【资料】铝电解基础知识培训全解汇编
铝电解培训教材
铝电解培训教材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。
铝电解工安全培训教程(共11张PPT)
（4）新修的出铝抬包没有预热干燥。 （9）工作结束后认真检查作业现场，确定工作无误后清理现场卫生。
三、运行环境的不安全条件
（1）现场物品、物料摆放混乱，没有足
第9页，共11页。
电解工安全知识
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铝电解工岗位安全责任 制
（1）认真信息车间的安全规 程和技术操作规程。对本岗位 的安全工作负责。
二、换极、封极、收边等作业，严禁脚踩壳面 第4页，共11页。
电解工安全知识
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电解工安全应知应会
五、熄灭阳极效应时
（1）必须带面罩，以防烫 伤。
（2）不可随意抬降电压，
第5页，共11页。
电解工安全知识
3
电解工安全应知应会
八、出铝时必须有专人监控电压。 电压不能比出铝前的电压高出 300mV。高出时，应由监控电 压的人员手动降低电压；如果电 压降不下来，应立即停止出铝。
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铝电解的基础知识资料
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阴极副反应1.3.1.2同时在两极上还发生着一些,在铝电解过程中除前面讲的两极主反应外, 生产中应尽量加以遏制。
这些副反应对生产有害无益,复杂的副反应. 阴极副反应⑴:
铝在电解质中的溶解反应和损失①
必在铝电解过程中，处于高温状态下的阴极铝液和电解质的接触面上，然有析出的铝溶解在电解质中，一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况：溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。
a.
＋3＋＝ 2Al+Al3Al
＋3＋＋ Al Al+6Na＝+3Na2 b.在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反应。
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1.3.
2.2阳极副反应 A、的直接生产CO精品文档．精品文档
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教授方法：课堂讲授、讨论、提问课外作业： 1-1、什么是铝，它有哪些主要性质和用途？铝电解的基本过程是怎样的？阴极和阳极上发生怎么样的反应？1-3 1-6什么是电解质的酸碱度，它有哪些表示方法？精品文档．
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铝电解培训教材
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。
铝电解基础知识培训教材
立柱母线 打壳机构
衔架
提升机构
铝导杆
排烟管
小合卡具
短路口
槽眉板
阳极 极上覆盖料
槽壳
霍尔-埃鲁法现代工业铝电解槽
8
2020/12/9
现代铝工业发展
① 电解质的化学性质：从传统电解质转变成改良电解质和 低分子比电解质，已证实显著提高电流效率，提高了生产能力。
② 添加氧化铝的技术：改进的电解槽引进了点式下料和控 制技术。
12 2020/12/9
铝电解槽工作示意图
全公司动力(动力车间) 直流电流(动力车间)
过程自动控制 (计算机车间)
设备检修(检修车间)
电解槽控制与维护 (电解车间)
氧化铝加料(输送车间) 电解烟气净化(输送车间)
预焙阳极(阳极车间)
阳极运输(车队)
原铝、成品铝分析流 程检查(质量管理部)
铝液运输(车队)
10 2020/12/9
现代铝工业生产流程图 排空
外部电源 载氟氧化铝 氟化盐
供电机组
直流电
铝电解槽
预焙阳极组
阴极铝液
氧化铝
净化后 烟气
电解 烟气
干法净化
氧 化 铝 投 放
真空抬包
铝液保持炉 铝液铸锭
产品交库
11
2020/12/9
现代铝工业生产的描述
现代铝工业中原铝的生产，主要采用冰晶石—氧化铝融盐 电解法。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反 应的过程。
铝电解基础知识培训
青海西部矿业百河铝业有限责任公司
1 2020/12/9
铝的性质及用途
铝在自然界中分布极广，地壳中铝的含量 约为8%，仅次于氧和硅，居于第三位。但在 各种金属元素当中，铝居于首位。铝的化学 性质十分活泼，故自然界中极少发现元素状 态的铝。含铝的矿物有250多种，其中主要的 是铝土矿、高岭石、明矾石。
铝电解知识手册
铝电解知识手册【工业技术】第一章：铝电解生产概述1、通常金属元素分为哪两大类，铝属于其中的哪一类?答：通常金属元素分为黑色和有色两大类。
除了铁、锰、铬属黑色金属外，其余均为有色金属，铝属于有色金属之类。
2、有色金属按其某些特性又可分为哪几类?答：有色金属按其某些特性又可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等。
铝是有色轻金属类的一种轻金属。
3、铝有哪些性质和用途?答：性质：铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽，在工业上被称誉为万能金属。
铝的比重为2.7／cm3，熔点为660℃。
铝具有良好的导电性、导热性和防腐蚀性，同时还具有良好的延展性、可塑性，而铝合金又具有很高的机械强度。
用途：由于铝比重轻，铝及其合金强度高，因此铝可用做轻型结构材料和建筑工业材料，如飞机、轮船、型材等，还可制作电气材料，热器材料以及耐腐蚀材料，食品包装材料等。
4、炼铝的历史可划分为哪两个阶段?答：化学法炼铝和电解法炼铝两个阶段。
5、什么是电解法炼铝?答：电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法，它是以冰晶石作为溶剂，氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，在阴极和阳极上起电化学反应。
电解产物，阴极上是铝液，阳极上是CO和CO气体(炭素作阳极)，这种方法就是2电解法炼铝。
6、铝电解用的原材料都是有哪些?答：铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。
7、铝电解通入直流电的目的是什么?答；向电解槽内通入直流电，一方面是利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态，并保持一定的电解温度；另一方面主要的也是要在两极实现电化学反应，也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出，从而得到铝，氧离子则在阳极上放电与炭生成CO2、CO的混合气体。
8、氧化铝原料中的杂质对生产有什么危害?答：铝屯解生产对氧化铝的纯度要求比较高，一般工业氧化铝，纯度为98％以上，通常含有少量二氧化硅，三氧化二铁，氧化钠，氧化钙，和水分等。
铝电解培训教材讲解
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。
铝电解工艺培训知识
8、铝电解生产中的计算机控制 计算机控制系统形式
集中——分布式：由主机和槽控箱组成，主机操控箱进行监 控、协调以及信息储存、参数修改等。
示意图
计算机
接口机
智能控制箱
电解槽
9、铝电解槽阴极内衬破损
10、铝电解生产经济核算
生产指标 ——产量 ——质量 ——电耗 ——原材料消耗 原铝的成本 ——氧化铝，~30% ——电费，~40% ——工资及管理费，15%
10、铝电解生产经济核算
降低成本途径 ——减少电耗 ——减少原材料消耗 ——提高产品质量 ——提高生产技术
11、铝电解生产安全
培训 考核 编制操作规程
破损现象
炉底隆起 阴极炭块断裂 冲蚀坑 层状剥离 侧部炭块破损
9、铝电解槽阴极内衬破损
破损原因
阴极材料的膨胀与收缩 钠离子对阴极内衬的入侵 电解质、铝水对炉底的渗透 内衬材料质量 内衬砌筑质量 焙烧、启动、生产管理
9、铝电解槽阴极内衬破损
延长阴极内衬使用寿命
使用高质量的内衬材料 提高砌筑质量 加强焙烧、启动及生产管理 设计新型的内衬结构
有一气层滞留，电解生产无法进行； 阳极效应对电解生产影响 ——能耗增加，废气排放增加，铝减产。
5、大型铝电解槽主要操作
抬母线
抬母线原因 随着阳极不断消耗，阳极母线不断下移，当移到下限位
置时，就必须实施抬母线作业。 抬母线注意事项
5、大型铝电解槽主要操作
捞碳渣
碳渣产生 ——阳极质量差； ——阳极氧化严重。 碳渣危害 ——积聚在中缝处； ——积聚在侧部； ——积累过多，底掌处排除困难。
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铝液用真空抬包抽出后，经过净化和过滤，浇铸成商品 铝锭，其纯度可达到99.5%～99.8%。阳极气体中还含有少量 的有害的氟化物、沥青烟、固体粉尘和二氧化硫。废气净化 后，废气排入大气，回收的氟化物返回电解槽内。
9 2020/7/15
现代铝工业生产流程图 排空
外部电源 载氟氧化铝 氟化盐
供电机组
直流电
铝电解槽
预焙阳极组
阴极铝液
氧化铝
净化后 烟气
电解 烟气
干法净化
氧 化 铝 投 放
真空抬包
铝液保持炉 铝液铸锭
产品交库
10
2020/7/15
现代铝工业生产的描述
现代铝工业中原铝的生产，主要采用冰晶石—氧化铝融盐 电解法。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反 应的过程。
铝液铸锭(铸造车间)
12 2020/7/15
铝电解槽发展简史
在20世纪20年代，挪威开始使用侧棒自焙阳极铝电解槽槽型， 槽容量随之扩大，电流强度到2.5KA，电流效率约80%，公斤 铝电耗20kwh，这种型式的铝电解槽很快在全世界范围推广使 用，槽容量也增大到135KA。
由于侧插自焙阳极铝电解槽的电流分布不均匀，阳极操作复 杂，不易实现机械化。在20世纪40年代，法国成功研制出上插 自焙阳极铝电解槽，这种槽型在阳极结构上增设了集气罩，用
以收集阳极气体，提高了烟气中氟的浓度，使烟气易于净化和 易于氟的回收，最大电流强度达到了150-160KA。
由于世界各国对环境保护要求日趋严格；碳素生产技术日益
发展，成功制造出大规格预焙阳极碳块；同时，随着氧化铝产 量的日益增长，在20世纪60年代开始开发运用大型预焙阳极电 解槽，槽中央部位实现自动下料，电流强度达到了230-350KA
13 26.98154
+3 2.3（660℃） 2.699（20℃） 0.9（20℃）
659 2467 386.6 2.08（20℃固态） 2.18（200℃固态） 36～37(20℃) 6.5（由固态变为液态） 24（20～100℃） 1.7～1.8（650～20℃） 0.3356 2.980
2 2020/7/15
6 2020/7/15
立柱母线 打壳机构
衔架
提升机构
铝导杆
排烟管
小合卡具
短路口
槽眉板
阳极 极上覆盖料
槽壳
霍尔-埃鲁法现代工业铝电解槽
电解质的化学性质：从传统电解质转变成改良电解质和 低分子比电解质，已证实显著提高电流效率，提高了生产能力。
② 添加氧化铝的技术：改进的电解槽引进了点式下料和控 制技术。
铝的性质及用途
铝是一种氧化倾向极为强烈的金属，所以自 然界中很少有以游离状态出现的铝。铝与空气 中的氧结合生成一层致密牢固的氧化铝薄膜， 覆盖在铝的表面上，这一层氧化铝薄膜阻止了 铝的进一步氧化，提高了铝的抗腐蚀能力。
铝是当今电力、冶金、轻工、化工，航空航 天、机械、建筑、食品、工艺装饰等行业不可 缺少的重要材料。同时，随着铝质材料性能的 不断开发，其运用空间还在不断拓展。
⑥ 对电解槽磁场实现模拟计算和改进，使得铝电解槽的磁 场有了更好的平衡，这是建造大容量电解槽的一个基本前提。
8 2020/7/15
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。
电解法炼铝起源于1854年。当时德国本生和法国德维
斯分别通过电解氯化铝-氯化钠络盐，得到金属铝。
但在那时所用的是蓄电池，故无法扩大试验。直至
1867年发明了发电机，并在1880年加以改进后，才使
电解法可以用于生产。
5 2020/7/15
铝冶金的发展史
1886年美国霍尔和法国的埃鲁， 通过实验不约而同地申请了冰晶 石—氧化铝融盐电解法炼铝的专利， 得到批准。这就是通常所说的霍尔 -埃鲁法。也是一百多年来工业炼 铝的唯一方法。与化学法相比，电 解法成本比较低，且产品质量好， 故被各国相继采用，并沿用至今。
11 2020/7/15
铝电解槽工作示意图
全公司动力(动力车间) 直流电流(动力车间)
过程自动控制 (计算机车间)
设备检修(检修车间)
电解槽控制与维护 (电解车间)
氧化铝加料(输送车间) 电解烟气净化(输送车间)
预焙阳极(阳极车间)
阳极运输(车队)
原铝、成品铝分析流 程检查(质量管理部)
铝液运输(车队)
铝电解基础知识培训全解
铝的性质
原子序数 相对摩尔量 原子价（通常） 密度g/㎝3
比热J/g.℃ 熔点（℃） 沸点（℃） 熔化热（J/g） 导热系数（J/㎝•S•℃）
导电系数（104•Ω-1•㎝-1） 体积增长率（%）
平均线膨胀率（10-6/℃） 线平均收缩系数（%） 电化当量（g/A•h）
（A•h/ g）
3 2020/7/15
原铝需求量增长迅猛
图1-1全世界原铝年产量增长曲线
4 2020/7/15
铝冶金的发展史
★ 金属铝最早是用化学法制取的 。
1825年丹麦奥斯特用钾汞齐还原无水氯化铝，得到 银色粉末； 1854年德国维勒用氯化铝气体通过熔融钾的表面，
得到了金属铝珠； 1854年法国德维斯用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合 盐，制取金属铝。
以上，电流效率94%-95%，公斤铝电耗达到13 kw·h.
③ 计算机已被广泛的运用在铝电解生产控制中。电解槽的 各项生产操作，例如氧化铝添加、更换预焙阳极和出铝等，都 实现了高度的自动化和机械化。
④ 改进了烟气排放控制，现代铝工业中的环境保护已经有 了很大改进。
⑤ 由于改进了阳极和阴极的质量，现在阳极净耗量大约在 400kg/t-Al左右，部份电解槽的寿命达到3000天以上。