铝电解工理论知识复习资料

39、出铝前，电解槽容易发生阳极效应的原因是氧化铝的溶解度和溶解速度降低。 （ × ）\40、启动初期容易造成分子比降低，原因是氟化铝挥发损失所造成。（ × ） （1

、四简

）述

简影

响

答电

题流

效& 率

R) 的

主

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b! 因

素

M: ？

' h# O$ d6 h, S$ n' h7 r$ a; i/ h f- m C

电解质温度，氧化铝浓度，添加剂，分子比，极距，阴极电流密度，槽龄，阳极效应系数，电解质内杂质含量，两水平2

、

。简

述

% 压

槽

H; 是

什

a. 么

原

\\/ 因

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b0 成

的

m; ？

( E8 E# q3 r9 I\^) O R

槽膛内型、电解槽内沉淀的分布、电解槽内的结壳、铝水平低和电压低。% F0 c2 w9 \\9 z 3、简述电解槽焙烧的目的？

使阴极底部炭块和侧部炭块烧成一个整体、排除内衬中含有的水分、均匀升高内衬温度。: E( X# b' f1 S2 i k 4、低分子比生产有什么好处？（1）电解质的初晶温度低，可降低电解温度；（2）钠离子（Na＋）在阴极上放电的可能性小；（3）电解质的密度和粘度有所降低，使电解质的流动性较好，并有利于金属铝从电解质中析出；（4）电解质同炭素和铝液界面上的表面张力增大，有助于炭粒从电解质中分离和减少铝在电解质中的溶解度；（5）炉面上的电解质结5

、

壳减

少

炭松阳

极

软消

耗

，的

途

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有

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些

？加$ a\工v+ 操v6 C9 作G3 |, 。 b

（1）提高电流效率；（2）提高炭素材料机械强度及抗氧化性能，减少氧化及掉块；（3）保持阳极工作正常，防止阳极过热，封好阳极保温料，防止电解质上面的阳极与空气接触，减少氧化；（4）加强对阳极的检查，防止过厚的阳极就换掉，保证阳极使用周期；在保证不涮爪头、不露大饼的条件下延长阳极使用周期。. g; G! u; G5 e; i! g 6

、

什

么

叫

压

槽

？

压

槽

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？

\\\C: ~7 G5 c, ]6 k- D8 r

因极距保持过低，导致电解质不沸腾，或因炉膛不规整而导致阳极接触炉底沉淀或侧部炉帮的现象称为压槽。压槽的处理方法：（1）如果是极距过低造成，只须把极距抬到正常或比正常稍微偏高即可；（2）若不是因极距过低引起的压槽，应首先把阳极抬高，离开沉淀结壳或炉帮；（3）为使槽子尽快转入正常，可适当提高铝水平和电解质水平；（4）为防止出现压槽，可在出铝前扒沉淀，用钎子捅结壳等。压槽一般都出现在出铝后或出铝时，此时要特别注意。 7

、

砂

状

Al2O3

有

哪

些

优

点

？

' [) }; ]% A6 H

砂状氧化铝的优点，主要表现在其良好的流动性、溶解性、不挥发性和吸附氟化氢性，这对铝电解生产极为有利。 8、写出铝电解槽的阴极和阳极的电化学反应方程式及总反应式？在阳极上： 3O2-（络合的）+ 1.5C－6e → 1.5CO2

在

阴

极

上

：

2Al3+

（

络

合

的

）

+

6e

→

2Al

总反应式：2Al2O3 + 3C = 4Al + 3CO2

9、铝电解的生产原理是什么？画出工艺流程简图？铝电解的生产原理是采用氧化铝－冰晶石融盐电解法，它是以冰晶石作为熔剂，氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，使阴阳极发生电化学反应。电解产物，阴极上是铝液，阳极上是

气

体

。

这

种

方

法

就

是

电

解

法

炼

铝

。

3 q. y( d. p6 F& h/ g% I

化学反应方程式： 2 Al2O3＋3 C＝4 Al＋3 CO25 C# g% @) W. A8 C S2 工艺流程简图为： l; g S* A

10、电流效率降低的原因是什么？其本质和主要原因是什么？- h% e, r* h) G 引起电流效率降低的因素很多，归纳起来，不外乎下列四种：0 \\( Y& R\e! m, ]0 H, l5 {' g% @ （1）铝的溶解和再氧化损失；（2）其它离子放电，主要是指钠的析出；（3）电流空耗，包括高价铝离子与低价铝离子的循环转换、阴阳极短路和漏电、电子导电等；（4）其它损失，包括槽内生成Al4C3、熔盐中水分和杂质的电解、出铝和铸造过程中的铝损失等。在这些因素中，最主要的是铝的溶解与损失。: W* N) \\. b2 h: r 11

、

什

么

叫

“

铝

的

二

次

反

应

”

，

写

出

反

应

式

？

“铝的二次反应”是指槽内阴极上已经析出的铝水，一部分又溶解到电解质中，经扩散和转移到阳极附近，被阳极气体氧化所造成的铝损失，称为铝的溶解与损失即“铝的二次反应”，这是电流效率降低的本质与主要原因。其反应式为：5 i! [+ C8 2Al（

溶

解

的

）

＋

3CO2

_/ （

气

）

＝

Al2

O3

（

溶

}! 解

的

）

＋3

CO

（

气

p ）

12、目前世界铝电解槽工业发展的方向是什么？答：目前世界铝电解槽的发展方向，是向着大型化、高效化、节能化、环

保

化

、

自

动

化

的

现

代

化

预

焙

槽

方

向

发

展

。

13、什么叫电解质的“过热度”？一般保持多高？炭渣对过热度有何危害？答：电解质的“过热度”，是指电解质的实际温度减去初晶温度的差值，即：过热度＝电解质温度－初晶温度。一般“过热度”应保持在10～20℃。 14、什么是极距，有什么作用？极距是指阳极底掌到阴极铝液镜面之间的距离，它既是电解过程中的电化学反应区域，又是维持电解温度的热源中心，对电流效率和电解温度有直接影响，增大极距能减少铝损失，提高电流效率。缩短极距可降低电压，节省电能，但过低极距会造成铝的损失增加，降低电流效率。8 {$ @6 S# @# r\E( F# X; V: | 15、AL2O3

原料中杂质对电解生产有什么危害？% w; g6 o- j3 d8 d& ~* p& `

工业氧化铝中杂质主要是SiO2、Fe2O3、Na2O、CaO和H2O对电解均有不利影响。电位正于铝元素的氧化物杂质，如SiO2、Fe2O3在氟化盐中溶解时，其Si、Fe离子先入铝离子在阴极上放电析出，影响铝的质量，CaO与H2O与氟化盐反应，分解了价高的氟化盐。使氟化盐消耗增大，另外，CaO会造成电解质中CaF2实集偏高，H2O会造成铝中氢含

量

升

高

。

. [. B3 w3 h6 J9 u0 X7 P

16、铝电解通入直流电的目的是什么？铝电解通入直流电，一方面是利用它的热能将水晶石熔化或熔融状态，并保持一定的电解质温度；另一方面主要的也是在两极实现电化学反应，也就是电解质中铝离子从阴极得到电子而析出，从而得到铝，阴离子则在阳极上放大，与碳生成CO、CO2的混合气体。 （

五

）

计

算

题

5 K# m\|& J2 u& d; G

1、某系列电解槽原电解电流240000安培，槽工作电压为4.150伏，如果降低电解电流8000安培，求该槽工作电压降低多少伏？（ 该槽反电动势为1.600伏，计算保留三位小数）

解：设降低电解电流8000安培后，槽工作电压为XV，则有：. G7 u7 R* U% |5 g# Q V/I=R,槽电阻不变，那么：（4.15-1.6）/240000=（X-1.6）/（240000-8000）

解得：X=4.065V，工作电压降低值为：4.15-4.065=0.085V1 ^& ^6 Z$ T* h: U/ t( [ 2、某系列生产槽160台，效应系数0.15次/台.日，系列电流强度200000安培，槽平均效应电压升高35伏，问每年（365天）应发生阳极效应比正常生产多消耗多少直流电？（每次效应持续3分钟计算保留整数）解：依据题意有：

II=200000A=200KA;U=160×0.15×35=840V;t=（3×365）/60=18.25h, {; B) I/ }' ~: {0 b

根据公式：W=IUt=200×840×18.25=3066000kWh答：每年发生阳极效应比正常生产多消耗3066000kWh直流电。) w! B7 V! E; C\N

3、电流强度为280000安培的某个电解系列，正常生产电解槽有252台，电流效率为93.30%，若阳极效应系数由0.25次/槽.日降到0.15次/槽.日，问该系列全年可节约多少电？吨铝成本因降低阳极效应系数节电而下降多少元？（已知电价为0.40元/kWh,效应电压为35伏，电解槽工作电压为4.15伏，效应时间为3分钟, 计算结果精确到小数点后面一位数。） 解

：

已

知

效

应电

压

升

高：

U

=

35

－

4.15

=

30.85（

伏

）

,

I = 280000A=280KA, t =3分钟 = 3/60小时 = 0.05小时，\`$ X7 b6 K) F) L# i! _8 P# a 则

发

生

一

个

阳

极

效

应

消

耗

电

能

：

W = UIt = 30.85×280×0.05 = 431.9（kWh），全系列每天少发生效应数为: n=

252×（0.25－0.15）=

25.2（个），全年全系列可

kWh

节电：

W年 = 25.2×365×431.9 = 3972616.2（kWh）= 397.3万397.3 ×0.4＝158.9（万元） 折

合

吨

铝

节

约

折合节约电费:

成本：

158.9÷（0.3356×280000×93.3%×24×365×252×10-6×10-4）=8.2（元） $ U5 A4 B# L: U1 W0 o' o5 _2 G 答：该系列全年可节约397.3万kWh的电能, 吨铝成本因降低阳极效应系数节电而下降8.2元。8 e) @! f0 G. P ^) V3 F 4、某电解厂电流效率在93.30%时测定阳极气体中含CO2为75.6%，电流效率在94.30%时测定阳极气体中含CO2为77.6%，假设阳极气体中全为 CO2和CO ，则问电流效率由93.30%提高到94.30%时，理论上吨铝炭耗应节约多少公斤？ 解

：

（

1

）

先

假+

设

生

成 3C

的

阳

极 =

：气

体

均

为

CO +

则

有

： 3CO 2×27

Al2O3 3×12 X1 ： 1

∴

X1=

2Al

×1 = 0.666（吨炭）=666公斤# l* C2 X. q) x: L$ `

（2）再假设生成的阳极气体均为2Al2O3 3×12 X2

：

1/ [3 + 3C =

：

|3 CO2 则有：' L; }) H1 c4 h

4Al

H1 U- T# M4 + 3CO2

4×27 H

∴ X2 = ×1 = 0.333（吨炭）=333公斤 （3）当阳极气体中组成为

75.6% CO2、24.4% CO时，生产 一吨原铝消耗炭为：

333×75.6%+666×24.4%=414（公斤）；当阳极气体中组成为77.6% CO2、22.4% CO时，生产 一吨原铝消耗炭

为:333×77.6%＋666×22.4%＝408（公斤）。也就是说，电流效率由93.3%提高到94.3%时，理论上吨铝炭耗应节约：414－408=6（公斤）。

答：电流效率由93.30%提高到94.30%时，理论上吨铝炭耗应节约6公斤。; d3 S1 I. Q& o$ v5 p7 ?# X 5、某厂2005年正常生产有电解槽168台，电流强度为200000安培，电流效率为93％，2006年有正常生产电解槽253台，电流强度为210000安培，电流效率为93.5％，问该厂2006年比2005年铝产量提高多少吨？

解：（1）2005年某厂铝产量为：M1＝0.3356Iηt＝0.3356×93％×200000×24×168×365×10－6＝91864.619（吨）。 （2）2006年某厂铝产量为：M2＝0.3356Iη t＝0.3356×93.5％×210000×24×253×365×10－6＝146041.77（吨）。; u. r6 （3）某厂2006年比2005年铝产量提高为：M2－M1＝146041.77－91864.619＝54177（吨） 答：某厂

2006

年比

2005

年铝产量提高

54177

吨。\M( j+ E; G/ }+ C; r

6、某系列电流强度为200000安培，有200台工作电解槽，若电解效率由92%提高到93%，问每年（365天）可增加原铝多少吨？

解：M1=0.3356 I t×η1×10-6 M2=0.3356 I tη210-6

△M=M2-M1\]* ^% b4 G7 R. P. s) P

=0.3356×24×365×200×200000 (93%-92%)×10-6=1175.942吨。答：该系列每年可增加原铝1175.942吨。$ m# h+ ^/ q% A5 G! e0 H

7、今有一电解槽，液体电解质为8000Kg，成份为CaF25%，Al2O35%，需将分子比从2.7（质量比1.35）降到2.6（质量

比

1.3

）

，

计

算

需

加

入

的

AlF3

的

量

。

4 h\k+ `) V\i M+ @

解：电解质中冰晶石的量为：8000×(1-5%-5%)=7200Kg， 则= 答

：

需

加

入

AlF32.7-2.6加

的）入

量：

Q

AlF3=[2P（2+2.7

。）

K1-K2

）g) ]/[K2b9 z3 （^& Z\2+K1）~: P* G. ]) ?% U% m t L4 q$ B* K( ] w _ a

[2×7200×（：

需

]/[2.6×（]=118Kg' 3 m( AlF3118Kg

8、某厂有一260台槽的电解系列，年平均工作槽数是253个槽，年平均供电电流是155kA，系列槽平均电压4.2V, 年平均电流效率92.5%，若采取措施降低平均电压100mv，提电流效率1%，则全年可多生产原铝多少吨？全年可节约用电多少

kWh?

解：（1）全年多生产原铝量：M=0.3356Itη△×10-6=0.3356×155000×253×24×365×1%×10-6=1152.865吨；9 h! O( c/ l0 E5 （

2

）

吨

铝

节

约

电

能

：

`3 Q1=V1/(0.3356×η1)

（

3（

）

年吨

=4.2/(0.3356×92.5%)=13529.6kWh产）原

铝。

量

d ；

Q2=V2/(0.3356×η2) =4.1/(0.3356×93.5%)=13066.2kWh;:M1=0.3356Iηt×10-M2=0.3356Iηt×10-

6=0.3356×155000×253×24×365×92.5%×10-6=106639.969

6=0.3356×155000×253×24×365×93.5%×10-6=107792.834（4）全年节约用电=M1Q1－M2Q2=13529.6×106639.969－13066.2×107792.834=34353397kWh. r\D; Y0 h. p% o0 m# T' e