3 鋁電解的基礎(chǔ)理論知識(shí)—0

1、1第三章第三章鋁電解的基礎(chǔ)理論知識(shí)鋁電解的基礎(chǔ)理論知識(shí)3.1鋁電解槽的主要工藝技術(shù)條件（技術(shù)參數(shù)）理解鋁電解槽的主要工藝技術(shù)條件（或稱主要技術(shù)參數(shù)），是深入了解和掌握鋁電解原理和操作技術(shù)的基礎(chǔ)。為此，我們首先回顧一下，在第一章“鋁電解概述”中已介紹的鋁電解槽的主要特征（圖11）。圖11鋁電解槽的主要特征示意圖從該特征圖出發(fā)，我們來討論如下描繪鋁電解工藝特征的主要技術(shù)參數(shù)（工藝技術(shù)條件）。3.1.1槽工作電壓（槽電壓）槽工作電壓（槽電壓）

2、槽工作電壓，簡稱槽電壓，是指電解槽的進(jìn)電端與出電端之間的電壓降?，F(xiàn)代預(yù)焙槽的槽電壓一般在4.0～4.4V之間。在系列電流基本恒定的情況下，電解槽的電壓高低直接決定著電解槽的能量收入，因此，調(diào)整槽電壓是調(diào)整電解槽能量收入的最直接和最主要的手段。（1）關(guān)于槽電壓及相關(guān)參數(shù)的檢測）關(guān)于槽電壓及相關(guān)參數(shù)的檢測槽電壓是電解槽上唯一可由儀表或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)直接地、實(shí)時(shí)地進(jìn)行檢測的參數(shù)，也是最能反應(yīng)電解槽狀態(tài)變化的參數(shù)。另一個(gè)可由儀表或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

3、直接地、實(shí)時(shí)地進(jìn)行檢測的參數(shù)是系列電流，但它不是在電解槽上直接檢測的，而是在整流車間集中檢測，因?yàn)殡娊獠凼谴?lián)的，通過各槽的系列電流強(qiáng)度是一樣大的。凝固電解質(zhì)凝固電解質(zhì)（邊部結(jié)（邊部結(jié)殼）殼）陰極陰極電解質(zhì)（液態(tài)）電解質(zhì)（液態(tài)）鋁液鋁液陽極陽極陽極陽極3維持合適的槽電壓從而維持合適的能量收入（最終維持電解槽的能量平衡）。由于預(yù)焙槽的平均極距一般容易保證在4.5cm以上，所以實(shí)際生產(chǎn)中極距的確定主要以保持穩(wěn)定的能量平衡（熱平衡）為目標(biāo)。關(guān)

4、于極距及槽電壓與電解槽的電流效率和電能消耗指標(biāo)的關(guān)系將在第六章“提高鋁電解槽技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施分析”中討論。（3）關(guān)于極距的（間接）檢測與控制）關(guān)于極距的（間接）檢測與控制工業(yè)生產(chǎn)中，一般很少對極距直接進(jìn)行測定。一是因?yàn)橹苯訙y定較困難；二是因?yàn)檎Ｇ闆r下只要槽電壓在一定的范圍便能保證極距在合適的范圍，調(diào)整極距主要從電壓上進(jìn)行考慮；三是因?yàn)樯a(chǎn)中主要是防止極距過低，而極距過低往往能從槽電壓的穩(wěn)定性（電壓是否波動(dòng)）上間接反應(yīng)出來。當(dāng)槽電壓波

5、動(dòng)時(shí)，往往需要上抬極距。預(yù)焙槽的極距一般比自焙槽稍高，因?yàn)轭A(yù)焙槽的陽極塊數(shù)目多，很難使每塊陽極都保持在同一極距。同時(shí)也不應(yīng)有極距過低的炭塊，這會(huì)引起電流分布不均，造成局部過熱，電壓擺動(dòng)，陽極掉塊，降低電流效率。由于出現(xiàn)這種問題的電解槽會(huì)表現(xiàn)出電壓擺動(dòng)，因此檢測陽極電流密度分布（及各陽極塊的電流分布的大小）可以找出極距過低的炭塊。極距調(diào)節(jié)（或槽電壓調(diào)節(jié)）是現(xiàn)代鋁電解槽計(jì)算機(jī)控制的主要內(nèi)容之一，這將在第五章“鋁電解槽的計(jì)算機(jī)控制”中詳述。3

6、.1.3電解質(zhì)成份（分子比）電解質(zhì)成份（分子比）（1）電解質(zhì)的基本成份）電解質(zhì)的基本成份鋁電解生產(chǎn)采用的是“冰晶石（為主體）—氧化鋁”電解質(zhì)，其中氧化鋁是煉鋁的原料，冰晶石是溶劑。此外，在電解質(zhì)熔體中還含有一些游離的添加劑成份，主要有氟化鋁（AlF3）、氟化鈣（CaF2）、氟化鎂（MgF2）、氟化鋰（LiF）等。這些添加劑主要用于改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性能，其中主要目的是用來降低電解質(zhì)的熔點(diǎn)（將在“電解質(zhì)溫度”中詳細(xì)討論），氟化鋰則還用于

7、改善電解質(zhì)導(dǎo)電率。冰晶石的化學(xué)式為Na3AlF6，從分子結(jié)構(gòu)上講，它是由3mol氟化鈉（NaF）與1mol氟化鋁（AlF3）結(jié)合而成，所以又可寫成3NaFAlF3，此種配比的冰晶石稱為正冰晶石。冰晶石中所含氟化鈉摩爾數(shù)與氟化鋁摩爾數(shù)之比，稱為冰晶石的摩爾比（俗稱分子比）。正冰晶石的分子比等于3，冰晶石的分子比既可大于3，也可小于3，分子比等于3的冰晶石又稱為中性冰晶石，大于3的稱為堿性冰晶石，小于3的稱為酸性冰晶石。當(dāng)在中性冰晶石（分子

8、比等于3）中添加氟化鋁時(shí)，便使分子比降低，電解質(zhì)酸度提高。氟化鎂也提高電解質(zhì)酸度，而氟化鋰則降低電解質(zhì)酸度（提高堿度）。氧化鋁和氟化鈣則對電解質(zhì)酸堿度影響很小。（2）關(guān)于電解質(zhì)成份的演變）關(guān)于電解質(zhì)成份的演變鋁電解方法剛被發(fā)明出來的時(shí)候（1888年），采用酸度很高（分子比為1）的電解質(zhì)，電流效率很低。其后直至20世紀(jì)40年代，采用弱堿性至中性（分子比≥3）的電解質(zhì)，電流效率達(dá)80%以上。其后，因發(fā)現(xiàn)降低電解質(zhì)溫度可以顯著提高電流效率，所