【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鋁廣泛應(yīng)用于家用器具中，質(zhì)輕是它重要的特 第 3 頁(yè) 性，可適應(yīng)于 真空吸塵器、電熨斗、便式洗碟機(jī)及食品加工機(jī)與攪拌器的要求。 家具 ： 質(zhì)輕、低維護(hù)費(fèi)用、抗蝕、經(jīng)久耐用和美麗的外觀是鋁制家具的主要優(yōu)點(diǎn)。 機(jī)械與設(shè)備 ： 鋁材也被廣泛地應(yīng)用在加工設(shè)備 、 紡織設(shè)備 、 煤礦機(jī)械 、 移動(dòng)式灌溉管與工具 。 鋁及其合金可以用已知的所有方法澆鑄成鑄件或加工成材。鋁及其合金的加工產(chǎn)品可以劃分為兩類：一類是通用產(chǎn)品，包括薄板、厚板、箔、棒材、線材、管材以及結(jié)構(gòu)型材，其中板材可細(xì)分為圓 形 棒和非圓形棒，其中管材可細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)圓管和非標(biāo)準(zhǔn)圓形管。另一類是非通用的產(chǎn)品，這是為了某個(gè)特定用途而設(shè)定的產(chǎn)品，包括擠壓型 材、鍛件、沖擠件、鑄件、沖壓件、粉末冶金零件、機(jī)加工件和鋁基復(fù)合材料。 擠壓件其實(shí) 是擠壓固體金屬通過開孔模而生產(chǎn)出來的。具有軸對(duì)稱的設(shè)計(jì)件特別適合于用擠壓形式生產(chǎn)。使用現(xiàn)行的工藝，也能擠壓復(fù)雜的、有心軸的和不對(duì)稱的外形，精密擠壓可顯出非同尋常的嚴(yán)格 尺寸 和表面光潔度，工件的主要 尺寸 通常不需要機(jī)加工；擠壓后產(chǎn)品的精度可容許用簡(jiǎn)單的切割、 鉆 孔、擴(kuò)孔和其它小量的機(jī)加工來達(dá)到。擠壓、擠壓與拉拔結(jié)合生產(chǎn)的無縫管可與機(jī)械制造的有縫管和焊接管相匹敵。 國(guó)內(nèi)外鋁工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外鋁工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中 國(guó)鋁電解技術(shù)自 70 年代末引進(jìn) 160KA 中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國(guó)外技術(shù)開始，揭開了中國(guó)現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛 深入的研究工作。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā) 現(xiàn)狀及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了 280KA、 320KA 以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人矚目 。大容量電解槽的開發(fā)，使中國(guó)鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。 實(shí)際運(yùn)行方面比較差， 由于 開發(fā)時(shí)間短，對(duì)中國(guó)大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距。多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，安全隱患多。鋁電聯(lián)營(yíng)是中國(guó)電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一，但同時(shí)在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大（一個(gè)系列產(chǎn)能可達(dá) 20 萬噸以上），巨大的用電負(fù)荷集中在一個(gè)生產(chǎn)系列上（一般達(dá) 40 萬 KW以上），電解系列生產(chǎn)的任何波動(dòng)都會(huì)造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。 缺乏建立在對(duì)陰極破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命 的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，早期破損率高。影響 第 4 頁(yè) 中國(guó)大型槽槽壽命的問題除了中國(guó)普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計(jì)、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動(dòng)、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，中國(guó)尚缺乏對(duì)鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計(jì)”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。 中國(guó)鋁業(yè)股價(jià)缺乏先進(jìn)的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。中國(guó) 300KA 級(jí)的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng) 用的時(shí)間短。又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)（這些經(jīng)驗(yàn)也有很大局限性）。焙燒啟動(dòng)過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動(dòng)過程中的能耗大；投入運(yùn)行后電解槽的物理場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)）容易波動(dòng)，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動(dòng)，陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動(dòng)或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。新型電解鋁用鋼殼鋁芯陽(yáng)極爪 。 就中國(guó)電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國(guó)際先進(jìn)水平低15%左右，主要表現(xiàn)在： 電流效率相差 23 個(gè)百分點(diǎn)；噸鋁電耗相差 300800Kwh；電解鋁用陽(yáng)極生產(chǎn)過程能耗相差 3Gj/t 左右；電解鋁陽(yáng)極消耗相差 3060Kg（折合標(biāo)準(zhǔn)煤約 75150Kg）；電槽槽壽命相差 1000 天左右；陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)國(guó)際先進(jìn)為 次 /天 .槽以下，中國(guó)最好水平在 次 /天 .槽左右。 電解鋁工業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 目前世界電解鋁工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在如下五個(gè)方面： （ 1）世界鋁工業(yè)的組織結(jié)構(gòu)日趨規(guī)?；?、集團(tuán)化、國(guó)際化； （ 2）鋁電解槽日趨大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越來越高； （ 3）電解鋁生產(chǎn)的指標(biāo)向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽和低污染的方 向加快進(jìn)步； （ 4）世界鋁工業(yè)向電力充裕廉價(jià)、鋁土礦資源豐富的地區(qū)轉(zhuǎn)移； （ 5）電解鋁新技術(shù)探索不斷進(jìn)行。 電解鋁生產(chǎn) 鋁電解工藝流程 現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)，主要采取冰晶石 — 氧化鋁融鹽電解法。直流電流通入電解槽，在陰極和陽(yáng)極上起電化學(xué)反應(yīng)。陰極上是鋁液，陽(yáng)極上是 CO2和 CO 氣體。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化和澄清之后，澆鑄成商品鋁錠，其質(zhì)量達(dá)到 %A1。陽(yáng)極氣體中大約含有 7080%CO2和 2030%CO，還含有少量氟化物和瀝青煙氣，經(jīng)過凈化之后，廢氣 排 放入大氣，收回的氟化物 返回電解槽。圖 11 是鋁電解生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖。 第 5 頁(yè) 圖 11 鋁電解生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖 電解鋁就是通過電解得到的 鋁 ?，F(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石 氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是 溶劑 ，氧化鋁作為 溶質(zhì) ，以碳素體作 為陽(yáng)極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在 950℃ 970℃ 下，在 電解槽 內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)， 即 電解。 重要通過這個(gè)方程進(jìn)行： 2Al2O3＝ 4Al＋ 3O2。 陽(yáng)極： 2O2ˉ－ 4eˉ＝ O2↑ 陰極 : Al3+＋ 3eˉ＝ Al 鋁電解的原料：氧化鋁 鋁電解的主體原料是氧化鋁。生產(chǎn)每噸鋁所需的 Al2O3量，從理論上計(jì)算等于 1889kg。實(shí)際上由于工業(yè)氧化鋁大約含有 Al2O3 ％左右，以及在運(yùn)輸和加料過程中有塵散損失，所以生產(chǎn)每噸鋁所需的氧化鋁量大約是 1920～ 1940kg。 氧化鋁是從鋁土礦、霞石、藍(lán)晶石、明礬石、高嶺石、粘土中提取出來的。我國(guó)目前主要采用鋁土礦作為制取氧化鋁的原料。生產(chǎn)氧化鋁的方法主要有拜爾法、堿石灰燒結(jié)法、拜爾 燒結(jié)聯(lián)合法等，具體采用何種方法，視鋁土礦的性質(zhì)而定。氧化鋁是當(dāng)前冰晶石 氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)鋁的主體原料。其主要作用是不斷補(bǔ)充電解質(zhì)中的鋁離子 (Al3+)，使其保持適宜范圍的濃度，以保障電解生產(chǎn)持續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行。電解生產(chǎn)中，為了取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)，對(duì)氧化 第 6 頁(yè) 鋁的要求是非常嚴(yán)格的，首先體現(xiàn)在其化學(xué)純度上，其次是物理性能。 工業(yè)氧化鋁中通常含有 Al2O3 99％左右，其他成分通常為少量的 SiO2， Fe2O3，TiO2， Na2O， CaO 和 H2O。 在電解過程中，那些電位正于鋁的元素的氧化物性質(zhì)，如 SiO2和 Fe2O3，都會(huì)被鋁還原，還原出來的 Si 和 Fe 進(jìn)入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低；而那些電位負(fù)于鋁的元素的氧化物雜質(zhì)，如 Na2O和 CaO 會(huì)分解冰晶石，使電解質(zhì)成分發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。 P2O5則會(huì)降低電流效率。水分進(jìn)入電解槽內(nèi)不僅可以水解冰晶石造成損失，引起電解質(zhì)成分的改變，而且還要產(chǎn)生大量的氟化氫，惡化環(huán)境。若水分過大時(shí)，還能引起電解質(zhì)爆炸，危及工人的安全。水分還會(huì)增加鋁液中氫含量。所以鋁工業(yè)對(duì)氧化鋁的純度提出了嚴(yán)格的要求。 現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)對(duì)于氧化鋁的化學(xué)組成提出一些新的要求。例如，氧化鋁中各項(xiàng)雜質(zhì)的含量應(yīng)符合下列條件： Na2O% V2O5 % SiO2% P2O5 % Fe2O3% ZnO% TiO2% 我國(guó)氧化鋁 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下 (見表 11)。適應(yīng)于大型預(yù)焙槽生產(chǎn)用的氧化鋁應(yīng) 滿足三級(jí)品以上的要求，其中一至二級(jí)品占 80%以上，余者為三級(jí)品。 表 11 氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (YB81475) 級(jí)別 代號(hào) 化學(xué)成分 % Al2O3 含量≦ 雜質(zhì)含量 ≧ SiO2 Fe2O3 Na2O 灼減 一級(jí) Al2O31 二級(jí) Al2O32 三級(jí) Al2O33 四級(jí) Al2O34 五級(jí) Al2O35 1 六級(jí) Al2O36 1 注： 1. 氧化鋁含量為 100%減去表中所有雜質(zhì)總和的余量 2. 表中化學(xué)成分按在 300℃177。 5℃溫度下烘干 2h 的干基計(jì)算 3. 表中雜質(zhì)成分按 BG8170 處理 工業(yè)氧化鋁的物理性能，對(duì)于保證電解過程正常進(jìn)行是很重要的。鋁電解生產(chǎn)對(duì)氧化鋁的物理性能的要求是： （ 1）吸水性小，防 止因水分過多水解冰晶石，甚至引起爆炸； （ 2）溶解度大，避免氧化鋁未及時(shí)溶解而生成大量沉淀，且能夠較快溶解 第 7 頁(yè) 在熔融電解質(zhì)里； （ 3） 飛揚(yáng)損失小，并且能夠嚴(yán)密地覆蓋在陽(yáng)極碳?jí)K上，防止陽(yáng)極氧化和減少熱量損失； （ 4）有較大的活性及足夠的比表面積，能很好地吸收煙氣中的氟化氫 。 這些物理性能取決于氧化鋁晶體的晶型、粒度和幾何形狀。根據(jù)氧化鋁的物理特性不同，可分為三類：砂狀、粉狀和中間狀，安息角大小是其主要區(qū)分點(diǎn)（見表 12）。 表 12 不同類型氧化鋁的物理特性 類型 α Al2O3 比表面積 堆積比重 真比重 安 息角 灼減 粒度（ 44μ m） % m2/g g/cm3 g/cm3 o % % 砂狀 10～ 20 50～ 60 30 3540 42 ～ 10 1220 40 中間狀 40～ 50 35 粉狀 60～ 70 2～ 10 物料的安息角取決于它的一部分顆粒在另一部分顆粒上滑動(dòng)或滾動(dòng)的阻力。砂型氧化鋁呈球狀，顆粒較粗，平均粒度約為 4050μ m。安息角小，只有30176?！?50176。，其中 α － Al2O3含量少于 20％， γ － Al2O3含量較高，具有較大的活性，適于在干法氣體凈化中用來吸附 HF 氣體，以及在半連續(xù)下料的電解槽上用作原料，故目前得到廣泛應(yīng)用。粉型氧化鋁呈片狀和羽毛狀，顆粒較細(xì)，安息角大，約為 45176。 ,α － Al2O3含量達(dá)到 80％。中間型氧化鋁介乎二者之間。 鋁電解的熔劑：氟鹽 氟鹽是鋁電解的熔劑，是 鋁電解的輔助原料。鋁電解的氟鹽包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰等幾種。在鋁電解過程中，生產(chǎn)每噸鋁的氟鹽的消耗指標(biāo)是：冰晶石 5～ 20kg，氟化鋁 15～ 30kg，氟化鋰 2～ 3kg。 冰晶石 鋁電解所用的熔劑主要是冰晶石（ 3NaFAlF3）。其中氟化鈉與氟化鋁的分子數(shù)之比稱為冰晶石的分子比。分子比為 3時(shí)，冰晶石呈中性；分子比小于 3時(shí)，冰晶石呈酸性；分子比大于 3 時(shí)，冰晶石呈堿性。 氧化鋁能夠溶解在由冰晶石和其它幾種氟化物組成的熔劑 里 ，構(gòu)成冰晶石－氧化鋁熔液。這種熔液在電解溫度在電解溫度 950oC左右能夠良好的導(dǎo)電。它的密度大約 是 ,比同一溫度下鋁液的密度 ％左右，因而能夠保證鋁液跟電解液分層。在這種熔鹽里基本上不含有比鋁更正電性的元素，從而能夠保證電解產(chǎn)物鋁的質(zhì)量。 天然冰晶石（ 3NaFAlF3）產(chǎn)于格陵蘭島，屬于單斜晶系，無色或雪白色，密度 ，硬度 ，熔點(diǎn) 1010℃。但是它的儲(chǔ)量有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足全世界 第 8 頁(yè) 鋁工業(yè)的需要，所以現(xiàn)代鋁工業(yè)采用合成冰晶石，其化學(xué)成分見表 13。 表 1－ 3 國(guó)產(chǎn)冰晶石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（％） 氟化鋁 工業(yè)氟化鋁是白色極細(xì)的粉末，不粘手。在常壓下加熱不熔化，但在高溫下升華。工業(yè)上廣泛采 用氟化鋁來調(diào)整電解質(zhì)成分，既可彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的揮發(fā)損失，又可調(diào)節(jié)電解質(zhì)的分子比。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T42921999)如表 14。 表 14 氟化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB429284) 等級(jí) 化學(xué)成分， %(質(zhì)量 ) F≦ Al≦