电解工基础培训

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1、,铝电解工技能鉴定培训 学习与辅导,2014年12月,李庆宏,*关于鉴定考试* 1、考题的内容：理论、实操各100分。 实操：笔试、操作各50分； 每科各满60分为合格。 2、笔试时间：初级90min；中级100+60min；高级以上120+60min 3、考题的基本类型：,铝电解的主要相关理论知识 有关计算举例 关于实操问题 其他类习题分析举例 复习要点提示 相关知识,中国铝电解技术发展历程及技术解析,三高型 高槽温 高分之比 高AO浓度,散热型,保温型,环保型,第一讲 铝电解的主要相关理论知识,2.1 铝的主要特性 铝是自然界分布极广，含量极丰富的金属元素，地壳总含量7.35%(8.2%)

2、 ， 第三位， 占金属总量的三分之一， 第三周期3号主族元素(原子序号为13电子13；三层；外三）,可离解3个电子（ 3s2 3p1 ）而为正三价或 正 一价的离子； 原子量26.9815427.0 密度 2.699 g/cm3 液态 （660 ）2.30 g/cm3 ，轻金属 熔点 659 ； 沸点 2467 ； 硬度为 3； 导电系数 3637 10-41 cm-1(为银的36.1）， 电化当量 0.3356 g/A.h 2.980A.h/g 铝储能银行（生命周期长；产、用异地；节能减排） 万能金属 节能环保型，循环性经济 硬度低、弹性小、与铜有电化学腐蚀。,2.2、 相关基础理论,分解电

3、压、过电压 、 极 化电压； 与阳极材料有关 炭阳极: UFj=1.11.2v （惰性2.12.2v） ; Uguo=0.50.6v ; Ujh=1.7v 电极电位； 部分金属的电位值 Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Si Zn Fe Ni Cu -3.01 -2.92 -2.92 -2.84 -2.71 -2.38 -1.66 -1.05 -0.86 -0.76 -0.44 -0.23 +0.34 溶液-溶质、溶剂、溶（熔）液； 浓度溶质量溶液量； 溶质量溶液量浓度。,极化电压：克服反电动势的 ；主要= 生成+浓差 阳过 0.40.6v=气膜+放电+浓差。阴过:10mv,冰晶石

4、的分子（摩尔）比 电解质（冰晶石）的分子比 重量比 2 例：某冰晶石中，氟化铝含量为48%，求其分子比是多少？ 解： CR= = =104/48 =2.17 答：该冰晶石的分子比为2.17 两类导体。 自由电子 、 离子；,化学法： 火法冶金； 湿法冶金, 电流强度、电流密度、电阻、欧姆定律 阳极、阴极、经济、临界。 R= V=IR=I = PL+ b 、金属的冶炼方法（按金属活动顺序表）,2.3、 大型槽技术参数,1、一般参数 设定电压： 4.04.15； 氧化铝浓度：1.53.5%； 槽 温： 930950 ； 分子比： 2.32.4； 铝水平： 1820cm； 电解质水平：2022cm;

5、 效应系数： 0.30.08次/槽.日。,2、 工艺技术(条件)的演变与进步 三低一高 五低一高 (三窄) V CR t AO AE i阳 CR t AO L（V）,低槽电压： 3.803.88V 低分子比： 2.22.3 低过热度： 10 左右 低氧化铝浓度： 1.82.5 低阳极效应系数：0.02 高电流密度： 0.83A/cm2 窄物料平衡工作区 窄热平衡工作区 窄磁流体稳定性调节区,平衡、稳定,2.4、 阳极效应与效应管理 一、阳极效应 定义：阳极效应(简称效应)是熔盐电解过程中发生在阳极上的一种气膜放电的特殊现象。 1、阳极效应发生时的外观现象： (1)火眼冒出的火苗颜色由蓝色变紫进

6、而变黄； (2)电解质与阳极接触周边有弧光放电，并伴有劈啪响声，阳极四周的电解质停止沸腾； (3).槽电压急剧升高到30伏左右，效应信号灯亮； (4).发生阳极效应时阳极气体二氧化碳降至20左右， 一氧化碳升到60左右， 另有20左右全氟化碳PFCs （CF4 520 C2F6 1 ) ； (5).槽电压噪声频率增大。 先从局部发生，前奏诱发，再到全槽。,2、阳极效应对生产的危害 1）浪费大量的电能；（300kA1000-1200kwh）； 2）增加氟化盐的挥发损失, 加大了物料消耗； 3）效应多发频发，系列电流会降低，影响系列电流的稳定性； 4）增大了环境污染； 当Al2O3浓度小于1时，电

7、解质就与阳极碳发生反应： Na3AlF6+3/4C=Al + 3/4CF4+ 3NaF Na3AlF6+3/4C+3/2CO2=1/2Al2O3+3/4CF4+ 3NaF+3/2CO Na3AlF6+ C =Al+ 1/2C2F6+ 3NaF PFCCF4 + C2F6 6500或9200CO2 具有：大气存留时间长; 吸收红外辐射能力强。 5）高热量提高了槽温，降低了电流效率； 6)增加了工人的劳动强度；,效应的评述分析 阳极效应的危害是明显的，因此，低(零）效应管理技术已成为大型槽新的管理理念，先进铝电解槽阳极效应控制在0.03（0.08）以下。 为降低电耗，减少污染，还应控制好效应持续时

8、间（1min），效应熄灭操作亦是现场管理人员的重要技能之一。 3、阳极效应产生的原因 ： 氧化铝浓度低；槽温（过热度）过低。 达到临界电流密度。 控制好铝电解槽的物料与能量的平衡，可有利减少阳极效应。,4、 AE与临界电流密度：根本原因 （1）定义：给定电解条件下，电解槽发生阳极效应的阳极电流密度表示电解质熔体发生AE的能力，临界电流密度越高，AE越不容易发生。 （2）影响临界电流密度的因素： 氧化铝浓度：ccd=0.43.AO%; 过热度：随之升高（传质）； 电解质成分（粘度）； 阳极材料与形状。,5、适当阳极效应（对病槽）的可利用之处： 1).消除炉底沉淀,洁净电解液(排出碳渣) 发生效应

9、时,电解质对碳的湿润性不良,混入电解质中的碳渣可良好分离出来；效应时产生的大量热量可以熔化部分炉底沉淀。 启动初期的电解槽：适当（早、多）的阳极效应有利提高槽底温度，防止炉底结壳；并有利炭渣的打捞。 2)清理阳极底掌, 规整槽膛。 当阳极底掌出现局部消耗不良,效应时,可在突出部分产生强烈电弧使之迅速烧掉,使阳极底掌平整；效应期间产生的高热量，可使局部突出的伸腿熔化,使炉膛规整。 3）调整槽子的热平衡 4）发生效应的各种数据，可提供槽子运行状态的信息, 作为了解槽况及AL203投入量的依据。 VAE15v；VAE35v；AE早发、频发； AE迟发、少发,6、阳极效应的机理 发生阳极效应的内在原因

10、是电解质中缺氧化铝，电解质的性质发生了变化，外在原因是阳极气体排出困难，它与氧化铝浓度、电解质的过热度、阳极电流密度有关。其发生机理有： 湿润性理论：当氧化铝浓度低时，电解液对阳极的湿润性变坏，阳极气泡难排而聚成气膜层，造成槽电压升高，电弧产生，从而发生阳极效应。 氟离子放电理论：当氧化铝浓度低于1%时氟离子与氧离子共同放电，阳极被钝化，阳极气体大量聚集，引发阳极效应（有20左右CF4)。 静电吸引理论：氧化铝浓度高时电解质气泡带正电荷，反之带负电荷而被阳极吸引，从而引起阳极效应。 综合理论。一、二种理论的综合理论。 AO低，F离子放电，使阳极钝化，同时电解质对阳极的湿润性变差，使气体难排，形

11、成气膜，放电发生阳极效应。,二、阳极效应管理 1、几种非正常阳极效应及参考处理办法 1）暗淡效应：槽电压较低，1020伏。一般是槽温高，电解质不干净，极距过低。适当提高极距；适当加冰晶石降温；待炭渣分离捞出后熄灭或20v以上时正常熄灭。 2）闪烁效应：槽压高且摆。一般是槽膛不规整、阳极长包，或槽温低、极距低、槽底有结壳。抬高极距，加冰晶石并提高槽温；扎空处槽帮，必要时加铝水；待槽压稳定、温度提高后熄灭。 3）瞬时效应：刚发生即自动回去，并反复出现。一般是槽温低或两水平低，沉淀多，或系列降电流、停电恢复后抬高阳极，稳定电压，待提高温度后熄灭。 提前效应 正常效应 滞后效应 难灭效应,2、熄灭阳极

12、效应的作业 熄灭阳极效应：向槽中补充物料，阴阳极局部瞬间短路而驱赶阳极气泡 （插木棒、通气、自动升降阳极），使阳极恢复正常工作。 大型中心下料预焙槽，计算机兼有自动熄灭效应的程序，可通过效应加工、升降阳极的操作自动熄灭效应；人工熄灭效应是采用效应加工后向阳极下插入木棒，木棒插入高温电解质中产生气泡,赶走阳极底面上的滞气层,使阳极得到净化恢复正常工作。 熄灭阳极效应的作业的质量控制点:控制效应持续时间 从效应发生到熄灭的时间间隔称为效应持续时间,即计算机检出时间、效应加工时间和熄灭操作的最少时间之和， 一般在35分钟（可望缩短到1分钟左右）。 准备充分；方法得当。,3、新启动槽的阳极效应管理 特

13、点：无电解质结壳，散热面大，散热量较大；内衬吸热多, 电解质分子比高,其初晶温度高,槽温高； 现象： 炉底容易出现过冷，易形成畸形炉膛；阴极内衬出现裂纹、爆层、起坑等危害,导致电解槽早期破损。 要求：新启动槽前期必须保持足够的炉底温度，适当增大效应系数,通过效应产生的高热量使炉底沉淀及时熔化掉,保持炉底干净 。 启动后效应一般要求： 第一个效应在启动后8h尽量发生 15天内为1.01.2次/槽日； 1545天内为1.0次/槽日， 45天以后逐渐到正常控制。 阳极效应是衡量电解槽热平衡和物料平衡的重要参数。,2.5、槽电压管理 一、 电压管理基本概念： 现代大型槽的电压管理 一般由计算机按照设定

14、电压及应用程序自动执行。 V = aL+ b 采信号算电阻-分为效应、坏、正常-平滑处理排除干扰 实电阻 R实=（V平-E）/I平 平滑处理 R设定折合 R实 R设 折 降阳极 R实 R设 折 升阳极 电压管理是电解槽能量平衡的主要管理，其实质是增、减极距的槽电阻管理“过热度”调节的主要手段。,二、工作电压的组成 VNET=V阳+V极化+V电解质+V阴+V周母 V阳=330350mv，炭块、导杆钢爪、焊接、组装、卡具压接； V极化=1700mv， 霍尔法基本不变； V电解质=14701500mv，成分、过热度、极距； V阴=350380mv， 与槽龄、阴极材料、组装有关，短期不变； V周母=1

15、80200mv， 设计建成后不变。 =4.004.13v V平=V阳+V质+V极化+V阴+V周母+VAE+V公用母 黑电压 VAE= = 0.0200.060v 例：某系列，槽平均工作电压4.10v，平均效应系数0.3次/槽日，平均效应电压29.0v,效应持续时间5分钟，其效应分摊电压多少？ 解： VAE= 0.026（v),三、设定电压的调整 （p74） 根据热平衡需要 1、上调情况: 槽子热量不足，效应多发或早发； 质水平连续下降，需要投料 ； 槽帮变厚，炉底出现沉淀结壳； 发生针振300mv； 铝水超过基准值10mm以上； 8小时内更换两组阳极； 系列停电恢复送电后； 出现病槽,2、下调情况: 槽子热量过剩，效应迟发少发； 电解质水平连续在上限之上， 投入物料已熔化，无须再补充热量； 针振消失后； 炉底沉淀、结壳消除； 病槽好转。