铝电解知识手册Word文档格式.docx
《铝电解知识手册Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铝电解知识手册Word文档格式.docx(49页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1.通常金属元素分为哪两大类,铝属于其中的哪一类?
答:
通常金属元素分为黑色和有色两大类。
除了铁、锰、铬属黑色金属外,其余均为有色金属,铝属于有色金属之类。
2.有色金属按其某些特性又可分为哪几类?
有色金属按其某些特性又可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等。
铝是有色轻金属类的一种金属。
3、铝有哪些性质和用途?
性质:
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2.7/cm3,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。
用途:
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。
4、炼铝的历史可划分为哪两个阶段?
化学法炼铝和电解法炼铝两个阶段。
5、什么是电解法炼铝?
电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法,它是以冰晶石作为溶剂,氧化铝为熔质,强大的直流电通入电解槽内,在阴极和阳极上起电化学反应。
电解产物,阴极上是铝液,阳极上是CO2和CO气体(炭素作阳极),这种方法就是电解法炼铝。
6、铝电解用的原材料都是有哪些?
铝电解用的原材料大致分三类:
原料——氧化铝;
熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等);
阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。
7、铝电解通入直流电的目的是什么?
答;
向电解槽内通入直流电,一方面是利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态,并保持一定的电解温度;
另一方面主要的也是要在两极实现电化学反应,也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出,从而得到铝,氧离子则在阳极上放电与炭生成CO2、CO的混合气体。
8、氧化铝原料中的杂质对生产有什么危害?
铝屯解生产对氧化铝的纯度要求比较高,一般工业氧化铝,纯度为98%以上,通常含有少量二氧化硅,三氧化二铁,氧化钠,氧化钙,和水分等。
这些杂质对铝电解都有不利影响。
那些电位正于铝的元素的氧化物杂质,如氧化硅,和氧化铁,二氧化钛,电解过程中都会被铝还原,还原出来的Si和Fe进入铝内,从而使铝的品位降低,而那些电位负于铝的元素的氧化物杂质,如Na20和CaO,会分解冰晶石,使电解质成分发生改变并增加氟盐消耗。
水分会分解冰晶石,还会增加铝液中的氢含量。
若水分过多,还会引起电解质爆炸,危害工人的安全
生产.P205和SO2则会降低电流效率。
所以铝工业对于氧化铝的纯度提出了严格的要求。
9、工业铝电解对A1203物理性能的要求是什么?
工业氧化铝的物理性能,对于保证电解过程正常进行和提高气体净化的效率,关系甚大。
一般要求它具有较小的吸水性,能够较多较快地溶解在熔融冰晶石里,加工时飞扬损失少,并能较好地封闭炭阳极,防止它在空气中氧化,保温性能好,同时对于气体净化还要求它具有良好的活性和足够的比表面积,从而能够有效地吸收HF气体。
这些物理性能取决于氧化铝晶体的晶型、粒度和形状。
10、根据Al2O3的物理性能可把氧化铝的形状分为哪三类?
其中哪一类型对生产较好?
根据氧化铝的物理性能,可把氧化铝分为砂型、中间型和粉型三类。
其中砂型氧化铝对生产较好。
11、冰晶石熔剂的作用是什么?
冰晶石作为电解铝的熔剂;
它的作用是:
第一能较好地溶解氧化铝,并且所构成的熔体可在纯冰晶石熔点以下进行电解,并且流动性较好;
第二在电解温度下,冰晶石一氧化铝熔液的密度比铝液密度要小10%,故电解出来的铝液能沉积在电解液下面的阴极上,这样可减少铝的氧化损失,又大大简化了铝电解槽的结构;
第三,冰晶石具有良好的导电性;
第四,冰晶石中不含有电位顺序比铝更正电性的金属杂质,能保证产品铝的质量,目前,冰晶石还是铝电解生产中最理想的一种熔剂。
12、铝电解为什么采用炭阳极?
在铝电解过程中,高温且具有很大侵蚀性的冰晶石熔液直接同电极接触。
作为导电的阴阳两极的各种材料中,既能良好导电,又能耐高温,抗腐蚀、同时价格又低廉的唯有炭素材料。
因此铝工业生产都采用炭素材料作两极。
13、系列电流是怎样流经电解槽的?
系列中的电解槽均是串联形式,直流电从整流的正极经铝母线送到第一台电解槽的阳极,然后经过电解质和铝液层导致到阴极,而又通过大母线导入第二台电解槽的阳极,这样依次类推,从最后一台电解槽阴极出来的电流又经大母线回到整流器的负极,使整个系列成为一个封闭的串联线路。
电解工艺第二章:
铝电解槽的结构与安装
14、目前,在铝工业生产上的电解槽按阳极结构型式可分为多少种?
电解槽按阳极结构型式可分为两大类四种型式。
1)自焙阳极电解槽a、旁插棒式b、上插棒式
2)预焙阳极电解槽a、连续b、不连续式
15、工业铝电解槽的构造有哪些?
工业铝电解槽的构造,主要包括阴极结构、上部结构、母线结构、电气绝缘。
16、预焙槽的阳极装置有哪些构成?
位于阴极槽体之上的阳极及附属部件结构均属阳极装置。
预焙槽的阳极装置是由阳极炭块组和阳极提升机构组成。
而阳极炭块组又由炭块、钢爪和铝导杆三部分构成.
17、预焙槽比自焙槽有哪些优点?
现在,世界上的预焙槽都向着大型化和现代化方向发
展,说明它具有明显的优越性:
①预焙槽容量大,单槽产量增加,劳动生产率显著提高。
②能源利用率有明显提高,阳极电压降低,电流效率高,吨铝电耗低。
③生产中烟尘少,便于采用干法或湿法净化回收。
④可实现高度的机械化和电子计算机的自动控制。
18、电解槽的槽型按阴极槽体结构可分为哪两种型式?
可分为有底槽和无底槽。
我们厂的电解槽的阴极槽体结构都属于有底槽。
19、什么叫电解糟的“伸腿”?
在电解槽内,电解质疑固在侧部形成的斜坡叫“伸腿”,此“伸腿”起到保温,防止侧部漏电和规整炉膛的作用。
20、大型预焙阳极电解槽按加料方法又可分为几种?
可分为边部打壳下料和中间下料预焙槽。
我们厂是属于中间打壳下料预焙槽.
21、电解槽的母线配置一般有几种方式?
答,一般分为四种方式:
纵向排列单端进电的母线装置;
纵向排列双端进电的母线装置;
横向排列双端进电的母线装置;
横向排列四端进电的母线装置.
22、我们厂的电解槽构造怎样?
我们厂的电解槽构造属于预焙阳极不连续式电解槽,阴极槽底结构为有底槽,母线配置分别为:
160kA系列横向排列四端进电。
电解工艺第三章:
铝电解生产的基本理论知识
23、当前电解铝采用冰晶石一氧化铝融盐法的优缺点是什么?
答,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。
①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。
②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。
③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。
④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。
24、电解质由哪些成分组成,其特性是什么?
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。
25、铝电解质的物理化学性质都包括哪些?
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。
26、什么是铝电解质的熔点(初晶温度),电解温度一般要高于初晶点多少度?
答:
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15—20℃,即电解温度=初晶温度(熔点)+(15—-20)℃。
27、电解温度主要取决于什么?
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。
28、什么是分子比?
分子比对电解温度有何影响?
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2.2—2.4,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。
29、如何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。
30、什么叫电解质的粘度?
保持适宜粘度的标准是什么?
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。
31,什么是电解质的挥发性?
其中挥发性最大的物质是什么?
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。
32、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,还有氧化、水解损失和机械夹杂损失。
33、铝电解质中的添加剂常用的有几种?
它们的优缺点是什么?
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。
34、电解质中的添加剂应满足什么条件?
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。
35、添加MgF2的作用是什么?
①MgF2能降低电解质的熔点。
②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。
③氟化镁是一种矿化剂,能加速a—Al2O3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。
④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MgF2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4—6%,添加氟化钙的作用基本上与MgF2一致。
36、氟化锂添加剂的作用是什么?
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。
37、在工业电解生产中,电解质的导电率与哪些因素有关?
答,在电解生产中,电解质的导电率受到多方面的影响。
①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。
②与电解质分子比有关。
导电率随分子比的增加而增加。
③与Al2O3浓度有关。
电解质的导电率随Al2O3浓度的增加而降低。
④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。
⑤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。
38、氧化铝在电解质中的溶解度与哪些因素有关?
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2—8%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,以致造成电解槽四周塌壳,沉淀过多,影响正常槽子加工。
39、铝电解质中含有哪些离子存在?
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。
40、铝电解的基本反应式是什么?
答,概括地说如下:
在阳极上
3O2-(络合的)+1.5C-6e=1.5C02
在阴极上
A13+(络合的)+6e=2Al
两项合并得总反应式为:
Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2
41、铝电解过程中两极副反应都是什么?
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。
42、电解槽中金属钠的析出有什么危害?
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。
43、什么叫铝的溶解和损失(或二次反应)?
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。
44、什么是阳极效应?
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伏)升高到数十伏,并联在电压表上的指示信号灯也亮了起来。
这就是工厂里所说的阳极效应,阳极效应可以看做是一种“阻塞效应”。
它在很大程度上阻碍阳极与熔体之间的电流传递,实践证明,产生这种现象的主要原因是电解质中缺乏氧化铝。
在其它条件不变时,电解质中氧化铝降低到一定程度,就发生阳极效应。
45、阳极气体的成分和变化如何?
工业电解槽在正常生产过程中阳极气体成分含有CO2和CO,通常CO2气体含量约占70%,CO约占30%,但是当槽子快发生阳极效应时,阳极气体成分含量发生逆转,CO2含量还逐渐减少,CO含量增加。
还有少量的CF4气体。
46、什么是极化电压?
电解质中氧化铝的分解电压是施加于电解两极上的最小外部电动势,由于铝电解是采用炭素阳极,电解过程中电极上会产生过电压,因而实测到的分解电压数值要比理论值高出0.4~0.6伏。
所以铝电解过程中把实测到的“分解电压”的数值被称为极化电压。
极化电压的组成可由下式表示:
E极化=E分解+E过式中:
E分解——氧化铝分解电压(炭阳极)。
E过——阳极与阴极上产生的过电压。
电解工艺第四章:
铝电解槽的正常生产
47、电解槽的正常生产特征有哪些?
正常生产阶段的电解槽是在规定的电流制度下进行生产,其特征;
(1)电解槽的各项技术参数已达到了规定范围,建立了较稳定的热平衡制度。
(2)阳极周围侧壁上已牢固地形成电解质——氧化铝结壳(俗称伸腿),使槽膛有稳定的内形。
(3)阳极不氧化,不发红,不长包。
(4)阳极周边的电解质均匀沸腾,电解质干净,与炭渣分离清楚,从火眼喷出的炭渣和火苗颜色清晰有力。
(5)阳极底下没有大量沉淀,炉面氧化铝结壳完整,并覆盖一定数量的氧化铝保温。
48、电解槽生产的技术参数包括哪些?
电解槽生产的技术参数包括工作电压、极距、电解温度、电解质成分、电解质和铝液的水平、阴极电压降和阳极效应系数。
51、槽工作电压由哪些部分组成?
电解槽工作电压由阳极压降、电解质压降、阴极压降、极化电压和母线压降组成。
52、槽工作电压为什么不能保持过高也不能保持过低?
工作电压对电解温度有明显的影响,过高或过低的保持电压都会给电解槽带来不利的影响。
槽电压过高不但浪费电能,而且电解质热量收入增多,会使电解走向热行程,炉膛被熔化,铝质量受影响,并影响电流效率。
槽电压过低也不行,虽然最初热收入减少可能出现低温时的好处,但由于电解质冷缩,产生大量的沉淀,会很快使炉底电阻增加而发热,二次反应增加速由冷行程转为热行程,其结果的损失可能比高电压时要大得多。
槽电压过低还可能造成压槽,阳极周边长包,滚铝和不灭效应等技术事故,因而在生产中一定要按技术参数要求保持。
53、什么是极距?
有什么作用?
通常所说的极距系指阳极底掌到阴极铝液面之间的距离。
它既是电解过程中的电化学反应区域,又是维持电解温度的热源中心,对电流效率和电解温度有着直接影响。
增加极距,能减少铝的损失,会使电流效率提高。
缩短极距可降低槽电压,节省电能,但是过低的缩短极距会使铝的损失增加,降低电流效率。
54、电解质由哪些成分组成?
电解质主要是由熔融的冰晶石和溶解在其中的氧化铝组成,另外还有少量的氟化钙和氟化镁等添加物。
55、低分子比生产有什么好处(酸性电解质有什么优点)?
低分子比生产有如下好处;
(1)电解质的初晶温度低,可降低电解温度。
(2)钠离子(Na+)在阴极上放电的可能性小。
(3)电解质的密度粘度和有所降低,使电解质的流动性较好,并有利于金属铝从电解质中析出。
(4)电解质同炭素和铝液界面上的表面张力增大,有助于炭粒从电解质中分离和减少铝在电解质中的溶解度。
(5)炉面上的电解质结壳松软,便于加工操作。
56、电解质水平高低对电解生产过程有什么影响?
电解质水平高,数量多,可以使电解槽具有较大的热稳定性,电解温度波动小,并有利于加工时氧化铝充分溶解,不易产生沉淀。
同时,阳极同电解质接触面积增大,使槽电压减小。
但是,电解质水平过高,会使阳极埋入电解质中太深,阳极气体不易排出,导致电流效率降低,并易出现阳极底掌消耗不均或长包现象。
当侧部通过电流过多时,上口炉帮易化难于维持,严重时还会出现侧部漏电或侧部漏炉现象,特别是电解质水平过高而铝水平过低时,该现象更加明显,电解质水平低,数量少,电解质热稳定性差,对热量变化特别敏感,氧化铝的溶解量降低,易产生大量沉淀,阳极效应
增加,尤其过低时,易出现电解质表面过热或病槽,增加原材料消耗,降低电流效率。
57、铝液水平过高或过低对电解过程有什么影响?
铝液水平过高,散热量大,会使槽底发冷,电解质水平不易控制,易产生大量沉淀和炉底结壳,伸腿过高过宽给正常生产带来许多困难,更不便于机械化和自动化操作。
铝水平过低,阳极浸入电解质中过深,使阳极底下和周边温差加大,
加剧电解质循环,增加铝的损失。
其次易造成伸腿熔化,槽底过热,电解温度升高,出现热槽。
另外,阴极铝液稳定性差,最易出现槽电压摆动现象,这些均降低电流效率。
58、什么是阴极电压降?
影响阴极电压降有哪些因素?
阴极(炉底)电压降是槽电压组成的一部分,它属于无
功电压损失。
阴极电压降是由铝液水平压降,铝液与炭块组间压降,炭块压降,炭块与阴极钢棒间压降,钢棒压降等五部分组成。
阴极电压降大小与阴极炭块、铝液层—炭块间、炭块—钢棒间的接触压降大小有关。
另外,与槽底表面炭化铝数量、氧化铝沉淀多少及形成结壳大小和厚薄等也有关。
59、什么是效应系数?
效应有哪些好处和坏处?
答,阳极效应系数是每日分摊到每台槽子上的阳极效应次数。
即每槽每日发生的效应次数。
阳极效应在铝电解生产中有一定好处:
(1)效应发生时,电解质对炭粒湿润不良,可使炭渣从电解质中分离出来,使电解质的比电