【行业知识】铝业人，这些电解铝基础知识要知道！

1、铝的性质：熔点低、熔点660℃、沸点高、密度小、电阻率小、有良好的导电性和反射光的能力、无磁性。具有两性，可与多种金属构成合金，与氧反应。其电化当量C=0.3356g.A-1.h-1

2、电解质主要成分是冰晶石,电解炼铝主要原料是氧化铝。炼铝历史：化学法炼铝（1886年前）、电解法炼铝（1886年后）。

3、电解槽是电解炼铝的核心设备；根据阳极分可以分为预焙阳极和自焙阳极，自焙阳极按导电方式分为旁插棒式和上插棒式，预焙阳极按连续使用与否分为连续式与不连续式；电解槽系列有横向和纵向两种。

4、冰晶石即氟铝酸钠，分子式为：Na3AlF6,或3NaF.AlF3，它有人造冰晶石和天然冰晶石两种。人造冰晶石生产方法主要有酸法，碱法，干法和磷肥副产法。

5、电解铝电解质以冰晶石为主体的原因（H-H法优点）：1）冰晶石中不存在析出电位比铝正的元素，这可避免其他金属离子在阳极放电而降低Al的质量，2）熔融的冰晶石易溶解Al2O3，3)Al2O3的熔点为 2030℃，而Al2O3与Na3AlF6形成熔体后，其初晶温度降为930—980℃,4)熔融的冰晶石-氧化铝熔体具有较小的密度,5)具有较好的导电性和适合的粘度,6)不与槽内衬发生电化学反应,7)在电解温度下不吸水，挥发性不大，8）在电解温度下，具有较小的挥发度。

6、铝电解生产中向电解质加入添加剂的目的：改善原有电解质的性质，满足电解需求。

对添加剂的基本要求：1）在电解过程中不被电解成其他元素而影响Al的质量；2）应能对电解质的性质有所改善 3）吸水性和挥发性要小； 4）对Al2O3的溶解度不能有太大影响 5）来源广泛，价格低廉。

7、分子比：MR=NaF分子百分数/ AlF3分子百分数 M<3 酸性电解质 MR=2WR WR=NaF质量百分数/AlF3质量百分数。

8、添加剂对铝电解质熔体密度的影响：CaF2，MgF2的添加使电解质的密度增大。就影响程度而言，CaF2甚于MgF2，但是在添加量为5—10%时，对电解质的密度影响很小。添加剂NaCl和LiF对Na3AlF6 -Al2O3系熔体密度的影响与之相反，他们都使熔体的密度明显的降低。

9、工业铝电解质的密度：当工业电解质的摩尔比在2.4—2.7范围内，Al2O3浓度为4—6%，CaF2为2—4%时，其密度为2.095—2.111（g/cm3）。比铝液的密度（2.3）低0.2 g/cm3左右。

10、熔体的导电率是指1cm，截面积1cm2的体积的熔体的电导，也称为比电导。

11、添加剂对铝电解质粘度的影响：随着MgF2和CaF2含量的增加，熔体的粘度也随之增加；NaCl和LiF的添加将使得冰晶石—氧化铝熔体的粘度降低。粘度大，熔体的电导率降低；粘度小，导电率增高，但却加速了铝的溶解与再氧化反应而使电流效率降低。

12、电解质的分类：用分子比分为酸性，中性，碱性。电解槽用酸性电解质。电解槽采用酸性电解质的原因：1）酸性电解质满足铝在电解质中的溶解度小2）电解质中Na+浓度不太高3）电解质的初温温度低4）结壳松软，便于加工。

两极上的放电反应：阳离子向阴极移动：Al3+（配离子）+3e→Al 阴离子向阳极移动：2O2-（配离子）+C-4e=CO2(C为阳极)；2O2-（配离子）-4e=O2(惰性阳极)。主反应：2Al3+（配离子）+3O2-(配离子)+1.5C=2Al+1.5CO2

2、分解电压：维护长时间稳定电解，并在电极上获得电解产物所必须外加到两极上的最小电压。测定的主要方法：测定化学电池的电势。惰性电极（Pt电极）测得的分解电压为2.1~2.2V，活性电极（C电极）测得的分解电压为1.15~1.16V。

3、Al2O3在950℃生成的分解电压：惰性阳极2.224，活性阳极1.2

4、两极上发生副反应：阳极副反应：1）阳极气体的二次氧化作用2）阳极过电压3）阳极效应；阴极副反应：1）铝的溶解及损失2）Na+的析出。

5、临界电流密度：在一定条件下，电解槽发生阳极效应时的最低阳极电流密度。

判断依据：阳极电流密度大于临界电流密度时，将发生阳极效应

6、阳极电流效应现象：阳极周围（指与熔体接触的部位）电弧耀眼夺目，并伴有噼噼啪啪的声响，阳极周围电解质却不沸腾，没有气泡大量析出。电解质好像被气体排开，电解槽的工作电压处于停顿状态。此时槽电压有原来的4V猛升到30~50V，甚至更高，与电解槽并联的指示灯发亮，表示该电解槽发生了阳极效应。

7、阳极效应的机理：润湿性变差学说P159:润湿性变差是指电解质对炭阳极底掌的润湿性变差。这种学说认为，在正常电解时，熔体对阳极底掌的润湿性良好，气泡很快地被电解质从底掌排挤出来。当熔体中Al2O3浓度降低到一定程度时，润湿性变差，致使阳极气体不能及时排走，气泡逐渐聚集成大面积的气膜，覆盖于阳极底掌上，这样，气膜就阻碍电流的畅通。电流被迫以电弧的形式穿透气膜，放出强烈的弧光和振动噪音，这就是阳极效应。

8、效应系数：每台槽一昼夜发生阳极效应的次数。（看）

9、发生阳极效应的利弊：利：1）可根据效应的情况来检查电解槽的运行情况2）可以调节电解槽的温度，有利于炭值分离；弊：1）阳极不产铝2）电压大大增加，电耗大大增加，影响产量3）由于电压升高，电解温度升高，杂质Na+ 放电，影响Al的质量。（看）

1、电流效率：电解槽通过一定电流，在一定时间，实际产铝量与理论上应产铝量之比η=（P实/P理）×100% P实=CIt×10-3kg C：铝的电化当量，表示在电解槽通过1A电流，经过1小时电解即通过3600库电量时，理论上在在阴极上所析出的铝的克数。C=0.3356g.A-1.h-1

2、电流效率降低的原因：1）铝的溶解和再氧化损失2）铝的不完全放电，3）其他离子放电：钠离子放电，杂质离子放电4）其他损失：水的电解，碳化铝的生成，熔体中电子导电。

3.极距：铝电解槽中铝液界面至阳极底掌的距离。

理论电耗：用来分解氧化铝的最小电耗量（此时没有热损失，没有铝损失，没有电流空耗，即r=1，N=1叫做理论电耗量）W理。与理论电耗W理相对应的电压称为理论电压。

4、电能效率是指生产一定数量的金属铝，理论上应该消耗的能量（W理）和实际上所消耗的能量（W实）之比。理论电耗率就是单位产铝量理论上所需要的能量。工业铝的电能消耗的分配：1）补偿反应过程的自由能变化所消耗的能量2）补偿反应物由室温T1升高到电解温度T3热焓变化所消耗的能量3）补偿反应过程束缚能所消耗的能量4）补偿电解槽四周空间的热损失所消耗的能量5）电解槽外部线路上的电能损失

降低电流效率的原因：

1）铝的溶解和再氧化损失，它是电流效率降低的主要原因。已电解出来的铝又溶解或机械混入到电解质中，并被循环的电解质带到阳极空间被阳极气体CO2或空气中O2所氧化2)铝的不完全放电 高价铝离子的不完全放电是造成电流效率降低的重要因素之一。在阴极，Al3++2e→Al+；在阳极，Al+-2e→Al3+这些反应反复进行，造成电流的无功损失3）其他离子放电，主要是钠离子放电，钠离子沸点低，以气体状态蒸发或渗入槽底；钠离子放电的可能性还随着阴极电流密度的提高而增大。还有杂质离子放电，熔体中因原料哦不纯带进许多杂质，如等离子。这些离子的电位都正于铝离子，而优先在阴极上放电，其结果使铝的品位降低，电流效率降低4)其他损失水的电解、碳化铝的生成、熔体中的电子导体、阳、阴间的极短路、漏电、以及出铝时的机械损失等也都是电流效率下降的原因。

提高电流效率的途径（电流效率的影响因素）：

电流效率η= [1-kzf(Co'-C')/δD阴]*100%

1）电解温度：电解温度越大，溶解铝的扩散速度越快，电流效率损失越大，铝的二次反应加剧，铝损失增大，电流效率降低

2）极距：极距增大，搅拌作用减小，扩散层厚度增加，铝损失减小，电流效率增大，当极距超过一定程度，电解温度明显升高，对流循环加快，电流效率提高放缓趋于0

3）电解质成分：氧化铝浓度低，溶解快，熔体中无悬浮的氧化铝颗粒，有利于稳定生产，提高电流效率，能降低铝损失的添加剂有利于提高电流效率。

4）铝液高度：铝是电热良导体，它的存在，能将阳极下部多余的热量从电解槽四周疏导出去，使电解质温度趋于均匀。同时降低水平电流，提高电流效率。但当达到一定高度后，电流效率反而会随高度的增加而降低。

5）电流密度：电流密度随阴极电流密度的增大而增大，在阳极电流密度一定的情况下，缩小阴极面积提高阴极电流密度，可以提高电流效率。

6）电解质高度。

5、铝电解槽的电压平衡：

V平=△V槽+△V母+△V效，（1）电解槽工作电压（△V槽）：又简称槽电压，可以由电解槽上的电压表直接测出。槽电压包括阳极，阴极，电解质电压降和反电动势（或称实际分解电压）△V槽=△V阳+△V质+△V阴+E反（2）槽外母线电压降（△V母）（3）阳极效应分摊电压降△V效

6、铝电解槽的节能途径：

1）提高电流效率2）降低平均电压：提高电解质的电导率，降低阳极过电压，降低母线压降3）降低电解槽的热损失：增加壳面的保温料的厚度；加强槽体保温。

7、处于正常生产状态的电解槽外观特征有：

1）火焰从火眼强劲有力的喷出，火焰的颜色为淡蓝色或稍带黄线2）槽电压稳定，或在一个很窄的范围内波动3）阳极四周边电解质“沸腾”均匀4）炭渣分离良好，电解质清澈透亮5）槽面上有完整的结壳，且疏松好打

8、(了解)铝电解槽的焙烧：对自焙槽，焙烧阳极炭块；对预焙槽，焙烧阴极。

预焙槽的目的：1）烘干炉体2）烧结炭糊3）提高槽膛和内衬的温度，为下一步启动做准备。对于自焙槽，除了以上目的，还为了把阳极焙烧好。

电解槽焙烧方法：1）铝液预热法2）焦粒焙烧法3）石墨粉焙烧法4）燃料预热法。

9、铝电解槽的常规作业主要包括有加料（或叫加工），出铝和阳极工作三部分

加料方式：自焙槽边部加料，在两大面；预焙槽中间加料，自由下料。

加料要求：勤加料、少加料（加料次数多，每次加料量少）优点1）氧化铝溶解快，槽里不会产生沉淀2）均匀保持氧化铝浓度，提高电解质的导电率3）使电解槽中的温度波动小，保持电解槽平稳操作4）减少阳极效应的发生，使效应系数减小到0.3以下。（加料量的计算☆）

10、每二次出铝之间称之为出铝周期。中型槽一般为1—2天，大型槽每天出一次，每次出铝量大体上等于在此周期内的铝产量。

11、调节分子比的原因：电解质分子比变动1）启动期，从熔化到正常生产，分子比减小。主要是碳素材料内衬吸收分子比高的组分，使得NaF减小；2）正常生产期，分子比增大。主要是冰晶石被原料中的H2O、Na2O、CaO分解，使得NaF增多，AlF3减小，另外AlF3挥发，使得AlF3减少。调节方法：一般加AlF3来降低分子比，用Na2CO3或NaF来调高分子比。（分子比的计算☆）

1、电流效率的计算(P162) η=（P实/P理）×100%

理论产铝量：M理=CIt（g）= CIt×10-3 实际产铝量：M实=Mt—Mo—∑Mi；Mt：计算周期结束时，槽中剩余的铝量（㎏）；Mo：计算周期开始时，槽中的低铝量（㎏）；∑Mi：计算周期时间出铝的总量（㎏）

2、铝电解的电能效率（P179）:ηE=（W实/W理）×100%;G=Q实/W实=0.3356η/V;电耗率 w= W实/ Q实=2.98V/η其中η表示电流效率，V表示电解槽平均电压。

例1.一个64KA的铝电解槽一个月（30天）共出铝13452Kg，月初还盘存槽中的铝量为4000Kg，月末盘存加槽中铝量为4150Kg.求该槽本月的电流效率。

答：η=[(P2-P1）+Mi]/CIt*10-3

=(4150-4000+13452)/0.3356*64000*30*24*10-3=87.96%

例2.已知电解质的重量为6吨，其中CaF23%，Al2O35%，分之比3.0。今欲调整分之比为2.6.求所需加AlF3？

答：（1）原有电解质中NaF、AlF3、各有多少公斤？

NaF+AlF3=6000*（1-3%-5%） [NaF]/[AlF3]=M=3

M=2W，W=1.5 W=NaF/AlF3=1.5

由上推出：NaF=3312Kg,AlF3=2208Kg,

(2)求所需AlF3的量？

M=2.6 M=2W，W=1.3

3312/（2206+x）=1.3 得出x=339.7Kg

过电压的构成：（1）阳极反应的反应过电压；（2）阳极电阻过电压（气膜电阻）；（3）浓差过电压；（4）势垒过电压。

铝的电化当量：在电解槽通过1A电流经过1小时，理论上阴极所应析出的铝的克数，用C表示。

铝电解生产对电解质性质的要求：1、密度：铝与电解质之间的密度差要大于0.2g/cm3。2、导电度要大。3、表面性质：（1）铝液与阴极炭块之间的界面张力要大；（2）铝液与电解质之间的界面张力要大；（3）电解质与阳极炭块之间的界面张力要小；（4）铝液与侧面炭块之间的界面张力要大；（5）电解质与侧面炭块之间的界面张力要大。4、粘度要适中。5、蒸汽压要小。6、迁移数：Na+迁移数要大。7、铝在电解质中的溶解度要小。8、电解质中的钠离子酸度不能太高，防止Na+在阴极放电。9、电解质的熔度（即初晶温度）要低。10、结壳要松软，便于加工。{7、8、9、10采用酸性电解质能满足要求}

造成铝损失的三个阶段：A、阴极铝在电解质中的溶解（溶解）；B、溶解的铝（Al+、Na、Na2+、Al）向阳极转移（扩散）；C、溶解铝转移到阳极附近被阳极中的CO2（或空气中的氧）所氧化。关于铝损失的控制阶段——扩散。

广东铮豪铝业，是一家集断桥铝门窗，窗纱一体，断桥内外平框，方管，工业型材研究、设计、生产和销售于一体的企业。