铝电解培训教材1(初稿)

1第一章第一章铝的性质与用途铝的性质与用途第一节第一节铝的性质铝的性质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%，仅次于氧和硅而居第三位。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320亿吨以上，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Al2O3与SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质分离的过程。炼铝的历史可分为两个阶段，分别为化学法炼铝阶段与电解法炼铝阶段。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年前的事。1825年丹麦的厄尔施泰（H²C²Oersted）在实验室中用钾汞齐还原无水氯化铝（AlCl3）,在世界上第一次得到铝。1845年法国人戴维尔（H²S²Deville）用钠还原NaCl²AlCl3混合盐也得到金属铝，并在法国进行小规模生产。到1877年电解法投产以前，世界上仅用化学法生产金属铝，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年，美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，很快电解铝取代了化学法，而且产量迅速提高，成本迅速下降，到目前为止的百年间，铝工业发展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。铝是一种具有银白色光泽的金属，常温下其比重只有2.7g/cm3,是一种轻有色金属，它的主要特性如表1－1。2表1-11铝的主要特性铝的主要特性原子序数13密度（g/cm3）2.699(固)、2.3(液)原子价＋3溶点（℃）659沸点（℃）2467熔化盐（J/g）386.6导热系数（J/cm·S·℃）2.08（固，20℃）、2.18（固，200℃）导电系数（10-4Ω-1·cm-1）36～37（20℃）电化学当量（g/A·h）0.3356（A·h/g）2.980第二节第二节铝的用途铝的用途铝可与许多金属形成合金,某些铝合金的机械强度很高,而且仍保持着质轻的优点,因此铝被广泛用于制造飞机的外壳、火车、汽车的车箱，以及快速转动的零部件等。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1.6倍，而重量只有铜的一半。因此铝广泛用于电气工业和无线电工业。铝具有良好的导热性，反光性。铝的导热性是不锈钢的10倍，它是制造活塞，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。铝极富延展性，很容易进行机械加工，轧制，切削，拉丝，压延，锻造等。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、3透明的氧化铝薄膜，起到天然保护层作用。所以，铝是经久耐用的建筑材料，在建筑业和装饰业上获得广泛应用。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，对人体不会带来危害。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。4第二章第二章铝电解基本理论知识铝电解基本理论知识铝的工业生产，一直采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法。本章以冰晶石—氧化铝熔盐电解为基础，介绍有关铝电解的基本理论知识。第一节第一节铝电解基本原理铝电解基本原理电解是指借直流电的作用，在阴阳极两极上实现电化学反应的过程。也就是说当直流电通过电解质时，电解质的某种成份在电极上分离出来，这种现象称为电解。更简单地说电解是由化合物经电离放电到变成原子的过程。根据法拉第定律指出,对任何物质,通过96485库仑(即26.8安培²时)应析出一克当量铝(即8.9938克),那么通过1安培²时,应析出0.3356克铝。因此，铝的电化学当量是在电解质通过1安培²时电量时,理论上应析出0.3356克铝。在铝电解生产中用法拉第定律计算理论产量时，其公式如下：M＝K³I³TM-----理论产铝量（克）K-----铝的电化学当量（克/安培²时）I-----通过的电流（安培）T-----通过的时间（小时）铝电解生产的电流效率是指铝电解过程中，原铝实际产量与原铝理论析出量的百分比（%）。用公式表示为：电流效率=)()(原铝理论产量原铝实际产量MM³100%=103356.0)(TIM实³100%由于铝电解过程中，在两极上发生二次反应、铝的溶解损失、钠离子的析出、炭化铝的生成、电流的损失和电流的空耗、及其它机械损失等因5素的影响，实际上在阴极上所得到金属铝的数量远低于理论上应得到的数量