【正文】 年產15萬噸電解鋁的鋁電解車間設計 專 業(yè)：冶金工程學 生：王鵬指導老師：黨曉娥設計總說明我國是當今世界的產鋁大國，鋁的性能優(yōu)越，并且可以與其他多種金屬構成各式各樣的合金，在國民經(jīng)濟的各個部門廣泛應用，成為不可缺少的金屬材料。現(xiàn)代鋁工業(yè)有三個主要生產環(huán)節(jié)：（1）從鋁土礦提取純氧化鋁（2）用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法生產金屬鋁（3）鋁加工。 此外還有兩個輔助環(huán)節(jié)：炭素電極制造和氟鹽生產。鋁電解槽是煉鋁的主要設備，本文在分析了大量文獻資料和實地調研的基礎上，對鋁電解槽結構進行了設計計算，對生產電解鋁工藝過程的能量平衡進行了計算，以熟悉鋁電解過程，并在計算的基礎上，對主要設備進行選型和車間平面設計及總圖運輸方案確定。本文也介紹了電解過程物理化學反應，鋁電解質體系的性質，電解槽的啟動和常規(guī)作業(yè)流程以及電解車間設計的基本原理。關鍵詞：鋁，電解槽，能量平衡，設計 Aluminum Plant Design of Annual Output 150,000 Tons Aluminum Speciality: metallurgical engineeringStudent: Wang Peng Instructor: Dang Xiao EDesign DescriptionChina is the world39。s largest aluminum producing countries, Al39。s superior performance, and the other with a wide range of metal alloys, in the national economy wider use of the various departments, bee an indispensable metal materials.Modern Aluminum Industrial production has three main ponents: (1) Extract from the bauxitealumina (2) with cryolite molten aluminum electrolysis aluminum production (3) aluminium fabrication. There are also two supplementary links: carbon electrode manufacturing and fluoride salt production.Lianlv aluminium cell is the main equipment, the paper in the analysis of a large number of literature and field research on the basis of aluminium cell structure of the design, electrolytic aluminum production process of the energy balance is calculated to familiar with the aluminum Electrolysis process, and in the calculation on the basis of major equipment selection and workshop graphic design and the total transport scheme for the plans. This paper also introduced the electrolytic process of physical and chemical reactions, electrolyte aluminum nature of the system, the startup cell and conventional electrolysis processes and the basic principles of design workshops.Keywords: Aluminum, Energy Balance, Electric Cell，Design目 錄1 緒論 1 鋁及相關介紹 1 鋁的簡介 1 鋁的發(fā)現(xiàn) 1 鋁的特性 1 廢鋁的回收再利用 3 鋁的用途 5 我國鋁土礦分布狀況 6 我國鋁土礦資源概況及分布 6 資源狀況 6 資源特點 7 我國鋁土礦儲量分布 8 鋁的工業(yè)制取方法 8 電解鋁的發(fā)展現(xiàn)狀 9 電解鋁的市場供應狀況 10 我國電解鋁技術存在的問題 11 電解槽壽命 11 陽極質量 12 電流密度 12 電流效率 13 過熱度 14 鋁電解槽初晶溫度和過熱度的控制技術 15 工業(yè)鋁電解槽電解質初晶溫度和過熱度的測量 15 預焙槽煉鋁的生產技術 16 鋁電解槽的預熱 16 預焙槽的啟動 18 預焙槽的啟動后期 19 病槽及病槽治理 20 低溫鋁電解 23 低溫鋁電解的研究 24 低溫鋁電解的展望 25 設計內容與目的 252 電解槽設計及相關計算 26 基礎計算 26 鋁電解槽結構參數(shù)的確定 27 鋁電解槽的電壓分配 31 極化電動勢 31 電解質電壓降 32 陽極電壓降 33 陰極電壓降V陰 34 鋁母線電壓降、陽極效應均攤電壓V效應均攤 34 物料平衡 35 物料平衡計算 35 物料平衡列表 36 能量平衡 36 計算方法與基礎條件 37 能量平衡計算 37 能量平衡列表 43 鋁電解槽炭陽極與陽極炭塊 44 陽極炭塊及炭塊組 44 預焙陽極操作 46 炭陽極生產工藝及設備流程 46 原料庫和瀝青庫 48 煅燒 49 破碎磨粉工段及配料混捏 49 成型、焙燒 50 主要設備 50參考文獻 53致 謝 54專題：電解鋁廠污染物及治理 55 第 65 頁1 緒論 鋁及相關介紹 鋁的簡介 鋁的發(fā)現(xiàn)鋁是地球上含量極豐富的金屬元素，其蘊藏量在金屬中居第2位。至19世紀末，鋁才嶄露頭角，成為在工程應用中具有競爭力的金屬，且風行一時。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質，這就大大有利於這種新金屬1854年，法國化學家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通人氯氣后加熱得到NaCl，AlCl3復鹽，再將此復鹽與過量的鈉熔融，得到了金屬鋁。這時的鋁十分珍貴，據(jù)說在一次宴會上，法國皇帝拿破侖第三獨自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。泰國當時的國王曾用過鋁制的表鏈；1955年巴黎國用博覽會上，展出了一小塊鋁，標簽上寫到：“來自粘土的白銀”，并將它放在最珍貴的珠寶旁邊，直到1889年，倫敦化學會還把鋁和金制的花瓶和杯子作為貴重的禮物送給門捷列夫。1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產鋁的基礎。近一個世紀的歷史進程中，鋁的產量急劇上升，到了20世紀60年代，鋁在全世界有色金屬產量上超過了銅而位居首位，這時的鋁已不單屬于皇家貴族所有，它的用途涉及到許多領域，大至國防、航天、電力、通訊等，小到鍋碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常廣泛, 不同的含鋁化合物在醫(yī)藥、有機合成、石油精煉等方面發(fā)揮著重要的作用。 鋁的特性鋁及其合金的優(yōu)良特點是其外觀好、質輕，可機加工性、物理和力學性能好，以及抗腐蝕性好，從而使鋁及鋁合金在很多應用領域中被認為最為經(jīng)濟實用。 ，約為鋼、銅或黃銅的密度(，)，的1/3。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學和很多化學體系中，鋁能顯示優(yōu)良的抗腐蝕性[1]。 鋁的表面具有高度的反射性。輻射能、可見光、輻射熱和電波都能有效地被鋁反射，而陽極氧化和深色陽極氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，拋光後的鋁在很寬波長范圍內具有優(yōu)良的反射性，因而具有各種裝飾用途及具有反射功能性的用途。 鋁通常顯示出優(yōu)良的電導率和熱導率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用於如高轉榘的電動機中。鋁由於它的優(yōu)良電導率而常被選用。在重量相等的基礎上，鋁的電導率近於銅的兩倍。鋁合金的熱導量率大約是銅的5060%，這對制造熱交換器、蒸發(fā)器、加熱電器、炊事用具，以及汽車的缸蓋與散熱器皆為有利。 鋁是非鐵磁性的，這對電氣工業(yè)和電子工業(yè)而言是一重要特性。鋁是不能自燃的，這對涉及裝卸或接觸易燃易爆材料的應用來說是重要的。鋁無毒性，通常用於制造盛食品和飲料的容器。它的自然表面狀態(tài)具有宜人的外觀。它柔軟、有光澤，而且為了美觀，還可著色或染上紋理圖案。 一些鋁合金在強度上超過結構鋼材，但是純鋁及某些鋁合金的強度和硬度極低。在現(xiàn)代生活中，鋁已經(jīng)廣泛地應用在建筑行業(yè)中。 可機加工性: 鋁的可機加工性是優(yōu)良的。在各種變形鋁合金和鑄造鋁合金中，以及在這些合金產出後具有的各種狀態(tài)中，機加工特性的變化相當大，這就需要特殊的機床或技術。 可成形性: 這是鋁及許多鋁合金較重要的特性之一。特定的拉伸強度、屈服強度、可延展性和相應的加工硬化率支配著允許變形量的變化。商業(yè)上可提供的鋁合金在不同形態(tài)下成形性的額定值取決於成形的工藝方法。這些額定值在作金屬加工特性的定性對照中僅能起大致的指導作用，即不能定量地作為成形性的極值。 可鍛性: 鋁合金可以鍛造成形狀與品種繁多的鍛件，它們的最終部件鍛造設計標準的選擇范圍(基於預定的用途)是很寬的。 連接鋁可用各式各樣的方法連接，包括熔焊、電阻焊、硬 焊、軟 焊、粘結以及諸如鉚接和栓接之類的機械方法。 可回收性: 鋁具有極高的回收性,再生鋁的特性輿原生鋁幾乎沒有別。這點使鋁成為環(huán)保人仕的寵兒。鋁最重要的特性是質輕，,密度約為一般金屬的1/3。而常用鋁導線的導電度約為銅的61%，鋁也有很高的導熱度，為銀的一半，純鋁熔點攝氏660度。雖然純鋁極軟且富延展性，但仍可靠冷加工及作成合金來使它硬化，常用的合金元素是銅、鎂、錳、鉻、矽、鐵。因為對許多化學藥品有抗藥性及在室外使用的耐久性，鋁是一種很有用的金屬。黏土狀的鋁土礦是鋁的重要來源，鋁土礦含有5060%的氧化鋁，制造一磅鋁約需要10千瓦的小時的電力，因此廉價的電對煉鋁工業(yè)非常重要。鋁最大的用途是在運輸和建筑業(yè)。鋁廣泛地用在各種交通工具的制造上，在建筑業(yè)上，由于鋁在空氣中的穩(wěn)定性和陽極處理后的極佳外觀而受到很大的應用高強度鋼線補強的鋁纜，廚房用具則是鋁最早的用途，在今日仍為一個極為廣大的市場?；谄浠瘜W抗藥性，鋁特別適合用在化學藥品制造和儲運的構件上，鋁對氧的親合力很高，故也大量用于鋼和鐵的除氧劑。世界上的產鋁量集中于美國、前蘇聯(lián)、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列國家的產鋁量占全球產量的60%以上。鋁的供應來源除了新鋁外，回收鋁也占有很高的比例，回收鋁又分為舊料回收（主要來源是飲料罐和汽車廢件）、新料回收（加式過程中的鋁屑）兩種。由于環(huán)保意識升高，回收鋁量年年創(chuàng)新高。1980年代未期以來，世界鋁價就不斷重挫，其中最大的原因就是蘇聯(lián)瓦解后為換取外匯而對西方大量輸出鋁，最明顯的影響就是LME的庫存量由1990年底的315，600噸暴升到144萬噸以上。由于鋁的化學性質好，所以取代了很多原料既有用途，如飲料罐和建材，美國鋁的最大消耗是發(fā)生在制罐和饈業(yè)，約占全美用量的28%，接著是運輸業(yè)約19%，再來是房屋和建筑業(yè)約18%。鋁最重要的特性是質輕，,密度約為一般金屬的1/3。而常用鋁導線的導電度約為銅的61%，鋁也有很高的導熱度，為銀的一半，純鋁熔點攝氏660度。雖然純鋁極軟且富延展性，但仍可靠冷加工及作成合金來使它硬化，常用的合金元素是銅、鎂、錳、鉻、矽、鐵。因為對許多化學藥品有抗藥性及在室外使用的耐久性，鋁是一種很有用的金屬。黏土狀的鋁土礦是鋁的重要來源，鋁土礦含有5060%的氧化鋁，制造一磅鋁約需要10千瓦的小時的電力，因此廉價的電對煉鋁工業(yè)非常重要。鋁最大的用途是在運輸和建筑業(yè)。鋁廣泛地用在各種交通工具的制造上，在建筑業(yè)上，由于鋁在空氣中的穩(wěn)定性和陽極處理后的極佳外觀而受到很大的應用高強度鋼線補強的鋁纜，廚房用具則是鋁最早的用途，在今日仍為一個極為廣大的市場?；谄浠瘜W抗藥性，鋁特別適合用在化學藥品制造和儲運的構件上，鋁對氧的親合力很高，故也大量用于鋼和鐵的除氧劑。世界上的產鋁量集中于美國、前蘇聯(lián)、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列國家的產鋁量占全球產量的60%以上。鋁的供應來源除了新鋁外，回收鋁也占有很高的比例，回收鋁又分為舊料回收（主要來源是飲料罐和汽車廢件）、新料回收（加式過程中的鋁屑）兩種。由于環(huán)保意識升高，回收鋁量年年創(chuàng)新高。1980年代未期以來，世界鋁價就不斷重挫，其中最大的原因就是蘇聯(lián)瓦解后為換取外匯而對西方大量輸出鋁，最明顯的影響就是LME的庫存量由1990年底的315，600噸暴升到144萬噸以上。由于鋁的化學性質好，所以取代了很多原料既有用途，如飲料罐和建材，美國鋁的最大消耗是發(fā)生在制罐和饈業(yè)，約占全美用量的28%，接著是運輸業(yè)約19%，再來是房屋和建筑業(yè)約18%。 廢鋁的回收再利用鋁是目前世界上除鋼鐵外用量最大的金屬。在有色金屬中，鋁無論在儲量、產量、用量方面均屬前位。1997年世界鋁的生產量和使用量分別達到2200萬噸及2300萬噸。我國改革開放以來，鋁工業(yè)得到了飛速發(fā)展，產量由改革開放初期的1983年44。5萬噸猛增到1998年的243萬噸。 鋁的使用范圍十分廣泛。民用、軍用、建筑、運輸、交通、電子電訊、家用電器、電力、機械……,各行各業(yè)中鋁合金屬幾乎無所不在。隨著產量、使用量的增加，廢棄鋁制品量也越來越大。而且，許多鋁制品都是一次性使用，從制