铝电解的基础知识资料.docx
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铝电解的基础知识资料
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章节
1铝电解的基础知识
课时
12课时
教学方法
、要求学生掌握铝的性质和用途。
教学目标：
1、掌握电解铝的两极主反应和副反应。
2、掌握电解质的性质3、掌握铝电解的工艺流程4
铝电解的工艺流程重点：
难点：
电解铝的两极主反应和副反应，化学反应和化学方程式的书写
教学内容：
1.1铝的性质与用途，仅次于铝是自然界中分布极广的元素之一，地壳中铝的含量为7.35%氧和硅而居第三位。
由于铝是化学性质极为活泼的元素，所以在自然界中未发现单质的金属铝，而是以铝的各种化合物存在。
铝土矿是现在的主要炼铝原料，此外还有明矾石等，世界铝土矿总储量亿吨以上，我国山西、河南、山东和广西等地蕴含着丰富的铝土矿。
从320、SiO铝土矿或其他含铝原料中生产氧化铝，实质上是将矿石中的AlO与232等杂质分离的过程。
O、TiOFe2233是一种2.7g/cm,铝是一种具有银白色光泽的金属，常温下其比重只有。
轻有色金属，它的主要特性如表1－1
原子序数
13
3密度（g/cm）
2.699（固）、2.3（液）
原子价
＋3
溶点（℃）
659
沸点（℃）
2467
熔化盐（）J/g
386.6
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轻的优点转动的零部件等。
量导电性而议，铝比其他任何金属的导电性都好。
按照传导等量电流计算，铝的导电截面是铜的业和无线电工业。
活塞，热交换器，饭锅，电烫斗等传热设备的理想材料。
同时利用铝具有良好的反光和热的性能，制造反光镜，隔热板，又可用来制作保温材料。
等。
透明的氧化铝薄膜，在建筑业和装饰业上获得广泛应用。
不会带来危害。
品等许多行业不可缺少的重要原材料，它和钢铁一样，已成为现代经济起飞的基础。
铝的优异性能和丰富藏量，将使铝工业成为最有前途的重要产业之一。
·℃）·导热系数（J/cmS
℃）（固，200（固，20℃）、2.182.08
-1-1-4）Ω·cm导电系数（10
20℃）3736～（
电化学当量
h）·（g/A
0.3356
·（Ah/g）
2.980
而且仍保持着质某些铝合金的机械强度很高,铝可与许多金属形成合金,以及快速火车、汽车的车箱，,因此铝被广泛用于制造飞机的外壳、铝是一种优良的导电材料，仅次于金、银、铜、水银。
然而，与单位重倍，而重量只有铜的一半。
因此铝广泛用于电气工1.6它是制造倍，铝的导热性是不锈钢的10铝具有良好的导热性，反光性。
铝极富延展性，很容易进行机械加工，轧制，切削，拉丝，压延，锻造铝具有良好的防腐性能。
铝在空气中表面生成一层致密、光亮、坚硬、铝是经久耐用的建筑材料，所以，起到天然保护层作用。
铝没有毒性，用它来包装食品及化学用品不会影响味道和质量，对人体铝不带磁性，也不会产生附加磁性，故广泛用来制造精密仪器。
总之，铝是当今电力、冶金、轻工、化工、航空航天、机械、建筑、食1.2炼铝方法的发展历程分别为化学法炼铝阶段与电解法炼铝阶段。
炼铝的历史可分为两个阶段，
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尽管在自然界中含有极为丰富的铝，但铝第一次制取出来却是不到二百）在实验室中用钾汞齐Oersted1825年前的事。
年丹麦的厄尔施泰（H·C·年法国人戴维尔1845还原无水氯化铝（AlCl）,在世界上第一次得到铝。
3混合盐也得到金属铝，并在法国进S·Deville）用钠还原NaCl·AlCl（H·3年电解法投产以前，世界上仅用化学法生产金属铝，行小规模生产。
到1877年，美这一阶段，铝产量极低，使铝成为世界上极为昂贵的金属之一。
1886国的霍尔和法国的埃鲁特发明了冰晶石—氧化铝熔盐电解法炼铝，很快电解到目前为止的百年间，而且产量迅速提高，成本迅速下降，铝取代了化学法，铝工业发展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。
现代铝电解的基本原理1.3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，在阴极和阳极上炭素作CO气体（CO2起电化学反应。
电解产物，阴极上是铝液，阳极上是和阳极），这种方法就是电解法炼铝。
1.3.1阴极过程（液）3A13+（络合的）+
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＋＋AlAl+6Na＝+3Na2b.在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反应。
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＋＋3Na＋3NaF＝AlFAl23c.
铝以电化学反应形式直接溶解进入电解质熔体中。
d.
＋e＝AlAl（液）－
:
金属钠的析出②
但随着温因为钠的析出电位比铝低。
在阴极的主反应是析出铝而不是钠,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，钠而有可能使钠离子与铝离子在阴极上一起放电，与铝的析出电位差越来越小，析出金属钠。
＋Na＝+eNa
在碱性电解质中，溶解的铝也可能发生下列反应而置换出钠。
+3Na
NaAlFAl+6NaF＝63一部分剩下的一部分被阴极碳素内衬吸收,析出的钠少部分溶解在铝中，产生黄色火焰。
以蒸汽状态挥发出来,在电解质表面被空气或阳极气体氧化:
）的生成碳化铝（AlC③34
在高温条件下，铝可与碳发生反应生成碳化铝
AlC4Al+3C＝341.3.2阳极过程阳极主反应1.3.2.1
）+1.5C-络合的1.5
3O2-
1.3.2.2阳极副反应A、的直接生产CO精品文档．
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、电解质中的单质被阳极气体氧化B、氟离子放电C:
阳极效应1.4
阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象。
阳极效应发生的机理：
a.
阳极效应的发生，是阳极表面性质，电解质的性质和阳极气体性质改变的综合结果。
在正常电解时，电解质中的氧化铝含量较高，此时在阳极上总2-电解,COO气体。
由于阳极表面总是新鲜的离子放电，连续析出CO和是含2随着氧化铝含量的,质有足够的湿润能力于是析出的气体则以小的气泡逸出。
2--，生成碳氟类络合物，而后F离子开始放电（与O离子一起放电）逐渐减少，。
因此，改变了阳极气体成分的同时，也改变了阳极的COF或CF分解生成42表面性质。
电解质对阳极的湿润变坏，由于气体薄膜的作用，和阳极表面性质改变而电阻增大，则电压升高，于是阳极效应发生。
1.4.1阳极效应的宏观表现：
出现许多细小的弧光闪,在阳极与电解质接触的周边上当阳极效应时,并可听到咝咝的响声。
槽电压骤升到数,烁,电解质像小雨点似的沿阳极上溅十伏，并联在电压表上的指示信号灯也亮了起来。
:
c.阳极效应产生原因电解质含量降低，使阳极临界电流密度下降，O主要原因是电解质中AL32在阳极表面上的湿润性变坏。
临界电流密度是指在一定条件下，发生阳极效应时的阳极电流密度。
它随氧化铝浓度减少而减小，还与电解质温度、阳极材料、电解质成份等因素有关。
d.阳极效应的影响与危害性：
发生阳极效应时电压骤升，挥发剧烈，消费大量的电能和各种原材料，又影响铝水品位，增加劳动量，恶化环境等。
但偶尔发生阳极效应，可清理电解质中的碳渣，对冷槽可用阳极效应提供热能调整热平衡等。
1.5铝电解的电解质及其性质在铝电解生产过程中，连接阳极和阴极之间的熔盐体叫电解质。
更确切
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地说，熔盐电解质是以冰晶石为熔剂，氧化铝为熔质，组成的冰晶石—氧化铝熔体为主，其它氟化盐为添加剂，这种熔融体叫电解质。
电解质的酸碱度1.5.2，电解质呈碱33时，电解质呈中性。
若分子比大于电解质分子比等于，电解质呈酸性。
性。
若分子比小于3电解质的初晶温度1.5.3初晶温度是指液体开始形成固态晶体的温度。
固态晶体开始熔化的温度称为该晶体的熔点。
初晶温度与熔点的物理意义不同，但在数值上相等。
冰晶石—氧化铝均匀熔体电解质其初晶温度随氧化铝含量增多而降低。
电解质的摩尔比（分子比）降低，其初晶温度也随之降低，但氧化铝的溶解量也会降低。
（工电解生产中需要电解质的初晶温度越低越好，这样可以降低工作温度。
工作温度越低，减少设备20℃范围）作温度一般控制在初晶温度以上10～变形，延长设备使用寿命，工人劳动环境改善，电解质挥发损失小。
而且，更重要一点，电解过程中电流效率随电解温度降低而提高，即可以降低电能消耗，又可以增加产量。
电解质的表面性质1.5.4.电解质的密度1.5.53g/cm。
密度是指单位体积的某物质的质量,其单位为工业铝电解质溶体的密度随温度的升高，氧化铝含量增多而降低。
实际生产中需要电解密度较低为好，铝电解生产中，铝与电解质是两种相溶性很小的液体，铝水的密度比电解质大，故沉于电解槽底部，它们之间的分离靠两种溶体的密度差来实现。
因铝水的密度一定，只有减小电解质熔体的密度来增大其密度差来实现，从而使两种液体良好分离。
1.5.6电解质的电导率通常用比电导率称为比电导或导电率，它是物体导电能力大小的标志，-1-1cm。
电阻的倒数来表示。
单位为：
Ω·在电解质熔体中，随着氧化铝浓度的增加，电解质的导电度减少。
工业-1-1生产中需要电解质具有cm2.222.13电解质的导电度一般在～Ω·范围内，
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其电压降就越小，越有利于降低生产能耗。
大的导电度。
电解质导电性越好，电解质的黏度1.5.7黏度是表示液体中质点之间相对运动的阻力，也称内摩擦力，单位为。
熔体内质点间相对运行的阻力越大，熔体的粘度越大。
帕·秒）S（Pa·-3左右，过大或过小，对生·103×SPa工业铝电解质的粘度一般保持在产不利。
电解质粘度过大，会降低氧化铝在其中的溶解速度，会阻碍电解质中碳渣分离和阳极气体的逸出，给生产带来危害。
但电解质粘度过小，会加快电解质的循环，加快铝在电解质中的溶解损失，降低电流效率，而且加快氧化铝在电解质中的沉降速度，造成槽沉淀。
铝电解的基本流程1.6
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？
1-31-6什么是电解质的酸碱度，它有哪些表示方法？
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铝电解的基本流程怎样？
1-9
本章小结：
本章主要介绍了铝的电解质性质，分析了铝电解的两极反应和两极副反应，详细介绍了电解质的性质和电解的基本流程。
教后反馈：
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