冶金技術(shù)教研室

鋁電解冶金技術(shù)教研室王鴻雁第一頁，共七十一頁。第二章鋁電解2.1概述1.鋁的簡介

鋁的化學符號為Al，在元素周期表中屬ⅢA族，原子序數(shù)13，原子量26.98154，面心立方體，常見化合價為+3。鋁是最重要的輕金屬。第二頁，共七十一頁。2.現(xiàn)代鋁工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)

現(xiàn)代鋁工業(yè)有三個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：(1)從鋁土礦提取氧化鋁——氧化鋁生產(chǎn)；(2)用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁——鋁電解；(3)鋁加工。2.1概述第三頁，共七十一頁。3.現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)流程簡圖2.1概述第四頁，共七十一頁。4.鋁電解的能耗

隨著鋁工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，鋁冶金的理論研究不斷的有所前進。在工業(yè)生產(chǎn)上存在的主要問題是能耗甚高。生產(chǎn)l噸鋁，大約需要電能17400kWh，熱能52GJ。如果電能是由熱能轉(zhuǎn)化而來，包括能量轉(zhuǎn)換損失在內(nèi)，總能量高達218GJ，相當于7.4t硬煤。節(jié)省鋁電解中的電能消耗以及氧化鋁生產(chǎn)中的熱能消耗，是當前鋁冶金中的主要課題。2.1概述第五頁，共七十一頁。5.煉鋁的新方法

在最近數(shù)十年內(nèi)廣泛研究了多種煉鋁新方法。一方面在于節(jié)省能量消耗，另一方面是試圖利用低品位鋁礦(例如粘土)來代替高品位鋁礦以提取氧化鋁。其中，鋁礦直接還原法制取鋁硅鐵合金，氯化鋁電解法和氧化鋁低溫電解法是比較有前途的方法。2.1概述第六頁，共七十一頁。6.鋁的物理性質(zhì)(1)鋁的標準電極電勢(25℃)為-1.662V，電化當量0.3356g/A·h；(2)在各種常用的金屬中鋁的密度小，導(dǎo)電、導(dǎo)熱和反光性能都好。鋁的電導(dǎo)率相當于國際退火銅的62~65%，約為銀的一半，如果就相等的重量而言，鋁的導(dǎo)電能力超過銅和銀；(3)鋁在低溫(-198℃下)不變脆。在空氣中鋁的表面上生成一層致密而堅硬的氧化鋁薄膜，厚度僅為0.005~0.02μm，為鋁的天然保護層，因而鋁具有良好的抗腐蝕能力；2.1概述第七頁，共七十一頁。(4)鋁和多種金屬可以構(gòu)成合金。鋁和鋁合金有很好的延展性，可以進行各種塑性加工，制成鋁絲、鋁箔和鋁材；(5)鋁合金的熔點低，鑄造性能好，故有多方面的用途。(6)熱膨脹系數(shù)：99.99%精鋁凝固時的體積收縮率為6.5%。(7)密度：鋁的實際密度值為2.6966~2.6988g/cm3。(8)導(dǎo)電性：高純鋁（99.995%）的電阻率在293K時為(2.62~2.65)×10-8Ω·m-1。2.1概述第八頁，共七十一頁。7.鋁的用途2.1概述

鋁及其合金的優(yōu)良特點是其外觀好、質(zhì)輕，可機加工性、物理和力學性能好，以及抗腐蝕性好，從而使鋁及鋁合金在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認為最為經(jīng)濟實用。

鋁的密度只有2.7g/cm3，約為鋼、銅或黃銅的密度(分別為7.83g/cm3，8.93g/cm3)的1/3。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學和很多化學體系中，鋁能顯示優(yōu)良的抗腐蝕性。

一些鋁合金在強度上超過結(jié)構(gòu)鋼材，但是純鋁及某些鋁合金的強度和硬度極低。在現(xiàn)代生活中，鋁已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在建筑行業(yè)中。第九頁，共七十一頁。第十頁，共七十一頁。

鋁的表面具有高度的反射性。輻射能、可見光、輻射熱和電波都能有效地被鋁反射，而陽極氧化和深色陽極氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，拋光后的鋁在很寬波長范圍內(nèi)具有優(yōu)良的反射性，因而具有各種裝飾用途及具有反射功能性的用途。第十一頁，共七十一頁。

鋁通常顯示出優(yōu)良的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用于如高轉(zhuǎn)矩的電動機中。鋁由于它的優(yōu)良電導(dǎo)率而常被選用。在重量相等的基礎(chǔ)上，鋁的電導(dǎo)率近于銅的兩倍。鋁合金的熱導(dǎo)量率大約是銅的50~60%，這對制造熱交換器、蒸發(fā)器、加熱電器、炊事用具，以及汽車的缸蓋與散熱器皆為有利。第十二頁，共七十一頁。第十三頁，共七十一頁。

鋁是非鐵磁性的，這對電氣工業(yè)和電子工業(yè)而言是一重要特性。鋁是不能自燃的，這對涉及裝卸或接觸易燃易爆材料的應(yīng)用來說是重要的。鋁無毒性，通常用于制造盛食品和飲料的容器。它的自然表面狀態(tài)具有宜人的外觀。它柔軟、有光澤，而且為了美觀，還可著色或染上紋理圖案。第十四頁，共七十一頁。第十五頁，共七十一頁。7.鋁的主要化學性質(zhì)(1)鋁同氧的反應(yīng)，生成Al2O3，即:2Al+1.5O2=Al2O3(2)鋁在高溫下能夠還原金屬氧化物，即:2Al+Me=Al2O3+3Me(3)鋁易被堿溶液侵蝕，生成鋁酸鹽。2.1概述第十六頁，共七十一頁。鋁電解用原材料

氧化鋁冰晶石氟化鋁鋁電解用其它氟化鹽鋁電解用炭素材料第十七頁，共七十一頁。氧化鋁氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)中的主原料。它是一種白色粉狀物，熔點為2050℃，沸點為3000℃，真密度為3.6g/cm3。它不溶于水，能溶于冰晶石熔體中。鋁電解對于氧化鋁的要求，一是它的化學純度，二是其物理性能。第十八頁，共七十一頁。冰晶石

冰晶石的分子式為Na3AlF3，它是溶劑的主要成分。鋁電解生產(chǎn)中所用的冰晶石分天然和人造兩種。天然冰晶石（3NaF·AlF3）屬于單斜晶系，是一種無色或雪白色晶體，比重2.95，硬度2.5，熔點1010℃。天然冰晶石的儲量很少，遠遠不能滿足鋁工業(yè)的需要，所以現(xiàn)代鋁工業(yè)采用人造冰晶石。第十九頁，共七十一頁。氟化鋁在鋁電解生產(chǎn)中，它是冰晶石—氧化鋁熔體的一種添加劑。氟化鋁是一種白色粉末，粒度比氧化鋁稍大，不粘手，在常壓下加熱不熔化，但在高溫下升華。它的作用是可以彌補電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，主要用于降低熔體的分子比，降低電解溫度。以保證生產(chǎn)技術(shù)條件的穩(wěn)定。第二十頁，共七十一頁。鋁電解用其它氟化鹽

鋁電解生產(chǎn)中所用的氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有一些用來調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑，如氟化鈣、氟化鎂、氟化鈉和碳酸鈉等。第二十一頁，共七十一頁。鋁電解用炭素材料

鋁工業(yè)上均采用炭素材料作電極——炭陽極和炭陰極。在電解過程中，炭陰極原則上是不消耗的，炭陽極由于直接參與電化學反應(yīng)而消耗。陽極的作用主要有兩種：導(dǎo)電和參加電解時的化學反應(yīng)和電化學反應(yīng)。第二十二頁，共七十一頁。電解對陽極的基本要求(a)導(dǎo)電率高，以降低陽極電阻；(b)導(dǎo)熱率低以降低糟的熱損失，降低陽極上部的氧化速度和防止電解質(zhì)界面凝固；(c)熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性良好，使陽極能夠在高溫和腐蝕性的環(huán)境下工作；(d)雜質(zhì)含量低，防止對金屬鋁的污染；(e)適宜的機械性能，以便經(jīng)受粗糙的搬運；(f)合適的密度和空隙率，減少金屬鋁的侵入；(g)氣體滲透率低，減少陽極內(nèi)部氧化；(h)應(yīng)有適宜的抗熱震性。第二十三頁，共七十一頁。生產(chǎn)陽極的主要原料

生產(chǎn)陽極的主要原料:石油焦；煤瀝青；改質(zhì)瀝青。第二十四頁，共七十一頁。陽極生產(chǎn)工藝石油焦粉碎后入回轉(zhuǎn)器中煅燒，除去水份和揮發(fā)份，再與殘極、生碎等回收料經(jīng)破碎、磨粉、配料后加入液體瀝青進行混捏?；炷蠛玫暮辖?jīng)振動成型，機制成生陽極塊，冷卻后送至陽極焙燒爐，1200℃溫度下進行焙燒，制得符合電解生產(chǎn)要求的陽極碳塊，陽極碳塊在陽極組裝工段與導(dǎo)桿組成陽極組，送至電解車間。第二十五頁，共七十一頁。陰極碳塊生產(chǎn)無煙煤經(jīng)過1500~2100℃電煅燒處理，使得后料部分石墨化，并配入部分人造石墨，制成陰極碳塊，經(jīng)過焙燒后進行機械加工，即可得到半石墨質(zhì)陰極碳塊。第二十六頁，共七十一頁。在電解過程中，陽極是消耗的，其理論消耗是334kg/t·Al，而實際消耗一般為380~450kg/t·Al，這與陽極質(zhì)量、電解技術(shù)條件有關(guān)。降低陽極消耗可以提高鋁廠的電流效率、降低電耗和增加鋁產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟效益。第二十七頁，共七十一頁。鋁電解生產(chǎn)基本理論知識

鋁電解質(zhì)的性質(zhì)鋁電解過程中的兩極反應(yīng)兩極副反應(yīng)添加劑對電解質(zhì)性質(zhì)的影響陽極效應(yīng)第二十八頁，共七十一頁。電解質(zhì)的組成工業(yè)生產(chǎn)上的電解質(zhì)是由多種成分構(gòu)成在鋁電解生產(chǎn)中，連接陽極和陰極之間不可缺少的熔鹽體叫電解質(zhì)，它主要是以冰晶石為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)而組成。但在現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)中使用的電解質(zhì)并非單純的冰晶石和氧化鋁。因為冰晶石和氧化鋁含有一定數(shù)量的雜質(zhì)成分，如：氧化鈉,氧化鐵,氧化矽和氧化鈣等。另外，在電解生產(chǎn)中,為了改善電解質(zhì)的物理化學性能，有利于提高電解生產(chǎn)指標，還向電解質(zhì)中加入某些添加劑，如，氟化鋁、氟化鎂、氟化鋰、氯化鈉等。第二十九頁，共七十一頁。冰晶石溶劑的特性熔融的冰晶石能夠較好的熔解氧化鋁，而且所構(gòu)成的電解質(zhì)可在冰晶石的熔點1008℃以下進行電解，從而也降低了氧化鋁的還原溫度。在電解溫度下，熔體狀態(tài)的冰晶石或冰晶石-氧化鋁熔液的比重比鋁液的比重還小約10%，它能更好地漂在電解出來的鋁液上面。冰晶石—氧化鋁熔體具有較好的流動性具有相當良好的導(dǎo)電性。第三十頁，共七十一頁。電解質(zhì)的性質(zhì)

電解質(zhì)的比重電解質(zhì)的熔點電解質(zhì)的粘度電解質(zhì)的表面張力與濕潤性氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度電解質(zhì)的揮發(fā)性第三十一頁，共七十一頁。電解質(zhì)的比重在電解槽正常生產(chǎn)過程中，上層是電解質(zhì)，下層是鋁液。由于它們之間的比重差異所致。在電解溫度（950℃）下鋁的比重（2.302），大于含有5%氧化鋁的冰晶石（即電解質(zhì)）的比重（2.102）。第三十二頁，共七十一頁。電解質(zhì)的熔點

電解過程中的電解溫度與電解質(zhì)的熔點有關(guān)。電解生產(chǎn)中的電解溫度一般比電解質(zhì)的熔點高出15~20℃。電解質(zhì)是由多種成份組成，而它的熔點隨其份變化而變化，影響電解質(zhì)熔點變化比較大的成份，有分子比、氧化鋁和氟化鈣等。第三十三頁，共七十一頁。第三十四頁，共七十一頁。電解質(zhì)粘度電解質(zhì)粘度主要取決于電解質(zhì)的成份和溫度。電解質(zhì)粘度隨溫度升高而降低。氧化鋁增大電解質(zhì)的粘度，但在電解質(zhì)中氧化鋁含量在10%以內(nèi)時影響其粘度變化較小，超過10%時，則電解質(zhì)的粘度開始顯著上升。另外，電解質(zhì)的分子比也能降低電解質(zhì)的粘度，添加氟化鈣能使其粘度增大，氯化鈉和氟化鋰使電解質(zhì)粘度減小。第三十五頁，共七十一頁。鋁電解過程中的兩極反應(yīng)陰極反應(yīng)Al3++3e→Al陽極反應(yīng)2O2-+C－4e→CO2

總反應(yīng)2Al2O3+3C→4Al+3CO2第三十六頁，共七十一頁。陰極副反應(yīng)（1）鋁的溶解和損失：金屬鋁部分地溶解在冰晶石熔體中。一般認為，陰極鋁液在電解質(zhì)里的溶解有以下幾種情況：(a)溶解在熔融冰晶石中的鋁，生成低價鋁離子和雙原子的鈉離子。2Al+Al3+=3Al+Al+6Na+=Al3++3Na2+(b)在堿性電解質(zhì)中，鋁與氟化鈉發(fā)生置換反應(yīng)。Al+3NaF=AlF3+3Na(c)鋁以電化學反應(yīng)形式直接溶解進入電解質(zhì)熔體中Al（液）-e=Al+此外，鋁也可能以不帶電荷狀態(tài)溶解在電解質(zhì)中，構(gòu)成金屬霧。第三十七頁，共七十一頁。金屬鈉的析出電解過程中陰極的主反應(yīng)是析出鋁而不是鈉，因為鈉的析出電位比鋁低。但是，隨著溫度升高，電解質(zhì)分子比增大，氧化鋁濃度減少，以及陰極電流密度提高，鈉與鋁的析出電位差越來越小，而有可能使鈉離子與鋁離子在陰極上一起放電，析出金屬鈉：Na+e＝Na此外，在堿性電解質(zhì)中，溶解的鋁也可能發(fā)生下列反應(yīng)而置換出鈉：Al＋6NaF=Na3AIF6＋3Na析出的鈉少部分溶解在鋁中，剩下的一部分被陰極炭素內(nèi)襯吸收，一部分以蒸汽狀態(tài)揮發(fā)出來（鈉的沸點為880℃），在電解質(zhì)表面被空氣或陽極氣體所氧化，產(chǎn)生黃色火焰?？赡艿姆磻?yīng)為：4Na＋O2＝2Na2O2Na＋CO2＝Na2O＋CO2Na＋CO＝Na2O＋C第三十八頁，共七十一頁。陽極副反應(yīng)冰晶石—氧化鋁熔鹽電解在電解過程發(fā)生主反應(yīng)的同時，伴隨著一系列副反應(yīng)，主要發(fā)生如下反應(yīng)：2Al（溶解的）＋3CO2=Al2O3十3CO此外，由于碳陽極散落掉渣，分離后飄浮在電解質(zhì)表面，當二氧化碳氣體與這些碳渣接觸時，會發(fā)生還原反應(yīng)而生成一氧化碳。C＋CO2＝2CO第三十九頁，共七十一頁。添加劑對電解質(zhì)性質(zhì)的影響

鋁電解生產(chǎn)中，為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，有利于生產(chǎn)，通常向電解質(zhì)中添加各種添加劑，以達到提高電流效率，降低能耗的目的。作為添加劑必須滿足以下條件：(1)在電解過程中不參與電化學反應(yīng)，以免電解出其它元素而影響鋁的純度；能夠?qū)﹄娊赓|(zhì)的性質(zhì)有所改善；(2)對氧化鋁的溶解度影響不大；(3)吸水性和揮發(fā)性要??；(4)價格要低廉。第四十頁，共七十一頁。陽極效應(yīng)

陽極效應(yīng)是鋁電解過程中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。當其發(fā)生時，陽極上出現(xiàn)許多細小的電弧，發(fā)出輕微的噼啪聲，此時槽電壓已從正常值（如4.2V)升高到數(shù)十伏陽極效應(yīng)也在其它種類的熔鹽電解中發(fā)生，例如鈣電解，但在鋁電解中最普遍。陽極效應(yīng)對鋁電解生產(chǎn)有利也有弊。第四十一頁，共七十一頁。陽極效應(yīng)發(fā)生時的現(xiàn)象在陽極與電解質(zhì)接觸的周邊上，出現(xiàn)許多細小的弧光閃爍，并帶有特別的劈啪聲；陽極周圍的電解質(zhì)猶如被氣體撥開似的,陽極與電解質(zhì)界面上的氣泡不再大量析出；電解質(zhì)的正常沸騰現(xiàn)象停止，并以小滴狀似的向上飛濺；槽電壓驟然升高到數(shù)十伏，并聯(lián)在電壓表上的指示信號燈也亮了起來，這就是工廠里俗稱陽極效應(yīng)為“燈亮”。效應(yīng)時間里，陽極氣體中的氟離子含量大大增高，并有HF逸出。第四十二頁，共七十一頁。陽極效應(yīng)的有利方面(1)

可以利用效應(yīng)來檢查電解槽的生產(chǎn)狀態(tài)是否正常；(2)冷槽時可用效應(yīng)提供熱量調(diào)整熱平衡；(3)偶爾發(fā)生陽極效應(yīng)對清理電解質(zhì)中的碳粒和陽極底掌是有益的。第四十三頁，共七十一頁。陽極效應(yīng)的危害(1)增加電能消耗和各種原材料的損失，影響槽內(nèi)鋁質(zhì)量；(2)影響系列的供電穩(wěn)定，尤其在供電容量額定的情況下，效應(yīng)過于頻繁易造成供電和生產(chǎn)之間的惡性循環(huán)，這樣既影響供電又影響生產(chǎn)的正常進行；增加勞動量，惡化場所，打亂作業(yè)計劃。陽極效應(yīng)對鋁電解生產(chǎn)利少弊多，所以，一般都把效應(yīng)系數(shù)控制在較低范圍內(nèi)。第四十四頁，共七十一頁。發(fā)生陽極效應(yīng)時的氧化鋁濃度大小與陽極電流密度有關(guān)。臨界電流密度D臨：指在一定條件下電解槽上發(fā)生陽極效應(yīng)時的陽極電流密度，若陽極電流密度達到或高于臨界電流密度時，則陽極效應(yīng)發(fā)生，反之，低于它，則不發(fā)生。第四十五頁，共七十一頁。鋁電解生產(chǎn)工藝及設(shè)備現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)，采用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法。氧化鋁作溶質(zhì)，冰晶石作溶劑，氧化鋁溶解在冰晶石中形成電解質(zhì)，以炭素材料作電極，通入電流，在電解槽內(nèi)的兩極上進行電化學反應(yīng)，即電解過程。鋁電解生產(chǎn)工藝流程。第四十六頁，共七十一頁。第四十七頁，共七十一頁。預(yù)焙陽極電解槽的構(gòu)造預(yù)焙陽極預(yù)焙槽煉鋁的生產(chǎn)技術(shù)鋁電解的電流效率鋁電解生產(chǎn)的電能效率第四十八頁，共七十一頁。第四十九頁，共七十一頁。第五十頁，共七十一頁。大型中間下料預(yù)焙槽簡圖

大型中間下料預(yù)焙槽簡圖1——槽罩2——鋼爪梁3——陽極4——電解質(zhì)5——槽殼6——涂層7——鋁8——陽極炭塊9——陰極棒10——保溫磚11——排煙裝置12——氧化鋁13——導(dǎo)桿14——夾板15——螺栓16——打殼和電式下料器17——氧化鋁18——殼面19——邊部磚20——邊部保溫磚21——結(jié)殼22——邊部炭塊23——密封圈24——鋼殼第五十一頁，共七十一頁。電解槽上部結(jié)構(gòu)電解槽上部結(jié)構(gòu)。主要由陽極結(jié)構(gòu)，包括陽極母線、陽極傳動機構(gòu)及及腹板支撐梁等。(1)陽極碳塊組包括鋁導(dǎo)桿、鋁—鋼爆炸焊片、水平鋼爪梁、鋼爪頭和陽極碳塊組成。(2)陽極升降傳動機構(gòu)固定在腹板梁的頂部，它由減速機、電動機、螺旋起重機、陽極母線吊掛裝置及安全離合器組成。（3）打殼下料裝置：打殼下料裝置設(shè)桁架上，每個下料點一套，打殼頭由普通氣缸驅(qū)動。（4）集氣煙罩及排風支管：電解槽的集氣煙罩由上部結(jié)構(gòu)上的頂板和槽周可人開閉的鋁合金煙罩組成。第五十二頁，共七十一頁。陰極結(jié)構(gòu)陰極結(jié)構(gòu)包括鋼制槽殼和內(nèi)襯兩部分。(1)槽殼具有較大的剛度和強度。一般電解槽槽殼采用雙層圍帶、搖籃架、小船型結(jié)構(gòu)，它由長側(cè)板、短側(cè)板，長側(cè)內(nèi)膛板、底板和搖籃托架等焊接組裝而成。（2）內(nèi)襯：內(nèi)襯砌體的結(jié)構(gòu)和尺寸是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和現(xiàn)有材料的性能,通過計算確定的。底部：由下往上一層硅酸鈣保溫板二層保溫磚一層高強防滲料一層陰極碳塊（3）側(cè)部：一層側(cè)部碳塊，在大面?zhèn)炔刻級K下部是高強防滲料及保溫磚伸縮縫砌體。小面?zhèn)炔刻級K下部是輕質(zhì)澆注料，所有底部碳塊縫的連接均采用搗固糊，側(cè)部碳塊縫的連接采用側(cè)塊間碳膠。第五十三頁，共七十一頁。槽罩結(jié)構(gòu)采用厚度為1.0~1.5mm鋁板與鋁型材框架焊接而成。母線配制母線系統(tǒng)是采用電磁流體動力學模擬及母線斷面優(yōu)化軟件進行設(shè)計槽周圍母線。電解槽采用大面五點進電方式。第五十四頁，共七十一頁。鋁電解槽系列

鋁電解槽系列是鋁生產(chǎn)的單元。每一個系列都有它額定的直流電源和電解槽數(shù)目。系列中電解槽串聯(lián)連接。直流電從整流器之正極經(jīng)鋁母線送到電解槽的陽極，經(jīng)電解質(zhì)和鋁液層流過陰極，然后進入下一臺電解槽的陽極，依次類推。從最后一臺電解槽陰極出來的電流，返回整流器的負極。電解廠房內(nèi)電解槽的配置方式有縱向排列和橫向排列兩種，每一種排列方式又可分為單行排列和雙行排列。在電解廠房中間設(shè)有氧化鋁貯倉。大型槽采用各自的自動加料裝置。第五十五頁，共七十一頁。鋁的電化當量：表示在電解槽通過1安培電流并經(jīng)1小時電解，理論上在陰極所應(yīng)析出鋁的克數(shù)[g/（A·h）]。電流效率，是指陰極析出金屬的電流利用率。當電解槽通過一定電量（一定電流與一定時間）時，實際產(chǎn)鋁量與理論產(chǎn)鋁量的比值。鋁電解生產(chǎn)中的電能效率是指：生產(chǎn)一定數(shù)量的金屬鋁，理論上應(yīng)該消耗的能量（W理）和實際上所消耗了的能量（W實）之比。第五十六頁，共七十一頁。電流效率降低的原因

現(xiàn)代大型預(yù)焙陽極電解槽的電流損失，造成電流效率降低：主要原因是(1)解出來的鋁又溶解或機械混入到電解質(zhì)中，并被循環(huán)著的電解質(zhì)帶到陽極空間或電解質(zhì)表面，為陽極氣體中的CO2或空氣中的氧所氧化。(2)其它離子的放電。(3)電流空耗。第五十七頁，共七十一頁。電流效率的影響因素

（1）電解質(zhì)溫度（2）極距（3）電解質(zhì)成分（4）電流密度（5）鋁液高度第五十八頁，共七十一頁。鋁電解槽的平均電壓分配

鋁電解槽的槽工作電壓主要由以下幾部分組成：(1)氧化鋁的實際分解電壓（又稱反電勢或極化電勢）E實(2)陽極電壓降(3)陰極電壓降(4)電解質(zhì)電壓降(5)母線電壓降(6)陽極效應(yīng)分攤電壓降第五十九頁，共七十一頁。節(jié)約電能的途徑

(1)降低氧化鋁的實際分解電壓(2)降低電解質(zhì)電壓降(3)降低陽極電壓降(4)降低陰極壓降(5)降低陽極效應(yīng)分攤電壓(6)降低母線電壓降第六十頁，共七十一頁。鋁電解槽的磁場、溫度場和氣體流動場

電解槽通入的直流電流通過一個電解槽的各個導(dǎo)電部件（立柱、陽極母線、陽極、電解液層和鋁液層、陰極、陰極母線）進入下一臺電解槽，在電解槽周圍環(huán)境中會產(chǎn)生強大的磁場。磁場對鋁電解槽生產(chǎn)的影響磁場對鋁電解生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：鋁液回流，鋁液波動，滾鋁。第六十一頁，共七十一頁。鋁液回流電解槽在啟動之后，鋁液的流速很慢，而且沒有固定的流動方向，處于平靜狀態(tài)。啟動若干月之后，電解槽已形成了某種形狀的槽堂，鋁液的流動呈環(huán)形或8字形，這主要是由于鋁液中水平電流分布不均所致。在啟動初期，回流圖案主要呈現(xiàn)歪斜的8字形。隨著時間的延長，主要回流方式逐漸改變成環(huán)形，它隨著槽齡增長而愈益顯著。第六十二頁，共七十一頁。鋁液波動

鋁電解槽槽內(nèi)鋁液經(jīng)常處于波動狀態(tài)。其波峰高度和波動頻率與陽極氣體逸出狀態(tài)和鋁液中電磁作用力大小等因素有關(guān)。預(yù)備槽陽極上的電流分配呈正弦波形變動，當鋁液尖峰正好掠過該陽極之下并返回來的時候，該陽極便達到其電流最大值。按時間計算的平均電流值，幾乎正好等于其額定值。第六十三頁，共七十一頁。滾鋁

鋁電解槽發(fā)生滾鋁時，一股鋁液從槽底翻上來，然后沿槽壁沉下去，有時鋁液甚至會噴射到槽外。水平磁場與縱向電流相作用，產(chǎn)生一種向上的電磁力。當縱向電流密度很大時，向上的電磁力足以使該局部的鋁液向上翻滾，在嚴重的情形下甚至噴射出槽外，這就是所謂的“滾鋁”。處理“滾鋁”的辦法是，首先需要往槽內(nèi)灌注鋁液，增加鋁液層的厚度。同時宜清除該局部的沉淀，以減少水平電流。第六十四頁，共七十一頁。發(fā)生“滾鋁”的電解槽特點(1)槽膛畸形。槽底上結(jié)殼分布不均勻，一端特別肥大并有大量沉淀，造成鋁液中縱向電流增多。(2)槽內(nèi)鋁液淺（特別是在出鋁之后），造成鋁液中水平電流密度增大。第六十五頁，共七十一頁。鋁電解槽的溫度場鋁電解是熔鹽電解，電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度較高，在電解槽的內(nèi)形成溫度場。在鋁電解槽內(nèi)，槽膛內(nèi)部的鋁液和電解質(zhì)在不停的運動，熱量通過熔體的對流向槽內(nèi)襯傳遞，最后傳到電解槽鋼殼表面，然后由鋼殼表面向外部空間散發(fā)。鋁電解槽底部的溫度梯度主要產(chǎn)生在保溫層中。在陰極碳塊的端部，陰極鋼棒與碳塊接觸面的溫度低于900℃，這一溫度低于