1、早節2鋁電解原材料及能源課時12課時教 學 方 法教學目標：1、要求學生掌握氧化鋁的制作方法。2、掌握氟化鹽的生產方法。3、掌握預焙陽極的簡單制作和組裝4、了解鋁電解中直流電是如何獲得的教學內容:鋁電解用的原材料大致分三類：原料一一氧化鋁；熔劑一一氟化鹽（包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰等）；陽極材料炭塊（預焙槽）。2.1氧化鋁氧化鋁是一種白色粉狀物，熔點為2050C，沸點為3000C，真密度為3.5-3.6g/cm 3,容積比重為1 g/cm3。它的流動性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是鋁電解生產的主要原材料。氧化鋁在電解生產中的作用是：a.不斷地補充電解質中的鋁

2、離子，使其濃度保持在一定的范圍內，保證電解生產的持續進行；b.氧化鋁覆蓋在電解質殼面上可以起到良好的保溫作用，覆蓋在陽極炭塊上防止陽極氧化；c.在煙氣干法凈化系統中充當吸附劑，用來吸附電解煙氣中的氟化氫（HF氣體。根據氧化鋁的物理性能不同，可分為三類：砂狀、粉狀和中間狀。因為砂狀氧化鋁具有流動性好，溶解快，對氟化氫氣體吸附能力強等優點，正好滿足預焙槽的生產。生產一噸鋁所需要氧化鋁，從理論上計算為1889公斤，實際上由于氧化鋁不純及運輸，加工時的損失，生產一噸鋁實際需要氧化鋁約19251940公斤氧化鋁。2.1.1氧化鋁的獲得拜耳法和燒結法。2.1.2氧化鋁的物理性質a.具有較小的吸水性，在電解

3、質中溶解性好;b粒度適宜，加料時飛揚損失少，能嚴密地覆蓋在陽極炭塊上，防止陽極在空氣中氧化;c.保溫性能好，活性大，從而能有效地吸收 HF氣體。d.安息角：3538°。2.1.3氧化鋁的化學純度在化學純度方面，要求氧化鋁中雜質含量和水份要低。因為氧化鋁中那些電位正于鋁元素的氧化物，例如 SiO2（二氧化硅）和Fe2O3氧化鐵），在電解過程中會被鋁還原，或者優先于鋁離子在陰極析出。析出的硅、鐵，進入鋁內,降低鋁的品位，而那些電位負于鋁元素的氧化物，如Na2O CaO（氧化鈣）會分解冰晶石，一是引起氟化鹽消耗，二是增加鋁中的氫含量，三是產生氟化氫氣體，污染環境。P203（五氧化二磷）會影

4、響電流效率。2.2氟化鹽2.2.1鋁電解用氟化鹽的種類及其性質鋁電解生產中所用氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有一些用來調整和改善電解質性質的添加劑，如：氟化鎂、氟化鋰、氟化鈣、氟化鈉。2.2.1.1 冰晶石冰晶石分天然和人造兩種，由于天然冰晶石在自然界中儲量很少，不能滿足工業之用，故鋁工業均用人造冰晶石。冰晶石分子式為Na3AIF6,或寫成為3NaF AIF3。2.2.1.2 氟化鈣目前國內外生產冰晶石主要有以下幾種工藝:60%的氫氟酸與氫氧化鋁反應后再加入純堿而制得。氟化鈣分子式為CaF2,其俗名為螢石粉，是一種經過精選品位很高的天 然礦物質。在正常的鋁電解生產中，往電解質中添加一定數量的

5、氟化鈣能降 低電解質的熔點，多被用于電解槽啟動前裝爐，其作用是對爐幫形成有好處, 可形成比較堅固的爐幫。221.3 氟化鈉氟化鈉的分子式為NaF,是一種白色粉末，易溶于水。是鋁電解質的一 種添加劑，用以調整由于新槽的炭素內襯選擇性吸收鈉鹽及裝爐時裝入大量 低分子比冰晶石所造成的分子比下降。 一般由于新槽開動也用碳酸鈉（曹達） 代替氟化鈉，這樣更加經濟且能加速電解質的沸騰與循環，有助于電解質成 份均勻。2.2.1.4 氟化鋰氟化鋰分子式為LiF，是鋁電解生產的一種良好的添加劑，它可以降低 電解質的初晶溫度，增加電解質的導電度，改善電解質的性質，比氟化鎂、氟化鈣效果更顯著，但氟化鋰比較昂貴，鋁電解

6、廠有時用碳酸鋰（Li2CO3）代替氟化鋰，降低成本。2.2.2鋁用氟化鹽的生產方法 2.2.2.1冰晶石生產方法氫氟酸法：可分干法和濕法 干法是將氣態氫氟酸在 400700 °C和氫氧化鋁反應，生成氟鋁酸（H3AIF6），然后用純堿在高溫反應而生成。 濕法是將40氟硅酸法：可分氟化銨中間產物和氟硅酸鈉中間產物法，前者系氟硅酸與氨水氨化后再與鋁酸鈉反應而生成。后者是將磷肥生產中的含氟廢氣經回收氟硅酸鈉后，再經氨化合成等工序而制得。碳酸化法：在鋁酸鈉及氟化鈉溶液中，通以二氧化碳，亦可制得冰晶石。制鋁工業回收法：從煉鋁生產的廢氣中回收的稀氫氟酸與鋁酸鈉反應可回收冰晶石。堿法：將純堿、熒石、

7、硅砂經焙燒、粉碎、浸取后與硫酸鋁反應而得，工業上很少采用。222.2氟化鋁生產方法氟化鋁，Aluminum fluoride分子式：AIF3分子量：83.98性狀:白色晶體或粉末。25 C時的相對密度2.882，微溶于水、酸及堿溶液，不溶于大部分有機溶劑，在氫氟酸溶液中有較大的溶解度。無水氟化鋁性質非常穩定；與液氨甚至與濃硫酸加熱至發煙仍不起反應， 與氫氧化鉀共熔無變化,也不被氫氣還原，加熱不分解，但升華，升華溫度1291 r。在300400C下可被水蒸氣部分水解為氟化氫和氧化鋁。有毒。氟化鋁產品用途：在鋁的生產中作電解浴組分，用以降低熔點和提高電解質的電導率。用于生產酒精時作發酵的抑止劑。用

8、作陶瓷外層釉彩和搪瓷釉的助熔劑、非鐵金屬的熔劑。在金屬焊接中用于焊接液.用于制造光學透鏡。還用作有機合成的催化劑及人造冰晶石的原料等。、濕法生產工藝（屬淘汰工藝）：硫酸和螢石高溫反應后產生的氣體，直接吸收成30%35 %的氫氟酸，與氫氧化鋁在90C左右合成為AIF3?3H2O經過濾后,進入高溫脫水干燥，最后得氟化鋁AIF3成品。由于脫水時產生的水蒸汽回分解AIF3，因此，濕法氟化鋁含量低，雜質多，水份含量高，堆密度低，流動性差。基本上不適應現代電解槽使用。化學指標為：FA 57 %Al > 28% Na < 3.5%H2OC 7%。、干法生產工藝（干法氟化鋁）:1、粗酸干法：硫酸和

9、螢石高溫反應后產生的氣體，經過粗洗后進入流化床,與干燥后的氫氧化鋁反應，在高溫下生成氟化鋁。由于粗洗后的氟化氫含量約96%，雜質較高，氟化鋁產品的雜質也就比較高；特別是沒有脫硅，使得氟化鋁產品的二氧化硅含量達到0.25%。這些雜質會影響電解鋁的質量，增加電解時的電耗。F> 61 %Al > 30%NcK 0.5 %H2OC 0.5 %SiO2< 0.28 % P2O5C 0.04 % Fe2O3C 0.1 % SO42- < 0.5 %2、精酸干法：硫酸和螢石高溫反應后產生的氣體，經過粗洗、冷凍、脫氣、精餾后進入蒸發器，此時氟化氫的含量一般為99.5%;蒸發出的氟化氫氣

10、體（含量接近100%）進入流化床，與濕氫氧化鋁反應，在高溫下生成氟化鋁。由于氟化氫純度高，這樣生產的氟化鋁質量很好，雜質很低，特別是二氧化硅含量只有0.02%,五氧化二磷含量只有0.007%,對電解鋁的生產非常有利。F> 62 %Al > 32 %Na< 0.5 %H2OC 0.5 %SiO2< 0.03 %P2O5C 0.01 % Fe2O3C 0.03 % SO42- < 0.03 %2.3預焙陽極2.3.1預焙陽極的幾何形狀及外觀質量陽極結構即槽上部結構，具體包括陽極、陽極母線、陽極傳動機構、打殼下料裝置及腹板支承梁等。16組雙陽極分兩排配置于兩組陽極母線外

11、側，利用卡具將陽極鋁導桿壓緊在 陽極母線上，鋁導桿和陽極鋼爪之間的過渡采用鋁-鋼爆炸焊塊，鋼爪與炭塊 用磷生鐵澆注，鋼爪爪頭安裝炭素保護環，保護鋼爪不被電解質侵蝕，陽極 示意圖見圖:打殼裝置是為加料而打開殼面用的，它由打殼氣缸和打擊頭組成。打擊頭為 圓柱形錘頭組成，通過錘頭桿與氣缸活塞相連。當氣缸充氣活塞運動時，便 帶動錘頭上、下運動而打擊熔池表面結殼，下料系統由槽上料箱、下料器組 成。料箱上部與槽上溜槽相通。筒式定容下料器安裝在料箱的下側部，筒式 定容下料器每次下料1.8kg 。每個電解槽設有4個打殼下料裝置，兩兩交錯打殼下料。在電解槽一端另設 有專供出鋁用的打殼裝置。陽極提升機構由螺旋起重

12、機、減速機、傳動機構和馬達組成，起升降陽極作 用。兩條陽極大母線懸掛在螺旋起重絲桿上，16組陽極通過卡具卡緊在大母線上。陽極大母線即承擔導電，又起著承擔陽極重量的作用。232預焙陽極炭塊的原料選擇陽極碳塊是以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結劑，經過石油焦煅燒、中碎、篩分、細碎、瀝青的熔化、配料、混捏、成型、經過1100度的高溫焙燒等工序加工制作而成。用作預焙鋁電解槽作陽極材料，起著導電與還原的 雙重作用。這種炭塊經過焙燒，具有穩定的幾何形狀，所以也稱預焙陽極炭 塊，又稱為鋁電解用炭陽極。用預焙陽極炭塊作陽極的鋁電解槽稱預焙陽極 電解槽，簡稱預焙槽，這是一種現代化的大型鋁電解槽。2.3.2.1

13、石油焦(1) 灰分(2) 硫分(3) 揮發分(4) 真密度 2.323瀝青焦是煤瀝青經高溫干餾或延遲焦化后所得到的固體殘留物。2.3.2.4煤瀝青煤焦油蒸餾后的黑色半固態或固態殘留物，可分為低溫瀝青、中溫瀝青和高 溫瀝青。作為粘結劑來使用。2.3.2.5煤焦油煤干餾過程中得到的黑褐色黏稠產物，按焦化溫度不同所得焦油可分為高溫 焦油、中溫焦油和低溫焦油。2.3.3預焙陽極炭塊的生產工藝1、原料煅燒2、溶化煤瀝青3、破碎、篩分與配料4、混捏5、成型6焙燒2.3.4預焙陽極炭塊的性質和質量(1)、化學純度(2)、導電性能(3)、機械強度(4)、抗氧化性能2.3.6陽極炭塊組的組裝(1)、陽極炭塊的清理(2)、陽極導桿的準備(3)、殘極處理(4)、鋼爪、爪架及爆炸焊片的準備(5)、陽極組裝2.4直流電源2.4.1鋁電解廠對電源條件的要求(1)一級負荷二級負荷三級負荷2-1、鋁電解生產過程中所需消耗那些原材料?242鋁電解所需直流電源的獲得整流變壓器是整流設備的電源變壓器。整流設備的特點是原方輸入電流，而副方通過整流原件后輸出直流。變流是整流、逆流和變頻三種工作方式的總 稱，整流