铝电解原理中南.ppt
《铝电解原理中南.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铝电解原理中南.ppt(53页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、轻金属冶金专论 吕晓军 中南大学 专 题 一、铝电解原理 二、铝电解电解质 三、铝电解电流效率、电能效率和能量平衡 四、铝电解新型电极材料 五、铝电解节能节炭的深层研究 铝电解原理 吕晓军 中南大学 目 录 一、铝电解生产概论 二、铝电解槽及电解槽系列 三、铝电解原料(冰晶石与氟化盐)生产 四、冰晶石-氧化铝熔体的结构 五、铝电解机理 六、阳极过电压和阳极效应 1 铝的特性与用途 1)Al:轻、强、美、可再生利用; 2)产量:第二大金属,仅次于钢,全球2400万吨/ 年,我国2001年达342.5万吨(425万吨), 全 球第一,而今年预计将达到660万吨,成为世界 生产能力最大的铝工业大国;
2、 3)用途广泛:包装、建筑、交通运输、国防、电 子电器、日用品及耐用消费品等。 一、铝电解生产概论 包装 食品 医用 饮料 1 铝的特性与用途 一、铝电解生产概论 建筑:高层建筑、室内装修和新型桥梁等 1 铝的特性与用途 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 建筑: 一、铝电解生产概论 交通运输 汽车 高速列车 飞机 轮船 1 铝的特性与用途 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 交通运输 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 交通运输 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 交通运输 一、铝电解生产概论 1 铝的特性与用途 交通运输 一、铝电解生产概论 1)金属热还原法 1825年:德
3、国的韦勒,用钾汞齐和钾还原无水AlCl3 1845年:法国戴维尔,用Na还原NaCl-AlCl3混合盐,开始 小规模生产; 1855年:德国罗西,用Na还原Na3AlF6; 1865年:俄国别凯托夫,用Mg还原Na3AlF6,并建厂炼铝 。 在有色金属中,铝的发现和冶炼较晚,十八世 纪末被发现,十九世纪初分离出单独金属,十九世 纪末开始工业生产,可大体分为三个历史阶段: 产量小(总共约200吨),成本高,未能广泛应用 一、铝电解生产概论 2 铝冶炼历史 2)小型预焙/自焙阳极电解槽炼铝 1886年,Hall和Heroult分别申请冰晶石-氧 化铝熔盐电解法炼铝专利; 最初槽型为小型预焙槽、20
4、世纪初出现侧插 自焙阳极电解槽、 20世纪40年代出现上插自焙阳 极电解槽,电解槽容量由最初的2kA发展到80kA或 更高; 一、铝电解生产概论 2 铝冶炼历史 3)大型预焙阳极电解槽炼铝 20世纪50年代,大型预焙铝电解槽出现,使 电解炼铝技术迈向了大型化、现代化发展新阶段 ,在产能、电流效率、能耗、环保、机械化和自 动化程度等方面获得了很大发展,但其基本原理 并未发生改变。 一、铝电解生产概论 2 铝冶炼历史 一、铝电解生产概论 铝电解基本原理图 二、铝电解槽及电解槽系列 按阳极结构发展顺序,铝电解槽可分为: 1 小型预焙电解槽; 2 侧插自焙阳极电解槽; 3 上插自焙阳极电解槽; 4 大
5、型不连续预焙阳极和连续预焙阳极电解槽; 5 中间下料大型预焙阳极电解槽 二、铝电解槽及电解槽系列 1 预焙阳极电解槽 最早预焙阳极电解槽电流小、 能耗高,被自焙阳极电解槽取 代,50年代重新兴起:自焙阳 极难以大型化;可生产出大规 格炭块;可提供大电流;槽结 构简单,节约材料;阳极气体 易收集;电解槽包括阳极装置 (阳极母线大梁、阳极炭块组 和阳极升降机构)和阴极装置 (阴极炭块组、钢制槽壳和保 温材料砌体) 二、铝电解槽及电解槽系列 1 预焙阳极电解槽 连续预焙阳极电解槽 优点(德国采用) 1)不换极,生产连续; 2)无阳极残极,炭耗小; 3)阳极电流分布均匀,阳极消 耗均匀。 缺点: 1)
6、阳极无Al2O3保温,热损失大 ; 2)接缝电阻大; 3)结构复杂 4)指标偏低 二、铝电解槽及电解槽系列 2 自焙阳极电解槽 二、铝电解槽及电解槽系列 自焙槽 n阳极可连续使用; n不需专门工厂进行阳极成型 ,焙烧,装爪等。 n烟害大; n槽电压比预焙槽约高0.1 0.2V,电耗比预焙槽高约 1000度; n上插棒槽的上部金属结构比 较复杂,机械化程度低,投 资大。 预焙槽 n电耗低,槽电压低; n电解槽造价少; n可大型化,操作的机械化程 度高; n烟害小。 n非连续式预焙阳极电解槽需 更换阳极; n需成套的阳极制备工厂,投 资多。 铝工业的主流是大型预焙电解槽,但正开发采用惰性 阳极和可
7、润湿性阴极的新型铝电解槽。 二、铝电解槽及电解槽系列 3 电解槽系列 许多同类型电解槽串联构 成电解槽系列,其槽数取决于 产能、电流强度、供电整流功 率等; 电解槽可横向或纵向排列 ,可设置为双行或单行; 电解厂房分为双层和单层 结构,整流所一般在电解厂房 一端,须有备用电源 三、炭阳极生产工艺 铝电解用炭素材料主要包括:阳极糊、预制阳极块、侧部炭块 和底部炭块四种。 本节主要介绍阳极材料-阳极糊和预制阳极块 一、生产炭素阳极的原料 原料包括:骨料和粘接剂两部分 1、骨料-石油焦、沥青焦 对骨料的要求: 灰分含量不能过高,会因带入杂质而影响铝的质量; 硫的含量过高,易使炭素制品开裂,电阻率增高
8、; 钒元素也会增大炭素材料的氧化活性,故其含量不宜太高。 2、粘接剂-沥青 其主要功能是粘结固体骨料,构成具有一定塑性的炭糊,并且 在炭糊焦化过程中渗入骨料之间,使阳极具有足够的机械强度。 沥青是煤焦油经高温分馏后的残渣,是多种碳氢化合物的混合 体。通过溶剂萃取可将其分离为高分子组分、中分子组分和低分子 组分。 三、炭阳极生产工艺 2、粘接剂-沥青 高分子组分是焙烧时形成焦化残炭的主要载体,它影响炭素阳极的空 隙率大小及强度,它没有粘结性,所以高分子含量过高会影响沥青的粘 结能力。 中分子组分主要起粘结作用,中分子组分的含量是沥青性能的重要指 标,一般需要达到20-35%才能制得合格的产品。
9、低分子组分主要作用是溶剂的作用,能降低沥青的软化点,有利于改 善沥青对焦碳颗粒的润湿性,并提高糊料成型时的可塑性。 三、炭阳极生产工艺 2、粘接剂-沥青 沥青根据软化点的不同,可分为: 软沥青(48 51); 硬沥青(80以上),用于预焙阳极和上插槽阳极糊; 中硬沥青(65 75 ),用于侧插槽阳极糊。 三、炭阳极生产工艺 2、粘接剂-沥青 要求: 1.中分子组分: (20%) 其是保证粘结性能的重要成分 1.固定炭:(50%) 固定炭-沥青在隔绝空气的条件下,加热到800、干馏3小 时,排除全部挥发分后残留的总碳量。焦化过程中沉积在 骨料之间,降低阳极孔隙率, 提高机械强度和导电率; 1.水
10、份0.5%, 灰分0.5% 三、炭阳极生产工艺 三、炭阳极生产工艺 铝电解槽的阳极分成自焙阳极和预焙阳极两种形式 生石油焦 破碎 煅烧 筛分 配料 混捏成型、冷却成型焙烧 煤沥青 熔化 预焙阳极碳块阳极糊 残极 处理 四、铝电解原料(冰晶石 与氟化盐)生产 铝电解的原料包括:Al2O3、炭素阳极、冰晶石和氟化盐(NaF、 AlF3、CaF2和LiF等): 炭素阳极是铝电解过程的辅助原料,包括预焙阳极炭块和阳极糊 ; 冰晶石和氟化盐构成铝电解质,用来须补充或调整电解质成分; Al2O3是铝电解过程的主要原料,每生产吨铝消耗吨Al2O3,其 生产工艺有:拜耳法、联合法、碱石灰烧结法、石灰石烧结法、
11、高压 水化学法和酸法等。 四、铝电解原料(冰晶石 与氟化盐)生产 铝电解过程的主要原料Al2O3 铝电解对其化学纯度要求: 比铝更正电性元素的氧化物(Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5等)含量有 要求; 比铝负电性元素,如碱及碱土金属等,电解时与氟化铝反应,使其 损失,分子比改变; 水分也是有害成分,分解电解质中氟化物,产生HF。 四、铝电解原料(冰晶石 与氟化盐)生产 铝电解过程的主要原料Al2O3 铝电解对其物理性能要求: 具有吸水性小,活性大,粒度适宜,在电解质中溶解性好等,同 时要求能够严密地覆盖阳极,以防止阳极暴露在空气中被氧化,保温 性能要好。 这些性质主要取决于氧化铝晶体的
12、晶型、粒度和几何形状。 根据氧化铝的物理性能不同,可分为砂状、粉状和中间状。 四、铝电解原料(冰晶石 与氟化盐)生产 1 冰晶石生产工艺 Na3AlF6因外观酷似冰而得名冰晶石,分为天然冰 晶石和人造冰晶石,仅格陵兰岛有天然冰晶石,一般 用人造冰晶石。 冰晶石生产方法有:酸法、碱法、干法和磷肥副 产法等,其中酸法应用最广。 四、铝电解原料(冰晶石 与氟化盐)生产 1 冰晶石生产工艺 冰晶石酸法生产工艺:制酸、粗 酸精制、制盐(合成冰晶石)、成品 过滤和干燥。 制酸 CaF2+H2SO4=2HF+CaSO4 SiO2+4HF=SiF4 +2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 H2SiF6+N
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电解 原理 中南
链接地址:https://www.31doc.com/p-2612719.html