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。     

金属陶瓷惰性阳极铝电解扩大实验研究

用新研制的铝电解金属陶瓷材料做铝电解阳极,在摩尔分子比为2 8、饱和氧化铝浓度的冰晶石系电解质中进行100A电流电解实验,电解温度为960℃,阳极电流密度为1 0A/cm2·实验结果表明,该金属陶瓷阳极具有优良抗热震性的同时显示出优良的抗氧化耐冰晶石熔盐腐蚀性能,阳极年腐蚀速率为24mm/a,阴极铝的质量达到98%·使用铝参比电极测得在960℃下该阳极的反电动势为2 2V·经奥氏气体分析仪检测表明,释放出的阳极气体中氧气的含量为98%～100%·     

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。     

熔融冰晶石中氧化铝的溶解(摄影研究)

研究了铝电解生产中的一个重要问题氧化铝在熔融冰晶石中的溶解·通过现象观测记录和研究,比较了国内外不同厂家的氧化铝在冰晶石溶液中的溶解性能,并发现溶解过程包括三个阶段:熔体表面电解质／氧化铝结块的形成;结块的分解和溶解,氧化铝微粒在电解质本体中的沉降和溶解;槽底部的氧化铝溶解·     

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.     

冰晶石-氧化铝熔液电解中阳极过程的研究

本文用电位扫描法研究了冰晶石-氧化铝熔液中石墨阳极上发生的各种电化学反应,并用示波技术观察了阳极效应前后的电压和电流波形图,进而讨论了阳极过程的机理问题。     

铝电解中的界面现象

报道了根据多年的研究所观测到的铝电解中几种重要界面现象,涉及冰晶石-氧化铝熔液中碳电极的湿润与渗透、阳极效应、以及金属在电解液中的溶解损失。讨论了这些界面现象的发生机理问题,特别是静电引力与发生阳极效应的关系。     

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。     

利用Na~+·β-Al_2O_3固体电解质浓差电池测定铝中钠活度

利用 Na~+·β-Al_2O_3 固体电解质组成浓差电池,测量了电解与非电解两种情况下与冰晶石-氧化铝熔体平衡的铅中钠活度。研究了钠活度随熔体温度、分子比、氧化铝浓度及阴极电流密度的变化。实验还表明,电解情况下阴极铝液中的钠活度远大于非电解的静态平衡时铝液中的钠活度。     

铝电解中的电极过程——Ⅰ.阳极过程

研究了铝电解中的阳极反应、阳极过电压、电解质对炭电极的湿润性、双电层电容、交流阻抗、阳极效应等阳极过程,得出了可以相互证明的结论·①在阳极区可发生5个电化学反应,阳极产物分别是CO,CO2,COF2,CF4和F2;②在电流密度为002～12A/cm2范围内符合Tafel方程·反应控制步骤为化学反应CxO·O分解反应的迟滞,反应级数为05级;③测量了冰晶石氧化铝熔体在石墨电极上的湿润性和双电层电容·发现在10V左右,湿润角有一最大值,双电层电容有一最小值,因此认为此电位为零电荷电位;④提出了发生阳极效应的新机理·认为当电解质中Al2O3...     

铝电解中的电极过程——Ⅰ. 阳极过程

研究了铝电解中的阳极反应、阳极过电压、电解质对炭电极的湿润性、双电层电容、交流阻抗、阳极效应等阳极过程,得出了可以相互证明的结论.①在阳极区可发生5个电化学反应,阳极产物分别是CO,CO2,COF2,CF4和F2;②在电流密度为0.02～1.2A/cm2范围内符合Tafel方程*反应控制步骤为化学反应CxO·O分解反应的迟滞,反应级数为0.5级;③测量了冰晶石-氧化铝熔体在石墨电极上的湿润性和双电层电容.发现在1.0V左右,湿润角有一最大值,双电层电容有一最小值,因此认为此电位为零电荷电位;④提出了发生阳极效应的新机理*认为当电解质中Al2O3质量分数＜2%时,是F-离子放电引起的阳极效应,而当Al2O3质量分数＞2%时,阳极效应的发生是因为阳极气体的阻塞     

氧化铝在熔融冰晶石中的溶解

利用透明石英槽对氧化铝在熔融冰晶石的溶解行为进行了研究,并用摄相机观测、拍摄了整个溶解过程,分析与讨论了氧化铝溶解的影响因素·研究认为,氧化铝在熔融冰晶石中的溶解分两步,即氧化铝快速溶解和电解质表面形成结壳的氧化铝的脱落与溶解·氧化铝在熔融冰晶石中的溶解由快变慢是由于氧化铝的加入导致电解质温度降低,在电解质表面形成氧化铝/电解质结块,使氧化铝与冰晶石接触的表面积下降·氧化铝的溶解速度与搅拌速度、氧化铝的预热温度、体系的温度和氧化铝的种类有关·     

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.     

X射线衍射分析技术在电解铝工业中的应用

介绍了铝电解工业中铝电解质的成分与分子比的分析、阴极碳砖石墨化度的测定和煅后石油焦、阳极炭块晶粒尺寸的测定.方法简便、快速、准确,对铝电解生产具有指导意义.     

铝电解槽废旧阴极炭块的结构和组成

通过X光衍射、显微结构、红外光谱等测试方法,对铝电解槽废旧阴极炭块的物质组成和结构进行了分析。X光衍射结果表明,废旧阴极炭块中浸入的电解质主要为氟化钠、冰晶石等氟盐和氧化铝,其中的炭具有较高的石墨化程度。通过偏光和透光显微镜分析发现,电解质主要在炭块的裂缝和孔洞中结晶析出,与炭有清晰的界面。通过破碎可以实现解离,为其综合利用提供了依据。     

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．     

铝电解用SnO_2基惰性阳极的制备及其性能

为了发展惰性阳极炼铝新技术,选用氧化锡为基体,并添加ZnO、CuO、Fe_2O_3、Sb_2O_3和Bi_2O_3等几种改性剂,用烧结法研制成惰性阳极。此类阳极的表观密度为6.10～6.73g/cm~3,电阻率(1000℃时)为0.00208～1.99Ω·cm。在冰晶石-氧化铝熔液中,它是电化学惰性的,并具有较强的抗腐蚀性。采取适当的阳极电流密度,降低电解温度,减少阴极存铝,应用V形阳极及较佳的阳极组成,能够使腐蚀速度降至0.00010g/(cm~2·h)。     

磁控溅射制作铝电解用惰性阳极

利用磁控溅射的方法，在Ni基体上形成致密的氧化物薄膜，用做铝电解实验的惰性阳极．用X射线衍射(XRD)分析、电子显微(SEM)分析，对实验前后薄膜的成分、形貌进行了定性分析和观察．实验结果表明：薄膜纳米尺寸的微小颗粒紧密排布；在960℃冰晶石熔盐电解质中，试样电极具有良好的耐腐蚀性能．     

铝电解用惰性阳极研究现状

对铝电解用惰性阳极的研究和发展进行了回顾和展望,对已经有的各种阳极材料进行了评述。指出惰性阳极面临的主要问题是阳极材料耐电解质和铝的腐蚀性差。铝电解工业现行使用的碳素阳极存在诸多问题如：消耗大量碳素材料、能量损耗、环境污染等。而使用惰性阳极可在一定程度上解决上述问题。惰性阳极的应用将意味着Hall—Héroult法铝电解技术的一次革命,运用惰性电极可以有益于降低成本(15～20%)、减少能量的消耗并且有利于保护环境。对于环境保护而言,从电解槽中释放出污染环境CO_2、CF_4等气体可以彻底消除。铝电解用惰性阳极材料的研究一直是国际上革新铝冶金技术的重要发展方向。     

铝电解生产中Al2O3浓度的模糊控制研究

研究了氧化铝浓度与槽电阻、电流效率和阳极效应系数之间的关系,通过对氧化铝浓度与电流效率关系曲线和氧化铝浓度与槽电阻关系曲线的分析研究,发现低温铝电解生产工艺中当氧化铝浓度范围为1.5%～3.5%时,既可获得较高的电流效率,又可防止阳极效应的发生,为铝电解的模糊控制技术提供依据.