电解铝
| 电解铝 |
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中文名；电解铝 实质；通过电解得到的铝 方法；冰晶石-氧化铝融盐电解法 温度要求；950℃-970℃ |
电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。[1]
目录
发展简史
1825年，Hans Christian Oerstd(丹麦)将稀释汞化钾与无水氯化铝反应，再将反应生成的产物蒸馏去除汞，首次得到了微量的纯金属铝。
1827年，Friedrich Woher发明了一种利用钾化合物和无水氯化铝反应生成铝粉末的方法。
1854年，Henri Saninte-Claire Deville(法国)改进了Woher的方法，开始了商业产铝的进程，这使得价格原本高于金和铂的铝，在随后的10年间降低了，但是价格因素依然制约了其在工业上的广泛使用。
1885年，Hamilton Y.Cassner(美国)改进了Deville的工艺,铝的年产量达到15吨。
1886年，两位年轻的科学家Paul Louis Heroult(法国)和Charles Martin Hall(美国)在互不知道对方工作的情况下，同时发明了铝的电解工艺，这就是今天电解铝生产的基础—冰晶石一氧化铝熔融电解法（又称霍尔一埃鲁特熔盐电解法）制铝工艺。
1888年，第一批电解铝厂在法国、瑞士和美国投产。
1889年，拜尔化学公司创始人的儿子Karl josof Bayel（奥地利）发明了拜尔法，为大规模从矾土矿中提取氧化铝打下了基础，为电解铝的原料提供了充足的保障，从此铝开始走入寻常百姓家，广泛应用于国民生产各个领域。
现代工业
氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃—970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。
铝电解生产可分为侧插阳极棒自焙槽、上插阳极棒自焙槽和预焙阳极槽三大类。
自焙槽生产电解铝技术有装备简单、建设周期短、投资少的特点，但却有烟气无法处理，污染环境严重，机械化困难，劳动强度大，不易大型化，单槽产量低等一些不易克服的缺点，当前已基本上被淘汰。
当前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽，槽的电流强度很大，不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规的要求。
我国已完成了180kA、280kA和320kA、400kA、500kA以及600kA的现代化预焙槽的工业试验和产业化。以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造，促进自焙槽生产技术向预焙槽转化，获得了巨大成功。
根据电解铝的生产工艺流程，电解铝的生产成本大致由下面几部分构成：
（1）原材料：氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂(氟化钙、氟化镁等)、阳极材料；
（2）能源成本：电力（直流电和交流电）、燃料油；
（3）人力成本：工资及其他管理费用；
（4）其他费用：设备损耗及折旧、财务费用、运输费用、税收等。
工艺流程
铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。化学反应主要通过这个方程进行：2Al2O3+3C==4Al+ 3CO2↑。阳极：2O2ˉ+C-4eˉ=CO2↑ 阴极:Al3++3eˉ=Al。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。
其生产工艺流程如图1：
氧化铝 氟化盐 碳阳极直流电
排出 阳极气体------电解槽
废气 ← 气体净化铝液
回收氟化物 净化澄清
返回电解槽
浇注 轧制或铸造
铝锭 线坯或型材
方程：
电解铝就是通过电解得到的铝.
重要通过这个方程进行：2Al2O3+3C→4Al+3CO2↑。
阳极：2O2ˉ+C-4eˉ=CO2↑
阴极:Al3++3eˉ=Al
产业特点
工业上铝都是采用电解法生产的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是CO2，以及以HF气体为主的气-固氟化物等。CO2是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其温室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需1.5g便可以致死。
存在问题
实际运行指标差。由于开发时间短，对中国大型铝电解槽在生产领域的深层次开发明显不足，致使实际运行指标的生产指标与国际先进水平还有较大差距。多数在大负荷、小电网环境下运行，安全隐患多。铝电联营是中国电解铝企业发展的趋势之一，但同时在技术上也存在相应的问题。由于大容量电解槽一般系列规模较大（一个系列产能可达20万吨以上），巨大的用电负荷集中在一个生产系列上（一般达40万KW以上），电解系列生产的任何波动都会造成电网或自备电厂较大的影响，甚至威胁供电安全。
缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施，电解槽难以达到设计寿命，早期破损率高。影响中国大型槽槽寿命的问题除了中国普遍认为的阴极炭素材料质量方面的原因外，电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。导致这些问题的深层次原因是，中国尚缺乏对铝电解槽破损（常称为阴极破损）机理与规律的深入掌握及在此基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施。随着电解槽容量的不断扩大，槽寿命问题就更加突出。
缺乏先进的生产操作技术，作业成本高。中国300KA级的特大型预焙铝电解槽投入工业应用的时间短。又不能完全照搬以前在大型预焙槽上的相关经验（这些经验也有很大局限性）。焙烧启动过程中电流分布不均的问题更突出且焙烧启动过程中的能耗大；投入运行后电解槽的物理场（电场、磁场、流场）容易波动，热平衡的维持较困难；槽电阻极易受外界的干扰而波动，阳极效应发生后熄灭困难，且由于电解槽的惯性大，一旦出现槽况波动或槽况异常现象，很难快速恢复正常。就中国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率要比国际先进水平低15%左右，主要表如今：电流效率相差2-3个百分点；吨铝电耗相差300-800Kwh；电解铝用阳极生产过程能耗相差3Gj/t左右；电解铝阳极消耗相差30-60Kg（折合标准煤约75-150Kg）；电槽槽寿命相差1000天左右；阳极效应系数国际先进为0.1次/天.槽以下，中国最好水平在0.3次/天.槽左右。
参考来源