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| 電解鋁 |
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中文名；電解鋁 實質；通過電解得到的鋁 方法；冰晶石-氧化鋁融鹽電解法 溫度要求；950℃-970℃ |
電解鋁就是通過電解得到的鋁。現代電解鋁工業生產採用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電後，在950℃-970℃下，在電解槽內的兩極上進行電化學反應，即電解。[1]
發展簡史
1825年，Hans Christian Oerstd(丹麥)將稀釋汞化鉀與無水氯化鋁反應，再將反應生成的產物蒸餾去除汞，首次得到了微量的純金屬鋁。
1827年，Friedrich Woher發明了一種利用鉀化合物和無水氯化鋁反應生成鋁粉末的方法。
1854年，Henri Saninte-Claire Deville(法國)改進了Woher的方法，開始了商業產鋁的進程，這使得價格原本高於金和鉑的鋁，在隨後的10年間降低了，但是價格因素依然制約了其在工業上的廣泛使用。
1885年，Hamilton Y.Cassner(美國)改進了Deville的工藝,鋁的年產量達到15噸。
1886年，兩位年輕的科學家Paul Louis Heroult(法國)和Charles Martin Hall(美國)在互不知道對方工作的情況下，同時發明了鋁的電解工藝，這就是今天電解鋁生產的基礎—冰晶石一氧化鋁熔融電解法（又稱霍爾一埃魯特熔鹽電解法）制鋁工藝。
1888年，第一批電解鋁廠在法國、瑞士和美國投產。
1889年，拜爾化學公司創始人的兒子Karl josof Bayel（奧地利）發明了拜爾法，為大規模從礬土礦中提取氧化鋁打下了基礎，為電解鋁的原料提供了充足的保障，從此鋁開始走入尋常百姓家，廣泛應用於國民生產各個領域。
現代工業
氧化鋁作為溶質，以碳素體作為陽極，鋁液作為陰極，通入強大的直流電後，在950℃—970℃下，在電解槽內的兩極上進行電化學反應，即電解。
鋁電解生產可分為側插陽極棒自焙槽、上插陽極棒自焙槽和預焙陽極槽三大類。
自焙槽生產電解鋁技術有裝備簡單、建設周期短、投資少的特點，但卻有煙氣無法處理，污染環境嚴重，機械化困難，勞動強度大，不易大型化，單槽產量低等一些不易克服的缺點，當前已基本上被淘汰。
當前世界上大部分國家及生產企業都在使用大型預焙槽，槽的電流強度很大，不僅自動化程度高，能耗低，單槽產量高，而且滿足了環保法規的要求。
我國已完成了180kA、280kA和320kA、400kA、500kA以及600kA的現代化預焙槽的工業試驗和產業化。以節能增產和環保達標為中心的技術改進與改造，促進自焙槽生產技術向預焙槽轉化，獲得了巨大成功。
根據電解鋁的生產工藝流程，電解鋁的生產成本大致由下面幾部分構成：
（1）原材料：氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、添加劑(氟化鈣、氟化鎂等)、陽極材料；
（2）能源成本：電力（直流電和交流電）、燃料油；
（3）人力成本：工資及其他管理費用；
（4）其他費用：設備損耗及折舊、財務費用、運輸費用、稅收等。
工藝流程
鋁電解工藝流程：現代鋁工業生產採用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法。化學反應主要通過這個方程進行：2Al2O3+3C==4Al+ 3CO2↑。陽極：2O2ˉ+C-4eˉ=CO2↑ 陰極:Al3++3eˉ=Al。陽極產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。為保護環境和人類健康需對陽極氣體進行淨化處理，除去有害氣體和粉塵後排入大氣。陰極產物是鋁液，鋁液通過真空抬包從槽內抽出，送往鑄造車間，在保溫爐內經淨化澄清後，澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯.型材等。
其生產工藝流程如圖1：
氧化鋁 氟化鹽 碳陽極直流電
排出 陽極氣體------電解槽
廢氣 ← 氣體淨化鋁液
回收氟化物 淨化澄清
返回電解槽
澆注 軋制或鑄造
鋁錠 線坯或型材
方程：
電解鋁就是通過電解得到的鋁.
重要通過這個方程進行：2Al2O3+3C→4Al+3CO2↑。
陽極：2O2ˉ+C-4eˉ=CO2↑
陰極:Al3++3eˉ=Al
產業特點
工業上鋁都是採用電解法生產的。鋁電解工業生產採用霍爾-埃魯冰晶石-氧化鋁融鹽電解法，即以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質組成多相電解質體系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工業電解質的基礎。電解鋁工業對環境影響較大，屬於高耗能，高污染行業。電解鋁生產中排出的廢氣主要是CO2，以及以HF氣體為主的氣-固氟化物等。CO2是一種溫室氣體，是造成全球氣候變暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其溫室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，並且會對臭氧層造成不同程度的影響。HF則是一種劇毒氣體，通過皮膚或呼吸道進入人體，僅需1.5g便可以致死。
存在問題
實際運行指標差。由於開發時間短，對中國大型鋁電解槽在生產領域的深層次開發明顯不足，致使實際運行指標的生產指標與國際先進水平還有較大差距。多數在大負荷、小電網環境下運行，安全隱患多。鋁電聯營是中國電解鋁企業發展的趨勢之一，但同時在技術上也存在相應的問題。由於大容量電解槽一般系列規模較大（一個系列產能可達20萬噸以上），巨大的用電負荷集中在一個生產系列上（一般達40萬KW以上），電解系列生產的任何波動都會造成電網或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。
缺乏建立在對陰極破損機理與規律透徹掌握基礎上的「精細設計」技術和提高槽壽命的綜合技術措施，電解槽難以達到設計壽命，早期破損率高。影響中國大型槽槽壽命的問題除了中國普遍認為的陰極炭素材料質量方面的原因外，電解槽的設計、築爐材料、築爐質量、焙燒啟動、正常生產操作及生產管理等方面均存在一些問題。導致這些問題的深層次原因是，中國尚缺乏對鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機理與規律的深入掌握及在此基礎上的「精細設計」技術和提高槽壽命的綜合技術措施。隨着電解槽容量的不斷擴大，槽壽命問題就更加突出。
缺乏先進的生產操作技術，作業成本高。中國300KA級的特大型預焙鋁電解槽投入工業應用的時間短。又不能完全照搬以前在大型預焙槽上的相關經驗（這些經驗也有很大局限性）。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行後電解槽的物理場（電場、磁場、流場）容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應發生後熄滅困難，且由於電解槽的慣性大，一旦出現槽況波動或槽況異常現象，很難快速恢復正常。就中國電解鋁整體生產狀態而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15%左右，主要表如今：電流效率相差2-3個百分點；噸鋁電耗相差300-800Kwh；電解鋁用陽極生產過程能耗相差3Gj/t左右；電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（折合標準煤約75-150Kg）；電槽槽壽命相差1000天左右；陽極效應係數國際先進為0.1次/天.槽以下，中國最好水平在0.3次/天.槽左右。
參考來源