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铝电解生产中影响电流效率因素的研究.doc

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铝电解生产中影响电流效率因素的研究摘要铝电解的电流效率是铝电解生产过程中非常重要的一项技术指标。它在一定程度上反映着铝电解生产的技术和管理水平。因此,铝电解生产中高电流效率,低能耗一直是电解生产的重要目标。重点分析了铝电解生产中电流效率降低的机理,即电流效率降低的原因;影响电流效率降低的因素,主要研究了工艺技术对电流效率的影响。然后从技术和管理两个方面提出了提高铝电解电流效率的途径。关键词:铝电解生产,电流效率,技术参数TheResearchtotheFactorsthataffecttheCurrentEfficiencyinAluminumElectrolysisAbstractCurrentefficiencyisaveryimportantTechnicalIndexinAluminumelectrolysis。

Tosomeextent,itreflectstheleveloftechnicalandcontrolinAluminumelectrolysis.Consequently,highefficiencyandlowenergyconsumptionhasalwaysbeentheimportantgoalintheAluminumelectrolysis.Accordingtothemechanismofthereductionofcurrentefficiencyandthefactorsleadtolowefficiency.Andthenproposeseveralmethodswhichincludetechnicalandmanagementtoenhancethecurrentefficiency。

Keywords:aluminiumelectrolyticproduction,CurrentEfficiency,technicalparameters目录1.绪论11.1我国铝电解现状及电流效率对铝电解的影响11.2铝的电化学当量及理论产量31.3铝电解的电流效率42.铝电解生产电流效率降低的原因82.1铝的溶解和再氧化损失82.1.1物理溶解82.1.2化学溶解82.2高价铝离子的不完全放电92.3钠离子的放电102.4其他损失103.影响铝电解电流效率的因素123.1工艺参数对电流效率的影响123。

1.1电解温度对电流效率的影响123.1.2电解质成分对电流效率的影响133.1.3电流密度对电流效率的影响143.1.4铝水平和电解质水平对电流效率的影响153.1.5极距对电流效率的影响163.1.6阳极效应系数对电流效率的影响163.2铝电解过程中操作管理对电流效率的影响164.提高铝电解电流效率的途径184.1优化设计提高铝电解电流效率184.2建立规整稳定的电解槽炉膛194.3优化工艺技术条件提高铝电解电流效率194.4优化操作管理质量提高铝电解电流效率205.结论216.致谢22参考文献231.绪论1.绪论1。

1 我国铝电解现状及电流效率对铝电解的影响我国铝电解技术自70年代末引进160KA中间下料预焙槽技术之后,从消化国外技术开始,揭开了我国现代铝电解技术发展的序幕,以铝电解槽热电磁力特性及磁流体数学模型研究为核心,在工艺、材料、过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究工作。九十年代以来,在基础理论、大型铝电解槽开发以及工程应用取得了一系列成果,开发成功了280、320KA以上的特大型电解槽技术,使铝工业的技术进步令人注目。大容量电解槽的开发,使我国铝电解技术总体上达到了国际先进水平,电解铝工业的面貌发生了根本的改变。我国铝厂通过技术条件的优化,在提高电流效率方面积累了一系列的经验,取得了很大的成绩。

但是随着现代大型高效能预焙铝电解槽生产技术的开发应用,铝电解槽的生产工艺已向电解槽的过程控制技术提出了更高的要求,即适应性要强,控制稳定且可靠。然而,控制技术的提高又依赖于铝电解工艺技术深入研究和实践的成果,以此为基础,选择最佳的控制方式,提高电解生产稳定性,促进电流效率的进一步提升和降低消耗成为目前电解生产的一个发展方向。研究新的炼铝方法以取代冰晶石氧化铝熔盐电解法。一直是炼铝工作者期望的目标。一百多年过去了,埃鲁和霍尔发明的冰晶石氧化铝熔盐电解法生产铝的方法还是工业生产铝的唯一方法。可见寻求技术上可行,经济上合理的炼铝方法难度之大。但是以下几个方面还是有希望取得进展的:首先,以铝矿石为原料直接生产铝基合金的方法有望在特定条件下生存。

其次,新型结构电解槽,该种电解槽实质上还是以埃鲁和霍尔发明的冰晶石氧化铝熔盐电解生产电解铝的方法为基础,改变电解槽结构,使之能量利用率得以提高。铝电解槽设计的目的之一是提高电解槽稳定性,最终提高电流效率。作为改进埃鲁和霍尔发明的冰晶石氧化铝熔盐电解法生产金属铝的另一途径是提高技术水平。如降低电解温度,减少电解槽散热损失,提高能量利用率。铝电解的电流效率是铝电解生产过程中非常重要的一项技术指标。它在一定程度上反映着铝电解生产的技术和管理水平。如何提高铝电解的电流效率,历来都是铝业工作者非常关注的问题。铝电解生产中,总有一部分电流被损失掉,使效率下降。到目前为止,研究表明,电解过程中电流效率降低的原因主要有铝的溶解和再氧化损失。

铝离子及其他一些高价离子的不完全放电,造成电流空耗;钠离子方电;机械损失及其它损失。而影响电流效率的这些因素又受着电解温度的直接影响。在铝电解生产中,如何提高电流效率,降低能耗一直是电解生产中的重中之重。电流效率的高低不仅可以反映出电解生产质量的好坏,而且它还直接影响着企业的经济效益。近年来,我国铝工业有了很大的发展。在增大槽型的同时,铝电解生产一直在朝着高电流效率,低能耗的方向探索和发展。在铝电解生产中人们通过长期的实际操作和管理掌握了一些左右着铝电解生产的重要参数,这就是所谓的技术条件,这些技术条件在实际生产中对电流效率有着很大的影响。20世纪80年代以来,在跟踪国际超大型预焙铝电解技术发展的基础上。

我国在容量铝电解槽开发取得了一系列成果,使我国大容量铝电解槽技术领域总体技术水平跨入世界先进行列,行业内对铝电解技术今后的发展己没有太大的信心,也让许多铝电解技术工作者感到迷茫。虽然我国开发成功了300KA级特大容量电解槽技术,并迅速推广应用,但由于我们在跟踪国际电解铝技术过程中实现了跨越式发展这一特点,大型槽技术尚未经过生产过程的逐步完善的过程,在生产实用技术领域缺乏应有的技术积累和支撑,因此仍存在许多突出的技术问题,与国际水平仍有较大差距。总的来说,目前就我国电解铝整体生产状态而言,能源综合利用效率要比国际先进水平低15%左右,主要表现在:电流效率相差23个百分点;吨铝电耗相差300800Kwh。

电解铝用阳极生产过程能耗相差3Gj/t左右;吨电解铝阳极消耗相差3Gj/t左右;吨电解铝阳极消耗相差3060Kg(折合标准煤约75150Kg);电解槽寿命相差1000天左右;阳极效应系数国际相差为0.1次/天槽以下,我国目前最好水平在0.3次/天槽。我国电解铝厂与国外相比,规模小,技术装备低,能耗高,环保设施差我国铝电解厂数目猛增,氧化铝供应日趋紧张行业集中程度低,规模小,电价高,无法与国际市场竞争:据统计,国外电费在铝的生产总共所占的比例低于30%,而我国为38%40%,比国外高了15%左右。并且大多数铝厂规模小,行业集中程度低,低于5万吨有111仅占总产能48%,而国外铝厂大多数在几十万吨(平均19万吨以上)。

而且我国电解厂总体技术和设备水平较国外偏低。在铝电解生产中,如何提高电流效率,降低能耗一直是电解生产中的重中之重。电流效率的高低不仅可以反映出电解生产质量的好坏,而且它还直接影响着企业的经济效益。提高电流效率是电解生产追求的一个主要目标,因为电流效率的提高意味着产量的增加和消耗的降低。理论和实践均证明,降低电解温度可以提高电流效率。目前降低电解温度的方法主要有两个:一是采用钾盐电解质;一是采用低分子比电解质。低分子比电解质在国外大型预焙槽上得到成功地应用,电流效率达到95%左右。锂盐电解质在一些自焙槽上也有成功应用的范例,电流效率达到90%以上。我国不同厂家对以上两种方法也进行过试验,

有的取得了效果,有的则以失败告终。在采取降低槽温措施的电解槽上,需要领导的重视和工程技术人员、管理人员以及生产操作工人相互密切配合,共同摸索出一套适合自己槽子特点的技术条件,才能使节能措施发挥应有的作用。1.2 铝的电化学当量及理论产量铝电解的电解质是冰晶石和氧化铝均匀的熔融体。电解质导电并发生化学变化时,铝就会在阴极析出。析出的铝金属两根通入电解质中电流强度和时间的关系,遵循法拉第电解两大定律。法拉第第一电解定律指出:电解质导电时,在极板处析出的物质的质量M跟通电时间t和电流强度I成正比,或者说跟通过电解液的电量q成正比。其公式为:M理=kIt=kq(1)式中的M理事之析出物质的理论质量(Kg或g)。

式中的k叫做电化当量。物质的的电化当量与物质的性质有关,对于被析出的同一物质,电化当量是衡量,而不同种类的物质,电化当量的数值不同。电化当量k的单位为Kg/C或g/Ah。显然,如果知道了某物质的电化当量,例如铝的电化当量,又已知通电时间和电流强度,就可以根据公(1),求析出物质的质量。问题的关键是怎样求得某物质的电化当量。法拉第在大量实验事实的基础上,得出的法拉第电解第二定律指出:物质的电化当量和他的化学当量成正比。某种物质的化学当量是该物质的摩尔质量m跟它的化合价n的比值,其单位为Kg/mol或g/mol铝的摩尔质量为26.98154g/mol,铝的化合价n=3,所以铝的化学当量m/n=26。

98154/3=8.99385g/mol。法拉第电解第二定律表示为:k=(2)式中的F为法拉第恒量,对于任何物质都是相同的,实验测量的结果表明,F=96484.56C/mol。式中1/F表示的是电化当量k跟化学当量m/n成正比关系的比例常数。我们知道如果某一截面导体所通的电流强度为1安培,那么每秒钟所通过的电量应为1库仑(C),以库仑电量等于1安培秒,即1/3600安培小时。所以,F=96484.56C/mol1=96484.56*1/3600Ahmol1=26.80127Ahmol1为此,根据公式(2),求铝的电化当量应为:k===0.3356g/Ah有时为了表示铝电解单位产量所需电量。

电化当量可表示为:k=1/0.3356=2.98Ah/g这样按法拉第电解第一定律就可以方便的计算出一定时间通入一定强度的电流,在理论上获得的铝的物质量。例:电流强度为300kA的电解槽,一昼夜的理论产量为:M理=0.335630000024103=2416.32kg1.3 铝电解的电流效率电解过程中,电解质溶液中常含有一些杂质离子,当这些离子放电时就会消耗一部分电能。电解过程中的一些副反应以及电路线损、漏电等因素也会消耗电能,真正用于生产产品的消耗电能是全部电能的一部分,即电解生产的实际产量比理论产量低。通常把实际产量与理论产量之比的百分数称为电流效率(也叫阴极效率),

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