CO2 CO Al2O3
二、铝电解生产的基本原理
1.1 铝电解槽电流效率降低的原因
2 电解槽漏电，或局部极间短路；
3 铝的不完全放电所引起的电流空耗损失
4 其他离子放电所引起的电流效率损失；
5 钠离子电解生成金属钠
二、铝电解节电的基本原理
1.2
若干技术参数对电流效率的影响
一、铝电解的基本知识
1886年，美国的Hall和法国的Héroult通过实验不约而
同的申请了冰晶石－氧化铝融盐电解法炼铝的专利，得 到批准。这就是历来所称的Hall-Héroult（霍尔－埃鲁） 法。 1888年美国匹兹堡电解厂开始用冰晶石－氧化铝融盐电 解法炼铝。瑞士始于1888年，法国始于1889年，英国 1890年，德国1898年，奥地利1899年，挪威1906年，意 大利1907年，西班牙1927年，前苏联1931年。 100多年来，Hall-Héroult（霍尔－埃鲁）法成为唯一 的工业炼铝方法，沿用至今。
此外，还有两个重要的辅助环节： (1) 炭素电极制造 (2) 氟盐生产
二、铝电解生产的基本原理
Anode reaction: 2Al2O2F62- +C → CO2+4AlF3 +4eCathode reaction: AlF63- + 3e- → Al + 6FAlF4- + 3e- → Al + 4FOverall reaction: 2Al2O3(s)+3C(s) → 4Al(l)+3CO2(g)
我国的铝土矿多集中于煤或水电丰富的中、西部地区，有利于
开发利用。山西、河南、贵州和广西储量最多，合计占全国储 量的88.08%。 我国的铝土矿床类型以沉积型为主，已探明的储量中，属沉积 型矿床的储量占92.25%；其中适于坑采的占45.49%；完全露采 的占24.32%；适合露采与坑采结合的储量占29.79%。坑采储量 大造成开采成本较高。 在所有矿床中，中小型矿床多，大型、超大型矿床少。在已探 明的300多个铝土矿矿床中，达到大型矿床规模（大于2000万吨） 的有31个，达到1亿吨的矿床很少。 一水硬铝石占大多数，铝硅比较低。一水硬铝石占全国总量的 98.46%；铝硅值全国平均值为5.47。
二、铝电解生产的基本原理
1 铝电解的电流效率
盐电解与水溶液电解和有机溶液电解一样，其电解
反应是借助电流的作用而进行的化学反应，在电解 过程中阳极和阴极反应所获的产物的数量都遵循法 拉第定律。
法拉第定律：电解时，在电极上所析出的物质的重
量与通过溶液(或熔液)的电量成正比。
法拉第定律也可以说成是：电解时析出1克当量的任
2009年世界上主要铝生产大国产量
171
（全球3625万吨、中国占35.44％ ，消费量 占37.07％）
一、铝电解的基本知识
2006～2009年我国铝电解产量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 934.9 1259 1317.8 1284.6
二、铝电解节电的基本原理
一、铝电解的基本知识
5、铝工业发展趋势
近几年世界铝产量和消费量
万吨
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2006 2007 2008 2009 2010(预计) 世界铝产量 世界铝消费量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 中国 俄罗斯 加拿大 澳大利亚 美国 330 300 197 1285
抚顺铝厂——中国最早的铝厂 百色平果铝厂——中铝公司 贵州铝厂 ——中国铝业公司 青海铝厂——中国铝业公司 青铜峡铝业集团公司 云南铝业股份有限公司 包头铝业集团公司 总电投集团旗下的铝厂 兰州铝业股份有限公司和兰州连城铝业有限公司 郑州铝厂——中国铝业公司
一、铝电解的基本知识
二、铝电解生产的基本原理
现代铝工业有三个主要生产环节：
(1) 从铝土矿提取氧化铝 (2) 用冰晶石－氧化铝熔盐电解法生产铝。电解产物，阴
极上是液体铝，阳极上是气体CO2和CO，在工业电解槽内， 电解质通常由95%wt冰晶石和5%氧化铝组成，电解温度为 950～970℃。铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤， 烧铸成商品铝锭，其纯度可达到9.5%~99.8%。生产1吨铝 所需的工业氧化铝量大约是1.92～1.94吨。 (3) 铝加工
一、铝电解的基本知识
Hé roult申请专利的铝电解槽简图 (1886年4月23日)
1887年的Hé roult专利电解槽简图
一、铝电解的基本知识
4国内外工业铝的生产现状
铝电解槽作为熔盐电解法炼铝的最主要设备，自
发明以来发生了很大变化。首先是结构发生了较 大变化,这主要表现在阳极最终由自焙型逐渐演变 为预焙型; 最直观和最重要的变化还当属电解槽 容量(尺寸，电流强度)的变化。
自20世纪70年代后，伴随着计算机技术的发展，
新型商用计算机软件的推出和应用，铝电解槽发 展呈现出突飞猛进的势头。电流强度已由 100~200kA，跃至300~400kA，以至当今最大型铝 电解槽500kA。该电解槽电流效率达95%，单位能 耗为13140kWh/t。相比AP30电解槽，投资下降15%， 制造成本降低10%，劳动生产率提高36%。
平果铝厂
一、铝电解的基本知识
平果320KA铝 电解
抚顺230KA铝电解
一、铝电解的基本知识
贵州铝厂200KA
贵州铝厂烟气净化系统
一、铝电解的基本知识
青海200KA铝 电解槽
伊川300KA铝电解槽
一、铝电解的基本知识
南山300KA铝电解 槽
兰州200KA铝电 解槽
一、铝电解的基本知识 青铜峡200KA铝电解槽
92-93
0.72 40.1 27.7 0.69
92-93
0.733 56.6 40.9 0.723
阴极铝液流速(cm/s)
阴极寿命(d) 阳极净耗(kg/kg)
平均4~5
2500-3000 0.43
最大17
1500-1800 0.44
最大16~17
2000 0.42
一、铝电解的基本知识
国内主要铝厂
一、铝电解的基本知识
1、铝的性质与应用
密度小、导电性好 熔点为660.37℃
万能金属 绿色、低碳、节能、生态
一、铝电解的基本知识
2.1 世界铝资源分布
印度4% 澳大利亚24% 中国6% 牙买加7%
巴西8%
几内亚30%
其他21%
一、铝电解的基本知识
2.2 中国铝资源分布
一、铝电解的基本知识
2.3 中国铝资源情况
1号槽控机
2号槽控机
n号槽控机
电解 பைடு நூலகம்间
1号电解槽
2号电解槽
n号电解槽
铝电解智能模糊控制系统硬件配置图
二、铝电解生产的基本原理
出铝操作（法国300kA槽）
二、铝电解生产的基本原理
1、以预焙槽为主，电流300～500 kA； 2、较低的槽电压和较高的电流效率； 直流电耗13000～13300 kW•h/t-Al； 综合交流电耗～14000 kW•h/t-Al； 3、使用自动控制技术 1）槽电压控制； 2）槽电阻控制： 氧化铝浓度对槽电阻有重大影响，计算机通过槽电阻监控 电解质中氧化铝浓度，从而控制电解槽中的氧化铝浓度。 4、氧化铝浓度得到监测与严格控制，使阳极效应系数大大降低有的达 到0.01 次/槽天以下。 5、低温铝电解
a）温度、过热度；b）电解质分子比；c）添加剂（LiF、CaF2… ）；
d）槽膛形状；
e）极距；
f)电流密度;
g）氧化铝浓度；
极距影响（左） 电解温度981℃; 分子比:2.5;CaF2:5％; MgF2:0.1％;Al2O3:5％; 阳极电流密度:0.82A/cm2; 界面铝液流速:6.8cm/s
一、铝电解的基本知识
图3.3 当代的预焙阳极电解槽
一、铝电解的基本知识
4 国内外铝电解技术现状
表4.1 国外主要槽型的技术指标
公司或铝厂 Alcan Alcoa Becancour Granges ZSNF Ziar Dubal 槽型 P180 A697 AP-18 P86 HAL230 CD200 电流强度(kA) 180 216 180 150 230 200 电流效率(%) 94.5 94.5 94.9 95.4 96.3 94.0 直流电耗 (kWh/t) 14400 13900 13300 13170 13306 14400
槽寿命 (Mo n.)
60-80 70-80 80-100 72 ->65
Lauralco
Aloca Portland
AP-30
A817
319
303
96.0
95.0
13000
13600
72-96
60-72
一、铝电解的基本知识
4 国内外工业铝电解技术现状
参数
电流强度(kA) 日铝产量(kg) 直流电耗(kWh/kg)
一、铝电解的基本知识
3 铝的生产过程
金属铝最初用化学法制取。 1825年丹麦Oersted用钾汞还原无水氯化铝，得到一种 灰色的金属粉末。 1845年德国Wohler把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面， 得到金属铝珠 1854年法国Deville用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐， 制取金属铝。当时称铝为“泥土中的银子”。 1855年Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭， 总质量约为1kg。1854年在巴黎附近建成了世界上第一 座炼铝厂。 这30多年内采用化学法总共生产了约200t铝。
Al CO2 CO Al2O3
二、铝电解生产的基本原理
1.1 铝电解槽电流效率降低的原因
2 电解槽漏电，或局部极间短路；
3 铝的不完全放电所引起的电流空耗损失
4 其他离子放电所引起的电流效率损失；
5 钠离子电解生成金属钠
二、铝电解节电的基本原理
1.2
若干技术参数对电流效率的影响
一、铝电解的基本知识
1886年，美国的Hall和法国的Héroult通过实验不约而
同的申请了冰晶石－氧化铝融盐电解法炼铝的专利，得 到批准。这就是历来所称的Hall-Héroult（霍尔－埃鲁） 法。 1888年美国匹兹堡电解厂开始用冰晶石－氧化铝融盐电 解法炼铝。瑞士始于1888年，法国始于1889年，英国 1890年，德国1898年，奥地利1899年，挪威1906年，意 大利1907年，西班牙1927年，前苏联1931年。 100多年来，Hall-Héroult（霍尔－埃鲁）法成为唯一 的工业炼铝方法，沿用至今。
此外，还有两个重要的辅助环节： (1) 炭素电极制造 (2) 氟盐生产
二、铝电解生产的基本原理
Anode reaction: 2Al2O2F62- +C → CO2+4AlF3 +4eCathode reaction: AlF63- + 3e- → Al + 6FAlF4- + 3e- → Al + 4FOverall reaction: 2Al2O3(s)+3C(s) → 4Al(l)+3CO2(g)
我国的铝土矿多集中于煤或水电丰富的中、西部地区，有利于
开发利用。山西、河南、贵州和广西储量最多，合计占全国储 量的88.08%。 我国的铝土矿床类型以沉积型为主，已探明的储量中，属沉积 型矿床的储量占92.25%；其中适于坑采的占45.49%；完全露采 的占24.32%；适合露采与坑采结合的储量占29.79%。坑采储量 大造成开采成本较高。 在所有矿床中，中小型矿床多，大型、超大型矿床少。在已探 明的300多个铝土矿矿床中，达到大型矿床规模（大于2000万吨） 的有31个，达到1亿吨的矿床很少。 一水硬铝石占大多数，铝硅比较低。一水硬铝石占全国总量的 98.46%；铝硅值全国平均值为5.47。
二、铝电解生产的基本原理
1 铝电解的电流效率
盐电解与水溶液电解和有机溶液电解一样，其电解
反应是借助电流的作用而进行的化学反应，在电解 过程中阳极和阴极反应所获的产物的数量都遵循法 拉第定律。
法拉第定律：电解时，在电极上所析出的物质的重
量与通过溶液(或熔液)的电量成正比。
法拉第定律也可以说成是：电解时析出1克当量的任
2009年世界上主要铝生产大国产量
171
（全球3625万吨、中国占35.44％ ，消费量 占37.07％）
一、铝电解的基本知识
2006～2009年我国铝电解产量
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 934.9 1259 1317.8 1284.6