现代铝电解——理论与技术

章铝电解槽
1.1 世界铝电解槽发展简史
1.2 中国铝电解槽发展简史
1.2.1 上插自焙阳极电解槽技术
1.2.2 预焙阳极电解槽技术
1.2.3 135kA较大型边部加工下料预焙阳极电解槽技术
1.2.4 135kA中间点式下料预焙阳极电解槽技术
1.2.5 自焙槽改预焙槽技术
1.2.6 大型预焙阳极电解槽技术的发展
参考文献
第2章电解质晶体和熔体结构
2.1 冰晶石熔体的成分
2.2 冰晶石的晶体结构
2.3 含Li3AlF6、K3AlF6添加剂的冰晶石晶体结构
2.4 电解质中各组分的晶体结构
2.4.1 冰晶石(Na3AlF6)
2.4.2 氟化铝(AlF3)
2.4.3 氟化钙(CaF2)
2.4.4 氧化铝(Al2O3)
2.4.5 氟化钾(KF)
2.4.6 氟化锂(LiF)
2.4.7 氟化镁(MgF2)
2.5 冰晶石的熔体结构
2.6 冰晶石熔体的离解反应
2.7 CaF2在Na3AlF6熔体中的离解反应和离子结构
2.8 LiF在Na3AlF6熔体中的离解反应和离子结构
2.9 Al2O3在Na3AlF6熔体中的离解反应和离子结构
参考文献
第3章电解质的物理化学性质
3.1 相图与电解质的初晶温度
3.1.1 NaF-AlF3 二元系
3.1.2 LiF-AlF3 二元系
3.1.3 KF-AlF3 二元系
3.1.4 Na3AlF6-Al2O3 二元系
3.1.5 Na3AlF6-AlF3-Al2O3 三元系
3.1.6 Na3AlF6-AlF3-CaF2 三元系
3.1.7 Na3AlF6-Al2O3-MgF2 三元系
3.1.8 MgF2 对不同分子比冰晶石熔体初晶温度的影响
3.1.9 Na3AlF6-CaF2-AlF3-Al2O3 四元系
3.1.10 在分子比2.5 、MgF2 与CaF2 为5%条件下,Al2O3 含量对初晶温度的影响
3.1.11 Na3AlF6-AlF3-CaF2-Al2O3-LiF-MgF2 六元系
3.2 LiF 对冰晶石电解质初晶温度的影响
3.3 KF 对分子比小于3 电解质初晶温度的影响
3.4 LiF 和KF 同时存在对电解质初晶温度的影响
3.5 各种氧化物杂质对电解质初晶温度的影响
3.6 铝的存在对电解质初晶温度的影响
3.7 电解质初晶温度的测量方法
3.7.1 目测法
3.7.2 冷却曲线法
3.7.3 差热曲线法
3.8 工业铝电解质初晶温度的槽前实时测量
3.8.1 冷却曲线法槽前实时测量
3.8.2 差热曲线法槽前实时测量
3.9 电解质的酸碱度
3.9.1 电解质酸碱度的表示方法
3.9.2 工业电解槽中各种添加剂对电解质酸碱性的影响
3.9.3 电解质分子比的测量方法
3.10 电导
3.10.1 冰晶石电解质熔体导电的本质
3.10.2 NaF-AlF3 二元系熔体的电导
3.10.3 冰晶石熔体中NaF的离解度与导电离子的迁移数
3.10.4 温度对电解质熔体电导率的影响
3.10.5 CaF2、MgF2、LiF、KF对电解质熔体导电性能的影响
3.10.6 氧化铝对冰晶石熔体导电性能的影响
3.10.7 含炭和溶解金属粒子的电解质熔体的导电性能
3.10.8 工业电解槽电解质熔体的导电性能
3.10.9 工业电解槽电解质熔体电导率的测定
3.11 电解质熔体的密度
3.11.1 NaF-AlF3 二元系熔体密度
3.11.2 各种添加剂对冰晶石熔体密度的影响
3.11.3 氧化铝浓度和温度对冰晶石电解质熔体密度的影响
3.12 黏度
3.12.1 电解质熔体的黏度
3.12.2 铝液的黏度
3.13 表面性质
3.13.1 电解质熔体对炭的湿润性
3.13.2 熔融铝与熔融电解质之间的界面张力
参考文献
第4章铝电解槽中的电极过程与电极反应
4.1 阴极过程与阴极反应
4.1.1 铝电解槽阴极上的一次电解产物
4.1.2 阴极电解反应
4.1.3 阴极过电压
4.1.4 阴极过电压的机理
4.1.5 阴极表面层电解质的成分
4.1.6 阴极表面的电场强度
4.1.7 阴极表面导电离子的传质
4.1.8 铝电解的各种工艺条件对阴极过电压的影响
4.2 阳极过程及阳极反应
4.2.1 阳极反应
4.2.2 阳极一次气体产物
4.2.3 阳极过电压
4.2.4 阳极过电压的机理
4.2.5 铝电解工艺操作对阳极过电压的影响
参考文献
第5章槽电压
5.1 槽电压的组成和性质
5.2 电解质中Al2 O3 的理论分解电压
5.3 阳极反应过电压、阳极浓度扩散过电压和阴极过电压
5.4 电解质的电压降
5.4.1 阳极侧部的扇形形状及扇形电流分布
5.4.2 工业电解槽电解质电阻RB 的计算
5.5 阴极电压降
5.5.1 由阴极炭块本身的电阻引起的电压降
5.5.2 阴极钢棒的电压降
5.5.3 阴极炭块与阴极钢棒之间的接触电压降
5.6 阳极电压降
5.7 电解槽热平衡体系之外的母线电压降
5.8 槽电压计算举例
5.9 铝电解槽槽电压、阳极过电压、阴极过电压与氧化铝浓度的关系
5.10 过电压的实验室测定
5.10.1 利用参比电极测量和记录铝电解槽的阳极过电压和阴极过电压
5.10.2 利用反电动势的测量数据测量与计算电解槽的阳极过电压
5.11 工业电解槽过电压的测定
5.1

冯乃祥，东北大学教授、博导，主要从事轻金属冶金教学与科研工作。在靠前外本学科领域发表涉及铝镁轻金属冶金理论与技术研究成果的学术论文近300篇，授权发明10余项，著作2部。获国家教委科技进步奖二等奖1项，国家自然科学奖三等奖1项，省部级奖励6项，美国TMS奖励1项，获中国有色金属新法炼镁技术鉴定成果2项。近几年，承担国家自然科学基金的面上项目2项、重点项目1项，国家“863”计划项目1项、重点项目1项，国家支撑计划项目1项，企业合作项目10余项。著者所发明的新型阴极结构电解槽和新阳极技术，引领了当代铝电解阴极和阳极技术的一次重大革命，使得铝电解生产直流电耗从过去的13000～13300kWh/吨铝降低到了12300kWh/吨铝左右，吨铝节能减排效果显著：氟化物减排2吨多，二氧化碳减排580多吨，二氧化硫减排0.23吨。在此基础上建立起了新型阴极结构电解槽热场、电场、磁场、流场和波动的基础理论。与此同时，结合我国电解铝厂电解槽电解质高锂含量的实际，系统地研究了KF和LiF对电解质物理化学性质和电极过程的影响，填补了了电解质和电解过程基础理论的空白。新型阴极结构电解槽整体技术达到靠前靠前水平。著者获得2010年中国有色金属工业协会科学技术奖一等奖，2010年度美国TMS科学奖（是我国获此奖项的第一人），目前该技术已经在全国80%以上的电解铝厂得到应用，靠前新建的电解铝厂均采用该技术。在靠前上，挪威Elkem碳素公司已经对该技术进行靠前代理，目前Hydro德国铝业公司已经采用该技术进行工业应用。