铝电解中的电极过程

关于铝电解中的电极过程主要内容铝电解的电化学体系及其性质铝电解的理论分解电压铝电解的电极过程铝的电解精炼铝电解的工艺及设备熔盐电解电流效率第2页,共107页，2024年2月25日，星期天重点内容铝电解的电化学体系及其性质铝电解的电极过程铝电解的工艺及设备第3页,共107页，2024年2月25日，星期天现代铝工业三个主要生产环节：（1）从铝土矿提取纯氧化铝（2）用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝（3）铝加工辅助环节：（1）炭素电极制造（2）氟盐生产第4页,共107页，2024年2月25日，星期天8.1铝电解冶金的电化学体系及其性质1.铝电解电化学体系由电极（阳极碳电极、阴极为液态铝）和熔融电解质组成。其中电解质由熔剂冰晶石和炼铝原料氧化铝组成。（图片）第5页,共107页，2024年2月25日，星期天8.1铝电解冶金的电化学体系及其性质2.冰晶石-氧化铝熔盐理化性质冰晶石（Na3AlF6或3NaF.AlF3）,无色，有强烈的腐蚀性，熔点为1010℃，单斜晶系。虽有天然产物，但数量颇少。炼铝工业采用的是合成冰晶石。氧化铝，白色粉末，熔点为2050℃。工业氧化铝的纯度为99%。

第6页,共107页，2024年2月25日，星期天（1）熔点有冰晶石和氧化铝组成的二元系是简单的共晶系，从图中可以确定其共晶点在氧化铝含量为10~11.5%（质量比）或18.6~21.1%（摩尔比），温度为960~962℃第7页,共107页，2024年2月25日，星期天铝电解的电解质往往在上述二元合金中还加入AlF3,因而形成三元系，不仅使熔点降低，还可以改善电解质的物理化学性质。第8页,共107页，2024年2月25日，星期天（2）密度三元素使熔盐的结构发生变化，导致密度下降，电解质的密度小于液铝密度，金属铝液与电解质自动分层，达到分离的目的。8.1铝电解冶金的电化学体系及其性质第9页,共107页，2024年2月25日，星期天（3）粘度Al2O3升高，粘度增加，加入MgF2、CaF2可使电解质粘度增加，加入AlF3、LiF、NaF却使电解质粘度降低8.1铝电解冶金的电化学体系及其性质第10页,共107页，2024年2月25日，星期天（4）表面张力Na3AlF6-Al2O3熔盐在碳电极上的润湿角θ随Al2O3的含量增大而减小。第11页,共107页，2024年2月25日，星期天8.1铝电解冶金的电化学体系及其性质不同条件下的冰晶石-氧化铝熔体结构模型第12页,共107页，2024年2月25日，星期天1.氧化铝的分解电压电解质组分的分解电压是指该组分进行长时间电解并析出电解产物所需要的外加最小电压.2.氧化铝的理论分解电压化合物分解所需要的电功在数值上等于它在恒压下的生成自由能,但符号相反.化合物的理论分解电压8.2铝电解的理论分解电压第13页,共107页，2024年2月25日，星期天理论分解电压第14页,共107页，2024年2月25日，星期天炭阳极1.炭阳极上的电化学反应阳极反应的理论计算-分解电压例:Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2∆G=-675.7kJ/mol第15页,共107页，2024年2月25日，星期天炭阳极炭阳极上，冰晶石-氧化铝熔盐电解中几种可能的电化学反应第16页,共107页，2024年2月25日，星期天炭阳极炭阳极上，Na3AlF6-Al2O3熔盐体系中的电化学反应与析出电位（1273K）第17页,共107页，2024年2月25日，星期天炭阳极冰晶石-氧化铝熔盐电解的循环伏安图第18页,共107页，2024年2月25日，星期天铝电解中的电极过程-炭阳极炭阳极上，电极反应与电流峰值的对应关系P1P2P3P4P5P6电流峰电极反应第19页,共107页，2024年2月25日，星期天铝电解中的电极过程-炭阳极阳极反应的控制步骤i<0.02A/cm2化学反应和扩散联合控制0.02<i<1.5A/cm2化学反应所控制1.5<i<ccd扩散控制第20页,共107页，2024年2月25日，星期天铝电解中的电极过程-炭阳极炭阳极上的反应历程（电流密度在0.02~1.5A/cm2的范围内）IIIIIIIVV此过程的反应速度由CxO·O碳氧中间化合物中的C—C键断裂缓慢所控制，所以步骤IV可能是反应的控制步骤，即反应速度为化学反应所控制第21页,共107页，2024年2月25日，星期天3计算Al2O3的分解电压采用惰性阳极,阳极上析出氧气.Al2O3=2Al+1.5O2(1)(2)采用活性阳极(例如碳阳极)时,阳极上生成CO2和CO.Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2(2)

Al2O3+3C=2Al+3CO(3)

第22页,共107页，2024年2月25日，星期天8.3铝电解电极过程铝电解原理：

现代铝工业生产，主要采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，其中氧化铝是炼铝的原料，冰晶石是熔剂。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反应。电解产物，阴极上是液体铝，阳极上是气体CO2（75-80%）和CO（20-25%）。第23页,共107页，2024年2月25日，星期天8.3铝电解的电极过程1.阴极过程在熔融铝电解质中，钠离子的迁移数约为99%，但是它并不在阴极上放电。在工业应用的电解质组成的温度范围内，纯钠的析出电位大约比纯铝的析出电位负250mv,所以阴极上Al3+优先放电，而且铝电解过程是一种三电子的迁移过程。第24页,共107页，2024年2月25日，星期天在阴极双电层中，铝-氧-氟络合离子中的Al3+受阴极的吸引，挣脱掉络离子的束缚，往布满着电子的阴极上靠拢，发生三电子转移的电极反应，生成液体铝：Al3++3e=Al（液），这就是阴极上的主反应。

第25页,共107页，2024年2月25日，星期天铝电解过程中的两极反应Na+,AlF63-AlF4-,F-[Al-O-F]x-第26页,共107页，2024年2月25日，星期天8.3铝电解的电极过程2.阳极过程第27页,共107页，2024年2月25日，星期天电解质中的含氧离子向阳极表面传输；到达阳极表面附近的含氧离子O2-，其中单体氧离子脱出到达阳极表面；到达阳极表面的单体氧离子O2-，在碳参与下放电，首先生成化学吸附性质的碳氧络合物；碳氧络合物分解生成物理吸附的二氧化碳和碳；物理吸附的二氧化碳解吸。

第28页,共107页，2024年2月25日，星期天把两极反应合并起来,则得到铝电解的总反应式:Al2O3+1.5C=2Al(液)+1.5CO2(气)第29页,共107页，2024年2月25日，星期天阴极副反应（1）铝的溶解和损失：金属铝部分地溶解在冰晶石熔体中。一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况：（a）溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。2Al+Al3+=3Al+Al+6Na+=Al3++3Na2+第30页,共107页，2024年2月25日，星期天阴极副反应（b）铝以电化学反应形式直接溶解进入电解质熔体中。Al（液）-e=Al+（c）物理溶解：铝也可能以金属微粒的形式溶解在电解质中构成金属雾。第31页,共107页，2024年2月25日，星期天阴极副反应（2）金属钠的析出电解过程中阴极的主反应是析出铝而不是钠，因为钠的析出电位比铝低。但是，随着温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度减少，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炭素内衬吸收，一部分以蒸汽状态挥发出来（钠的沸点为880℃），在电解质表面被空气或阳极气体所氧化，产生黄色火焰。可能的反应为：4Na＋O2＝2Na2O2Na＋CO2＝Na2O＋CO2Na＋CO＝Na2O＋C措施：增加电解质中AlF3含量及避免电解质过热。第32页,共107页，2024年2月25日，星期天冰晶石—氧化铝熔盐电解在电解过程发生主反应的同时，伴随着一系列副反应，主要发生如下反应：2Al（溶解的）＋3CO2=Al2O3十3CO阳极副反应第33页,共107页，2024年2月25日，星期天

添加剂对电解质的影响:

铝电解生产中，为了改善电解质的性质，有利于生产，通常向电解质中添加各种添加剂，以达到提高电流效率，降低能耗的目的。第34页,共107页，2024年2月25日，星期天添加剂对电解质的影响:

作为添加剂必须满足以下条件：（1）在电解过程中不参与电化学反应，以免电解出其他元素而影响铝的质量;对电解质的性质有所改善；如降低电解质的初晶点,提高电解质的导电率,降低电解质的密度；（2）对氧化铝的溶解度影响不大；（3）吸水性和挥发性要小；（4）来源广泛，价格低廉。第35页,共107页，2024年2月25日，星期天

氟化钙：降低熔点、增大密度，减少铝的溶解损失。氟化镁：降低熔点、增大密度，减少铝的溶解损失，减少导电率，优良的矿化剂：在侧壁上形成稳定的结壳；使电解质结壳疏松好打；帮助炭粒与电解质分离，使槽电阻减小，提高电流效率。

第36页,共107页，2024年2月25日，星期天

氟化锂：降低熔点、提高导电率。价格高。氯化钠：降低熔点、提高导电率，但易水解,腐蚀性强。

第37页,共107页，2024年2月25日，星期天湿润性湿润角是指液相-固相-气相三相接界处液相表面与固相表面的夹角。第38页,共107页，2024年2月25日，星期天湿润性湿润角的测量第39页,共107页，2024年2月25日，星期天湿润性电极电位对湿润角的影响第40页,共107页，2024年2月25日，星期天湿润性熔滴在炭板上的湿润与收敛第41页,共107页，2024年2月25日，星期天湿润性熔滴与炭板界面上的电荷示意图第42页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

1阳极过电位阳极过电位的性质和组成随着电流密度的变化而发生改变：1）活化过电位

电化学反应过电位和化学反应过电位

电化学反应过电位是由于电极反应过程中，电荷通过电极与电解质界面双电层，进行电子交换的缓慢步骤所引起的阳极过电位，这时电化学反应步骤成为整个电极过程的速率控制步骤；

化学反应过电位是由于电极反应过程中的前置或后继化学反应步骤受阻所引起的过电位。

这两种过电位的实质与大小都取决于相关步骤的活化能大小，所以将这两种过电位统称为“活化过电位”，他们虽然在其本质上有一定区别，但一般都符合Tafel方程：

a=a+

blog(i)

第43页,共107页，2024年2月25日，星期天2）阳极气膜电阻过电位

覆盖在阳极上的气膜阻碍电流流过，电极有效面积减少，真实电流密度增大，从而提高电极极化电位，表现出阳极过电位；一般随Al2O3浓度的降低和阳极表面积的增大而增加，阳极效应时尤为明显。阳极过电压和阳极效应

1阳极过电位第44页,共107页，2024年2月25日，星期天3）浓差过电位电极界面区浓度梯度，形成“扩散层”，扩散层的传质过程成为电极过程速率控制步骤，产生浓差过电位（或扩散过电位）。一般情况下，阳极气体CO2使阳极界面区电解质产生扰动，避免了浓差极化的产生。但是，当接近阳极效应时，Al2O3浓度降低，出现浓差极化；在特别低的电流密度下，CO2减少，失去对电解质的扰动作用，浓差极化也有可能出现。4）势垒过电位

阳极附近的熔体中非放电离子，如F-、AlF4-、AlF6-等，形成电化学屏障。阳极过电压和阳极效应

1阳极过电位第45页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

1阳极过电位综上所述，阳极过电位就是这四项之和，即：V阳过=V反应+V气膜+V浓差+V势垒

而阴极过电压只有后面的两项，所以它的值比较小（铝析出时的过电压约10-100mv）。第46页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

2阳极效应阳极效应现象1）阳极周围发生明亮的小火花，伴劈啪声；2）阳极周围的电解质如被气体拨开，阳极与电解质界面上的气泡不再大量析出；3）电解质不再沸腾；4）电压急剧上升（4V→30~50，甚至100V），灯亮；阳极效应原因1）电解质中缺少氧化铝；2）电流密度大，易发生阳极效应，电流密度越大，发生效应时的氧化铝浓度越高，反之亦然；3）称发生阳极效应时的最低电流密度为“临界电流密度”。第47页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

2阳极效应阳极效应机理1）润湿性改变学说：熔体中Al2O3浓度低到一定程度时，电解质对炭阳极底掌的润湿性变差，气体覆盖阳极表面，致使电流以电弧形式穿透气膜。第48页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

2阳极效应阳极效应机理2）氟离子放电学说：随着电解过程的进行，电解质中含氧离子逐步减少到一定程度后，氟析出，然后与炭作用：①阳极表面形成COF2和CF4的绝缘层；②导致阳极崩裂且氟化物分解后又在阳极表面析出微细炭粒，以致电解质不能很好润湿阳极，气膜形成。第49页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

2阳极效应阳极效应机理3）静电引力学说：正常情况下，阳极气泡带正电，被阳极表面排斥；Al2O3%降低时，阳极气泡带负电，在阳极表面聚集，形成气膜，引发阳极效应；第50页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

2阳极效应阳极效应机理4）桥式离子理论：低Al2O3%时，形成桥式离子[AlF5-O-AlF5]6-，易与阳极生成CFn，CFn吸附于阳极表面，改变阳极的润湿性能，排斥电解质，增大阳极电流密度，达到临界电流密度时，引发阳极效应。第51页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极过电压和阳极效应

2阳极效应1）造成电解质过热和挥发损失增加；2）导致系列电流的降低；3）增加额外电耗。4）可反映电解槽工况；5）利用阳极效应清除熔体中的炭渣，烧平阳极底掌，溶解槽底沉淀。阳极效应的作用第52页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极效应阳极效应是熔盐电解中发生在阳极上的一种特殊现象。当其发生时，槽电压上升到20-40伏，阳极周边出现明亮的弧光放电现象，并发出噼啪声，此时阳极和导电母线振动，系列电流发生波动。第53页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极效应的观察第54页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极效应第55页,共107页，2024年2月25日，星期天阳极效应氧化铝浓度对极限电流密度（ccd）的影响第56页,共107页，2024年2月25日，星期天临界电流密度的影响因素添加剂温度外部气压搅拌电解质第57页,共107页，2024年2月25日，星期天1.阳极效应熔盐电解时，槽电压骤升，电流强度急剧下降，阳极附近出现火花和爆裂声，阳极周围的电解质有如被气体拨开似的，阳极停止析出气泡，这一现象称为阳极效应。

第58页,共107页，2024年2月25日，星期天由于阳极效应严重影响熔盐电解的正常进行，并增大了能耗，人们对其原因进行了大量的研究。目前流行的解释，如果阳极为析气反应，当电解液在电极表面的润湿性变差，导致气体大面积在电极上吸附，形成气膜，从而使反应困难，电压急剧上升。第59页,共107页，2024年2月25日，星期天发生阳极效应的临界电流密度1.临界电流密度当阳极电流密度超过临界值，就发生阳极效应。用d临来表示临界电流密度。d临的大小表示阳极效应发生的难易程度，数值愈大，则阳极效应愈不易发生；反之，数值愈小，则阳极效应愈容易发生。第60页,共107页，2024年2月25日，星期天2.影响临界电流密度的因素d临与许多因素有关：1）熔融盐的组成及气相的组成，2）电解质中使阳极与电解质的界面张力降低的表面活性阳离子的存在；3）阳极材料；4）熔融盐的温度第61页,共107页，2024年2月25日，星期天1）d临与熔融盐的关系。熔融氯化物的临界电流密度比熔融氟化物的临界电流密度高。d临碱金属氯化物＞d临碱土金属氯化物并各种碱金属卤素化合物的临界电流密度依LiCl（LiF）→NaCl（NaF）→KCl（KF）的次序增大这个次序与各种盐的熔体—碳间的表面张力因阳离子半径增大而下降的次序一致第62页,共107页，2024年2月25日，星期天所以d临与湿润角数值处于相反的关系，表68中所列某些融盐的湿润角及临界电流密度数据能很好的说明这种关系。第63页,共107页，2024年2月25日，星期天第64页,共107页，2024年2月25日，星期天由表得出，熔融碱金属氯化物的临界电流密度比氟化物及冰晶石的临界电流密度大，而氯化物的湿润角则比后者的小第65页,共107页，2024年2月25日，星期天第66页,共107页，2024年2月25日，星期天因此，研究表明，临界电流密度乃至发生阳极效应的可能性与熔融盐湿润固体表面的能力有关：盐类熔体能愈好的润湿阳极表面（即各种盐的与阳极间具有愈低的界面张力），则临界电流密度愈高，反之亦然第67页,共107页，2024年2月25日，星期天2）表面活性离子的作用。在二元熔融盐体系中，临界电流密度随着熔体中表面活性组元浓度的增大而增大，这些表面活性组元能降低熔融盐与固体表面间的界面张力，也就是使电解质对阳极的湿润性变好。第68页,共107页，2024年2月25日，星期天例NaF及Al2O3都是能降低熔融冰晶石与碳间界面张力的表面活性组元第69页,共107页，2024年2月25日，星期天3）阳极材料的作用一种盐对某种电极材料润湿得愈好，则临界电流密度也愈大。对冰晶石在各种不同碳质材料、铂及氧化铝上的润湿角的测量表面，在铂及氧化铝上的润湿角要比在碳质材料上的值低得多。因此，在电解冰晶石-氧化铝熔体时，在铂上的临界电流密度远比在碳质材料阳极上的临界电流密度大。碳质阳极在冰晶石熔体中的临界电流密度已测得为0.31-0.76A/cm2第70页,共107页，2024年2月25日，星期天冰晶石在金属阳极上的临界电流密度是非常高的，因为金属能被熔融盐，特别是冰晶石，极好的润湿。所以，甚至在很高的电流密度值时，也看不到阳极效应。第71页,共107页，2024年2月25日，星期天4）气相的作用探讨有关阳极效应的研究，一般都是在不考虑气相组成的影响下进行的。在多数情况下，气相是空气。而电解冰晶石-氧化铝熔体时，气相是在阳极上产生的CO2+CO混合物，电解熔融氯化物时，阳极气体是氯。所以，有关气相性质对于阳极效应的影响问题的研究，有重大意义。第72页,共107页，2024年2月25日，星期天研究表明，气相组成对于边界角数值乃至临界电流密度数值是有影响的，但是它比盐相组成的影响要小，盐相组成对于边界角及d临的数值所发生的影响要比气相的变化对于同种组成熔体的边界角及d临的影响大得多。第73页,共107页，2024年2月25日，星期天第74页,共107页，2024年2月25日，星期天由表中数据得出：在空气中得到的临界电流密度数值最大，在氩气中得到的数值最小。临界电流密度数值虽然也要随着气相不同而发生变化，但这种变化并不是很多的。盐相组成对临界电流密度的数值则会产生大很多的影响。例如，在冰晶石中，当Al2O3含量从0%到10%时，临界电流密度数值的差数达10A/cm2第75页,共107页，2024年2月25日，星期天5）温度的作用在温度升高的情况下，冰晶石-氧化铝对碳的润视角大大减小。所以，随着温度升高，阳极的临界电流密度应该增大，也就是说，发生阳极效应的可能性减少。第76页,共107页，2024年2月25日，星期天8.4铝精炼8.4.1铝的纯度分类

(1)原铝。通常是指用熔盐电解法在工业电解槽内制取的铝，其纯度一般为99.5%-99.85%。

（2）精铝。一般来自三层液精炼电解槽。在精炼槽内，原铝和铜配成的合金作为阳极，冰晶石-钡盐熔液作为电解质，析出在阴极上的精铝，其纯度通常在99.99-99.999%。第77页,共107页，2024年2月25日，星期天原铝的质量NaAlF6-Al2O3熔盐电解质所得原铝中Al>99%。金属杂质主要是Fe、Si、Cu。第78页,共107页，2024年2月25日，星期天原铝与精铝电解原铝的质量基本上能满足国防、运输、建筑、日用品的要求。有些部门需要精铝，因为精铝比原铝具有更好的导电导热性、可塑性、反光性和耐腐蚀性。第79页,共107页，2024年2月25日，星期天

（3）高纯铝。主要用区域熔炼法制取。选用精铝作原料，得到杂质质量分数不超过1×10-6的高纯铝。高纯铝还可用有机铝化合物电解与区域熔炼相结合的方法制取。杂质情况：原铝中主要是铁和硅，此外还有镓、钛、钒、铜、钠、锰、镍、锌等。精铝产品中，主要杂质仍是铁和硅，但是锌、铜、镁、钠的含量接近铁，可能会超过硅。第80页,共107页，2024年2月25日，星期天

从电解槽中取出的铝液通常含有三类杂质：

A、金属杂质；B、非金属固态夹杂物：氧化铝、炭、碳化铝；C、气态夹杂物：H2、CO2、CO、CH4、N2。其中最主要的是H2。在1000℃，100g工业原铝大约溶解氢气0.2-0.4cm3。铝液中的氢有两种形态：原子氢和气态氢。前者溶解在铝液中，后者吸附在固态夹杂物颗粒上。第81页,共107页，2024年2月25日，星期天8.4.2铝液净化

往铝液中通入惰性气体(如氮气)或活性气体(氯气)，可使铝液中的固态夹杂物吸附在气泡上，并随气泡上升至铝液表面,最后在过滤层中分离。

净化方法：在低温（刚刚熔点以上）长时间静止或通入氮气加以搅拌，清除氢。通入氯气，与铝反应生成氯化铝气泡。比氮气效果好。第82页,共107页，2024年2月25日，星期天第83页,共107页，2024年2月25日，星期天8.4.3三层液电解法制取精铝第84页,共107页，2024年2月25日，星期天精铝用途70%制造电解质电容器，制造反光镜。美国Hoopes1901年发明下层液体：阳极合金，30%铜与70%铝，密度3.4-3.7g/cm3.中层液为电解质，纯氟化物和氯氟化物体系，密度2.7-2.8g/cm3.最上层精铝，用作阴极，密度2.3g/cm3第85页,共107页，2024年2月25日，星期天工业上用两类电解质体系：（1）纯氟化物体系。其组成中AlF3NaFBaF2CaF2的质量分数分别48%，18%，10%，16%；密度（液态）约2.8g/cm3，熔点680℃，操作温度740℃。

（2）氯氟化物体系。其组成中AlF3NaFBaCl2NaCl的质量分数分别23%，13%，60%，4%；密度（液态）约2.7g/cm3，熔点700-720℃，操作温度760-800℃。第86页,共107页，2024年2月25日，星期天铝的电解精炼原理：

在阳极合金的各种金属元素当中，只有铝在阴极上溶解出来。阳极合金中，如铜、铁、硅之类比不活泼的金属元素，并不溶解，仍然残留在合金内。阳极上的电化学溶解反应是：

Al-3e=Al3+

因此，电解液中除了原有的Al3+,Ba2+,Na+,F-,Cl-,AlF3-6,AlF4-之外，增加了上述反应中的铝离子Al3+。第87页,共107页，2024年2月25日，星期天

迁往阴极的各种阳离子中，铝的电极电位比较正，故Al3+优先在阳极上获得电子，析出金属铝：Al3++3e=Al而其余的各种阳离子，如Ba2+,Na+之类，并不放电。但是电解质本身所含的电位比铝更正的元素，例如Si和Fe，却会在阴极上析出，使铝的纯度降低。第88页,共107页，2024年2月25日，星期天

基本原理：一般当原铝从熔融状态下徐缓冷却，到达其初晶点时，结晶析出纯度很高的铝粒，然后将此种铝粒跟剩余的铝液分离，便得到所要求的偏析法产物，可从99.8%的原铝中提取到纯度为99.95%的铝,其提取率为5-10%。法国彼施涅公司的偏析法原理图优点：产量大、能耗低、成本低；缺点：纯度低第89页,共107页，2024年2月25日，星期天8.5铝电解的工艺及设备第90页,共107页，2024年2月25日，星期天第91页,共107页，2024年2月25日，星期天二、技术经济指标1.电流效率85~95%2.铝电解槽电压4~4.3v3.铝电解能耗15000~17500Kwh三、铝电解工艺设备1.电解槽（槽体、电极、导电部件三部分组成）2.直流电源第92页,共107页，2024年2月25日，星期天8.6熔盐电解电流效率第93页,共107页，2024年2月25日，星期天主要内容8.6.1法拉第定律在熔盐电解中的适用性8.6.2电流效率的各种影响因素第94页,共107页，2024年2月25日，星期天8.6.1法拉第定律在熔盐电解中的适用性法拉第定律：在电解过程中，阴极上还原物质析出的量W与电化学当量，所通过的电流强度和通电时间成正比。

W=qNIt式中W一析出金属的质量，g；

qN—电化当量，与物质的本性有关，它表示1A.h内析出物质的量，以g表示（表65）；I—电流强度，A；t—通电时间，h。

第95页,共107页，2024年2月25日，星期天第96页,共107页，2024年2月25日，星期天按照法拉第定律计算理论铝产量：在电解过程中，通过1法拉第电量理论上应析出1摩尔的铝，因此

铝的当量值=26.98154/3=8.9938g。

1法拉第电量=96485A·s，即96485/3600=26.8A·h。

铝的电化学当量值C=8.9938/26.80=0.3356g/(A·h)第97页,共107页，2024年2月25日，星期天例：对于铝电解，阴极上析出的铝量m=0.3356It。这是理论量，实际上产出的铝量，由于副反应，往往阴极上