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    关于铝电解工艺控制基础问题探究    青海益和检修安装有限公司生产管理部青海大通810100Summary：铝电解槽工艺技术控制直接影响电流效率的高低和槽况的稳定，关系到企业经济效益的提高为了提高电解槽工艺技术的管控，达到铝电解槽平稳、低耗、高效、节能的目的，必须对电解槽各工艺环节进行严格的技术控制Keys：铝电解；生产原理；工艺控制；技术参数1、铝的性质及用途铝是自然界中分布极为广范的元素之一，地壳中铝的含量为7.5%，仅次于氧和硅而居第三位由于铝是化学性质极为活泼的元素，所以在自然界中未发现单质的金属铝，而是以铝的各种化合物形式存在1.1铝的密度很小，仅为2.7g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶、航天航空等1.2铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途1.3铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。

1.4铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在100℃～150℃时可制成薄于0.01mm的铝箔这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品1.5铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等1.6铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉末状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观1.7铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药、燃烧混合物和照明混合物1.8铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等铝还用做炼钢过程中的脱氧剂铝粉和石墨、二氧化钛按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用1.9铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等2、铝的生产方法2.1化学法：利用化学反应用钠、钾和镁等强还原物质来置换出金属铝2.2电解法：采用冰晶石—氧化铝融盐电解法炼铝电解法炼铝起源于1854年当时德国本生和法国德维斯分别通过电解氯化铝-氯化钠络盐，得到金属铝。

但在那时所用的是蓄电池，故无法扩大试验直至1867年发明了发电机，并在1880年加以改进后，才使电解法可以用于生产2.3新法炼铝：①碳热还原法；②电热法生产铝硅合金；③氯化铝电解法3、铝电解生产基本原理以熔融的冰晶石——氧化铝为电解质（冰晶石为溶剂，氧化铝为溶质）以炭素材料为正、负两极，强大的直流电由阳极导入，经过电解质从阴极导出，溶解在电解质里的氧化铝在两极上发生电化学反应，在阳极上得到气态物质，在阴极上即得到液体铝，其电化学反应为：阳极反应：3O2-（络合的）+1.5C-6e→1.5CO；阴极反应：2Al3+（络合的）+6e→2AL合并上二式，则得总反应式：Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO23.1现代铝工业生产流程图3.2铝电解生产原料：①原料——氧化铝；②溶剂——氟化盐，包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化钙、氟化镁、氟化锂等；③阳极材料——预焙阳极块；④阴极材料——阴极炭块；⑤能源——直流电4、铝电解的能源——直流电4.1降压：电网供给的110kV、220kV或330kV高压交流电，通过户外开关引入降压变压器，将高压降至所需的低压交流电这项工作由铝厂总变（配）电所完成4.2整流：降压后的低压交流电便可进入整流器进行整流。

交流电的电流和电压随时间不断变化方向，整流过程即是将这种交流电变成方向一致的直流电最早使用的大功率整流设备为水银整流器，它有体积庞大、功率损失大、安全隐患大、整流效率低等缺点水银整流器的整流效率一般在90％左右，最大不超过95％，现在已基本淘汰现在普遍采用硅二极管和可控硅整流器，它具有体积小、运行安全、整流效率高等优点其整流效率一般达98％左右整流过程在铝厂的整流所完成整流所一般与铝电解厂总变（配）电所合建整流所应靠近电解车间布置，以节省铝母线用量并降低线路损耗，距离选择10～12m为宜5、电解生产工艺过程及相关技术参数5.1系列电流强度系列电流强度是电解生产中主要的技术参数之一系列电流强度是设计时就给予确定的，在正常生产中一般不得随意变更如果电流强度低于设计值，会造成能量输入不足，造成电解槽偏冷，走向冷行程，引起生产波动；如果电流强度高于设计值，就好造成能量输入过剩，产生热槽，甚至会给生产带来严重的安全隐患电解生产过程中要求系列电流强度波动值越小越好近年来，随着铝电解技术的不得发展，中国的铝电解槽也逐步开始向“高电流密度”方向发展绝大多数的电解铝企业都在不断提高电流强度，以便获得更高的产能。

提高电流强度不是一个简单的过程，要求生产技术人员要充分计算、论证电解槽所能承受的电流值，同时还要配合电流强度的提高，进行一系列技术条件的调整（桥头铝电强化电流实例）5.2电解生产工艺过程及相关技术参数①槽电压a槽电压（这里我们通常指的是单台电解槽的平均电压）是电解生产中最为直观的技术参数，我们可以从电解槽端头的槽控机直接读出b槽平均电压：由槽工作电压、效应电压、联结导体电压降三部分组成即Ｖ平均＝Ｖ槽＋Ｖ效应＋Ｖ线路；Ｖ平均＝Ｅ极化＋Ｖ阴＋Ｖ阳＋Ｖ质＋Ｖ母线＋Ｖ效应＋Ｖ线路②电解质温度电解质温度是冰晶石-氧化铝熔盐电解中一个非常重要的工艺技术参数，铝电解生产中几乎所有的工艺技术参数和操作过程都对铝电解槽的电解质温度产生影响系列电流、槽电压、电解质的组成（成分）、铝水平、电解质水平、阳极质量、电流效率、电解槽设计、内村保温等等）③电解质的主要成分：分子比、CaF2%、MgF2%、LiF%、KF%、氧化铝浓度），在电解生产过程中，电解质成分是在不断地发生变化，其中最显著的现象就是分子比的升高升高的主要原因：a原料（Al2O3、氟化盐、阳极）中杂质的影响；b电解质中氟化盐的大量挥发电解质在高温下挥发，挥发分中大部分是AlF3，这是因为成分中AlF3的沸点最低（1263℃），电解质分子比越低、电解温度越高，AlF3的挥发损失越大。

6、铝电解生产主要技术经济指标在铝电解生产中，衡量生产效果优劣的主要技术经济指标通常有：产量、电流效率、直流电耗、质量、原材料及能源消耗它们是铝生产成本的决定性因素6.1原铝产量电解槽系列铝产量是指电解条件下所生产的原铝量铝产量与电流强度、电流效率和运行的槽昼夜总数有关通过提高电流强度、电流效率和增加运行的槽昼夜总数，都能够增加铝产量6.2电流效率铝电解的电流效率是指阴极上实际产出的铝量相对于理论上按照法拉第定律计算的铝量的百分数或小数铝电解电流效率是铝电解生产的一项重要技术经济指标，在其它条件不变的情况下与铝产量、物耗、能耗是密切关联的电流效率与铝产量和电耗率的关系：铝电解电流效率直接影响铝的产量和电耗率，它们之间的关系可用下式表示：*6.3原铝质量①铝的质量通常按铝中金属的杂质的含量来评定，铝中金属杂质有二十多种，其中最主要的是Si、Fe、Cu等，此外铝中还有非金属杂质，如氢、氧化铝、炭化铝等按GB/T1196—2008可将重熔用铝锭分为Al99.90、Al99.85、Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00、Al99.7E、Al99.6E等八个质量等级（精铝七个质量等级）。

②原铝中的主要的杂质是硅和铁，同时，还存在其它如：钠、钙、磷、硼、钛、钡、锌、镓等杂质金属他们绝大部分随氧化铝等原料带入原铝中进入原铝的非金属杂质主要有：氢、氧化铝、炭化铝等7、未来铝电解槽的改进7.1目前的铝电解槽尚存在一些问题：生产过程能量利用率较低，电流效率不太理想，单位产品的投资费用较高，控制污染的设备费用也很贵7.2原有电解槽的改造7.3原有电解槽的改造包括阴极材料、阳极材料及槽内衬等的改造7.4从长远考虑，冰晶石—氧化铝电解法中采用不耗阳极及永久性阴极，具有特别重大的意义7.5电解槽壁采用超级耐火材料，可以增大阳极面积并缩短阳极至侧壁的距离于是，在同样大小的槽壳内可以用增加电流的办法，来提高铝产量并节省单位产品的电能消耗量8、结束语随着社会的不断发展，电解槽槽型有了日新月异的演变由小型自焙槽转变成大型预焙槽，与国内外同行业相比，我国铝电解槽槽寿命远远跟不上，无论在设计、材质、筑炉质量、焙烧启动、后期生产操作管理等方面都比较落后，因此如何延长电解槽槽寿命是我们应该不懈追求的目标在今后的电解槽大修中，要严抓材质、施工及筑炉质量、焙烧启动及后期生产管理等工作，做到任何一个细节都不放过，严格执行各项操作规程及管控，相信我们的电解槽使用寿命一定会得到进一步提高。

Reference：【1】田应甫大型预焙铝电解槽生产实践，长沙：中南工业大学出版社，2003【2】邱竹贤预焙槽炼铝{M}，北京：冶金工业出版社，2005【3】铝电解（M）高等学校教育教学用书陶小亮（1982-），男，甘肃文县人，技师，大学本科，具有多年电解铝企业电解槽大修经验，目前主要从事设备管理工作李发福（1971-），男，青海西宁人，工程师，大学本科，具有多年生产管理经验，目前主要从事安全管理工作严生宝（1984-），男，甘肃武威人，技师，大学专科，具有多年电解企业电解槽生产管理经验，目前从事设备管理工作  -全文完-。