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1、目 录,绪 论 了解大型槽，认识大型槽 大型中间下料预焙槽的技术特点及管理思路 第一章铝的性质和用途 第二章铝电解的基本理论知识 第三章 铝电解所用物料及能源 第四章 大型预焙铝电解槽构造 第五章 铝电解槽的预热与启动 第六章 铝电解槽主要操作 第七章 铝电解槽非正常期生产管理 第八章 铝电解槽正常生产管理 第九章 铝电解生产的计算机控制 第十章 病槽及防治 第十一章电解生产的电流效率 第十二章 电解生产的电能消耗与能量平衡 第十三章 铝电解生产中的常规测量 第十四章 铝电解槽阴极破损及对策 第十五章 铝电解烟气净化及原料输送,绪论：了解大型槽，认识大型槽（一）,四代槽型： 1、小预焙槽； 2
2、、自焙槽； 3、中型边部加工预焙槽； 4、大型预焙阳极铝电解槽。 一、系列电流大 80kA 80160kA 200400kA（80）大型槽（500kA、600kA） 1、输入热量多 Q=k I2Rt 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） 小槽怕冷，大槽怕热。 2、磁场力大 F= BIL 减小磁力影响 (优化母线配置、保持规整槽膛 减少水平电流、 较高铝水平增加导体惯量 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
3、区选下料点、 低AO浓度工艺、 勤加工，少下料、 定期清理积料） 2、边部不加工 （ 侧部热、炉帮易空） 保持完好的炉帮。 （加强侧部散热 、适当加工边部） 避免热冲击，减少热振荡； 实现零效应管理。,绪论：了解大型槽，认识大型槽（三）,三、阳极使用多块预焙炭块（24 28 40 20*2 48) 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, ） 2、散热面增大（ 阳极高矮不等，增大散热面2530% ，上部散热约占5055 ） 重视壳面保温 1318cm 1cmAO = 6090mv电能,河南铝工业（2006）,2006：氧化铝520（37
4、.9）：电解铝210（22.5） 2007：氧化铝750（38.5）：电解铝306（24.4）,我国电解铝发展状况高空发展，产能疯扩,客观认识我国铝工业的发展：,我国铝产量占世界的比重,二高一资产业 正视责任与义务,第一章 铝的性质和用途,1.1 自然界的铝 铝是自然界分布极广，含量极丰富的金属元素，地壳总含量7.35%(8.2%) ， 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种仅占1.96%） 性质极为活泼 、 无元素态单质金属铝（ 250多种矿物，硅酸盐族类,风化成为粘土） 1746年Pot
5、t从明矾制取了纯的氧化铝，并被命名为Aluminia（氧化铝），这是由于它是从alum（明矾）中提取出来的。1807年，英国H.达维试图用电解法从氧化铝中分析出金属，他将此种拟想中的金属称为Aluminium，此后铝即沿用此名。 可提取铝的矿石：铝土矿、明矾石、霞石、蓝晶石等。,1.2 金属基本分类,91天然元素 非金属18 金属73种 金属 非金属 O2 Cl2 N2 F2 B P Br I C 黑色金属 Fe Mn Cr 有色金属 轻金属 Al Mg Na K 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 Ge锗 Se硒 Te碲
6、 铝 轻有色金属,1.3 铝的主要特性 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 ）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 ， 熔点 659 ； 沸点 2467 ； 硬度为 3； 导电系数 3637 10-41 cm-1(为银的36.1）， 导热系数 2.08 J/cm.s., 熔化热386.6J/g 液固收缩率6.6% ，线膨胀系数 2.410-5/ ， 电化当量 0.3356 g/A.h 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
7、济,主要性质与用途, 比重轻 是 Cu的三分之一 航空、航天、交通 导电性优良 为同重铜的1.6倍 电力 良好的导热反光性 热交换、反光、炊具 延展性好、可机加性强 机械制造业 良好的防腐性、无毒 建材、装饰、食品包装 非磁性能 精密（航海）仪器 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 易于其他金属组成各种成分的合金 铸造业、汽车工业 再生利用率好 为产量的2025% 成本仅5% 广泛应用于：124产业：11391 电力、冶金、轻工、化工、航天、机械、建筑、食品 硬度低、弹性小、与铜有电化学腐蚀。,第二章 铝电解基本理论知识,2.1 铝电解基本原理 2.1.1
8、炼铝业发展史 化学法：18251888 1825年丹麦H.C.Oersted(厄尔施泰）用钾汞齐还原(AlCl3)法K、Na（NaCl.AlCl3 )、1865 俄.别克托夫提出，德工厂应用Mg还原冰晶石生产。化学法约生产200吨。 电解法：1854年德.本生（Bunsen)法.德维尔（Deville）电解氯化铝氯化钠络盐 1867发明发电机 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 霍尔（H-H）电解法 1888美匹兹堡两台610 400 510，1.71.8
9、kA ，16v 23kg/2， 效率79 年产88.5t，电耗约30000kwh/t。,2.1.2 基础理论回顾 物质组成与变化物理与化学变化； 克原子、克分子 、摩尔 、 化学当量、 克当量； 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、电极电位； 1摩尔任何物质都含有6.02205l023个分子，这一常数称作 阿佛加德罗常数； 两类导体、 直线方程（y=ax+b)； 溶液-溶质、溶剂、溶（熔）液、浓度溶质量溶液量。 物质状态三（七）态（相）（气、液、固、等离子、超固、反物质、辐射场） 热传递（传导、对流、辐射）,炭阳极的UFj=1.11.2v（惰性2.12.2v
10、） ; Uguo=0.50.6v ; Ujh=1.7v 部分金属离子电位排序与铝比较: 负于铝的元素Mg Na Ca K Li 正于铝的元素Fe Si Zn Cu Mn,2.1.3 电解炼铝的基本工艺过程（霍尔电解法） 铝土矿 氢氧化铝 氧化铝 电解铝（液铝） 铝锭 基本原理的描述： 固体氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，当通入直流电后，在两极发生电化学反应，阳极上得到气态物质，阴极上得到液体铝。其过程为： 溶解的氧化铝 铝液（阴极） 气态物质（阳极： C+O= CO2和CO） 反应式： Al2O3（溶解）+1.5C 2Al（液态）+1.5CO2 （气态）,拜尔法,烧结、联合法,焙 烧,熔于冰晶石
11、,直流电 高温,铸 锭,直 流 电（950）,直流电,电解铝生产流程简图,2.1.4 现代铝工业的发展与技术进步 1、电解质的化学性质：传统改良（低分之比、其他体系）； 2、槽结构与工艺技术：氧化铝加料技术；窄加工面技术；单围栏槽壳技术；阳极整体提升技术； 3、计算机控制技术的广泛应用高度自动化、机械化； 4、改进了烟气净化和氧化铝输送技术达标排放； 5、提高了阳极、阴极质量降耗（400kwh），延寿（3000d）； 6、电磁场实现模拟计算：多点进电、非对称性母线配置，大容量化。 7、新材料的应用：高石墨质、全石墨化、可湿润阴极，碳化硅侧块，防渗料，,2.2 铝电解质及其性质 冰晶石成分的表示
12、： 分子比 (中、俄） Na3AlF6=3NaF.AlF3 重量比 （北美、日本） 过量（游离）AlF3 (西欧) 冰晶石的分子（摩尔）比 电解质（冰晶石）的分子比 重量比 2 37.5f/(100+1.5f) CR3 碱性电解质（冰晶石） CR=3 中性电解质（正冰晶石） CR3 酸性电解质（冰晶石）,冰晶石为离子化合物， 可离解为：Na+、AlF63、 AlF4、F 等。,过量氟化铝与分之比 CR 37.5f/(100+1.5f) 过量氟化铝 5 8 9.09% 10 11 12.7 分 子 比 2.65 2.46 2.40 2.35 2.29 2.20,Grjotheim的电解质分类,N
13、a3AlF6 :正冰晶石；Na5Al3F14:亚冰晶石；NaAlF4:单冰晶石。,NaFAlF3二元系,NaFAlF3二元系相图,冰晶石,液相L,固相,固液,NaFNa3AlF6,NaF+L,Na3AlF6 +L,生成亚冰晶石的包晶反应点,固液,沸点曲线,固相,固相,在 AlF3 的摩尔分数为 0.250.46时，电解质的初晶温度随着AlF3含量的增加而降低，但是AlF3的摩尔分数在0.250.33，即分子比为 3.02.0时，电解质初晶温度随AlF3的摩尔分数的变化率(斜率)相对较小，这意味着电解质分子比的变化对电解质的初晶温度变化的影响相对较小。而分子比在2.01.5 时，电解质初晶温度随
14、分子比变化较大，意味着电解质分子比的微小变化将会使电解质初晶温度发生很大的改变，这对铝电解生产是极其不利 ；分子比在1.51.2时，电解质的分子比变化对初晶温度变化的影响较小，即电解质初晶温度的稳定性较好，低温电解在理论上是可行的。,2.2.1 初晶温度（开始结晶）= 熔点 1010 工业电解质：冰晶石（2.32.4）+氧化铝（14%）+氟化镁（45%）+氟化钙（34%）930 添加剂影响： 氟化铝 氟化钙 氟化镁 氟化锂 氧化铝 1% 降温 2-3 3-4 5- 6 8-10 4-5 电解质的成分不同，其初晶温度不同。 电解温度初晶温度+ 过热度（1015） 较低为好 （1520 ） 2.2
15、.2 密 度:单位体积所含物质的质量 单位：g/cm3 9001000 d铝 = 2.3g/cm3 d电解质= 2.1g/cm3 相差约 10% d冰晶石= 3.0350.83210-3 t (1000 2.221）g/cm3 温度；成分。 较低为好与铝有较大的密度差,2.2.3导电度 物体导电能力的物理量。导电率、比电导 -1.m -1 纯冰晶石电导率2.8 0.02（工业电解质2.132.22）/ cm 影响因素： 温度 氧化铝 电解质含炭 添加剂 增 增 0.6% 10% LiF 增 k=2.76-5.00210-2+1.32110-4 2 (为氧化铝浓度） 越大越好 2.2.4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（熔）粘度2.810-3 pa.s 粘度过大-流动性差、气体难排、电阻大、氧化铝溶解
