铝电解的基础知识

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阴极副反应1.3.1.2同时在两极上还发生着一些,在铝电解过程中除前面讲的两极主反应外, 生产中应尽量加以遏制。

这些副反应对生产有害无益,复杂的副反应. 阴极副反应⑴:
铝在电解质中的溶解反应和损失①
必在铝电解过程中，处于高温状态下的阴极铝液和电解质的接触面上，然有析出的铝溶解在电解质中，一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况：溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。

a.
＋3＋＝ 2Al+Al3Al
＋3＋＋ Al Al+6Na＝+3Na2 b.在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反应。

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1.3.
2.2阳极副反应 A、的直接生产CO精品文档．精品文档
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教授方法：课堂讲授、讨论、提问课外作业： 1-1、什么是铝，它有哪些主要性质和用途？铝电解的基本过程是怎样的？阴极和阳极上发生怎么样的反应？1-3 1-6什么是电解质的酸碱度，它有哪些表示方法？精品文档．
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1第一章铝电解基本理论知识电解法炼铝起源于1854年，当时德国的本生（Bunsen）和法国德维尔（Devile）分别从电解氧化铝——氯化钠络盐，得到金属铝。

1883年，美国的布来德利（Bradley）申请了电解冰晶石的专利。

1886年美国霍尔（Hall）和法国的埃鲁（Heroult）分别申请了冰晶石——氧化铝融盐电解法的专利。

他们的方法便是铝工业近一百年来唯一的炼铝方法，统称为霍尔—埃鲁法。

但是用冰晶石—氧化铝融电解法炼铝还存在不少的缺点，主要是：每台设备（电解槽）的日生产能力甚小，以现代300KA大型预焙槽为例，每台槽的日产量不过2300公斤，电解槽的电能利用率低（不过45—50%），每吨铝的电能消耗量高达15000千瓦时（交流电）。

因此，铝生产的成本甚高，长期以来，人们对新法炼铝（如高炉炼铝法，氯化铝电解法等）作了不少研究，但未能在工业应用上取得突破性的进展。

本章以冰晶石—氧化铝融盐电解为基础，介绍有关铝电解的基本理论知识。

第一节铝的性质和用途一、铝的性质铝属于轻金属类，是地壳中蕴藏量最丰富的金属元素之一，地壳中铝的含量占7.56%，而铁的含量仅占4.5%。

铝是化学性质极其活泼的元素，在自然界里只以化合物形态存在，自然界中的含铝矿物约有250种，但其中具有工业开采价值的，仅有为数不多的几种。

铝是银白色金属，由于其表面上经常有一层氧化铝薄膜，一般地说是无光泽的。

铝的熔点随其纯度而异，铝越纯其熔点越高。

铝的熔化热为94.9卡/克。

铝的比重小在凝固点时比重为2.55g/㎝3。

铝是电的良导体，其导电性能仅次于金、铂、银、铜和汞纯度越高其导电性越好。

铝的导电率为铜的导电率的62～65%（和纯度有关），而铜的比重是铝的3.3倍，所以不难算出制造具有相同导电能力的导体时铝的用量仅为铜的一半，但铝价较铜便宜得多。

铝的导热系数大约为铁的2.5倍，为铜的1.5倍。

铝的比热也是金属中较大的，为铁的2倍，为铜和锌的2.5倍。

铝电解电容器基础一、电容器的原理只要在当作电极之相对两导体中间存在电气绝缘体，即可构成电容器。

原理图如图1所示1、电容量的定义及单位电容量定义：对某一特定的电容器，充电后的电荷量与充电电压成正比即Q/V=常数，我们就定义Q/V 为该电容器的电容量（C）即C=Q/V，它代表一个电容所能储存电荷的多少，也可以定义为电压每升高1V，极板两端电荷的增量。

若极板面积为S，电气绝缘体的厚度为d，相对介电常数为εr,真空介电常数为ε0，两极板间的介质电场强度为E，因为Q=ε0εr S×E, V=E×d，则该电容器的电容量C=Q/V=ε0εr S/d，也就是说电容量与相对面积和电气绝缘体介电常数成正比，与电气绝缘体的厚度成反比。

单位：电容量的国际单位为法拉（F），但实用上法拉这个单位太大，使用不方便，实际上经常使用uF 、mF、nF、pF等单位。

1uF=10-6F、1mF=10-3F、1nF=10-9F、1pF=10-12F2、电容器在线路中的特性及应用电容器有以下特性和应用：(1)通交流隔直流——旁路作用、滤波作用、耦合作用(2)通高频、阻低频——频率分离作用(3)电流的相位超前于电压——移相作用、功率因数改善、电机启动用(4)储能作用——闪光灯、点熔接、放电加工(5)电压不能突变——电器接点的防火花、尖脉冲吸收(6)RC时间常数——定时作用(7)电流非线性变化——S校正作用二、铝电解电容器的原理铝电解电容器的原理示意图如下：阳极箔为一个电极，其上氧化膜为电气绝缘体电解液为真正的阴极，同时起修补氧化膜作用(电解质包括电解液（electrolyte）、二氧化锰（MnO2）、有机半导体TCNQ、导体聚合物（PPy、PEDT）、凝胶电解质PEO等)电解纸起隔离阳极箔和阴极箔作用，同时贮存电解液阴极箔起引出电极作用。

三、铝电解电容器的结构和特点1、结构部件图引出条、铝导针：引出作用橡皮头、铝壳：密封作用，保护芯子盖板：引出固定作用套管：绝缘、美观、标识。

1、什么是电化当量？铝的电化当量是多少？电化学量是通过1安培小时电量时，理论上应析出物质的重量（克）铝的电化当量K=0.3356克/安培、小时2、什么是法拉第定律？1833-1834年法拉第（Faraday）首先发现在水溶液和熔融盐电解中，通过电解槽的电量与在电极上析出的物质量有一定的关系，并把这种关系用定律形式确定下来，称之为法拉第定律，其含义：（1）在电极上析出的物质的数量与通过电解质的电量成正比，也就是与通过的电流强度和通电时间成正比。

（2）在电解质中通过一定的电量所析出的物质数量与其化学量成正比。

（3）电解过程中，在电极上析出1克当量的任何物质所通过的电量均为96500库仑，也称为1法拉第，即：1法拉第=96500库仑法拉第定律公式为M=K、I、T式中：M——析出物质的重量（克）K——该物质的电化当量（克/安培、时）I——通过的电流（安培）T——通电的时间（小时）3、什么是化学当量及克当量？铝的化学当量及克当量是多少？化学当量是某元素的原子量被该元素的原子价相除所得的商。

其公式为：化学当量=原子量÷原子价以克为单位的化学当量叫做克当量铝的原子量为26.98154，原子价为3铝的化学当量=23.98154÷3=8.9938铝的克当量即为8.9938克4、电解槽漏炉有哪两种情况？漏炉事故如何处理？漏炉有两种情况：一种是电解槽的槽底或侧部块破坏严重，阴极钢棒熔化，铝液和电解质从钢棒处流出，称为炉底漏炉。

另一种是槽内衬完好，由于操作不当，电解质和铝液从侧部炭块顶部或局部缝隙间漏出槽外，称为侧部漏炉。

漏炉事故的处理方法：发生漏炉时，应立即打开漏炉侧地沟盖板查明漏炉部位。

（1）如果是炉底漏炉，应立即：a.吊开漏炉处地沟盖板，保护大母线，利用3~5毫米厚的长方形铁板等物挡位阴极大母线，防止冲断阴极大母线；b.把阳极坐到炉底上，防止断；c.断组织人力尽力抢救，如确实严重可紧急停槽。

（2）如果是侧部漏炉，应立即：a.降阳极，专人看管电压，不能超5伏；b.要迅速打下漏出侧面壳及用电解质块、氧化铝等物料沿周边捣固扎实，直到不漏为止；c.万不得已情况下，方可停槽处理漏炉部位，然后尽快恢复生产。

关于电解铝的知识点总结一、生产原理电解铝的生产原理是利用氧化铝的电解性质来制备铝金属。

具体原理是在熔融态下，氧化铝被电解分解成金属铝和氧气。

相应的电解方程式为：2Al2O3 → 4Al + 3O2在电解过程中，通过电流输入熔融的氧化铝，氧化铝中的氧离子会在阳极处失去电子转化为氧气，而铝离子则会在阴极处得到电子转化为金属铝，从而实现氧化铝的分解。

二、工艺流程电解铝的生产工艺一般包括氧化铝的制备和电解制铝两个主要过程。

氧化铝的制备一般是从铝土矿中提取氧化铝并经过冶炼、煅烧等步骤制备成粉末状的氧化铝。

而电解制铝则是将制备好的氧化铝粉末在高温熔融状态下进行电解，通过电流输入将氧化铝分解成铝金属和氧气。

电解制铝的工艺流程主要包括熔炼、捞渣、电解和产出几个步骤。

首先是将氧化铝粉末与熔剂混合，然后在高温下进行熔炼，生成熔融态的氧化铝熔液。

接着通过捞渣将熔液中的杂质和非金属物质去除，然后将熔液加入电解槽中进行电解制铝的过程。

最后是从电解槽中产出金属铝，并经过冷却、固化、处理等步骤制成成品铝产品。

三、设备原理电解制铝的设备主要包括电解槽、阳极、阴极、电解液、电源等组成部分。

电解槽是主要反应器，通常由碳制成，一般是长方形的磁力搅拌槽。

阳极一般采用碳块，而阴极一般采用钢壳铝钢板。

电解液一般是由氧化铝粉末和熔剂混合而成的熔融态液体。

电源则是提供所需电流的设备，一般采用直流电源。

在实际生产中，还需要配备有捞渣机、冷却设备、输送设备等辅助设备。

电解铝的生产设备具有高温高压、腐蚀性强、能量消耗大等特点，需要采取严格的安全防护措施，确保生产过程的安全稳定进行。

四、应用领域电解铝是一种重要的金属材料，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。

在飞机、汽车等交通工具制造中，铝合金是重要的结构材料，具有优良的强度、耐腐蚀性和轻量化特性，可以有效减轻车辆重量、提高燃料经济性和节能减排。

在建筑领域，铝合金也被广泛应用于门窗、幕墙、铝合金型材等产品制造。

铝工业开展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。

1.3现代铝电解的根本原理电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法，它是以冰晶石作为溶剂，氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，在阴极和阳极上起电化学反响。

电解产物，阴极上是铝液，阳极上是CO2和CO气体(炭素作阳极)，这种方法就是电解法炼铝。

1.3.1阴极过程A13+ (络合的) +3e=Al〔液〕1.3.1.2阴极副反响在铝电解过程中,除前面讲的两极主反响外,同时在两极上还发生着一些复杂的副反响.这些副反响对生产有害无益,生产中应尽量加以遏制。

⑴阴极副反响①铝在电解质中的溶解反响和损失:在铝电解过程中，处于高温状态下的阴极铝液和电解质的接触面上，必然有析出的铝溶解在电解质中，一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况：a. 溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。

2Al+Al3＋＝3Al＋Al+6Na＋＝Al3＋+3Na2＋b.在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反响。

Al＋3NaF＝AlF3＋3Na2＋c.铝以电化学反响形式直接溶解进入电解质熔体中。

Al(液)－e＝Al＋②金属钠的析出:在阴极的主反响是析出铝而不是钠,因为钠的析出电位比铝低。

但随着温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度减小，以及阴极电流密度提高，钠与铝的析出电位差越来越小，而有可能使钠离子与铝离子在阴极上一起放电，析出金属钠。

Na＋+e＝Na在碱性电解质中，溶解的铝也可能发生以下反响而置换出钠。

Al+6NaF＝Na3AlF6+3Na析出的钠少局部溶解在铝中，剩下的一局部被阴极碳素内衬吸收,一局部以蒸汽状态挥发出来,在电解质外表被空气或阳极气体氧化,产生黄色火焰。

③碳化铝〔Al4C3〕的生成:在高温条件下，铝可与碳发生反响生成碳化铝4Al+3C＝Al4C 31.3.2阳极过程1.3.2.1阳极主反响3O2-(络合的) + 1.5C-6e = 1.5 C021.3.2.2阳极副反响A、CO的直接生产B、电解质中的单质被阳极气体氧化C、氟离子放电1.4 阳极效应:阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象。