电解铝化验规程 毕业论文.doc
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1、题 目: 电解铝化验规程 目 录前言2第一章电解铝的工艺流程及生产的基本理论简介51.1铝电解工艺流程图51.2铝电解生产的基本理论5第二章 电解铝阳极炭块的化验项目112.1铝电解用炭素制品电阻率的测定112.2铝电解用炭素材料耐压强度的测定122.3铝电解用炭素材料体积密度的测定132.4铝电解用炭素材料真气孔率的计算方法142.5铝电解用预焙阳极炭块执行标准162.6铝电解用碳素材料验收及取样规程16结论18参考文献19摘 要电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质,以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在
2、950-970下,在电解槽内的两极上进行电化学反应,既电解。电解铝就是通过电解得到的铝.电解铝主要用于生产各种不同用途的铝加工材。铝是一种轻金属,具有银白色的金属光泽,在工业上被称誉为万能金属。铝的比重为2.7cm3,熔点为660。铝具有良好的导电性、导热性和防腐蚀性,同时还具有良好的延展性、可塑性,而铝合金又具有很高的机械强度。由于铝比重轻,铝及其合金强度高,因此铝可用做轻型结构材料和建筑工业材料,如飞机、轮船、型材等,还可制作电气材料,热器材料以及耐腐蚀材料,食品包装材料等。关键词: 铝加工材 万能金属 机械强度 工业材料前 言现代铝工业生产采用冰晶石氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂,氧
3、化铝作为溶质,以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950970下,在电解槽内的两极上进行电化学反应,既电解。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。第一章 电解铝的工艺流程及所需原料简介1.1铝电解工艺流程图铝电解工艺流程: 氧化铝 氟化盐 碳阳极 直流电 排出 阳极气体- 电解槽 废气 气体净化 铝 液 回收氟化物 净化澄清- 返回电解槽浇注
4、 轧制或铸造 铝锭 线坯或型材1.2铝电解生产的基本理论1电解铝采用冰晶石一氧化铝融盐法的优缺点目前,世界上工业制取铝的唯一方法自然是冰晶石氧化铝熔盐电解法。虽然各国都在研究新的制铝方法,但成效甚少。因此,冰晶石氧化铝熔盐电解法仍有它的优越性。工艺流程和生产设备比较简单,适于大规模工业性生产,并可直接得到高品位的纯铝。冰晶石氧化铝融盐电解法近些年有了很大发展,有了大型预焙阳极电解槽。在环保上,采用了湿法和干法净化回收,烟尘危害得到了控制。操作上,采用了微机控制生产过程,加料、出铝和其它各项操作实现了机械化和自动化,提高了电流效率,降低了能耗,能源利用率得到了提高。因此,冰晶石氧化铝熔盐电解法仍
5、有较强的生命力。当然,该法本身也有很大缺点:它的能量利用率是相当低的,只有50以下,制备电解所需原材料的投资大,费用高。2电解质成分组成,其特性特点在铝电解生产中,连接阳极和阴极之间不可缺少的熔 融盐叫电解质。它主要是以冰晶石和氧化铝组成。另外还有些氟化镁、氟化钙、氟化锂、氯化钠等。其中冰晶石是作为熔剂,氧化铝作为熔质,氟化铝、氟化镁、氟化钙、氟化锂、氯化钠等作为添加剂,以改善电解质的物理化学性质,有利于提高生产指标。3铝电解质的物理化学性质铝电解质的物理化学性质,包括熔度(熔点或初晶点)、密度、导电度,表面性质、粘度、蒸气压、氧化铝在电解质中的溶解度等。4铝电解质的熔点(初晶温度),电解温度
6、一般要高于初晶点的陈述在铝电解生产中所用的纯盐类都有固定的熔点,即熔融液体开始有固体析出的温度,也叫初晶温度。电解温度一般要高出初晶温度1520,即电解温度= 初晶温度(熔点)+(15-20)。5电解温度主要取决的几个方面.在电解过程中,电解温度除与极距电压降大小有关外,主要取决于电解质的熔点。欲想保持低温电解生产,不设法降低电解质的熔点而单纯降低电解过程温度,必然会导致电解质过冷,引起病槽,影响生产。6分子比及分子比对电解温度的何影响分子比是电解质中的氟化钠与氟化铝的分子数量的 比值现在电解生产大多数都采用分子比2.22.4,电解质呈酸性。分子比低有利于降低电解温度,提高电流效率,但分子比愈
7、低,氧化 铝溶解度愈降低,槽内易产生大量沉淀。所以分子比不易过低。7用数字确定电解质的酸碱性。电解质分子比等于3时,电解质呈中性。若分子比大于3,电解质呈碱性。若分子比小于3,电解质呈酸性。8电解质的粘度及保持适宜粘度的标准。所谓粘度是液体中的质点之间相对运动的阻力,也称内部摩擦, 在生产中的电解质应保持适宜的粘度,其标准:电解质的流动性好,温度均匀,炭渣分离清楚,电解质干净,沸腾力强。9电解质的挥发性及其中挥发性最大的物质。在电解温度状态下,电解质的分子(气体)逸出的现象叫电解质的挥发性。在电解质成份中挥发性最大的物质是氟化铝。10在电解过程中,电解质是怎样损失的。电解质的损失除了挥发外,还
8、有氧化、水解损失和机械夹杂损失。11铝电解质中的添加剂常用的几种及它们的优缺点。常用的添加剂有氟化钙、氟化镁、氟化锂等。它们都具有降低电解质初晶温度的优点,LiF还能提高电解质的导电率,但是大多数具有减小A12O3溶解度的缺点。12电解质中的添加剂应满足条件。添加剂基本上应满足下列各种要求,首先是在电解过程中不被电解成它的组成元素,而影响铝的质量。添加剂应能对电解质的性质有所改善,例如降低电解质的初晶点,或者提高电解质的导电率,减少铝的溶解度,减少电解质的密度等,提高电解铝的经济技术指标。此外,它的吸水性和挥发性应该小些,而对氧化铝的溶解度不致有较大的影响,来源广泛而且价格低廉。13在电解质中
9、添加MgF2的作用。MgF2能降低电解质的熔点。氟化镁能增加电解质的表面张力,这对减少铝的再溶 解损失,促进电解质中的碳渣分离起到有益的作用;所以MgF2间接地起了提高电解质导电性的作用,MgF2在这方面的作用比氟化钙更大些。氟化镁是一种矿化剂,能加速aAl2O3的矿比作用,这对于在电解槽侧壁上形成稳定的结壳起到有益的作用。此外,添加MgF2的电解质结壳酥松好打。但是,缺点是MgF2。会在一定程度上减小氧化铝的溶解度和溶解速度,增大电解质密度,稍稍降低导电率等,所以MgF2只在沿炉帮附近处添加,而不添加在里边,以免在阳极底下产生多量沉淀。我国铝厂推行“勤加工,少下料”作业法,可以弥补因添加Mg
10、F2而带来的缺点。因此,氟化镁是一种有益的添加剂。一般添加为46,添加氟化钙的作用基本上与MgF2一致。14在电解质中氟化锂添加剂的作用。锂盐作为铝电解质的组成分所起的作用主要是降低 电解质的初晶点,提高其导电率,此外还减小其密度,改善电解质的表面张力,从而达到提高电流效率,降低吨铝电耗的目的。其缺点是降低A12O3在溶液中的溶解度。由于锂盐价格昂贵的关系,直到最近,锂盐才广泛地在铝工业上进行试验和应用,有的使用炭酸锂,因为炭酸锂在高温下分解成Li2O,而氧化锂又与冰晶石发生反应合成为氟化锂,同样也可起到添加氟化锂的作用。15在工业电解生产中,电解质的导电率收多方面的影响。在电解生产中,电解质
11、的导电率受到多方面的影响。与电解温度有关。温度越高,离子运动越快,导电率增加。但是电解温度高,会造成电流效率降低,能耗和原材料增加,因而提高导电率的效益补偿不了降低电流效率和其它的损失。与电解质分子比有关。导电率随分子比的增加而增加。与Al2O3浓度有关。电解质的导电率随Al2O3浓度的增加而降低。与电解质中的炭粒有关。当电解温度高时,会使电解质中炭粒含量增多,炭含量增多时不仅使电解质的导电率降低,还能减少电解质对Al2O3晶体的湿润性,从而也会造成氧化铝沉淀。与电解质中的添加剂有关。添加剂对于冰晶石导电率的影响,可分为两类;向电解质中添加氟化锂和氯化钠能改善电解质的导电性,特别是氟化锂效果显
12、著。向电解质中添加氟化钙和氟化镁能降低电解质的导电度,但它们能使炭渣好分离,减少电解质中的炭粒含量,可使电解质的导电性较好,间接地增加导电率。16氧化铝在电解质中的溶解度收多方面的影响。氧化铝在电解质中的溶解度对生产具有很大影响。氧化铝在电解质中的溶解度与电解温度和电解质成分有关。一般说来,氧化铝在冰晶石中的溶解度随温度升高而增加。而在实际工业电解质中氧化铝溶解度因其受复杂的成分和工作条件的影响,一般保持在28之间。电解质中的添加剂都会不同程度的降低氧化铝的溶解度。高分子比电解质中溶解氧化铝的能力大,随氟化铝含量的增加而氧化铝的溶解度降低。尤其分子比过低,电解质过酸时氧化铝的溶解度会更小,以致
13、造成电解槽四周塌壳,沉淀过多,影响正常槽子加工。17铝电解质中一般离子的存在。在冰晶石一氧化铝熔体中主要是Na+离子,铝氧氟络离子( AlOF22-)和含氟铝离子( AlF63-,AIF4- )。其次有少部分简单离子(Al3+、F-及O2-)等。所以熔液中Na+离子主要是单体离子,A13+主要都结合在络合离子里。这些离子在直流电场的作用下,所有的阳离子均向阴极运动,所有的阴离子均向阳极运动。离子的这种定向的运动过程就是传导电流的过程。熔体中各种离子所传导的电流是不相同的,有多有少,据试验室研究:冰晶石-氧化铝熔体电解时,电流几乎全是Na+离子传导的。18铝电解的基本反应式。一般概括地说如下:在
14、阳极上 3O2-(络合的) + 1.5C - 6e =1.5 C02在阴极上A13+(络合的) + 6e = 2Al 两项合并得总反应式为: Al2O3+1.5C = 2Al + 1.5CO219铝电解过程中的两极副反应在冰晶石一氧化铝熔盐铝电解过程中,在电解析出铝的同时,在两极上还伴随发生一些重要的过程和现象,因这些过程和现象对生产有害无益,所以称为两极副反应,在阴极副反应中有金属钠的析出,阴极铝的再溶损失,炭化铝的生成;在阳极副反应中有阳极效应、阳极气体成分的变化。20电解槽中金属钠的析出的危害。金属钠的析出的危害主要有: 1) 降低电流效率,增加氟化盐的消耗; 2) 被阴极炭素吸收而破坏
15、了槽内衬,从而缩短槽的寿 命。 因此,降低钠的析出强度是有利的。这就要求严格控制技术条件,电解质的分子比和阴极电流密度不宜过高,避免热槽等都是行之有效的方法。21、铝的溶解和损失(二次反应)。铝的溶解和损失是指已电解出来的铝再反向溶解于电解质中,而后为阳极气体中的CO2所氧化造成损失,反应式为: 2Al(溶解的)+3CO2(气)=A12O3(溶解的)+3CO(气体),这是造成电解槽上电流效率降低的主要原因。22电解铝中的阳极效应。阳极效应是溶盐电解所固有的一种特征现象。当其发生时,在阳极与电解质接触的周边上,出现许多细小的电弧,发出轻微的噼啪声,电解质沸腾停止,此时槽电压巳从正常值(例如4.2
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