【正文】 應外,生產(chǎn)中應盡量加以遏制。 整體電解質成分對基本性質的影響見下表2－1表2－1 電解質成份對其基本性質的影響電解質性質電解質熔點（℃）氧化鋁溶解度（%）比重（g/cm2）粘度（Pa f. 操作困難，對控制要求高。 理論及生產(chǎn)實踐表明，每加1% AlF3 ，% 。理論和實踐表明電解質分子比降低，電流效率提高。 缺點：降低氧化鋁的溶解度和溶解速度；價格較昂貴。⑷ 添加LiF的作用：優(yōu)點：降低初晶溫度（ LiF MgF2 CaF2 AlF3）；提高導電率；降低電解質密度。 ⑶ 添加AlF3（降低分子比）與添加CaF2／MgF2的不同特點：① MgFCaF2： —— 增大電解質與炭間界面張力，能降低電解質在陰極炭塊中滲透,有利于炭渣分離,可能不利AE控制（不利氣泡排出）； —— 增大電解質粘度，不利于炭渣分離（與上條特性矛盾）, 不利于鋁珠與電解質分離（有損電流效率）不利于較大幅度降低溫度； —— 增加電解質的密度（8%以下時, MgF2 CaF2，8%以上時，則反之）； —— 不僅降低氧化鋁溶解度，且還降低氧化鋁溶解速度； —— 促進邊部結殼生長。7．部分添加劑對電解質性質的影響及特點⑴ 添加劑AlFCaFMgF2的共同優(yōu)點： —— 增大鋁液與電解質間的界面張力，降低鋁的溶解損失； （按wt%計， AlF3 MgF2 CaF2） —— 降低初晶溫度（ MgF2 CaF2 AlF3）。電解質粘度過大，會降低氧化鋁在其中的溶解速度，會阻礙電解質中碳渣分離和陽極氣體的逸出，給生產(chǎn)帶來危害。工業(yè)鋁電解質的粘度一般保持在3103Pa秒)。6. 粘度粘度是表示液體中質點之間相對運動的阻力，也稱內摩擦力，單位為Pacm1范圍內，生產(chǎn)中需要電解質具有大的導電度。在電解質熔體中，隨著氧化鋁濃度的增加，電解質的導電度減少。單位為：Ω1因鋁水的密度一定，只有減小電解質熔體的密度來增大其密度差來實現(xiàn)，從而使兩種液體良好分離。工業(yè)鋁電解質溶體的密度隨溫度的升高，氧化鋁含量增多而降低。而且，更重要一點，電解過程中電流效率隨電解溫度降低而提高，即可以降低電能消耗，又可以增加產(chǎn)量。電解生產(chǎn)中需要電解質的初晶溫度越低越好，這樣可以降低工作溫度（工作溫度一般控制在初晶溫度以上10～20℃范圍）。冰晶石—氧化鋁均勻熔體電解質其初晶溫度隨氧化鋁含量增多而降低。固態(tài)晶體開始熔化的溫度稱為該晶體的熔點。目前鋁工業(yè)上均采用酸性電解質生產(chǎn)。工業(yè)上也將冰晶石中氟化鈉與氟化鋁的組成比用質量比表示，在比值上，摩爾比是質量比的2倍，如摩爾比等于3的冰晶石。AlF3)。（占85%左右）。2．熔劑的特性在電解過程中，液體電解質是保證電解過程能夠進行的重要條件之一。第二節(jié) 鋁電解質及其性質1. 電解質的組成在鋁電解生產(chǎn)過程中，連接陽極和陰極之間的熔鹽體叫電解質。冰晶石在理論上不消耗，但在高溫熔融狀態(tài)下會發(fā)生揮發(fā)損失和其他機械損失，因此，電解過程中也需作一定的補充。鋁的工業(yè)生產(chǎn)全部采用炭陽極，隨著電解過程的進行，炭陽極參與電化學反應，生成碳的化合物二氧化碳（CO2）反應式為：2Al2O3+ 2Al＋在陰極上：Al3+(絡合物)+6e →2Al（液）在陽極上：O2—（絡合狀）+ －4e→CO2（氣） 上述反應過程是當今鋁生產(chǎn)的基本原理。固體氧化鋁溶解在熔融冰晶石熔體中，當通入直流電后，即在兩極上發(fā)生電化學反應，在陽極上得到氣態(tài)物質，陰極上得到液態(tài)鋁，其過程為：溶解的氧化鋁液態(tài)鋁(陰極)+氣態(tài)物質(陽極)。鋁電解生產(chǎn)所需的大宗原材料大致可分為三大類：——氧化鋁——氟化鹽（包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰等）——陽極糊或預焙炭塊氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)過程的主要原料，其熔點很高（2050℃），不易直接熔化提煉鋁。時）I通過的電流（安培）T通過的時間（小時）鋁電解生產(chǎn)的電流效率是指鋁電解過程中，原鋁實際產(chǎn)量與原鋁理論析出量的百分比（%）。時電量時,。時,。根據(jù)法拉第定律指出,對任何物質,通過96485庫侖(也就是說當直流電通過電解質時，電解質的某種成份在電極上分離出來，這種現(xiàn)象稱為電解。本章以冰晶石—氧化鋁熔鹽電解為基礎，介紹有關鋁電解的基本理論知識。鋁的優(yōu)異性能和豐富藏量，將使鋁工業(yè)成為最有前途的重要產(chǎn)業(yè)之一。鋁不帶磁性，也不會產(chǎn)生附加磁性，故廣泛用來制造精密儀器。所以，鋁是經(jīng)久耐用的建筑材料，在建筑業(yè)和裝飾業(yè)上獲得廣泛應用。鋁具有良好的防腐性能。同時利用鋁具有良好的反光和熱的性能，制造反光鏡，隔熱板，又可用來制作保溫材料。鋁具有良好的導熱性，反光性。按照傳導等量電流計算，而重量只有銅的一半。鋁是一種優(yōu)良的導電材料，僅次于金、銀、銅、水銀。h）（A℃）（固，20℃）、（固，200℃）導電系數(shù)（104Ω1表11 鋁的主要特性 原子序數(shù)13密度（g/cm3）(固)、(液)原子價＋3溶點（℃）659沸點（℃）2467熔化鹽（J/ g）導熱系數(shù)（J/cm1886年，美國的霍爾和法國的埃魯特發(fā)明了冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法煉鋁，很快電解鋁取代了化學法，而且產(chǎn)量迅速提高，成本迅速下降，到目前為止的百年間，鋁工業(yè)發(fā)展成為僅次于鋼鐵工業(yè)的第二大金屬冶煉工業(yè)。AlCl3混合鹽也得到金屬鋁，并在法國進行小規(guī)模生產(chǎn)。SOersted）在實驗室中用鉀汞齊還原無水氯化鋁（AlCl3）,在世界上第一次得到鋁。1825年丹麥的厄爾施泰（H煉鋁的歷史可分為兩個階段，分別為化學法煉鋁階段與電解法煉鋁階段。鋁土礦是現(xiàn)在的主要煉鋁原料，此外還有明礬石等，世界鋁土礦總儲量320億噸以上，我國山西、河南、山東和廣西等地蘊含著豐富的鋁土礦。第一章 鋁的性質與用途第一節(jié) 鋁的性質鋁是自然界中分布極廣的元素之一，%，僅次于氧和硅而居第三位。由于鋁是化學性質極為活潑的元素，所以在自然界中未發(fā)現(xiàn)單質的金屬鋁，而是以鋁的各種化合物存在。從鋁土礦或其他含鋁原料中生產(chǎn)氧化鋁，實質上是將礦石中的Al2O3與SiOFe2OTiO2等雜質分離的過程。盡管在自然界中含有極為豐富的鋁，但鋁第一次制取出來卻是不到二百年前的事。C1845年法國人戴維爾（HDeville）用鈉還原NaCl到1877年電解法投產(chǎn)以前，世界上僅用化學法生產(chǎn)金屬鋁，這一階段，鋁產(chǎn)量極低，使鋁成為世界上極為昂貴的金屬之一。鋁是一種具有銀白色光澤的金屬， g/cm3,是一種輕有色金屬，它的主要特性如表1－1。Scm1）36～37（20℃）電化學當量（g/Ah/g）第二節(jié) 鋁的用途鋁可與許多金屬形成合金,某些鋁合金的機械強度很高,而且仍保持著質輕的優(yōu)點,因此鋁被廣泛用于制造飛機的外殼、火車、汽車的車箱，以及快速轉動的零部件等。然而，與單位重量導電性而議，鋁比其他任何金屬的導電性都好。因此鋁廣泛用于電氣工業(yè)和無線電工業(yè)。鋁的導熱性是不銹鋼的10倍，它是制造活塞，熱交換器，飯鍋，電燙斗等傳熱設備的理想材料。鋁極富延展性，很容易進行機械加工，軋制，切削，拉絲，壓延，鍛造等。鋁在空氣中表面生成一層致密、光亮、堅硬、透明的氧化鋁薄膜，起到天然保護層作用。鋁沒有毒性，用它來包裝食品及化學用品不會影響味道和質量，對人體不會帶來危害?？傊?，鋁是當今電力、冶金、輕工、化工、航空航天、機械、建筑、食品等許多行業(yè)不可缺少的重要原材料，它和鋼鐵一樣，已成為現(xiàn)代經(jīng)濟起飛的基礎。第二章 鋁電解基本理論知識鋁的工業(yè)生產(chǎn)，一直采用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法。第一節(jié) 鋁電解基本原理電解是指借直流電的作用，在陰陽極兩極上實現(xiàn)電化學反應的過程。更簡單地說電解是由化合物經(jīng)電離放電到變成原子的過程。時)應析出一克當量鋁(),那么通過1安培因此，鋁的電化學當量是在電解質通過1安培在鋁電解生產(chǎn)中用法拉第定律計算理論產(chǎn)量時，其公式如下：M＝KITM理論產(chǎn)鋁量（克）K鋁的電化學當量（克/安培用公式表示為：電流效率=100%=100%由于鋁電解過程中，在兩極上發(fā)生二次反應、鋁的溶解損失、鈉離子的析出、炭化鋁的生成、電流的損失和電流的空耗、及其它機械損失等因素的影響，實際上在陰極上所得到金屬鋁的數(shù)量遠低于理論上應得到的數(shù)量，因此電流效率應小于100%，而一般在86～96%之間。但是，固體氧化鋁可以部分地溶解在熔點較低的冰晶石熔融液中，形成均勻熔體，并且此溶體具有良好的導電性，這使得鋁的電解冶煉能在低于氧化鋁熔點較多的條件得以實現(xiàn)。生產(chǎn)一噸金屬鋁，理論上需要氧化鋁1889kg,但實際上則需1925～1940kg。隨著反應不斷進行，電解質熔體中的氧化鋁和固體炭陽極不斷被消耗掉，生產(chǎn)中需不斷向電解質熔體中添加氧化鋁和補充炭陽極，使生產(chǎn)得以連續(xù)進行。除此之外，反應過程中還需供給大量的直流電能（約為13000－15000kwh/t－Al）以推動反應向生成鋁的方向進行。更確切地說，熔鹽電解質是以冰晶石為熔劑，氧化鋁為熔質，組成的冰晶石—氧化鋁熔體為主，其它氟化鹽為添加劑，這種熔融體叫電解質。液體電解質即指冰晶石—氧化鋁均勻熔融體，其主要成份是冰晶石。冰晶石的化學式為Na3AlF6( 或3NaF冰晶石中所含氟化物鈉摩爾數(shù)與氟化鋁摩爾數(shù)之比，稱為冰晶石的摩爾比（俗稱分子比），其表達式為：冰晶石的摩爾比（分子比）＝ 摩爾比等于3的冰晶石稱為中性冰晶石，冰晶石的摩爾比即可大于3，也可小于3，大于3的稱為堿性冰晶石，小于3的稱為酸性冰晶石。摩爾比等于3的冰晶石形成的電解質稱為中性電解質，摩爾比大于3的冰晶石形成的電解質稱為堿性電解質，摩爾比小于3的冰晶石形成的電解質稱為酸性電解質。3．初晶溫度初晶溫度是指液體開始形成固態(tài)晶體的溫度。初晶溫度與熔點的物理意義不同，但在數(shù)值上相等。電解質的摩爾比（分子比）降低，其初晶溫度也隨之降低，但氧化鋁的溶解量也會降低。工作溫度越低，減少設備變形，延長設備使用壽命，工人勞動環(huán)境改善，電解質揮發(fā)損失小。4. 密度密度是指單位體積的某物質的質量,其單位為g/cm3。實際生產(chǎn)中需要電解密度較低為好，鋁電解生產(chǎn)中，鋁與電解質是兩種相溶性很小的液體，鋁水的密度比電解質大，故沉于電解槽底部，它們之間的分離靠兩種溶體的密度差來實現(xiàn)。5．導電度導電度稱為比電導或導電率，它是物體導電能力大小的標志，通常用比電阻的倒數(shù)來表示。cm1?！娊赓|導電性越好，其電壓降就越小，越有利于降低生產(chǎn)能耗。S(帕熔體內質點間相對運行的阻力越大，熔體的粘度越大。S左右，過大或過小，對生產(chǎn)不利。但電解質粘度過小，會加快電解質的循環(huán)，加快鋁在電解質中的溶解損失，降低電流效率，而且加快氧化鋁在電解質中的沉降速度，造成槽沉淀。⑵ 添加AlFCaFMgF2的共同缺點： —— 降低電解質的導電率（ AlF3 MgF2 CaF2）； —— 降低氧化鋁的溶解度（ AlF3 MgF2 CaF2）。② AlF3： —— 降低電解質與炭間界面張力（優(yōu)點、缺點正好與MgF2／CaF2相反）； —— 降低電解質粘度（正好與MgF2／CaF2相反）； —— 降低電解質密度（正好與MgF2／CaF2 相反）； —— 雖降低氧化鋁溶解度，但對氧化鋁溶解速度幾乎無直接影響； —— 增大電解質揮發(fā)損失（無煙氣凈化時，損失大）。利用LiF可降低初晶溫度和提高電導率的特點，可強化電流（每增加1% LiF，%，同時基本維持過熱度不變，電耗可降低）。總的來講，含鋰的電解質其電流效率不如高AlF3的好，主要是沉淀問題。80年代以來，～，不添加其他添加劑。但如果分子比過低（AlF3含量過高）則： a. 減小了電解質導電率； b. 減小了氧化鋁溶解度； c．增大了電解質的揮發(fā)損失； d．增大了Al4C3的溶解損失（陰極和內襯的腐蝕增大）； e. 易生成鋁的低價氟化物而增加鋁損( 減低電效 )。 因此，不能穩(wěn)定保持的低分子比并非能得到高電流效率的結果。s）揮發(fā)性導電率（歐姆⑴ 陰極副反應① 鋁在電解質中的溶解反應和損失:在鋁電解過程中，處于高溫狀態(tài)下的陰極鋁液和電解質的接觸面上，必然有析出的鋁溶解在電解質中，一般認為，陰極鋁液在電解質里的溶解有以下幾種情況：a. 溶解在熔融冰晶石中的鋁，生成低價鋁離子和雙原子的鈉離子。 Al＋3NaF＝AlF3＋3Na2＋c. 鋁以電化學反應形式直接溶解進入電解質熔體中。但隨著溫度升高，電解質分子比增大，氧化鋁濃度減小，以及陰極電流密度提高，鈉與鋁的析出電位差越來越小，而有可能使鈉離子與鋁離子在陰極上一起放電，析出金屬鈉。 Al+6NaF＝Na3AlF6+3Na析出的鈉少部分溶解在鋁中，剩下的一部分被陰極碳素內襯吸收,一部分以蒸汽狀態(tài)揮發(fā)出來,在電解質表面被空氣或陽極氣體氧化,產(chǎn)生黃色火焰。a. 陽極效應發(fā)生的機理：陽極效應的發(fā)生，是陽極表面性質，電解質的性質和陽極氣體性質改變的綜合結果。由于陽極表面總是新鮮的,電解質有足夠的濕潤能力,于是析出的氣體則以小的氣泡逸出。因此，改變了陽極氣體成分的同時，也改變了陽極的表面性質。b. 陽極效應現(xiàn)象：當陽極效應時,在陽極與電解質接觸的周邊上,出現(xiàn)許多細小的弧光閃爍,電解質像小雨點似的沿陽極上濺,并可聽到咝咝的響聲。c. 陽極效應產(chǎn)生原因:主要原因是電解質中AL2O3含量降低，使陽極臨界電流密度下降，電解質在陽極表面上的濕潤性變壞。它隨氧化鋁濃度減少而減小，還與電解質溫度、陽極材料、電解質成份等因