中铝实习报告

桂林理工大学南宁分校冶金与资源工程系冶金技术11-1班赴中国铝业广西分公司实习报告姓名：兰海学号：5111972112指导老师：刘平陆红标实习时间：2013.6.12-7.12目录中国铝业广西分公司概述简介1公司氧化铝生产方法原理及流程2拜耳法生产工艺原理和流程2氧化铝蒸发车间部分一、生产现场概况3二、蒸发流程概述3三、排盐苛化流程概述4四、蒸发车间区域的责任54.1区域的范围,54.2区域的任务,,,5五、作业前的检查与准备,,,,,,,,,,,,,,,,5六、启动程序6七、正常作业77.1操作技术条件及经济指标77.2过程控制77.３巡检87.4岗位记录8八、停车步骤88.1正常停车88.2紧急停车98.3故障停车时的流程切换9九、蒸发器酸洗10十、强制效作业程序1010.1启动程序1010.2强制效停车程序11十一、常见故障及处理11电解铝电解车间部分一、电解车间简介14二、铝电解的基本理论知识152.1铝电解的基本原理152.2溶质—氧化铝152.3溶剂—氟化盐162.4两极副反应20铝电解生产概况213.1铝电解生产流程223.2铝电解生产系统组成263.3供料及烟气净化263.4铸造273.5计算机控制系统273.6电解质清理车间273.7检修车间27铝电解槽的构造274.1铝电解槽的发展274.2预焙阳极电解槽的构造28实习总结实习总结29附图130附表131中国铝业广西分公司概述简介中国铝业广西分公司为中国铝业股份有限公司的成员单位之一，是集矿山开采和氧化铝、电解铝生产于一体的国有控股大型铝冶炼联合企业。中国铝业广西分公司的前身是成立于1987年的平果铝业公司。2002年中国铝业境外上市时，将平果铝业恭送的主体生产单位分出来组建成中国铝业广西分公司。2008年7月根据两公司的发展，再次合并，组成新的中国铝业广西分公司。公司一期工程总投资44.38亿元，设计建设规模为年产铝土矿65万吨、氧化铝30万吨、电解铝10万吨，1991年5月开工建设，1995年底全面建成投产，两年内大产达标。一期投产后，为提高氧化铝产能，公司进行了一系列挖潜和技术改造，实施消除瓶颈技术改造工程，是氧化铝产能从30万吨/年提升至45万吨/年。公司于2001年5月10日开工建设氧化铝二期工程，这是在一期的基础上扩建的一条年产40万吨的氧化铝生产线。在该工程预算投资18.86亿元，于2003年6月22日全线竣工投产，投产后两个月，产量和指标即达到设计要求。公司生产氧化铝方法原理及流程拜耳法生产工艺原理和流程1887-1892年奥地利化学家K.J.拜耳发明了生产氧化铝的制取拜耳法，用拜耳法处理高品位铝土矿，特别是处理三水铝石型铝土矿时，流程简单。作业方便，产品质量好，经济效益极佳，目前，90%以上的氧化铝是采用拜耳法生产的。拜耳法包括两个主要过程，也就是拜耳提出的两项专利、一是当Na20与Al203分子比为1.8的铝酸钠溶液在常温下，是要添加氢氧化铝作为晶种并不断搅拌，溶液中Al203便可以氢氧化铝形式析出，直到其中Na20与Al203分子比为6.0为止，这也是铝酸钠溶液的晶种分解过程：二是已析出了大部分氢氧化铝的溶液，在加热时。又可以溶出铝土矿中的氧化铝中的水合物，这也是利用种分母液溶出铝土矿的过程，交替使用这两个过程就能够一批批地处理铝土矿，从中产出纯的氢氧化铝产品构成所谓拜耳法循环。拜耳法的实质就是下面反应在不同条件下的交替进行。Al203.(1或3)H20+2Na0H+aq=2NaAl（0H）4+aq从拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程，我们可以把整个生产过程大致分为如下主要生产工艺的工序，原矿浆制备，高压溶出，溶出矿浆的稀释及赤泥的分离和洗涤，晶种分解，氢氧化铝分级与洗涤，氢氧化铝焙烧，母液蒸发与苏打苛化等。拜耳法生产工艺流程图（附图1）蒸发车间一、生产现场概况蒸发车间是氧化铝生产中一个十分重要的工序，其任务是平衡氧化铝生产过程中的水量及排除杂质盐。循环使用的中分母液需要蒸发来提高浓度、排除流程中多余的水分，保持氧化铝生产系统的流量平衡。此外，原料中的杂质进入循环母液在生产中循环积累，如：NaCO3、NaSO4及部分有机物等。它们对生产系统危害很大，可以利用NaCO3、NaSO4溶解度随着母液浓度提高而降低的特性。通过提高蒸发母液浓度使它们结晶析出，部分有机物被NaCO3.H2O吸附排除，结晶析出的NaCO3经苛化处理转变为苛性碱重新使用。氧化铝生产中的蒸发都是间接加热，加热蒸汽的合格冷凝水。因此，蒸发还起到软化水站的作用。蒸发过程需要消耗大量的热能，约占生产系统蒸汽总量的30-40%。蒸发车间的特点：高温、高压、高浓度的酸碱溶液。蒸发流程概述从板式热交换器来的种分母液进入原液槽，少部分直接送到调配槽、大部分经过板式换热器，换热后送入蒸发系统进行浓缩。送入蒸发的原液全部进入VI效蒸发器、经VI效蒸发浓缩后，分别各以50%的液量送入V效与III效。V效蒸发浓缩后的溶液再送入IV效蒸发浓缩，然后送到III闪出料泵，由III闪出料泵送到母液调配槽。送入III效蒸发器的溶液经III效、II效、I效和三级自蒸发浓缩后，由III闪出料泵送到母液调配槽。调配成符合浓度要求的循环母液，送往原料磨和高压溶出工序，为了排除流程中NaCO3，在第二闪从溶液中分流部分的溶液进入超浓蒸发器继续蒸发浓缩到300g/l以上，然后进入盐沉降槽进行排盐。蒸发热源来自于热电厂的新蒸汽，新蒸汽通入I效蒸发器，产生的一次蒸汽冷凝水经板式换热与一定流量的二次蒸汽冷凝水化热，换热后的一次蒸汽冷凝水根据其含碱度或生产需求送热电厂或本车间的冷凝水槽。二次水换热后吸收了高温一次蒸汽冷凝水的热量进入II效或III效冷凝水罐，闪蒸汽作为本效加热气体。I效产生的二次蒸汽通过I效预热器、II效及强制效蒸发器，II效产生的二次蒸汽通入III效蒸发器，强制效产生的二次蒸汽通入IV效分离器，III效产生的二次蒸汽通入IV效蒸发器，IV效产生的二次蒸汽通入V效，V效产生的二次蒸汽通入VI效蒸发器，VI效产生的二次蒸汽引入水冷器。蒸发系统维持一定的真空度。II—VI效产生的冷凝水通过压力差作用，由II效冷凝水罐III效冷凝水罐IV效冷凝水罐V效冷凝水罐VI效冷凝水罐二次蒸汽冷凝水泵冷凝水槽，强制效产生的冷凝水也是通过压力差作用进入V效冷凝水罐经二次蒸汽冷凝水泵送往冷水槽。排盐苛化流程概述排盐苛化区域接受蒸发站送来的含盐料将，进入沉降槽进行野固分离，溢流进入溢流槽后通过溢流泵送到强碱槽，强碱液送往调配槽或供应各厂用碱点；底流进入排盐过滤机过滤，滤液进入溢流槽，滤饼Na2CO3.xH2O盐加热溶解后送入苛化槽加石灰乳苛化处理，苛化后液进苛化过滤机过滤，滤液送到调配槽。苛化渣(Na2CO3)送沉降工序。排盐苛化流程图（附表1）四、蒸发车间区域的责任4.1区域的范围蒸发区域包括原液槽、蒸发站、水洗槽、酸洗系统、循环母液槽系统。4.2区域的任务蒸发浓缩分解送来的种分母液，调配成浓度符合生产要求的循环母液，同时排除流程中的碳碱，维持整个氧化铝厂生产流程的液量平衡。五、作业前的检查与准备5.1值班长通知各岗位人员检查流程是否畅通，关闭各放料阀，检查设备仪表及控制回路的完好情况；5.2联系电工检查电气设备的绝缘情况；5.3联系调度送循环水和准备新蒸汽；5.4检查仪表用气及轴冷却水压力是否正常，给各种泵加入轴封水；5.5检查各种泵及风机润滑油的油质及油位；打开风机的润滑油站循环冷却水阀，启动润滑油站并调整好油量（1.5～3L/min）和油压（3ｂａｒ）；5.6检查排净所有热工管线及设备内存积的冷凝水；5.7将现场所有设备的控制开关转到“遥控”位置；5.8主控室人员做好各效液位的设定（55％），适当调整各种阀门的状态及开度；5.9确认准备工作就绪后，值班长通知各岗位人员准备启动蒸发站；六、启动程序6.1启动好水泵249给VI效蒸发器进水；6.2当VI效蒸发器二次汽洗涤水槽满后，停止249给VI效蒸发器的进水，并启动循环洗涤水泵2036；6.3启动原液泵向蒸发站进料；6.4VI效分离器液位到达30%时，启动2006泵和2016泵并调整进料端循环量；当VI效分离器液位到达55%时，手动打开V效、III效的进料控制阀FV320、FV321；6.5打开VI效的不凝性气体控制阀PV1016和XV1006.1；6.6缓慢打开VI效新蒸汽阀进行预热；6.7V效分离器液位30％左右时，启动循环泵，液位55％左右时，启动过料泵，同时，将过料泵投入自动；6.8给真空泵加入循环上水，有溢流后，启动真空泵；6.9IV.III.II效操作方法同6；I效分离器液位30%左右时，启动循环泵，并将液位控制阀门LV329投入自动；6.10I效循环泵启动后，打开新蒸汽旁路暖管约15分钟；6.11第III闪蒸器液位到其设定值（70％）时，启动出料泵，出料到原液槽循环；6.12打开新蒸汽主控制阀FV309,关闭新蒸汽旁路预热阀，缓慢提升蒸汽量（幅度3-5t/h）；6.13每次提流量需待上次调整系统平稳后方可进行；6.14当风机的入口及机体内的温度预热到77oC时，关闭VI效预热新蒸汽阀，打开风机的轴封新蒸汽(压力调整稳定在1.2bar)，启动风机；打开风机的防蒸汽过热喷淋水阀（流量控制在100l/h）；缓慢提升转速（幅度为100到200rpm），直到正常转速；6.15当各效冷凝水罐内水位达到设定水位时，启动冷凝水泵，并将液位控制投入自动；6.16当新蒸汽冷凝水温度达到100oC时，启动冷凝水板式热交换器（一、二水需合格）；6.17第III闪蒸器密度达1.34—1.35t/m3时，III闪出料改往调配槽。七、正常作业7.1操作技术条件及经济指标7.1.1新蒸汽压力5.0～6.5bar，温度170±200C；7.1.2蒸发器组设计蒸发能力：190t·H2O/h，其中五效蒸发机组为160t·H2O/h，MVR蒸发器为30t·H2O/h；7.1.3水冷器汽压0.11-0.12bar；7.1.4VI效汽室压力0.40-0.90bar；7.1.5VI效液室压力0.25-0.50bar；7.1.6VI效二次汽(一级风机入口)温度>60oC；7.1.7蒸发原液温度≥72oC；7.1.8蒸汽单耗≤0.38t/t·H2O；7.1.9蒸发母液浓度NK：235-255g/l；7.1.10循环母液浓度Nk：235～250g/l；7.1.11强制效蒸发母液浓度Nk>300g/l。7.2过程控制7.2.1调节蒸发器进料量，平衡各贮槽液量；7.2.2调整蒸汽流量，稳定真空,使第III闪出料浓度符合要求；7.2.3主控室人员注意对各效液位。设备运行情况以及各种技术参数进行监测，做好记录；7.2.4定时巡检，并做好记录；7.2.5主控室人员及时对计算机报警认真分析及时处理；7.2.6及时询问化验结果进行适当调整，以保证各项指标控制在正常范围内；7.2.7对各种经济技术参数严格监控，力求保持在最佳值。7．３巡检7.3.1槽区巡检路线水洗槽区原液槽区酸站母液槽区。7.3.2蒸发站巡检路线污水槽I效II效III效IV效V效强制效VI效真空泵下封槽III闪II闪I闪7.3.3巡检内容7.3.3.1泵的轴承温升，轴封水压力、流量，润滑油质、油量，皮带或联轴节及各部位的连接螺丝的紧固情况；7.3.3.2现场的压力显示状况，管道、阀门是否有泄漏；7.3.3.3风机的润滑油量、油压和循环冷却水状况，以及喷淋水量；7.3.3.4蒸发器的压力及各阀门的开度；7.3.3.5现场物品的定置管理；7.3.3.6认真填写巡检记录。7.3.4巡检周期巡检周期为1次/小时。7.4岗位记录岗位记录要求及时、准确、清晰。八、停车步骤8.1正常停车8.1.1联系调度压汽，将新蒸汽缓慢减少至20t/h左右；8.1.2缓慢降低风机转速至600rpm/min；8.1.3缓慢减少原液进料量至360m3/h；8.1.4以上三个步骤交替进行，每次调整需待上次调整系统平稳后方可进行；8.1.5蒸发器液位平衡后，启动Pc114进水蒸发器，并切断原液进料，蒸发器进行水洗；8.1.6II闪密度≤1.34t/m3时，III闪出料原液槽，密度≤1.30t/m3时，出料至洗前槽,进行循环水洗；8.1.7水洗时间约4小时；8.1.8水洗结束后，先关闭新蒸汽阀门，停风机；8.1.9停水洗泵Pc114和原液泵；8.1.10当各效内的料打完后，停循环泵和过料泵；8.1.11III闪内的料打完后，停出料泵，停真空泵和循环上水；8.1.12冷凝水罐没有液位停冷凝水泵；8.1.13打开各效排放阀，卸压放料。8.2紧急停车8.2.1和调度联系，压汽，停风机，停止进料；8.2.2停各效过料泵和出料泵；8.2.3停循环上水和真空泵，并破系统真空；8.2.4根据实际情况决定是否停循环泵放料；8.2.5组织有关人员进行检修。8.3故障停车时的流程切换8.3.1如果新增加的VI效（MVR系统）因故障需停车处理时，将生产流程切换到一期设计的五效作业生产流程；8.3.1.1打开VI效进料与出料连通管上的阀门，关闭VI效进料的进料阀；8.3.1.2将VI效出料改为进到V效和IV效，同时将IV效出料改为进III效；8.3.1.3缓慢关停风机和VI效的真空（PV1016）；8.3.1.4当VI效的料和水打完后，停循环泵、过料泵和冷凝水泵；8.3.1.5关闭VI效出料阀，打开排空阀和放料阀，卸压放料。8.3.2如果故障停车出现在I～III效时，技改后的流程可切换为VI效单独运行模式；8.3.2.1将VI效出料至IV效的阀门打开，关闭进III效的阀门，即VI效出料进入IV效和V效，然后，从IV效出料到蒸发出料泵222进口，经222泵送往原液槽或母液槽；8.3.2.2本流程运行将停用新蒸汽和停下I～III效要检修的设备，但需运行IV、V效蒸发器和一台真空泵及蒸发出料泵222。九、蒸发器酸洗9.1蒸发器水洗停车，放完存料；9.2切换流程，把要清洗的蒸发器和其它各效隔离保证进出酸流程畅通正确；9.3进新水冲洗蒸发器，使其中温度小于600C；9.4配制稀硫酸(100g/l)并加入钝化剂(2％的若丁)；9.5进酸，分离器液位30%左右，停止进酸，启动循环泵；9.6酸洗时间1.5—2.0h，周期根据实际生产情况而定；9.7酸洗结束，停循环泵，启动261废酸泵把废酸送回酸站；9.8进新水清洗蒸发器几遍，然后放料外排。十、强制效作业程序10.1启动程序10.1.1确认流程畅通后，启动进料泵；10.1.2结晶分离器液位30％左右时，启动循环泵，过料泵自身循环，启动晶种泵加入晶种；10.1.3缓慢打开加热蒸汽阀门Fv310-2，最终流量达18—20t/h；10.1.4二次蒸汽阀门Fv351投入自动，设定0.7bar；10.1.5密度符合要求(1.45t/m3)，适度打开出料出料至沉降槽Ns101。10.2强制效停车程序10.2.1缓慢减少蒸汽流量，最终流量0为止；10.2.2停进料泵和晶种泵；10.2.3当分离器液位低于30％时，停循环泵，分离器内料拉完后，停出料泵；10.2.4关闭Fv351，打开排空阀；10.2.5启动洗水泵249，进水洗强制效(操作方法与启动时同)；10.2.6水洗时间4小时，水洗结束后，放料打到原液槽。十一、常见故障及处理如下表1故障原因处理过料管振动过料控制气动阀失灵或开度小(启动时)或过料管堵塞联系计控人员检修；加大气动阀开度，液位投入自动；停车处理。真空泵跳停负荷过大或电器故障破真空，重新启动；请电工检查处理。真空度不够系统漏真空；真空泵问题；循环水流量不够，温度过高。组织有关人员检查处理；倒泵；加大循环水流量。分离器液位异常升高出料管不畅；泵不打料；液位计有问题。检查，停车清理；停车处理；请计控检查处理。冷凝水含碱量升高加热管漏；分离器液位升高或波动；化验及电导计有问题根据情况打压处理；稳定液位及蒸发器运行；请化验室及计控调整VI效进料端循环流量FIRC1006<600m3/h2016的故障2016出口逆止阀堵塞FV1006控制阀故障管道故障检查2016泵检查逆止阀检查自动阀检查有无泄漏VI效1006汽室压力PIR1006>1bar真空泵故障控制阀门XV1006.1XV1006.2故障控制阀门PV1016故障预热阀故障检查271和272泵；检查阀门是开的；检查自动阀；检查阀门是否泄漏。VI效分离器压力PIR1016>0.48bar同上；雾沫分离器结疤。洗涤溢流管堵塞。同上；检查清洗回路：喷头及过滤器是否堵塞；检查溢流管。洗涤水槽液位LIR1006>80%溢流管堵塞检查溢流管检查雾沫分离器冲洗水是否增加洗涤水槽液位LIR1006<80%放料阀打开，2036泵故障，管道泄漏。检查放料阀;检查2036泵：检查管道。VI效分离器液位LIR1016升高P2016泵故障；SFC2509堵塞；FV320和321故障；风机故障。检查泵；检查逆止阀；检查自动阀；检查风机。VI效分离器液位LIR1016降低放料阀打开；管道上泄漏；进料泵221故障。检查放料阀；检查管道；检查进料泵221。VI效冷凝水罐液位LIR1056高2046泵故障；逆止阀堵塞；控制阀LV1056、Xv2046.1和2046.2故障；检查泵；检查逆止阀；检查自动阀；VI效冷凝水罐液位LIR1056降低放料阀打开；管道泄漏；LV1056故障。检查管道、阀门。风机内水位LSH6016LSH6026高液位喷头故障；排水管堵塞。检查喷头及过滤器；检查排水管。冷凝水电导CI2046超标洗涤系统故障。检查正在运行的清洗回路；增加喷淋时间及频率。热交换器温度TIC1002高或低243泵故障；止回阀堵塞；控制阀TV1002故障；热交换器1002故障；管道或放料阀泄漏；检查进料泵243。检查止回阀；检查自动阀；检查热交换器1002检查放料阀和管道；VI效二次汽温度TIR1016.1高或低（正常值77OC）真空系统故障；控制阀PV1016或XV1006.1、XV11006.2故障；洗涤回路故障；真空管线泄漏。检查273、274泵的操作；检查自动阀PV1016和XV1006.1、XV11006.2；检查洗涤水阀是否打开；检查进水管上的过滤及进水控制阀XV2046.1&2046.2检查空气入口和水封管线。分离器内溶液温度TIR1016.2高或低（85oC）真空系统故障；控制阀PV106、XV1006.1、XV1006.2故障；洗涤回路故障；真空管线泄漏；捕滴器结垢检查273、274泵的操作；检查控制阀PV106、XV1006.1是否关闭、XV1006.2是否打开；检查空气入口和水封管线；检查捕滴器系统。（表1）电解车间一、电解车间简介电解铝厂是中国铝业广西分公司下属主体生产厂之一，具有年产超过万吨重熔用铝锭、铝合金的生产能力，电解铝厂于1994年9月25日通电投产，不到两年便达达标。电解铝厂主要产品“右江牌”20重熔用铝锭荣获广西新科技新产品博览会金奖，荣获广西优质产品奖；荣膺全国100个用户满意产品、广西名牌产品称号，2年获得“产品质量国家免检”、电解铝厂和贵阳镁铝设计院共同研发的320KA电解槽技术，使中国成为世界上第三掌握300KA以上电解槽技术的国家，并成功输出国外，是中国铝电解技术引进国变成了输出国。二、铝电解的基本理论知识2.1铝电解的基本原理铝土矿是制造氧化铝的原料。我国铝土矿的储量非常丰富，广泛分布在山西，河南，贵州，广西，山东等省、自治区。我国又有充沛的能源——水电、天然气、石油、煤、仅就水电而言，已开发利用的不足5%，此外，我国还有丰富的焦油，可供生产碳阳极之用。我国的萤石储量也甚丰富，可以用来制造炼铝用的熔剂——冰晶石和氟化铝。铝土矿经过溶出、沉降分离、分解、焙烧等一系列工序处理得到固体氧化铝，作为铝电解的原料。固体氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，形成具有良好的导电性均匀熔体，采用碳素材料做阴阳两极，当通入直流电后，在两极上发生电化学反应，在阳极上得到气态物质，阴极上得到液态铝，其过程简单的描述为：铝的工业生产全部采用活性阳极（炭阳极）。采用炭阳极生产时，随着电解过程的进行，炭阳极参与电化学反应，生成碳的化合物——二氧化碳（CO2），反应式为：依据此原理随着反应不断进行，电解质熔体中的氧化铝、固体碳阳极不断被消耗掉，因此，生产中需不断地向电解质熔体中添加氧化铝和补充碳阳极，使生产得以连续进行。冰晶石在原则上不消耗，但在高温熔融状态下会发生挥发损失和其他机械损失，因此，电解过程中也需做一定补充。除此之外，还需向反应过程供给大量的直流电，吨铝的直流电能消耗约为12500～14500kW·h，以推动反应向生成铝的方向进行。在实际生产中，阳极气体不完全是CO2（二氧化碳），是CO2和CO的混合物，其中CO主要由电解过程中的副反应所产生，也称为二次气体。2.2溶质—氧化铝炼铝的原料是氧化铝。氧化铝是一种白色粉末，熔点为2050℃，真比重3.5～3.6g/cm3，容积比重为1g/cm3。工业铝电解生产对氧化铝的要求，首先是它的化学纯度，其次是物理性能。在化学纯度方面，要求氧化铝中杂质和水分的含量低。因为氧化铝中那些电位正于铝的元素氧化物，如SiO2、Fe2O3等，在电解过程中会被铝还原，还原出来的Si和Fe进入铝液中降低铝的品位；而那些电位负于铝的元素的氧化物杂质，如Na2O和CaO会分解冰晶石，还将增加铝液中氢的含量。其他杂质，如P2O5、TiO、V2O5、Cr2O3等高价杂质元素的循环放电会影响电流效率。工业氧化铝的物理性能，对于保证电解过程正常进行是很重要的。通常要求它具有较小的吸水性，能够较快地溶解在熔融电解质里，在加料时飞扬损失少，并能够严密地覆盖在炭阳极上，以防止阳极在空气中氧化，同时在凝固的电解质结壳表面上起到良好的保温作用。这些物理性能取决于氧化铝晶格的晶型、粒度和几何形状。2.3溶剂—氟化盐电解质铝电解生产中，连接阳极和阴极之间不可缺少的熔盐叫电解质。在电解过程中，液体电解质是保证电解过程能够进行的重要条件之一。液体电解质主要以冰晶石为溶剂以氧化铝为溶质而组成，其主要成分是冰晶石（占85%左右），还含有一定数量的其他有用成分和杂质，如氧化钠、氧化铁、氧化硅等。冰晶石的化学式为Na3AlF6，此种配比的冰晶石称为正冰晶石。正冰晶石在常温下呈白色固体，其实测熔点约为1010℃，自然界中天然冰晶石的贮量极少，工业上所用冰晶石均为化学合成产品。冰晶石中所含氟化钠摩尔数与氟化铝摩尔数之比称为冰晶石的摩尔比（俗称分子比），其表达式为：工业上也将冰晶石中氟化钠与氟化铝的组成比用质量比表示，其表达式为：在关系上，摩尔比=质量比×2即N=K×2摩尔比等于3（质量比等于1.5）的冰晶石形成的电解质称为中性电解质，摩尔比大于3（质量比大于1.5）的冰晶石形成的电解质称为碱性电解质，摩尔比小于3（质量比小于1.5）的冰晶石形成的电解质称为酸性电解质。目前铝工业上均采用酸性电解质生产。铝电解质的性质，对铝电解生产十分重要。了解和掌握电解质的各种性质，有助于指导实际生产条件的控制改善生产技术指标，提高生产效益。铝电解质的性质主要指电解质的初晶温度、密度、导电度、粘度、表面性质、挥发性等。下面分别介绍并叙述其与生产的关系。①初晶温度初晶温度是指混合物液体开始形成固态晶体的温度。熔点是晶体物质由固态转变为液态的温度，所以初晶温度与熔点的物理意义是不同的。电解质的初晶温度与其物质结构有关，纯的正冰晶石的熔点为1010℃，但在其中添加固体氧化铝形成冰晶石-氧化铝均匀熔体电解质后，其初晶温度随氧化铝含量增多而降低。当氧化铝的含量达到约10%时，中性铝电解质熔体的初晶温度达到最低点，约为960℃。电解质的摩尔比降低，其初晶温度也随之降低，但氧化铝的溶解量却会降低。对于铝电解而言，由于熔盐电解必须在高于铝熔点的温度下进行，因此铝的熔点决定了熔盐电解的温度。在此前提之下，生产中需要电解质的初晶温度越低越好，这样可以降低工作温度（工作温度一般控制在初晶温度以上10～15℃的范围）。另外为了降低能耗和对反应器材料及保温性能的要求，改善工人的工作环境，减小电解质的挥发损失，也希望在较低温度下进行电解，因此生产中一般力求降低电解质的初晶温度。②密度密度是指单位体积的某物质的质量，其单位为g/cm3。冰晶石在接近熔点处的密度为2.112g/cm3，随着温度升高，密度呈线性降低。在电解槽的正常生产过程中，槽内始终存在着两种不相互混合的液体层，熔融电解质的密度关系着电解质与产物的分离，希望二者密度不同，自然分层，而且密度差愈大愈有利于生产。例如铝电解时电解质密度为2.08g/cm3，液态铝为2.3g/cm3，铝水的密度比电解质大些，故沉于电解槽底部。生产中，为了增大密度差，应尽可能减小电解质的密度，以增大铝液与电解质的密度差，有利于铝液分离，提高电流效率。③粘度上层是电解质，下层是液体铝。如果电解质的密度与液体铝的密度相同或接近，二者难以分层、分离，对生产则是极不利的。铝液和电解质的密度随着温度升高而降低，由于两者的性质不同，他们的密度随温度升高而下降的速度不同，这样就在同一电解温度下出现了密度差，从而保证两者能较好的分层。影响电解质密度的因素较多，其中主要有电解质温度和添加物。电解质温度升高其密度减少；反之，温度降低，电解质密度增大。氧化铝含量增多，密度随之降低。而添加剂也可以改变熔盐电解质的密度。在常用的各种添加剂中，MgF2和CaF2使电解质密度增大，而添加LiF使电解质密度减小。Al2O3、AlF3与电解质中的冰晶石反应生成体积庞大的络合离子，因而它熔融电解质的粘度一般在1×10-3～10×10-3Pa·s范围之内，数值是较低的。粘度除影响电导外，对熔盐电解过程影响很大。电解质的粘度影响电化学反应中的各种传递过程，如电解质的流动、气体的析出、铝液的聚集、物料的沉降、电荷粒子的电迁移和扩散。电解质温度降低，则粘度增大；反之，则粘度减小。工业铝电解所采用的是酸性电解质，它随着电解质分子比的降低，粘度减小，反之则增大。各种添加剂对冰晶石熔体的粘度都有一定的影响。Al2O3、MgF2、CaF2均使粘度增大，Al2O3的影响尤为突出。AlF3、LiF使冰晶石熔体的粘度减小。除加入添加剂可使粘度变化外，熔盐中加入微量的固体粉末，如阳极炭粒、氧化铝粉末等也影响粘度的大小。④导电度导电度也称为比电导或电导率，它是物体导电能力大小的标志，通常用比电阻（电阻率）的倒数来表示。显然，电解质的比电阻小，其导电度大，电解质的导电就好，相反则差。一般来说，电解质的导电度随温度的升高而增加。纯冰晶石的导电度，随着温度升高，其导电度基本成线性增大。在电解质熔体中，随着氧化铝浓度的增加，电解质的导电度减小。工业电解质的导电度除受电解质成分的影响外，还受以下方面的影响：1）电解质中的炭渣使电解质的电阻率增大。2）悬浮在电解质中的氧化铝以及杂质也使电阻率增大。在实际生产中，可以采用添加剂改变熔盐电解质的导电度，同时要考虑各种因素的影响，力求提高电解质的导电度，降低电解质电阻，进而降低槽工作电压，有利于降低生产能耗。⑤表面性质★表面张力：抵消液体表面积的收缩，必须克服液体内部质点的引力而做功，我们把这个用来抵消表面单位长度上的收缩表面的力称为表面张力。液相表面张力的大小不仅与自身性质有关，并且与相接触的相的性质也有关。相接触的介质有三类，即气相、液相和固相。液相-气相间的表面性质称为表面张力；液相-液相间的表面性质通常称为界面张力；液相、固相间的表面性质通常用湿润性（湿润角大小）来表示。生产中要求电解质与阳极气体之间有较大的表面张力，有利于阳极气体的逸出；要求电解质与铝液之间应有较大的界面张力，这样可以降低铝在电解质中的溶解速度，增大铝与电解质的分离速度。★湿润性：液相对固相的湿润能力。液相对固相表面的湿润程度取决于其表面张力的大小，如果液相质点相互间的吸引力小于与之接触的固相质点的吸引力，则此液相在该固相表面上的张力就小，这样液相能够很好地湿润该固相，否则，湿润性不良。固体的表面被液体湿润的程度可用湿润角“θ”表示。θ>90°表示液体对该固体的湿润性不良，θ角越大，湿润性越差。θ<90°表示液体对该固体的湿润性好，θ角越小，湿润性越好。生产中当阳极主反应是析气反应时，为了防止形成“气泡帘”，希望电解质在阳极表面有良好的润湿性；电解质对阳极的湿润性好，可以使阳极气体迅速脱离阳极表面，减小气膜电阻。但不宜太好，太好会造成电解质中的炭渣分离困难。在阴极，若只是析出液态金属，并无气体析出时，则希望液态金属能较好地湿润阴极表面，但又不希望电解质在电极表面的润湿性太好，因为只有这样才能有效地阻止电解质向阴极内衬中渗透，减轻炉底破损，增加阴极炭块的寿命，这本身就是一种矛盾，一定要控制得当才能实现。⑥挥发性物质的挥发性，一般是指液体在低于沸点的状态下，分子以气态逸出（蒸发）的程度。挥发性通常用物质的蒸气压来表示。某种液体在某一温度下的蒸气压力大，即说明其挥发性大，否则就小。蒸气压随温度升高而升高，到液体的沸点时，蒸气压与大气压相等，液体沸腾。蒸气压对熔盐铝电解生产具有实际意义，因为蒸气压愈高，熔盐愈易蒸发，这样就引起熔盐电解质的挥发损失，而且增加了有害物的排放，造成对人体的危害和环境污染，同时增加了原材料的消耗，这对生产都是不利的。因此生产中要求电解质的挥发性要小。实践测定，氟化盐的挥发损失占氟化盐消耗的32%，它是电解质成分中挥发性最大的物质，为此在电解生产中为保持稳定的分子比必须定期向电解质中补充氟化铝。⑦氧化铝在电解质中溶解度氧化铝能溶解于冰晶石，这是构成冰晶石-氧化铝熔体的基础，但氧化铝的溶解度小又是该熔体的缺点之一。氧化铝在冰晶石中的溶解度，一般在10%左右，但是铝电解往往还添加了各种添加剂，如AlF3，MgF2，CaF2，LiF等，其结果是它们加入到熔体中，都存在一个共同的缺点，即使得氧化铝在冰晶石熔体中的溶解度降低。目前，大型预焙槽采用低分子比，低电解温度，低氧化铝浓度（2%左右）和勤加工少下料的原则以确保固体氧化铝不至沉于槽底形成炉底沉淀。添加剂在冰晶石-氧化铝溶液中，添加某些能够改善他的物理化学性质以及提高电解生产指标的盐类物质，称为添加剂。盐类添加剂应基本上满足下列各项要求：首先是他们在铝电解过程中不分解，从而可以保证铝的质量和电流效率。添加剂应能改善冰晶石-氧化铝熔液的物理性质。例如降低其熔点，或者提高其电导率，减小铝的溶解度，降低其蒸气压，而且对于氧化铝在冰晶石熔液中的溶解度没有大的影响。此外添加剂应是来源广泛而且价格低廉的。基本上满足上述要求的添加剂有氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂、氟化钾、氯化钠、氯化钡等几种。一般使用氟化铝来降低电解质分子比，改善电解质性质，目前在铝工业上得到广泛运用。作为冰晶石-氧化铝溶液的一种溶剂，它既可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以降低电解质的分子比，降低电解质温度。工业氟化铝是一种白色粉末，其粒度比氧化铝稍大，不粘手。它在常压下不熔化，但在高温下升华。2.4两极副反应在铝电解过程中，在两极上还发生着一些复杂的副反应。这些反应的发生以及生成速率都将直接或间接地对生产技术指标产生重要影响：或降低电流效率，或增加电耗，或破坏槽子的正常运行状态，或对电解槽的寿命产生严重影响，给生产带来不利的影响。阴极副反应（1）铝的溶解反应金属铝可部分地溶解在冰晶石熔体中。当把一块铝加入到清澈透明的冰晶石熔体中时，立即可发现雾状的液流从铝块上散发出来，溶液逐渐变浑浊。在电解过程中，处于高温状态下的阴极铝液和电解质的接触面上，必然也有析出的铝溶解在电解质中去。（2）金属钠的析出在阴极的主反应是析出铝而不是钠，因为钠的析出电位比铝的低。但是，随着温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度减小，以及阴极电流密度提高，钠与铝的析出电位差越来越小，而有可能使钠离子与铝离子在阴极上一起放电，析出金属钠：Na++e=Na析出的钠少部分溶解在铝中，剩下的一部分被阴极碳素内衬吸收，一部分以蒸气状态挥发出来，在电解质表面被空气或阳极气体所氧化，产生黄色火焰。（3）碳化铝的生成在高温条件下铝可与碳发生反应生成碳化铝。在电解槽大修拆出阴极碳素内衬时，常常发现炭缝、炭块表面和槽底结壳中，甚至有时在固体电解质中有碳化铝物质。这说明在电解过程中，铝与碳发生了反应。碳化铝的生成机理目前有以下几种认为：其一是在高温病槽中，电解质中的炭渣不能很好地被分离出来，使电解质含碳，冰晶石熔体中的铝直接与碳发生化学反应4Al+3C=Al4C3其二是冰晶石熔液能够溶解铝表面的氧化膜，使铝不断向电解质中溶解，而溶解的铝与电解质中的碳起反应，生成碳化铝。4Al（溶解的）+3C=Al4C3其三是阴极上发生电化学反应和化学反应生成碳化铝。电化学反应生成碳化铝的解释认为，在铝电解过程中，电解液趋向于对阴极碳更好地湿润，因而有一部分电解液渗透到铝液的下层，此时形成一个微型电解槽，其阳极是铝液层，阴极则是炭块。此微型电解槽与碳阳极-电解液-铝液构成的大电解槽串联，铝液成为双极性电极，此微型电解槽的阳极反应是铝和钠的电化学氧化，生成铝和钠的离子，而阴极反应生成碳化铝。阳极副反应冰晶石-氧化铝熔盐电解阳极一次产物是二氧化碳气体（碳阳极），但是，在所有工业电解槽上对阳极气体的测量结果均不是100%的二氧化碳，实际气体成分为（50%～80%）CO2和（50%～20%）CO的混合气体。一氧化碳的产生一般认为是在电解过程发生主反应的同时，伴随着一系列副反应所致，主要过程为溶解于电解质中的种种形式的铝，被带到阳极区间与二氧化碳接触而被氧化。2Al（溶解）+3CO2=Al2O3+3CO此外，由于碳阳极散落掉渣，分离后飘浮在电解质表面，当二氧化碳气体与这些炭渣接触时，会发生还原反应而生成一氧化碳。C+CO2=2CO在阳极副反应中，铝和二氧化碳的反应是电解过程中降低电流效率的主要方式，因此，生产中应尽量控制这类不利反应的发生。三、铝电解生产概况3.1铝电解生产流程现代铝工业生产，普遍采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法。以碳素材料作为阳极，铝液作为阴极，经整流车间出来的强大的直流电流由阳极导入，经过电解质与铝液层，由阴极导出，在电解槽内的两极上进行电化学反应，阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，但其中含有一定量的氟化氢（HF）等有害气体和固体粉尘。对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后，排入大气中，回收的氟化物（主要是冰晶石）返回电解槽。阴极产物是铝液，随着电解的不断进行，铝液通过真空抬包周期性地从槽内抽出，送往铸造车间经净化澄清之后，浇注成铝锭，或直接加工成线坯、型材等。其生产工艺流程如图3-1所示。图3-1铝电解生产流程简图3.2铝电解生产系统组成整个电解铝厂由生产车间、辅助生产车间和行政福利设施组成。生产车间主要包括电解车间，铸造车间、计算机站、烟气净化系统及供料站。辅助生产车间包括电解质清理、检修、综合仓库等。行政福利设施包括电解办公楼、食堂、电解浴室、职工宿舍等。铝电解车间是铝厂组织生产金属铝水的重要生产单位，以此为中心形成若干相关车间。电解铝厂的生产调度的中心，是协调各车间通力合作，保证电解生产的动力供应、原材料的供应，物料流的均衡稳定以及设备的正常维护和运转的关键机构。阳极组装车间负责向电解供给质量合格的阳极块，负责回收电解产生的残极和电解质块。铸造车间将电解产出的原铝铸造成产品。化验室承担全厂进厂原料，成品，半成品的的检验分析并及时发出报告。电解槽大修车间担负破损电解槽的大修等作业。3.2.1电力供应与整流在铝电解生产中，需要稳定而又可靠的电源，以保证电解系列能够连续稳定地进行生产。由发电厂输出的高压交流电，经外线输入到电解铝厂变电站，然后送至整流变压器，再经整流器整流后使之变成能用于电解生产的低压直流电，供给电解系列。电解铝厂属于一级负荷，对供电的可靠性要求很高，整流所应不少于两个独立电源供电，以保证在设备检修或突发故障时，整个系列的正常生产不受影响。高压交流电变压整流的基本流程是由电网供给工厂的电源为110kV或220kV的高压交流电，高压交流电通过220KV配电装置引入调压整流变压器，将高压电降至所需的低压脉冲电，再进入整流器进行整流。整流过程即为将电流和电压随时间不断变化方向的交流电变成方向一致的直流电。现在普遍采用硅二极管或可控硅整流器，它具有体积小，整流效率高的优点，其整流效率一般在98%左右，可以高效率地将交流电转变成直流电。在变压整流过程中，由于整流变压器、整流器等负荷的接入，引起交流电的电压和电流波形发生变化，形成高危害的高次谐波，同时降低了交流用电的功率因数。为了减少线路中的无功功率并消除高次谐波，通常在调压变的第三绕组接入一组滤波及电容补偿装置，以提高用电功率因数，减少有害谐波，从而提高直流用电的有功功率。整流所负责向电解提供平稳的直流电，通过整流后的直流电可直接送入电解槽上用于铝电解生产。3.2.2电解车间电解车间是整个电解厂的核心车间，是全厂的生产中心。3.2.2.1电解厂房公司选用SY400预焙阳极电解槽，安装2个电解系列，每个系列安装288台电解槽，共计安装576台电解槽（含3台备用槽）。实际电解车间原铝产能为633197t/a，最大产能为636513t/a（电解槽大修之前）。电解车间由四栋互相平行、跨度为30m，长1056.6m二层楼厂房结构组成，采用钢筋混凝土结构,一楼安装电解槽阴极装置，地坪为素混凝土地坪；二层楼为操作地坪，是天车行走、出铝作业、运输和摆放阳极、残极的场地。每栋厂房内安装SY400电解槽144台，电解槽在厂房内呈单排横向配置，两台相邻槽的中心距为6.60m，电解槽纵向中心线距厂房轴线分别为12.50m和17.50m。两个电解系列间距45m，每个系列两栋厂房间距50m，共配置有3套净化系统，直径18m，高30m新鲜氧化铝贮槽和直径12m，高33m载氟氧化铝贮槽各3座及3套超浓相输送系统。每个电解系列共分三个大工作区，每个工作区设置4个休息室，系列共12个。两栋厂房间由4条通道(从整流所端分别计为1、2、3、4号通道)连接，供出铝、新残阳极的运输及其它物料、设备等运输用,其中车间第2通道为电解槽集中大修通道。公司电解槽大修采用更加环保、快捷、安全、可靠的集中大修方式，安装一套用于电解槽和电解多功能机组集中修理的起吊运输系统，包括阴极搬运天车1台，龙门转运车1套（2台），天车轨道提升梁4套（8个），专用吊具1套。需要维修或维修完毕的电解多功能机组由龙门转运车转运到电解车间或电解槽集中大修车间机修工段。考虑到新换下的残极在冷却过程中排出大量的氟等有害气体，因此，在每个电解系列两栋厂房中间第1、3、4通道旁共设3座残极冷却间,在房间内设有集气管道与净化系统相连，每个残极冷却间为18x24m。电解车间换下的残极由阳极拖车运至残极冷却间冷却一段时间后，再运至阳极组装车间进行处理，残极冷却间排出的烟气排入净化系统。多功能天车是大型预焙电解槽系列电解车间中惟一的，集完成预焙槽主要作业功能于一身，为人力和其他机械所不能替代的多功能的大型作业机械。天车上安装的主副提升系统、液压扭拔系统，压缩空气及打壳下料系统，并配有液压秤或电子秤，使天车可完成出铝、提升阳极母线、更换阳极、边部打壳、加料、打捞电解质掉块及重物吊运等作业。每栋厂房安装电解多功能机组6台，每个系列共安装电解多功能机组12台，电解多功能机组轨顶标高11.500m。电解车间2、3通道处共设8处覆盖料高位料仓，每个料仓包括1个电解质料斗和1个新鲜氧化铝料斗。料斗内的破碎电解质(或新鲜氧化铝)经斜槽送至电解车间内的天车加料器上，加入多功能机组的料仓中。在每台电解槽烟道侧电解车间柱上设一台槽控箱和一台气控柜，气控柜内装有电磁换向阀，任务是接受槽控箱的指令，控制打壳气缸和定容器气缸的往复运动。电解槽采用槽罩密闭，电解槽产生的烟气经槽排烟管汇集于敷设在厂房外侧的总管送至净化系统。3.2.2.2槽排列和母线系统多数铝厂是由电解槽串联起来构成一个电解槽系列，它是铝生产的基本单元，大型铝厂一般都拥有两个或两个以上的系列，每一系列都有额定的电流强度和产能。电解槽排列方式以及槽型，电流大小，厂房结构，操作方法等因素，同时还受到地理位置，交通运输等条件的影响。近几年来，还要考虑环境保护和自动控制等方面的因素。就一个电解系列来讲不管电解槽的数量有多少，就它们的排列方式来讲只有纵向和横向两种，而每一种排列又可分为单行和双行以及多行排列。系列中的电解槽均是串联的，直流电从整流的正极经阴极铝母线，立柱铝母线，阳极大母线后，进入第一台电解槽的阳极，然后经过电解质、铝液到炭阴极，而后再通过阴极母线导入第二台电解槽的阳极母线……这样依次类推，从最后一台电解槽的阴极出来的电流又经大母线回到整流器的负极，使整个系列成为一个封闭的串联线路。直流母线将分布在各厂房的所有电解槽串联起来并与整流所的输入、输出端相接。系列回路中，除包括在电解槽电压表测量范围内的母线外，尚有一部分母线是用来连接厂房与厂房、通道与通道、端部槽与整流所的，称为连接母线，亦称公用母线。生产期间计算平均电压时，连接母线的电压降要分摊到每个槽。新系列启动时，所用的电解槽不可能一次通电，往往是分批通电启动。这就需要在系列母线系统内设置若干短路口（公司SY400电解槽设置六个短路口）。短路口的作用是当电解槽正常生产时，将其断开，使电流必须通过电解槽进入下台槽，当电解槽没有生产或需要停槽时将其短路使电流直接进入下台槽。同时，在电解厂房中配置的回路中都设置有若干个系列短路母线，视生产槽的多少，生产槽的分布区域而切合若干相应的短路母线以适应焙烧启动生产的要求。一般短路母线都设置在厂房间的过道口。3.2.2.3通风与排烟铝电解生产中散发出来的污染物有气态和固态两种。气态物质的主要成分有氟化氢、一氧化碳、二氧化碳、沥青烟等。固态物质主要有氧化铝、冰晶石和炭粒。这些污染物对人体和动植物都是非常有害的。为了改善劳动条件，保护环境，对这些污染必须采取净化措施。我国铝厂净化环境的主要手段是加强厂房的通风和排烟，然后在此基础上装置一定形式的回收设施。所收集的废料直接或经过加工还可用在生产上。★通风生产厂房的通风，一般采用自然通风和机械通风两种或两种兼用。自然通风是利用室内外的温度差产生空气对流来实现的，为了达到和强化自然通风一般在厂房两侧墙壁的下方设有百叶窗，中部设有侧窗，厂房顶部装有天窗。天窗旁设有挡风板，这样室外冷的新鲜空气通过下面的百叶窗进入电解厂房后，经电解槽操作地带，然后带有污染物的热气上升经侧窗或天窗排出到大气。现在的二层楼式的厂房，外部冷空气通过一楼窗口进入，经电解槽的槽壳底部和侧部被加热，而后通过第二层地沟盖板由天窗排出。★排烟排烟与通风一样，是净化劳动环境的主要措施，只有把这两项结合起来，才能达到净化环境的效果。要较好地实现厂房排烟，首要的是要搞好电解槽的密闭和集气工作，只有把烟气有效的集中起来，才有可能输送出去。大型预焙槽采用槽盖板