电解氧化铝加冰晶石(冰晶石溶解氧化铝) 铝的生产 冰晶石-氧化铝电解:& nbsp；& nbsp一、冰晶石-氧化铝电解工艺:& nbsp& nbsp现在世界上的铝都是电解冰晶石-氧化铝熔盐生产的。 生产过程如图1所示。 & nbsp& nbsp& nbsp电解槽是电解铝的核心，现代铝电解根据电解槽的不同可分为两大类四种形式，即连续和不连续预焙电解槽、上塞和侧塞自焙电解槽。 & nbsp& nbsp1 & nbsp现代铝电解工业生产流程图:& nbsp& nbsp(1)间断预焙电解槽:& nbsp& nbsp间断预焙电解槽简称焙槽，多用于现代铝生产中。 由于这种槽的结构简单，节省了材料，有利于阳极气体的收集，并且可以放大。 大型预焙电解槽电流强度达到320kA，电流效率达到92%，各项指标良好。 最近，法国成功开发了500kA超大型预焙阳极电解槽。 预焙槽的结构主要包括阴极装置、阳极装置和导电母线系统。 & nbsp& nbsp& nbsp阴极装置由钢制罐壳、阴极碳块组和保温材料砌体组成。 壳体为钢板焊接而成的开口六面体，可分为有底和无底壳体，又可分为背撑式和摇篮式。 目前大多采用有底槽壳，用工字钢加固槽壳周边和底部。 阴极炭块组包括阴极炭块和钢棒，钢棒嵌在阴极炭块的燕尾槽中，也用高磷生铁铸造，使铁棒与阴极炭块连接。 阴极炭块具有质地均匀、导电导热性能好等优点。 保温砌体由耐火砖和保温砖组成。 一般罐壳内自上而下有两层石棉板，一层氧化铝粉，三层硅藻土保温砖和两层粘土砖，一层碳糊，阴极碳块。阴极碳块之间的垂直接缝用碳糊填充。 罐壁内衬和罐底碳块围成的空空间称为罐膛，一般深500 ~ 600 mm。 罐体周围的下部用碳糊捣成斜坡，称为人工腿延伸，帮助铝液在阳极投影区收缩。 阴极装置中的阴极碳块能够承受熔盐侵蚀的时间称为电解槽寿命。我国电解槽寿命为1300d，国外为1800d。 & nbsp& nbsp& nbsp阳极装置由阳极母线梁、阳极碳块组和阳极提升机构组成。 预焙槽有多个预制碳块组，每组包括三个预制阳极碳块。 碳块、钢爪和铝导电棒组装成阳极。 钢爪用高磷生铁浇铸在碳碗中，与碳块紧密结合。铝导电杆通过渗铝和爆炸焊接与钢爪连接。 铝导电杆通过夹具与阳极母线梁连接，阳极碳块挂在染料上。 母线梁由铸铝制成，承受整个阳极的质量，通过阳极向电解槽输入电流。 驱动升降装置上下移动以调整阳极的位置。 预制阳极碳块的数量由电解槽电流强度、阳极电流密度和碳块尺寸决定。 喂食可以从侧面进行，也可以从中间进行，根据喂食的量和时间分为间隙喂食和点喂食。 & nbsp& nbsp& nbsp导电母线系统包括阳极母线、阴极母线、列母线和槽间连接母线，由大面积铸铝板制成。 导电总线系统中最重要的是总线配置和总线经济电流密度的选择。前者取决于控制电解槽磁场分布的要求，而后者则由电耗和资金投入的优化结果决定。 母线有纵向和横向两种模式。 现代电解槽采用水平配置和多端进料方式。 & nbsp& nbsp& nbsp(二)连续预焙电解槽:& nbsp& nbsp该连续预焙电解槽的特点是用特殊的碳糊将预制好的阳极块粘结在即将耗尽的阳极上，并在电解过程中的高温下使碳糊焦化，使新旧碳块融为一体。 电流从侧面引入。 其优点是无残极，消除了变极引起的电流分布不均匀；缺点是连接处电阻大，阳极结构复杂，热损失大，经济指标低于间断预焙电解槽。 & nbsp& nbsp& nbsp(3)侧插自焙电解槽:& nbsp& nbsp侧向自焙电解槽采用定期向槽内加入阳极糊的方法，阳极糊在电解过程中高温烘烤成阳极锥体。 电流从侧面插入的钢棒通过阳极锥体引入电解液。 & nbsp& nbsp& nbsp插入侧槽的阳极装置由阳极、阳极架和阳极下降机构组成。 整个阳极的外部放在阳极框架内用铝板铆接的盒子里。 在烧结成阳极锥体之前，钉上阳极棒，阳极棒与水平面成20°角。有四排，上面两排要烧结，下面两排工作，和小阳极母线连接导电。 在电解过程中，铝箱和阳极锥体一起消耗，阳极不断结焦，保持锥体稳定。 阳极框由槽钢和钢板焊接而成，框在铝箱外。 它的下部U形吊环罩住阳极，可以随阳极升降。 阳极架上安装有滑轮组，滑轮组通过钢丝绳悬挂在阳极升降机上。 既能托起阳极，又能承受液态碳糊的膨胀，保护铝盒不变形。 阳极提升机构由电机、减速器和滑轮组组成，必要时提升阳极。 & nbsp& nbsp& nbsp虽然侧自焙槽省去了阳极炭块的低烧工艺，没有残极处理，简化了工艺流程，大大降低了生产成本，具有投资小、见效快的特点，但存在烟气收集困难、环境污染问题难以解决、阳极尺寸受限、无法放大、DC电耗高、生产过程难以实现自动化等问题。 最近我国政府明确限制自烤坦克的发展。 & nbsp& nbsp& nbsp(4)堵塞自焙电解槽:& nbsp；& nbsp上部自焙电解槽由炭阳极、阳极框套、集气罩、阳极气体燃烧器和阳极升降机构组成。 碳阳极也是由阳极糊连续自焙制成的。阳极棒垂直插入阳极锥，拔出棒时留下的棒孔要被上层液糊填满，形成二次阳极。阳极糊的流动性稍大。 阳极为爆炸焊接在导电棒上的钢棒，钢棒插入碳阳极，插入深度按四个水平面配置。 铝导电杆通过夹具与阳极母线梁紧密连接。 烧结前将阳极棒钉入阳极锥，烧结后才能使用。 阳极不仅导电，而且承担整个阳极的重量 阳极外围为阳极框架，由10mm钢板焊接而成，并用型钢加固。 在框架的下部周围设置集气罩，集气罩延伸到表层壳体上的氧化铝层，密封壳体的上部空。 阳极气体被收集在集气罩中，在燃烧器中燃烧，并被送去净化。 阳极提升机构用于提升阳极架套筒。 & nbsp& nbsp& nbsp现代铝工业采用180kA、200 kA、300 kA系列大型预焙阳极电解槽，采用两端或四端进料方式。 进入21世纪后，法国Pechiney公司研制成功500kA超大电解槽，各项指标大幅提高，标志着世界铝工业进入了一个新的发展时期。 & nbsp& nbsp& nbsp二、冰晶石-氧化铝电解的过程:& nbsp& nbsp焙烧启动后，铝电解槽将转入正常生产，即在额定电流强度下稳定生产；各项技术参数均达到设计要求，取得了良好的技术经济指标——主要包括原铝的电耗、效率和质量。 & nbsp& nbsp& nbsp电解槽在正常生产状态下的外观特征有:(1)火焰从火焰孔中强烈喷出，火焰颜色为淡紫色或微黄色；(2)电池电压稳定或在狭窄范围内波动；(3)阳极周围的电解液均匀“沸腾”；(4)残炭分离良好，电解液清澈透明；(5)槽面有完整的结皮，疏松易弹。 & nbsp& nbsp& nbsp普通电解槽具有“规则的槽孔” 电解槽侧面碳块旁沉积有一圈由电解质熔体凝固而成的结皮(也称槽边和腿延伸)，阳极周围形成一个近似椭圆形的槽孔。 这层硬壳可以有效防止电能和热量通过侧墙流失，保护侧边和槽底周围的内衬不被熔体侵蚀，收缩铝镜(即阴极表面)提高电流效率。 电解过程中尽量保持槽孔的规则性。 生产过程中，槽底应清洁，无氧化铝沉淀或仅有少量氧化铝沉淀。 & nbsp& nbsp& nbsp保证电解槽在正常生产中的高产、优质、低耗，同时维持正常生产有赖于合理的技术条件和相应的操作制度。 否则生产无法正常维持，会出现病槽和事故，降低各项技术指标。 & nbsp& nbsp& nbsp(1)电解铝生产工艺条件:& nbsp& nbsp生产的正常技术条件主要有:串联电流强度、槽电压、电解温度、极距、电解液成分、电解液液面(即壳下熔体层高度)、铝液面(即槽内铝液高度)、槽底电压降、阳极效应系数等。 这些因素(或技术操作参数)都是相互关联的。 在一定时期内，应该尽可能保持相对稳定。一旦因为某种原因需要改变，就必须相应调整其他参数与之协调。 & nbsp& nbsp& nbsp正常的生产技术条件是根据铝电解原理和具体条件制定的。 表1列出了电解槽的一些技术条件。 1 & nbsp工业电解槽技术条件举例:棒预焙电解槽连续预焙电解槽电流强度/kA阳极电流密度/A·cm-2电解温度/℃950 ~ 9602.2 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp9413400500 & nbsp940 ~ 9502.2 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp0.04 ~ 0.0594132001100.82 ~ 0.859602.754 ~ 6-4.14 ~ 4.52226-1.08715500 & nbsp；& nbsp& nbsp(二)电解铝生产常规操作:& nbsp& nbsp无论是自焙槽还是预焙槽，铝电解槽的常规操作主要包括进料(称为加工)、出铝和阳极工作三个部分，具体内容因槽而异。 & nbsp& nbsp& nbsp1.饲养 铝电解的加料操作是定期向电解槽中加入氧化铝。新电解槽采用所谓的连续下料或点下料，即严格规定每次下料的间隔时间。连续消隐的时间间隔为20s，每隔几分钟增加一次点消隐。 & nbsp& nbsp& nbsp空白的目的是保持电解液中Al2O3的浓度稳定。 电解质熔体中Al2O3的含量一般为58% 大型预焙槽连续加料或点加料后，Al2O3浓度差仅为2% ~ 3%。 由于Al2O3浓度保持较低，电流效率可以达到94%。 还能使加入的Al2O3快速溶解，保持槽底不沉淀，有利于提高电流效率。 大型电解槽下料多由电子计算机自动控制，下料位置可以在碳块边缘，也可以在中间。 后者更优越，不用打开槽盖，为现代大型电解槽所采用。 间歇进料过程由天车组合机组或地面龙门架组合机组完成。 中小型电解槽爬壳机的操作 & nbsp& nbsp& nbsp铝电解的加工程序是先打开表面预热的氧化铝层，再打开型壳表面，将氧化铝推入熔体，然后在新凝固的型壳表面加入一批氧化铝。严禁将冷氧化铝直接加入电解液中。 在我国铝电解生产中，总结出了“勤加工，少下料”的操作方法，对中型电解槽实现稳产高产是有效的。 除了补充氧化铝外，通常还需要调整电解质的组成，补充挥发的氟盐和添加剂，调整电解质的摩尔比。 需要每天采样分析电解质的成分来确定补充量。 加入的氟化盐要和氧化铝混合均匀，铺在外壳上预热，盖上氧化铝，加料时加入。 & nbsp& nbsp& nbsp2.铝攻丝 电解产生的铝要定时定量地从槽中取出。 每次出铝之间的时间称为出铝周期。 中型槽一两天出一次，大型槽一天出一次，每次出铝量大约等于这个周期的出铝量。 出铝是用真空钢包完成的。 提取的铝液被运送到铸造部门。 经过铝熔剂净化、质量调配、除渣澄清后，铸成各种形状的名优锭。 从工业电解槽中取出的铝液含有金属杂质(硅、铁、钛、钒等。)、非金属杂质(Al2O3、碳和碳化物)和气体。 必须除去这些杂质以满足用户的要求。 铝液的净化方法包括静态法和连续溶剂净化法。 静置的方法是在尽可能低的温度下长时间静置，使氢在铝液中的溶解度随着温度的降低而降低，铝液排出。 在这个过程中，非金属杂质也会从熔融铝中浮出来并被除去。 & nbsp& nbsp& nbsp3.阳极操作 它是阳极电解槽的核心，其管理非常重要。 在电解过程中，自焙阳极利用电解高温将阳极糊焙烧成阳极。 它在电解过程中参与反应，不断消耗。阳极工作的主要任务是补充阳极糊和转移阳极母线(上槽没有这项工作)。 先拔出即将接触电解质熔体的阳极棒，将小母线转移到已经进入阳极锥体的阳极棒上，然后将阳极棒钉入即将烘烤成锥体的阳极糊中(称为钉棒)。 这样，当膏体烤成锥形时，钉杆能与其保持最佳接触，从而保证导电均匀。 工作时，阳极应均匀烘烤，电流应均匀引入阳极，阳极棒、阳极和金属应保持良好接触，以减少压降。 阳极完成后，应保持阳极在电解过程中不倾斜、不氧化、不结块、不断裂、不开裂。 预焙阳极的操作是:定期按一定顺序更换阳极块，以保持新老阳极均分电流，保证阳极大梁不倾斜；更换后，阳极必须用氧化铝覆盖；随着电解的进行，阳极应不断下降，当不能再下降时，应提升阳极母线梁。 & nbsp& nbsp& nbsp(三)铝厂烟气净化:& nbsp；& nbsp铝电解过程中排放的烟气包括气态物质和固态物质。 正常电解释放的气体是CO和CO2以及少量氟化物气体的混合物，发生阳极效应时会产生CF4。 自焙槽在烧结过程中产生沥青烟挥发物，占气体污染物的90%，预焙槽气体污染物占50%，如表1所示。 污染物主要是H2F2含氟气体。 铝电解过程中会产生阳极气体，其中含有H2F2、SiF4、CF4、CO2等。以及沥青挥发和各种粉尘，危害电解车间周围的环境，威胁操作人员的健康。 因此，铝厂烟气得到了合理的处理。 烟气净化有干法和湿法两种。 2 & nbsp铝电解槽污染物排放:& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp[kg/t(Al)]槽式气态氟化物、固态氟化物、气态氟化物总量、粉尘总量、槽侧预焙槽15.4514 . 648 . 334.05-8.4319 . 517 . 816 . 824 . 049 . 744.1:& nbsp；& nbsp湿法净化是用水或碱液作为H2F2和粉尘的吸收剂来净化烟气。 一般用5%碳酸钠溶液洗涤含氟气体，即发生反应:2 na2co 3+H2 F2→2 NaF+2 nah co 3:& nbsp；& nbsp当溶液中NaF含量达到25 ~ 30g/L时，可用于合成冰晶石:6 NaF+4 nah co 3+NAA lo 2→na 3 alf 6↓+4 na2co 3+2H2O:& nbsp；& nbsp冰晶石经分离干燥后，返回电解槽使用。 滤液返回吸收塔吸收氟气，整个过程的物料可以循环使用。 如图2所示。 2 & nbsp铝电解槽烟道湿法净化工艺流程图:& nbsp；& nbsp至于自焙槽排出的烟气，由于含有沥青烟，很难净化。大部分厂家只做除尘除焦油。 湿法净化是70年代铝厂烟气净化的主要方法。 这种方法虽然净化了烟气，但也产生了废水，需要净化，投资大，运行成本高。现在已经被干法净化代替了。 & nbsp& nbsp& nbsp干法净化是以铝电解槽的原料氧化铝为吸收剂，吸收烟气中的HF气体，截留烟气中的粉尘，将吸收了氟化氢的氧化铝作为原料加入到电解槽中。 & nbsp& nbsp& nbsp氧化铝对氟化氢的吸附是化学吸附。 吸附氧化铝时，表面形成单层吸附化合物，每1摩尔氧化铝吸附2摩尔HF。这种表面化合物在300℃以上转化为AlF3分子 氧化铝对氟化氢的吸附率可达98% ~ 99% 铝工业用氧化铝的比表面积和活性因焙烧温度不同而不同，对HF的吸附性能也不同。 干法净化用氧化铝的比表面积应大于35m2/g，α-Al2O3含量不应超过25% ~ 35%。 铝电解对砂状氧化铝的比表面积和α-Al2O3含量的要求就是根据这种需要提出的。 现代预焙槽都采用干法净化氟化氢气体。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp贵州铝厂采用干法净化。第一名气态氟化物为5.7mg/m3，固态氟化物为7.3mg/m3。净化后烟气中氟化物分别为0.12mg/m3和0.08mg/m3，净化率达到98%。 & nbsp& nbsp& nbsp干法净化方法具有流程短、设备简单、净化效率高的优点。捕集的氟返回电解槽，节约了氟化盐，广泛应用于大型预焙电解槽。 干法净化的主要缺点是烟气中的杂质也会返回电解槽，影响电解铝的质量和电流效率。 & nbsp& nbsp& nbsp我国电解铝厂产生的烟气，有的是干法净化，有的是湿法净化，有的根本不净化。 随着生产的发展，我国的电解铝厂正在向大型预焙槽发展，并且都不得不采用干法净化。 关键词:标签:有色金属 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
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