赖延赖延清清 轻金属及轻金属及工业化学工业化学研究所研究所 2015/4/21 轻金属冶金学轻金属冶金学第二部分第二部分 铝电解铝电解 授课人简介授课人简介 轻金属冶金学铝电解 （1）简况 工作单位冶金与环境学院出生日期1974年10月27日 学位/专业博士/有色金属冶金职称/职务教授、博导 / 副院长 学术兼职 中国有色金属学会 轻金属冶金学术委员会委员、副秘书长 中国金属学会 熔盐化学学术委员会 委员，TMS、IES、ACS会员 Metall. and Mater. Trans.、Hydrometallurgy、Electrochim. Acta、J Electrochem. Soc.、J Electroanal. Chem.、J Mater. Chem.、ECS Electrochem. Lett. 审稿人 （2）学习经历 1992.09 - 1996.07大学本科，有色金属冶金，学士，免试直接攻读博士学位 1996.09 - 2001.09研究生，冶金工程，工学博士，湖南省优秀博士学位论文 （3）工作经历 2001.09 2003.09中南大学冶金学院，讲师；粉末冶金研究院，博士后 2003.09 2006.09中南大学冶金学院，副教授，副所长，湖南省青年骨干教师 2006.09 至 今 中南大学冶金学院，教授，博士生导师（2009）“教育部新世纪优秀人 才支持计划”人选（2009），国家优秀青年科学基金获得者（2012）， 湖南省杰出青年基金获得者（2013） 授课人简介授课人简介 轻金属冶金学铝电解 （4）研究主题：基于电化学理论与方法， 面向电化学冶金节能减排，进行 铝电解惰性电极和湿法冶金节能阳极的技术攻关与工程实践； 面向新能 源发展需求，开展电化学储能和薄膜太阳电池的应用基础研究 学术方向学术方向电化学冶金与材料电化学 研究主题研究主题 基于惰性电极的 铝电解新工艺 湿法冶金节能 阳极与工艺 锂离子动力电池 与超级电容器 金属硒（硫）化物 薄膜太阳电池 一级学科一级学科冶金工程 二级学科二级学科有色金属冶金电化学工程新能源材料与器件 节能环保产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备 制造产业、新能源产业、新材料产业、新能源汽车产业 涉及涉及四个战四个战 略性略性新兴产业新兴产业 （5）学术成绩：发表学术论文150余篇；获授权发明专利40余项；获省 部级科技进步一等奖2项、二等奖1项；参与出版专著2部：现代铝电解 和电催化 授课提纲授课提纲 轻金属冶金学铝电解 第一讲第一讲 铝电解工业概况铝电解工业概况 第二讲第二讲 铝电解质的物理化学性质铝电解质的物理化学性质 第三讲第三讲 铝电解过程的电化学机理铝电解过程的电化学机理 第四讲第四讲 铝电解的电流效率、电能效率与能量平衡铝电解的电流效率、电能效率与能量平衡 第五讲第五讲 现代预焙铝电解槽的结构现代预焙铝电解槽的结构 第六讲第六讲 铝电解的生产操作与工艺管理铝电解的生产操作与工艺管理 第七讲第七讲 铝电解槽的破损与维护铝电解槽的破损与维护 第八讲第八讲 铝冶炼新工艺进展铝冶炼新工艺进展 赖延清赖延清 轻金属及工业电化学研究所轻金属及工业电化学研究所 第一讲第一讲 铝电解工业概况铝电解工业概况 轻金属冶金学铝电解 2015/4/21 授课提纲授课提纲 第一讲 铝电解工业概况 1 1 铝冶金发展概况铝冶金发展概况 2 2 铝电解槽及电解槽系列铝电解槽及电解槽系列 3 3 铝用炭素材料及其生产铝用炭素材料及其生产 4 4 冰晶石及氟化盐生产冰晶石及氟化盐生产 5 5 铝电解用氧化铝原料（自学）铝电解用氧化铝原料（自学） 1 1 铝冶金发展概况铝冶金发展概况 第一讲 铝电解工业概况 时间人物事件 1746 Pott（德国） Lavoisier（法国） 从明矾制得一种氧化物；认为是一种未知金属的氧 化物，与氧亲和力极大，金属难以被还原出来 1807 1809 Davy（英国） 试图电解熔融的氧化铝以取得金属，没有成功；将 想象中的金属命名为alumium，后改为aluminium 1825Oersted（丹麦）用钾汞齐还原无水氯化铝，得到几毫克金属铝 1827 1845 Whler（德国） 用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末；用氯化铝 气体通过熔融金属钾的表面，得到一些1015mg的 铝珠，指出铝的熔点不高，并初步测定了铝的密度 和延展性 1854Deville（法国） 钠代替钾还原NaAlCl4，制得金属铝；由于拿破伦三 世预见到铝在轻型铠甲中的潜在应用，获得政府支 持，开始建厂进行工业化生产。直到冰晶石-氧化铝 熔盐电解法实现工业化之前，仅生产出少量的铝， 主要用于制造头盔、餐具和装饰品等；当时铝的价 格接近黄金 （1） 铝的发现及“金属热还原法”炼铝 前后约30年，总共生产了约200吨铝，该工艺在19世纪末逐渐被淘汰 第一讲 铝电解工业概况 1 1 铝冶金发展概况铝冶金发展概况 时间人物事件 1854Bunsen（德国）用电解NaAlCl4熔盐制得了金属铝，由于电的价格太 高且不能获得大电流，因而不能进行工业电解炼铝 1866Siemens（德国）发明了发电机，并在1880年加以改进，使这种电源 可用于工业生产 1883Bradley（美国）提出冰晶石-氧化铝熔盐电解方案 1886Hall（美国） Hroult（法国） 申请了冰晶石-氧化铝熔盐电解法的专利，即霍尔- 埃鲁特法炼铝工艺 1888 1889 Hall Hroult 在美国Pittsburgh建厂实现工业化生产；在瑞士 Neuhausen建厂生产铝，这就是铝电解工业的开始 1888Bayer 瑞士冶金公司 申请了从铝土矿提取氧化铝的专利；利用莱茵河上 的水力发电，获得了廉价的电力 （2）“Hall-Hroult熔盐电解法”炼铝 霍尔-埃鲁特法、拜尔法以及廉价电力推进了美国和法国铝工业的发展，电解法很 快取代了还原法 各国竞相发展电解法炼铝：英国（1890），德国（1898），奥地利（1899），挪 威（1906），意大利（1907），西班牙（1927），苏联（1931），中国（1938） 第一讲 铝电解工业概况 1 1 铝冶金发展概况铝冶金发展概况 （3）世界铝电解工业的发展 1980年代以前： 电解槽电流强度由24kA、60kA增加至100kA至150kA ； 小型预焙阳极电解槽侧插棒式自焙阳极电解槽及上插棒式自焙阳 极电解槽大型预焙阳极电解槽； 吨铝能耗由22000kWh降低至 15000kWh；电流效率由7080%逐步提高到8590% 1980年代以来：突破了系列技术瓶颈（磁场补偿、点式下料、自动控 制、电解质体系与工艺），电解槽容量突破300kA，获得了更高电流效率 （90%）和更低电耗（90） v碱法生产：无需生产HF，对萤石原料和生产设备要求较低 配料（1.3:0.7:1）烧结（900950） CaF2+ Na2CO3 + SiO22NaF + CaSiO3 + CO2 浸出NaF后与Al2(SO4)3反应（或NaAlO2碳酸分解）得到冰晶石 12NaF+Al2(SO4)3 2Na3AlF6+3Na2SO4 6NaF+NaAlO22CO2 Na3AlF6+2Na2CO3 v干法生产：HF气体直接通过Al(OH)3、NaCl或Na2CO3，720 煅烧 第一讲 铝电解工业概况 4 4 冰晶石及氟化盐生产冰晶石及氟化盐生产 人造冰晶石实际上是正冰晶石（3NaFAlF3）和亚冰晶石（ 5NaF3AlF3）的混合物，其分子比为2.12.5，属酸性，呈白色粉 末，略粘手，微溶于水 人造冰晶石的质量标准（GB/T 42911999） 等级化学成分w/% 不小于不大于 FAlNaSiO2Fe2O3SO42-CaOP2O5H2O灼减，550， 30min 特级5313320.250.050.70.100.020.42.5 一级5313320.360.081.20.150.030.53.0 二级5313320.400.101.30.200.030.83.0 p Na3AlF6的质量要求 第一讲 铝电解工业概况 4 4 冰晶石及氟化盐生产冰晶石及氟化盐生产 p 其他氟化盐生产：用相应碳酸盐或Al(OH)3分别与氢氟酸作用 vNaF、MgF2、CaF2 vAlF3：含Al2O3杂质 第一讲 铝电解工业概况 4 4 冰晶石及氟化盐生产冰晶石及氟化盐生产 p AlF3的干法生产 ：干法是目前生产 AlF3的主要方法， 省去了制酸、精 制、过滤干燥等工 序，并提高了产品 质量 干法与酸法生产AlF3的技术经济指标对比 第一讲 铝电解工业概况 5 5 思考题思考题 山东等沿海地区 新疆、蒙古、宁夏、山西等西北地区 广西、贵州、云南等西南地区 p从资源、能源与交通运输角度，分析探讨中国铝电解 工业业已形成的“三大产业基地”的优势与不足 2015/4/21 第一讲结束，谢谢！第一讲结束，谢谢！ 轻金属冶金学铝电解 赖延清赖延清 冶金馆冶金馆314314 0731-8887 6454 laiyanqing