电解铝化验规程.docx

1、电解铝化验规程题 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

2、的直流电后，在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

3、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-

4、返回电解槽浇注 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

5、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。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

6、晶温度)，电解温度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

7、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。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

8、的损失除了挥发外，还有氧化、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

9、低廉。13在电解质中添加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

10、，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。

11、在电解生产中，电解质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

12、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。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

13、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。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

14、本反应式。一般概括地说如下：在阳极上 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

15、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。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

16、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。23阳极气体的成分和变化。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。24极化电压的知识。电解质中氧化铝的分解电压是

17、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0406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。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

18、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。铝锭就是把熔融状态的铝铸成锭的形状方便运送和计量【2】。第二章 电解铝所需阳极炭块的化验项目2.1铝电解用炭素制品电阻率的测定1. 范 围本标准规定了铝电解用炭素制品常温下电阻率的测定方法。本标准适用于铝电解用炭素制品电阻率的测定。2. 原 理电阻率是表示电流通过材料时阻力大小的一种性质，根据电阻率公式： =RR = 得到 =将某试样加工成一定形状，测量出其横截面积、长度通过的电流及电阻率，算出其电阻率。3. 仪

19、器和设备（1）游标卡尺（测量范围0200mm，精度0.02 mm）；（2）电阻率测定仪；（3）烘箱。4. 试 样试样的截面积必须是垂直于轴线的圆形，试样尺寸为45 mm100 mm,试样偏差依次为0.1mm、0.3mm。5. 试验步骤（1）将试样放入干燥箱，在105110下烘干2，然后放于干燥器中冷却至室温。（2）将试样在测量装置上夹紧。、（3）接好线路，调整电流，使能过试样的地方电流为50A。（4）在试样中部，沿平行于试样的轴线方向，测其电阻率，再绕试样轴向旋转90O、1800、2700，分别测量3次，取4次测量结果的算术平均值，测量时，探针应垂直于试样表面，并保持良好接触。6. 结果计算（

20、1）取四次测量结果的算术平均值。（2）两个平行试样的绝对误差不应超过5m（3）取两个平行试样的算术平均值作为试验结果。2.2铝电解用炭素材料耐压强度的测定1. 定 义耐压强度是炭素材料单位面积上所能承受的极限载荷。2. 仪器和设备（1） 游标卡尺（测量范围0200mm，精度0.02mm）；（2） 万能材料试验机。3. 试 样（1） 取样部位 按GB1427 78炭素材料取样方法的规定进行。（2） 尺寸要求：（1） 圆柱型，一般试样直径450.1mm，高h400.1mm；（2） 化学阳极板试样直径350.1mm，高h300.1mm。4. 试验步骤：（1） 试样须在105-110干燥箱内烘干2h，

21、然后贮存在干燥器内，冷至室温待测；（2） 试样检测和计算 （1） 直径检测 沿试样轴向测6次，取其平均值；（2） 高度检测 沿试样端部周围测3次，取其平均值；（3） 用测得的直径值计算受压面积；（3） 试样以指定的受压面，放在试验机工作面中心处；（4） 试验机以3KN/min的速度连续地、无冲击地施加荷重，直至试样破坏为止，记录试样破坏时的载荷；5. 结果计算试样耐压强度（0）按下式计算：0 式中：0 试样耐压强度，MPa；W 试样破裂的载荷，N；A 试样受压截面积，mm2。注：计算值取整数位。2.2铝电解用炭素材料真密度的测定1. 范 围本标准规定了炭素材料真密度测定方法的试剂、仪器设备及试

22、验步骤。本标准适用于测定蒸馏水能浸润的各种炭素材料的真密度。2. 定 义真密度是炭素材料质量与真体积（不包含气孔在内）的比值。3. 原 理试样置于蒸馏水中煮沸排气后，用密度瓶测其25时的密度。4. 试 剂 （1）乙醇（95%，分析纯）；（2）H2SO4（1.84g/cm3，分析纯）；（3）丙酮（分析纯）。5. 仪器（1）毛细管密度瓶（25ml / 25）；（2）移液管（容积50 125mL）；（3）恒温水浴（控温范围250.5）；（4）电子天平；（5）干燥箱（控温范围0 200）；（6）干燥器；（7）砂浴或可调温电炉。6. 试样（1）干燥后试样粒度不大于20mm，质量不大于0.5Kg，全部破碎

23、4mm以下；（2）将上述试样缩分至50 60g，经细碎全部通过0.15mm标准筛网。7. 试验步骤 （1）密度瓶质量的测定首先将密度瓶浸泡在浓硫酸重铬酸钾饱和溶液中，12h后取出，用水冲洗，再分别用乙醇、丙酮清洗，最后用蒸馏水清洗，放入干燥箱内，在1202下烘干2h，取出放到干燥器内，冷却至室温称其质量，精确至0.0001g，反复几次测定，至少有三次以上称量，误差在0.0004g以内，取平均值为密度瓶质量；（2）密度瓶水值（密度瓶加蒸馏水的质量）测定：将密度瓶（7.1.1）瓶注入无气泡的蒸馏水和移液管同置于恒温水浴中，水浴水面应稍高于密度瓶的刻度线，在250.5以下恒温20min，在密度瓶不拿

24、出水浴的情况下，用定性滤纸卷和移管吸出或补充密度瓶内蒸馏水，使其液面准确到刻度线处，如用毛细管密度瓶应立即盖好瓶塞，取出密度瓶用洁净的毛巾仔细擦干密度瓶的外部，迅速称其质量，精确至0.0001g，反复测定几次，至少有三次以上密度瓶水值，称量误差不大于0.0024g，取其平均值为密度瓶水值；（3）密度瓶水值每三月标定一次；（4）试样真密度测定：称取试样3g，精确至0.0002g，置于清洁的密度瓶中，加入无气泡的蒸馏水至密度瓶2/3处，在可调温电炉煮沸3min，此时不允许试样溅出，取下瓶后，注入无气泡蒸馏水于刻线处，同注入蒸馏水的滴瓶一同放入恒温浴中，在250.5下，保持30min以上，用定性滤纸

25、卷或滴瓶调整馏水液面至刻度线处，应立即盖好瓶塞，取出后用洁净毛巾仔细擦干瓶处部，迅速称其质量。8. 结果的计算 （1）密度瓶容积（V）按下式计算V M1式中：V 密度瓶的容积，mL；M0 密度瓶质量，g；M1 密度瓶水值，g； 25水的密度g/cm3；（2）试样真密度（Dt）按下式计算：Dt 式中：Dt 试样真密度g/cm3； 25水的密度，g/cm3；m0 密度瓶质量，g；m1 密度瓶水值，g；m2 试样的质量，g；m3 装有试样和蒸馏水的密度瓶的总质量，g；V 密度瓶的容积，ml。（3）结果计算取小数点后两位。9. 试验误差同一化验室误差不超过0.01g/cm3。不同化验室误差不超过0.0

26、2/cm3。2.3铝电解用炭素材料体积密度的测定1. 定 义体积密度是炭素材料的质量与其总体积的比值2. 仪 器（1）电子天平；（2）游标卡尺（测量范围0 200mm，精度0.02mm）；（3）干燥箱（控温范围0 200）。3. 试 样（1）取样部位：按GB142778炭素材料取样方法的规定进行。（2）尺寸（1）圆柱型，一般试样直径450.1mm， 高h400.1mm；（2）铝电解炭块试样直径351mm，高h1202mm。4. 试样步骤（1）试样须在105110干燥箱内烘干2h，然后贮存于干燥器内，冷却至室温；（2）称量试样的质量，精确至0.01g；（3）试样的检测和计算：（4）直径检测：沿试

27、样轴向测6次，取平均值；（5）高度检测：按试样端部周围测3次，取平均值； （6）用测得的数据计算出试样的体积。5. 结果的计算 试样体积的密度按下式计算：Db= 式中：Db 试样的体积密度，g/cm3；m 试样的质量，g；Vb 试样的总体积，cm3。注：计算值取小数点后三位。2.4 铝电解用炭素材料真气孔率的计算方法1定 义 炭素材料的真气孔率是真密度与体积密度之差与真密度的比值。2计算公式真气孔按下式计算：Pt（%）=100式中：Pt 材料的真气孔率，%；Dt 材料的体积密度，g/cm3。注：计算值取小数点两位。2.5铝电解用预焙阳极炭块执行标准铝电解用预焙阳极执行标准是YS/T285200

28、7 。表2-1铝电解用预焙阳极炭块执行标准牌号灰分%室温电阻率m热膨胀率10-6/KCO2反应性(残极率)/%耐压强度MPa表观密度g/cm3真密度g/cm3不大于不小于TY-10.5555.080.032.01.532.04TY-20.8606.070.030.01.502.002.6铝电解用碳素材料验收及取样规程1范围本标准规定了铝电解用预焙阳极的要求、检验规则、。本标准适用于振动成型方法生产的铝电解用预焙阳极。2预焙阳极的尺寸允许偏差应符合以下规定：（1）长度，不大于1.0%；2）宽度，不大于1.5%；（2）高度，不大于3.0%；4）不直度不大于长度的1%。3外观：（1）成品表面粘接的填

29、充料必须清理干净。（2）成品表面的氧化面的面积不得大于该表面面积的20%，深度不得超过20mm。（3）成品下部掉角，掉棱应符合以下规定：4预焙阳极碳碗内裂纹或连接碳碗的孔边缘裂纹长度不大于100mm，最大宽度不大于1mm，孔与孔之间不允许有连通裂纹。5预焙阳极碳碗底面凹凸高度不大于15mm。6每块预焙阳极有缺损的碳碗数不多于两个。每个碳碗内棱缺损不多于两处，棱缺损不大于其面积的1/2,小于1/3的忽略不计。7预焙阳极大面裂纹直线长度不大于300mm，最大宽度不大于1mm，数量不多于3处。端面裂纹直线长度不大于200mm，最大宽度不大于1mm，数量不多于2处。阳极表面裂纹直线长度小于100mm，宽度小于1mm的忽略不计。8预焙阳极表面鼓包或缺损周长不大于300mm，高度或深度不大于20mm，数量不多于2处。注：如果于供货方签订技术协议，则按技术协议规定验收。结 论化验分析是铝业生产中一个不可缺少的组成部分。从入厂原材物料到外销成品的质量都要经过严格地分析鉴定。不知矿石品位，配料就有很大的盲目性；没有合乎要求的矿浆，就不能有效地提高氧化铝