電解鋁工藝原理

冶煉鋁可以用熱還原法，但是成本太高。工業(yè)上冶煉鋁應用電解法，主要原理是霍爾-埃魯鋁電解法：以純凈的氧化鋁為原料采用電解制鋁 ，因純凈的氧化鋁熔點高（約2045℃），很難熔化，所以工業(yè)上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔劑,使氧化鋁在1000℃左右溶解在液態(tài)的冰晶石中，成為冰晶石和氧化鋁的熔融體，然后在電解槽中，用碳塊作陰陽兩極，進行電解。

全面介紹如下：

《鋁的生產(chǎn)加工》

鋁在生產(chǎn)過程中有四個環(huán)節(jié)構成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈：鋁礦石開采－氧化鋁制?。娊怃X冶煉－鋁加工生產(chǎn)。 

一般而言，兩噸鋁礦石生產(chǎn)一噸氧化鋁；兩噸氧化鋁生產(chǎn)一噸電解鋁。

（一）氧化鋁的生產(chǎn)方法 

迄今為止，已經(jīng)提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提取氧化鋁的方法。由于技術和經(jīng)濟方面的原因，有些方法已被淘汰，有些還處于試驗研究階段。已提出的氧化鋁生產(chǎn)方法可歸納為四類，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。目前用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的只有堿法。 

鋁土礦是世界上最重要的鋁礦資源，其次是明礬石、霞石、粘土等。目前世界氧化鋁工業(yè)，除俄羅斯利用霞石生產(chǎn)部分氧化鋁外，幾乎世界上所有的氧化鋁都是用鋁土礦為原料生產(chǎn)的。 

鋁土礦是一種主要由三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石組成的礦石。到目前為止，我國可用于氧化鋁生產(chǎn)的鋁土礦資源全部為一水硬鋁石型鋁土礦。 

鋁土礦中氧化鋁的含量變化很大，低的僅約30％，高的可達70％以上。鋁土礦中所含的化學成分除氧化鋁外，主要雜質(zhì)是氧化硅、氧化鐵和氧化鈦。此外，還 含有少量或微量的鈣和鎂的碳酸鹽、鉀、鈉、釩、鉻、鋅、磷、鎵、鈧、硫等元素的化合物及有機物等。其中鎵在鋁土礦中含量雖少，但在氧化鋁生產(chǎn)過程中會逐漸 在循環(huán)母液中積累，從而可以有效地回收，成為生產(chǎn)鎵的主要來源。 

衡量鋁土礦優(yōu)劣的主要指標之一是鋁土礦中氧化鋁含量和氧化硅含量的比值，俗稱鋁硅比。 

用堿法生產(chǎn)氧化鋁時，是用堿（NaOH或Na2CO3）處理鋁礦石，使礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的硅則成為不溶 解的化合物。將不溶解的殘渣（赤泥）與溶液分離，經(jīng)洗滌后棄去或進行綜合處理，以回收其中的有用組分。純凈的鋁酸鈉溶液即可分解析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗 滌后進行煅燒，便獲得氧化鋁產(chǎn)品。分解母液則循環(huán)使用來處理另一批礦石。堿法生產(chǎn)氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳--燒結聯(lián)合法等多種流程。 拜耳法是由奧地利化學家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年發(fā)明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。一百多年來在工藝技術方面已經(jīng)有了 許多改進，但基本原理并未發(fā)生變化。為紀念拜耳這一偉大貢獻，該方法一直沿用拜耳法這一名稱。 

拜耳法包括兩個主要過程。首 先是在一定條件下氧化鋁自鋁土礦中的溶出（氧化鋁工業(yè)習慣使用的術語，即浸出。以下同）過程，然后是氫氧化鋁自過飽和的鋁酸鈉溶中水解析出的過程，這就是 拜耳提出的兩項專利。拜耳法的實質(zhì)就是以濕法冶金的方法，從鋁土礦中提取氧化鋁。在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中，含硅礦物會引起Al2O3和Na2O的損失。 

在拜耳法流程中，鋁土礦經(jīng)破碎后，和石灰、循環(huán)母液一起進入濕磨，制成合格礦漿。礦漿經(jīng)預脫硅之后預熱至溶出溫度進行溶出。 溶出后的礦漿再經(jīng)過自蒸發(fā)降溫后進入稀釋及赤泥（溶出后的固相殘渣）的沉降分離工序。自蒸發(fā)過程產(chǎn)生的二次汽用于礦漿的前期預熱。沉降分離后，赤泥經(jīng)洗滌 進入赤泥堆場，而分離出的粗液（含有固體浮游物的鋁酸鈉溶液，以下同）送往葉濾。粗液通過葉濾除去絕大部分浮游物后稱為精液。精液進入分解工序經(jīng)晶種分解 得到氫氧化鋁。分解出的氫氧化鋁經(jīng)分級和分離洗滌后，一部分作為晶種返回晶種分解工序，另一部分經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品。晶種分解后分離出的分解母液經(jīng)蒸發(fā) 返回溶出工序，形成閉路循環(huán)。氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁。 

不同類型的鋁土礦所需要的溶出條件差別很大。三水鋁石型鋁土礦 在105℃的條件下就可以較好地溶出，一水軟鋁石型鋁土礦在200℃的溶出溫度下就可以有較快的溶出速度，而一水硬鋁石型鋁土礦必須在高于240℃的溫度 下進行溶出，其典型的工業(yè)溶出溫度為260℃。溶出時間不低于60分鐘。 

拜耳法用于處理高鋁硅比的鋁土礦，流程簡單，產(chǎn)品 質(zhì)量高，其經(jīng)濟效果遠比其它方法為好。用于處理易溶出的三水鋁石型鋁土礦時，優(yōu)點更是突出。目前，全世界生產(chǎn)的氧化鋁和氫氧化鋁，90%以上是用拜耳法生 產(chǎn)的。由于中國鋁土礦資源的特殊性，目前中國大約50%的氧化鋁是由拜耳法生產(chǎn)的。 

將拜耳法和燒結法二者聯(lián)合起來的流程稱 之為聯(lián)合法生產(chǎn)工藝流程。聯(lián)合法又可分為并聯(lián)聯(lián)合法、串聯(lián)聯(lián)合法與混聯(lián)聯(lián)合法。采用什么方法生產(chǎn)氧化鋁，主要是由鋁土礦的品位（即礦石的鋁硅比）來決定 的。從一般技術和經(jīng)濟的觀點看，礦石鋁硅比為3左右通常選用燒結法；鋁硅比高于10的礦石可以采用拜耳法；當鋁土礦的品位處于二者之間時，可采用聯(lián)合法處 理，以充分發(fā)揮拜耳法和燒結法各自的優(yōu)點，達到較好的技術經(jīng)濟指標。 

目前全球氧化鋁年產(chǎn)量在5500萬噸左右，我國的氧化鋁產(chǎn)量約為680萬噸。

（二）原鋁、鋁合金及鋁材的生產(chǎn)方法 

目前工業(yè)生產(chǎn)原鋁的唯一方法是霍爾－埃魯鋁電解法。由美國的霍爾和法國的埃魯于1886年發(fā)明?；魻枺ｔ斾X電解法是以氧化鋁為原料、冰晶石 （Na3AlF6）為熔劑組成的電解質(zhì)，在950－970℃的條件下通過電解的方法使電解質(zhì)熔體中的氧化鋁分解為鋁和氧，鋁在碳陰極以液相形式析出，氧在 碳陽極上以二氧化碳氣體的形式逸出。每生產(chǎn)一噸原鋁，可產(chǎn)生1.5噸的二氧化碳，綜合耗電在15000kwh左右。 

工業(yè)鋁電解槽大體上可以分為側插陽極自焙槽、上插陽極自焙槽和預焙陽極槽三類。由于自焙槽技術在電解過程中電耗高、并且不利于對環(huán)境的保護，所以自焙槽技術正在被逐漸淘汰。目前全球原鋁年產(chǎn)量約為2800萬噸，我國的原鋁年產(chǎn)量約為700萬噸。 

必要時可以對電解得到的原鋁進行精煉得到高純鋁。目前的鋁合金生產(chǎn)方法主要以熔配法為主。由于鋁及其合金具有優(yōu)良的可加工性能，所以通過鍛、鑄、軋、沖、壓等方法生產(chǎn)板、帶、箔、管、線等型材。

電解鋁原理和工藝流程

    電解鋁出鋁包利用了真空度及真空形成方式，根據(jù)電解槽距地表高度、鋁液比重、大氣壓、抬包自身高度等條件，真空抬包一般要求能形成0.0467Mp ~ 0.0533Mp的真空度，以達到不低于1800mm的鋁液揚程。

抬包內(nèi)的真空度一般采用引射抽真空法產(chǎn)生，關鍵裝置為抬包頂部自帶的抬包引射器，壓縮空氣從其中通過時帶走抬包包體內(nèi)的空氣，使包體內(nèi)形成負壓，從而把鋁液從吸鋁口吸入包體內(nèi)。

電解鋁的工藝

電解鋁生產(chǎn)工藝不需要碳酸錳，但是它的副產(chǎn)品是碳酸錳

工業(yè)電解鋁工藝原理

解鋁的原理實際就是通過電解鋁這個過程來電解出原鋁。而電解鋁就是通過電解得到的鋁。現(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電后，在950℃-970℃下，在電解槽內(nèi)的兩極上進行電化學反應，既電解。這個電解鋁的原理的問題也就迎刃而解了。

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電后，在950℃—970℃下，在電解槽內(nèi)的兩極上進行電化學反應，既電解。陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳氣體，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵。為保護環(huán)境和人類健康需對陽極氣體進行凈化處理，除去有害氣體和粉塵后排入大氣。陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內(nèi)經(jīng)凈化澄清后，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯.型材等。重要通過這個方程進行：2Al2O3==4Al+3O2。陽極：2O2ˉ-4eˉ=O2↑陰極:Al3+ +3eˉ=Al

電解鋁制作工藝

電解鋁就是通過電解得到金屬鋁?，F(xiàn)代電解鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石氧化鋁熔融電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁是溶質(zhì)以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電后，在950℃~970℃下，在電解槽內(nèi)進行電化學反應。

陽極主要產(chǎn)物是二氧化碳和一氧化碳氣體，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵，該氣體需經(jīng)過凈化處理后排空。

陰極產(chǎn)物是鋁液，鋁液通過真空抬包從電解槽內(nèi)抽出，送至鑄造車間，在保溫爐內(nèi)經(jīng)凈化澄清后，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯、型材等。

電解鋁工藝原理圖

電烙鐵的主要作用是融化焊錫，將電子元器件焊接在電路板上。

電烙鐵工作后，將電能轉化為內(nèi)能，烙鐵頭被燒熱，溫度升高，進而融化焊錫。

所以，電烙鐵將電能轉化為內(nèi)能。

提煉鋁，用化學置換的辦法很艱難,因為鋁的活性太強.現(xiàn)在工業(yè)使用的就一種,電解鋁的辦法.以氧化鋁熔融狀態(tài)下進行電解,但氧化鋁的熔點非常高,要兩三千度.就會在里面加一種叫螢石的物質(zhì)來降低成為液態(tài)的溫度,只要一千度了,原理相當于液態(tài)的螢石溶解了還是固態(tài)的氧化鋁.螢石的化學成為是氟化鈣.

從上面的描述來看，電解鋁也是要提高溫度，所以也是將電能轉化為內(nèi)能。

電解鋁工藝原理圖解

通過壓縮空氣及引射器讓出鋁包形成負壓（向真空方向發(fā)展）將鋁液吸入包內(nèi) ，引射器接通高壓壓縮空氣吸走出鋁包內(nèi)空氣

電解鋁生產(chǎn)原理

LF說白了就是鋼包爐外精煉。

原理：LF是在ASEA-SKF法和VAD法的基礎上改進而來的，它采用氬氣攪拌，在大氣下用石墨電極埋弧加熱，再加上白渣精煉技術，組合而成。

效果：1.精煉功能強，適宜生產(chǎn)超低硫（脫硫效率可達50%~70%，至0.010%以下）、超低氧鋼（全氧可控制在（20~50）X0.0001%）。

2.具備加熱功能，升溫幅度大，溫度控制精確。

3.其具備攪拌、合金化功能，易于實現(xiàn)成分的窄控制。

4.精煉成本低。

5.設備簡單，投資少。爐體和電弧爐差不太多。

除冶煉超低C、S、N的鋼種外，特別適合軸承鋼、合金結構鋼、工具鋼、彈簧鋼等。

精煉原料：

鋼水、氬氣、石墨電極、合金線。渣：石灰、螢石、Ca-Si-C復合脫氧劑、鋁粒等脫氧劑。