预焙铝电解槽生产工艺与操作概要.ppt

预焙铝电解槽生产工艺与操作实践,,,目 录,绪 论 了解大型槽，认识大型槽 ——大型中心下料预焙槽的技术特点及管理思路 第一章 铝电解的基本理论 第二章 铝电解生产概况 第三章 铝电解槽的构造 第四章 铝电解槽的预热焙烧与启动 第五章 铝电解槽非正常期生产管理 第六章 铝电解槽主要操作 第七章 电解常规测量作业 第八章 铝电解槽正常生产管理 第九章 电解槽病槽及常见事故处理 第十章 铝电解槽破损与维护 第十一章 铝电解生产的计算机控制 第十二章 电解生产的电流效率 第十三章 电解生产的电能消耗与能量平衡 第十四章 主要技术经济指标核算 第十五章 铝电解生产管理 第十六章 铸造 第十七章 铝电解干法净化及原料输送,绪论：了解大型槽，认识大型槽（一）,一、系列电流大 ＜80kA 80—160kA 200—350kA 1、输入热量多 Q=k I2Rt 小槽怕冷，大槽怕热 ——避免热震荡，减小热冲击 有关试验结论： 300KA槽较长时间输入能量减少16%，通过提高极距，减少电流，保持内部产生热量变化不大，从而对热平衡影响不大。

——强化散热意识 （结构设计 新材料应用 热场计算合理 重视铝水平管理） 2、磁场力大 F=λ BIL ——减小影响 (保持规整槽膛 减少水平电流 较高铝水平－惯量 m.v）,绪论：了解大型槽，认识大型槽（二）,二、采用中心（中间）下料工艺 1、下料点少而集中 （4---6个点 一线排列） ——提高AO的溶解性、保持槽底清洁 （沙状AO、 质水平适当高、 高流速区选下料点、 勤加工，少下料、 低AO浓度、 定期清理积料、调整加料） 2、边部不加工 （ 侧部热、炉帮易空） ——保持完好炉帮（加强侧部散热 适当加工边部） 三、阳极使用多块预焙炭块（24 28 40 20*2) 1、阳极周期性更换 （底部不平 电流不匀） ——科学安排换极表 提高换极精度 保持较高的质水平,绪论：了解大型槽，认识大型槽（三）,2、散热面增大（壳面增大25—30% 阳极高矮不等） ——重视壳面保温 1cm==60~90mv 13~18cm 四、使用计算机控制技术 1、槽况的信息步入数据化 ——报表利用 2、依赖合理技术条件的搭配，注重槽膛规整 3、利用槽参数及(能量，物料）代用特征值判断槽况 如：（VAE AE AEWVV MTVV ） X日对策管理——处置量表、状态图、分析（图）表、指令表 五、载氟氧化铝为主供原料 （活性 杂质 流动性 输送方式 容积变化）,第一章 铝电解的基本理论,1.1铝的性质与用途 1、自然界的铝 铝是自然界分布极广，含量极丰富的金属元素（250多种矿物） 活泼 、 无元素态 （ 7.35% 第三位 占金属的三分之一， 氧 49.1% ； 硅 26.3% ；四~八位 是 Fe Ca Na K Mg 总占 98.04% 其余86种为1.96%） 物质状态－－－七态 （气、液、固、等离子、超固、反物质、辐射场）,金属基本分类,轻有色金属－－铝 109元素 非金属18 金属91种 金属 非金属 O2 Cl2 F B S 黑色金属 Fe Mn Cr 有色金属 轻金属 Al Mg 重金属 Cu Pb Zn 稀有金属 Ta钽 La镧 Nb铌 Zr锆 贵金属 Au Ag Pt 半金属 Si Se硒 Te碲,,,铝电解的基本理论（一）,2、关于铝 第三周期3号主族元素(原子序号为13）,可离解3个电子3s2 3p1 ,原子量26.98 密度2.699（液态2.3） g/cm3 ， 熔点659℃ 沸点2467 ℃ 硬度为3 导电系数36～37 × 10-4Ω–1 cm-1(为银的36.1％），导热系数2.08 J/cm.s.℃, 液—固收缩率6.6% 线膨胀系数2.4×10-5/ ℃ 3、主要性质与用途 ① 比重轻 是 Cu的三分之一 航空航天业 ②导电性优良 为同重铜的2倍 电力 ③良好的防腐性 建材、包装业,主要性质与用途,④ 良好的导热反光性 散热、反光材料 ⑤延展性好、可机加性强 机械制造业 ⑥非磁性能 精密仪器 ⑦再生利用率好 为产量的15—18% 成本仅5% ⑧与氧有很大的亲和力，能夺取许多金属氧化物中的氧，将其还原成金属 脱氧剂 ⑨易于其他金属组成各种成分的合金 汽车工业,铝电解的基本理论（二）,1.2 铝电解基本理论知识 1、炼铝业发展史 化学法：1825～1888 1825年丹麦H.C.Oersted(厄尔施泰）用钾汞齐还原(AlCl3)法－K、Na（NaCl. AlCl3 )、Mg(1865 冰晶石） 电解法：1854～ 1854年德 本生（Bunsen)－法 德维尔（Deville）电解氯化铝－氯化钠络盐 1883年美布雷德利（Bradley)提出了氧化铝溶于熔融冰晶石电解的方案 1886年美霍尔（Hall)和法埃鲁特（Heroult)同时申请了冰晶石-氧化铝熔盐电解专利 H-H法 1888美匹兹堡两台610× 400× 510 1.7～1.8kA 16v 23kg/2 效率79％ 年产8～8.5t 电耗约30000kwh/t 法1889 英1890 德1898 奥1899 挪威1906 意1907 西班牙1927 苏1931 1890－产量180t→ 1930-27wt→ 1970-1025wt→ 2000-2400wt 中国 1936～1937→ 1952→ 1954（60kA 2.5wt) → 1989(108wt) 1999-263(113)wt→ 01－300→ 03－550→ 04-667,铝电解的基本理论（三）,2、基础理论回顾 ①物质组成与变化（物理与化学） ②克原子、克分子、克当量、化学当量、摩尔 ③电流强度、电流密度、电阻、欧姆定律、 分解电压、过电压 、 极 化电压 ④两类导体 直线方程 ⑤ 溶液----溶质、溶剂、溶（熔）液、物相 铝土矿 氢氧化铝 氧化铝 电 解铝（原铝） 铝锭,,拜尔法,烧结、联合法,,焙 烧,,氧化铝冰晶石,直流电 高温,,铸 锭,铝电解的基本理论（四）,3、电解质的性质 初晶温度== 熔点 1008 ℃ 过热度10--15 ℃ 工业电解质：冰晶石（2.3—2.4）+氧化铝（1—4%）+氟化镁（4—5%）+氟化钙（3—4%）→920--930 ℃ 添加剂影响： 氟化铝 氟化钙 氟化镁 氟化锂 氧化铝 1% 降温 4-5 ℃ 3-4℃ 5-- 6 ℃ 8-10 ℃ 4-5 ℃ 密 度:单位体积所含物质的质量 单位：g/cm3 900---1000 ℃ d铝 = 2.3g/cm3 d电解质= 2.1g/cm3 相差约 10% D冰晶石= 3.053－0.832×10-3 t 1000℃ 2.221）g/cm3,,导电度 －物体导电能力的物理量。

导电率、比电导 纯冰晶石电导率2.8± 0.02（工业电解质2.13～2.22）/ Ωcm 影响因素： 温度 氧化铝 电解质含炭 添加剂 增 ↑ 增 ↓ 0.6% ↓10% LiF 增 粘 度 表示液体质点相对运动的阻力——内摩擦力 单位：pa.s(mpa.s) 纯冰晶石粘度2.8×10-3 pa.s 粘度过大----流动性差、气体难排、电阻大 粘度过小----氧化铝易沉淀、铝易溶解 影响因素： 温度 成分 氧化铝含量 高 ↓ CR↑ ↓ 降↓,,表面性质 液体抵消表面收缩的能力 液---气间称表面张力 液---液间称界面张力 液---固间称 湿润能力，用湿润角衡量 液相组成、固体材料、气相组成、温度 θ ＞90°湿润不良 θ ＜90°湿润性好 阴极（湿润良好）、 阳极与极化 挥发性 沸点以下液体分子逸出的程度（定温下蒸气压） 在电解温度下电解质分子以气态逸出的现象为电解质的挥发性 挥发性与沸点有关 氟化铝 氟化钠 氟化镁 氧化铝 1260 ℃ 1700 ℃ 2240 ℃ 2980℃,,添加剂的影响 * 基本条件： 不参与电化学反应、改善性质、吸水性挥发性小、价格低廉 氟化铝： 降分子比、降初晶温度 、挥发大 氟化钙： 矿化剂 、降初晶温度、界面张力 氟化镁： 加大炭界面张力、降初晶温度 氟化锂： 降初晶温度（8～10 ℃ ）、增加导电度,1.3两极反应,阳极反应 副反应 O2-－2e=O 2 Al （溶） +3 CO2= Al2O3+3CO C+2O=CO2 CO2+C=2CO 阴极反应 Al3++3e=Al Na++e=Na 4Al（溶）+3C=Al4C3 总反应 Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2,第二章 铝电解生产概况,2.1 铝电解生产工艺流程 现代铝工业生产普遍采用冰晶石一氧化铝融盐电解法。

电解铝生产以碳素材料为阳极，铝液为阴极，电解质为溶解有氧化铝的熔融冰晶石，经整流的强大直流电（数百kA)由阳极导入电解槽,经过（930～970℃的）电解质与铝液层，由阴极导出， Al3+ 、O2-分别在两极上进行电化学反应,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(HF)，在阴极生成液体铝铝液用真空抬包抽出到铸造车间净化后铸成成品铝锭2.2 铝电解所用原材料,1、主原料——氧化铝 氧化铝俗称铝氧粉,分子式Al2O3 ，它是一种白色粉末状物料，熔点为2050℃，沸点约为3000℃,真密度为3.5-3.6g/cm3，体积密度约为lg/cm3它的流动性很好,不溶于水,能溶于冰晶石熔体；它是铝电解生产中的主要原料，吨铝的理论消耗为1889kg/t.Al，实际消耗为1920--1940kg/t.Al 工业用氧化铝根据其晶体结构分为两种同分异构体： a- Al2O3、 γ- Al2O3铝电解对于氧化铝质量的要求主要是考核它的化学纯度和物理性能 Al2O3 + 1.5C = 2Al +1.5CO2 102 54 x 1000 x=102× 1000/54=1889(kg/t.Al) 1889÷ 0.987÷（ 1－0.3％－0.25％）＝1924.5,,1）.化学纯度 氧化铝质量首先是化学纯度要高，杂质含量和水分要低。

因为氧化铝中那些电位比铝离子更正电性的元素的氧化物,如SiO2(二氧化硅)， Fe2O3 (氧化铁),在电解过程中会被铝还原,或者优先于铝离子在阴极析出析出的硅、铁进入铝内,会降低铝的质量;而那些电位负于铝元素的氧化物,如Na2O、CaO会分解冰晶石,使电解质成分改变,分子比升高，并增加氟化盐消耗；氧化铝中的水分同样会分解冰晶石生成HF，造成氟化盐损失, 并增加铝中的氢含量，逸出大量的氟化氢污染环境； P2O5 ，V2O5， TiO2等杂质，则降低电流效率我国氧化铝质量标准 YS/T274---1998,等级 牌号 化 学 成 分 （%） AO含量 杂 质 含 量 ≯ ≮ SiO2 Fe2O3 Na2O 灼减 一级 AO－1 98.。