冰晶石-氧化铝熔液向炭阴极渗透的研究

冰晶石-氧化铝熔液向炭阴极的渗透是影响铝电解槽寿命的决定性因素.本文在实验室内研究电极极性、电流密度、添加铝、NaF/AlF_3分子比、阴极材料和反向电解诸因素对于湿润和渗透的影响,进而讨论向炭阴极渗透的机理问题.认为,电毛细现象以及铝和钠的作用均能增进冰晶石-氧化钼熔液对炭阴极的湿润和渗透.着重阐述了电毛细湿润和渗透的概念.     

铝电解正常生产过程中的工艺参数探析

现代铝电解工业生产,普遍采用冰晶石-氧化铝电解法,主要设备是电解槽。基本原理是以冰晶石-氧化铝熔体为电解质,碳素材料为阳极和阴极,强大的直流电由阳极导入,经过电解质与铝液层,而后从阴极导出回到电源。通入直流电,一方面是利用它的热能将氧化铝熔化到熔融状态,并保持恒定的电解温度;另一方面是实现电化学反应,也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出,从而得到铝液,氧离子则在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体。     

铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理

铝电解生产过程中，由于氧化铝中含有少量的氧化锂导致电解质中氟化锂含量升高，锂元素向阴极内衬中渗透.通过X射线衍射分析与扫描电镜分析，对电解质和阴极炭块中锂元素的存在形式进行了研究，探讨了铝电解过程中锂元素的阴极渗透机理.结果表明:电解质中的锂主要以LiNa₂AlF₆形式存在；电解过程中，电解质中的部分锂离子被铝还原为金属锂并进入铝液中，铝液中锂摩尔分数与电解质中的氟化锂摩尔分数成正比；电解质中的锂主要以氟化物形式通过阴极炭块中的开气孔和裂缝向阴极炭块中渗透，铝液中的锂不会通过铝液向阴极炭块内部扩散.     

透明电解槽研究铝在冰晶石—氧化铝熔液中的溶解

本文用透明电解槽对金属铝在冰晶石一氧化铝熔液中的溶解及阳极效应进行了直接的观察,铝溶解时先放出大量细小的气泡,然后泛起蓝褐色的金属雾,一定时间后铝为一黑褐色结壳,所包裹熔液重新变清,电解后,金属雾很快消失,一旦停止电解,金属雾便重新从铝液上泛起,阳极效应时阳极上产生一股气流喷向阴极,认为铝的溶解形式主要是电化学溶解,阴极极化(电解)可以使铝的溶解得到抑制,阳极喷射则是由于阳极气体膜电离所致,使得电流效率降低。     

电解Al-Zr母合金的热力学

简要介绍了Zr在铝及铝基合金中的作用,提出利用氧化锆、氧化铝直接在电解槽中电解Al-Zr母合金的工艺方案;从热力学角度对该方案进行了分析,并利用Miedema模型对锆在铝中的活度系数进行了计算·结果表明:在活性阳极电解条件下(1223K),锆与铝可以共同析出,锆在铝中的活度系数接近1;氧化锆在电解液中的溶解度约0·55%;可以在电解槽中直接生产锆的质量分数为2%左右的Al-Zr母合金·     

电沉积TiB_2复合涂层阴极抗蚀性的研究

本文在实验室中用电沉积法制备了TiB_2—碳素基体复合涂层阴极试样,并进行了电解实验。借助电子显微镜和电子探针对试样电解前后的组织结构进行观察分析。结果表明,涂层为细密的TiB_2多晶体,有较强的抗蚀性,能被铝液良好湿润,可提高电流效率(达95％)。电解时的微量损耗主要是在铝液中溶解—磨蚀。此种材料可作为新型铝电解阴极材料。     

二室单阴膜电解再生钠碱脱硫废液研究

通过二室单阴膜电解再生钠碱脱硫废液的试验和模型推导，研究了膜电解过程中再生效果与阴极进出口溶液pH值的关系．结果表明。二室单阴膜电解再生钠碱脱硫废液时。硫的电解效率随着电流密度的增大而明显增大，根据阴极进出口溶液pH值可以计算得到；出口液pH值在6．0—7．5的范围内，硫的电解效率上升速率较快，当pH值小于6．0或大于7．5时，硫的电解效率变化速率较慢，硫的理论电解效率应小于50％；且阴极进口液pH值在4．4—6．0的范围内模型有较好的稳定性，试验结果与模型具有较好的匹配性，模型可以较好地反映电解效果．     

膜电解在碱溶碳分法氧化铝生产工艺中的应用

对碱溶碳分法氧化铝生产工艺中直接影响离子交换膜电解效果的碳分母液除杂方案、电解槽结构设计、阳极评选、阳极区碳酸钠电解液浓度及电解深度、阴极区氢氧化钠浓度、操作温度、电流密度等关键技术及要素进行了初步的设计、研究和评估。研究表明：碳分母液中少量残留的铝酸根可以通过添加适量碳酸氢钠下调pH值至10.2以下,絮凝析出再滤除,然后直接移接氯碱厂的电解技术方法。电解碳酸钠生产氢氧化钠和碳酸氢钠的适宜的操作条件为：阳极Na₂CO₃溶液浓度1.5～1.8mol/L,阴极NaOH溶液浓度5～7mol/L,电解温度80～85℃,电流密度1000～2500A/m²,电解深度85～90%。采用析氧过电位较低的镍涂钌电极作阳极替代钛涂钌阳极,可以降低槽压400mV,但其耐过钝化腐蚀性能有待研究提高。     

阳极液对钠碱膜电解再生的影响

湿法脱硫以其高效成熟而得到广泛应用,但存在着脱硫废液处理和吸收富液再生等问题,为此,将膜技术应用于湿法脱硫吸收富液再生过程中,研究不同阳极液对膜电解过程各个参数的影响规律．在自制的二室A201阴极膜电解装置中,分别采用硫酸溶液和水作为阳极液,研究不同阳极液对钠碱吸收液再生过程中电流密度、硫酸回收率、吸收富液再生效果和再生电耗的影响规律．实验结果表明,阳极液的类型和浓度对膜电解再生过程中各个参数具有较大影响．当阳极液为稀硫酸时有利于电流的通过,阳极室初始稀硫酸浓度越大则硫酸回收效果越好,阴极钠碱液的再生电耗效率越高;当阳极液为水时,溶液导电能力较弱,但无论从电流密度还是电耗对再生效率的影响来看,水溶液相对于稀硫酸更利于阴极液的低能耗和高效率再生,其较佳的膜电解电耗约为690kW·h／t（NaHSO3）．     

钠在铝液中的活度

以纯钠为参比电极,以含硅的铝-钠合金为待测电极,以Naβ-Al_2O_3固体材料为Na~ 离子导电的电解质,组成无迁移浓差电池,测量电池电动势后计算钠在电极合金中的活度。实验温度为1000K,钠在铝-钠合金中的含量从零至过饱和(约0.26wt-%Na)。结果表明,当钠含量极低时(1.04%Na以下),溶液的性质符合亨利定律,钠的活度系数略小于1;钠含量超过上述范围时,钠的活度系数即迅速增大,溶液呈强烈正偏差;当钠含量达到饱和时,钠的活度即为恒定。     

钠镁诱导合成碱式碳酸铝铵及热解中自分散行为研究

对合成碱式碳酸铝铵及α纳米氧化铝的新方法进行了研究.基于室温固相反应的应用,在试验中有意识地引入钠镁诱导碱式碳酸铝铵的合成,从而得到不含结晶水的纤维状碱式碳酸铝铵微晶.试验还表明,经过钠镁诱导得到的纤维状碱式碳酸铝铵在裂解为α氧化铝的过程中呈现自分散行为,从而有效地克服了纳米氧化铝制备过程中的团聚问题,获得了尺寸均匀、分散良好、团聚较小的α相纳米氧化铝.     

铝电解中电极湿润性的研究

在微型电解槽上研究了冰晶石——氧化铝熔液对炭电极的湿润性。通入直流电之后,电解质对炭阴极的湿润性变好,同时逐渐在炭板上摊散,甚至脱离阳极,但是它还会逐渐收敛成熔滴,最终重新接上阳极并恢复电解。阴极炭板所吸收的成份,经X-射线鉴定,主要是Na_2AlF_6、NaF、Al_2O_3。电解质对炭阴极的湿润性随电流强度增大和氧化铝浓度增加而改善。但是炭阳极的湿润性,在高电流密度下并非如此。在电解过程中做了变换电极极性的试验,短时间(数秒钟)内使阳极“阴极化”可改善阳极的湿润状态,因而有益于生产。     

浅议有色轻金属铝

介绍铝的存在与发现,铝的冶炼历史及冶炼方法,重点介绍了电解法中电解冰晶石-氧化铝熔融体的原理,阐述了铝的性质并分类介绍了铝在国民经济各行业和日常生活中的用途。     

对电解铝液净化作用的探讨

对比分析了采用长流程、短流程工艺熔铸铝舍金过程中,氢和氧化铝夹杂的形成过程以及铝电解工艺对电解铝液的自净化作用．冰晶石熔体作为电解铝的工作介质,对氧化铝有良好的溶解性能．通过溶解电解液一铝液界面上的氧化铝达到脱氢除杂的效果．电解铝液中存在的微量稀土具有固氢排杂的作用．在大型铝电解槽中,电流强度达到350kA,存在于铝液中的不导电、不被铝液润湿的氧化铝杂质,在强烈电磁场的耦合作用下聚集沉降在电解槽的边部、角部或铝液漩涡的交界处．     

浓度差对电解直接制备碳酸锂过程的影响

研究了阳极液质量浓度为300g/L的条件下,阴极液的质量浓度分别为50,100,200,300,400g/L时,电解过程中阴极液pH和温度的不同变化以及不同Li₂CO₃产物的相组成和微观形态.实验结果表明:电解过程中的反应机理并不受浓度或浓度差的影响,但浓度差对反应进行的速率和限度存在较大影响;电解产物产量和电流效率随着浓度差减小或阴极液浓度升高而增大;电解得到的Li₂CO₃晶体为单斜晶系,浓度差使Li₂CO₃产品结晶程度升高,晶粒更细小.综合考虑,阴极液LiCl质量浓度为100g/L,即阳极液与阴极液质量浓度差为200g/L是较优的电解参数.     

熔盐电解法连续生产铝锂中间合金

在LiCl-LiF体系的电解槽中,以石墨作为阳极,铝液作为阴极,分别以LiCl和Li2CO3为原料连续电解生产铝锂中间合金,采用熔盐电解监控仪测量电解过程中的工艺参数,重点研究了反电动势、电流效率及合金浓度的变化.结果表明,反电动势随电流密度增加而逐渐增大;加入质量分数2%的Li2CO3可使反电动势降低0.8 V,通过控制电位法测得加料周期为30~40 min;电解LiCl的电流效率高于电解Li2CO3,最高电流效率可达66.1%;最终在680℃,300 A电流条件下,连续电解48 h,出炉10次,共制得了平均锂质量分数为6.73%的铝锂合金16 kg.     

四氯化钛电解基础研究之二——四氯化钛电解的阴极过程

用极化曲线法研究了四氯化钛电解的阴极过程。找出了工艺试验中电解过程初期电流效率低的主要原因,并用控制阴极电位或带隔膜的小电解对极化曲线的结果作了验证。此外,还利用工艺试验数据作电量平衡估算验证了极化曲线的结果。结果表明,我国四氯化钛电解工艺试验电流效率低的主要原因是现有工艺制度下阴极筐的电位接近或达到钠的析出电位,处于钛与低价钠和钠共同析出的状态。阴极筐外表面析出的低价钠和钠由于反复的二次反应而降低电效约30～40％。其次,低价钛窜出到阳极区进行二次反应的结果,在较正常的操作条件下约降低电效5～15％。试验还表明,没有隔膜的敝口四氯化钛电解,若控制阴极电位在析钛区,也能获得较高的电流效率。     

铝电解过程中氟污染及治理

1.铝电解工艺简述 铝电解生产过程是以冰晶石——氧化铝熔液做为电解质,炭素材料作为阴、阳极,将直流电从阳极引入电解质,电流通过电解液和铝液层后从阴极导出。电流的作用有二个,一个是将电能以热能的形式保持冰晶石和氧化铝等原料呈熔融状态,第二个是通过电子传递实现电化学反应,使阳极上生成CO和CO_2气体,阴极上析出金属铝,达到炼铝的目的。     

常温固化TiB2涂层阴极抗钠渗透性

采用自行研制的改进型Rapoport钠膨胀测定仪,分别测定半石墨质阴极和不同TiB2含量的常温固化涂层阴极材料的钠膨胀率.当试样电解后,用扫描电镜观察试样径向剖面形貌,用X射线能谱仪检测试样径向剖面的元素分布.研究结果表明:TiB2涂层阴极的钠膨胀率小于半石墨质阴极的钠膨胀率;随着涂层中TiB2含量的增加,涂层阴极的钠膨胀逐渐减缓,最终钠膨胀率逐渐减小;TiB2含量为60%的涂层阴极的最终钠膨胀率最小,约为半石墨质阴极的最终纳膨胀率的60%;在电解初期,渗透进入TiB2涂层阴极的钠主要集中在涂层中,TiB2涂层本身也是钠渗透进入碳素阴极的阻挡层;常温固化TiB2阴极涂层能提高基体碳素阴极材料抗钠渗透性,减小钠膨胀危害,降低阴极破损率.     

离子膜电解工序的危险源辨识及控制

1 剖析电解工序危险源和危害因素 电解工序危险源和危害因素有:1)火灾:氢气管道、阀门泄漏,电解槽阳极侧泄漏,电解槽阴极侧出口软管、垫片、阴极液出口总管、出口阀门、阴极液循环槽、排放槽泄漏,阳极液及阴极液排放阀门、排放管泄漏,氢气压力调节阀泄漏,阴极旋液分离器阀不严,电源线路老化,报警连锁装置失控;