电解铝的制备

电解铝的制备 摘要摘要 中国铝电解技术自 70 年代末引进 160KA 中间下料预焙槽 技术之后 从消化国 外技术开始 揭开了中国现代铝电解技术发展 的序幕 以铝电解槽热电磁力特性 及磁流体数学模型研究为核心 在工艺 材料 过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究 工作 也取得了很大的进展 关键词关键词 电解铝 制备 工艺过程 一 铝的相关背景 铝是世界上产量最大应用最广的有色金属 1987 年全世界铝产量达 1700 万吨 虽然铝在地壳中的含量居金属元素之冠 但由于铝的性 质颇为活泼 要相从他的矿物质中提炼出金属铝却十分困难 直到 19 世纪中叶时人们才制得金属铝 这比人们炼铜的历史 我国公元 前 2000 年已能炼铜 晚了几千年 炼铝的方法有两种 即化学炼铝 和电解炼铝 前者始于 1845 年德国的维勒讲氧化铝蒸汽通过熔融钾 表面 得到金属铝珠 电解法则首先由德国的本生于 1854 年提出 他以蓄电池做电源 电解 Nacl Alcl3 熔融盐制得金属铝美国的霍尔 和法国的埃鲁于 1886 年各自独立的完成了以冰晶石氧化铝混合的熔 融盐电解铝的研究 并取得专利权 被称为 霍尔 埃鲁法 成为工 业炼铝的主要方法 二 电解铝的发展情况及问题 九十年代以来 在基础理论 大型铝电解槽开发以及工程应用取得 了一系列成果 开发成功了 280 320KA 以上的特大型电解槽技 术 使铝工业的技术进步令人注目 大容量电解槽的开发 使中国 铝电解技术总体上达到了国际先进水平 电解铝工业的面貌发生了 根本的改变 实际运行指标差 由于开发时间短 对中国大型铝电 解槽在生产领域的深层次 开发明显不足 致使实际运行指标的生产 指标与国际先进水平还有较大差距 多数在大负荷 小电网环境下 运行 安全隐患多 铝电联营是中国电解铝企业发展的趋势之一 同时在技术上也存在相应的问题 由于大容量电解槽一般系列 规模 较大 一个系列产能可达 20 万吨以上 巨大的用电负荷集中在一 个生产系列上 一般达 40 万 KW 以上 电解系列生产的任何波 动都会造成电网或自备电厂较大的影响 甚至威胁供电安全 缺乏 先进的生产操作技术 作业成本高 中国 300KA 级的特大型预焙 铝电解槽 投入工业应用的时间短 又不能完全照搬以前在大型预焙 槽上的相关经验 这些 经验也有很大局限性 焙烧启动过程中电 流分布不均的问题更突出且焙烧启动 过程中的能耗大 投入运行后 电解槽的物理场 电场 磁场 流场 容易波动 热平衡的维持较 困难 槽电阻极易受外界的干扰而波动 阳极效应发生后熄灭困 难 且由于电解槽的惯性大 一旦出现槽况波动或槽况异常现象 很难 快速恢复正常 三 电解铝的原理 化学反应主要通过这个方程进行 2Al2O3 4Al 3O2 阳极 2O2 4e O2 阴极 Al3 3e Al 阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体 其中含有一定量的氟化 氢等有害气体和固体粉尘 为保护环境和人类健康需对阳极气体进 行净化处理 除去有害气体和粉尘后排入大气 阴极产物是铝液 铝液通过真空抬包从槽内抽出 送往铸造车间 在保温炉内经净化澄清后 浇铸成铝锭或直接加工成线坯型材等 电解过程 电极会发生极化 阳极极化的原因是由于阳极表面形成 的气泡帘和析气效应还有浓度差等 一般情况下阳极的过电位约为 0 5 0 6V 以电化学极化为主 铝熔融盐电解时 阴极过电位为 10 100mV 四 产业特点 世界上所有的铝都是用电解法生产出来的 铝电解工业生产采用霍 尔 埃鲁冰晶 石 氧化铝融盐电解法 即以冰晶石为主的氟化盐作为 熔剂 氧化铝为熔质组成多相电解质体系 其中 Na2AlF6 Al2O3 二元系和 Na3AlF6 AlF3 Al2O3 三元 电解铝工业对环境影响较大 属于高耗能 高污染行业 电解铝生产中排出的废气主要是 CO2 以及以 HF 气体为主的气 固氟化物等 CO2 是一种温室气体 是造 成全球气候变暖的主要原因 而氟化物中的 CF4 和 C2F6 其温室 作用效果是二氧化碳的 6500 10000 倍 并且会对臭氧层造成不 同 程度的影响 HF 则是一种剧毒气体 通过皮肤或呼吸道进入人体 仅需 1 5g 便可以致死 铝电解槽从焙烧启动到正常生产一般需要 约 3 个月的非正常生产期 主要工作是建立炉膛和调整技术条件 逐步达到正常生产工艺技术的要求 才能实现设计的技术经济指标 新建系列电解槽需要分批逐步启动 达到规定的生产槽数也要一定