制造业
铝冶炼
铝冶炼


简介

铝,英文写作aluminum,元素周期表第13号元素,属有色金属中轻金属类。其单质及化合物可用于建筑,航天,汽车和医药等多个领域。铝冶炼,是指将开采得到的铝土矿通过冶炼流程得到纯铝(又称原铝),后可以利用原铝制备其它含铝化合物。

种类

评判标准

寿命

易用性

产品设计

现状与问题

优化方向

原材料

铝冶炼方法梗概

现阶段冶炼制备原铝的方法为电解法制备单质铝,因1886年美国人霍尔(Hall)和法国人埃鲁(Héroult)同时申请了冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利,故此方法命名为霍尔-埃鲁法。简而言之,原铝是由冰晶石和氧化铝在高温下熔融混合后电解,铝单质在阴极析出。

主料

电解制铝法所用含铝化合物为氧化铝(Al2O3)。从铝土矿到氧化铝中间存在一步提纯的过程,主要采用方法为拜耳法。

辅料

为了降低电解过程中的温度,提高电导率,电解时冰晶石(Na3AlF6)会加入其中以达到上述目的。因铝电解工业高速发展,天然冰晶石已难以保持供应,现阶段使用的冰晶石属于人工合成化合物。冰晶石又名六氟铝酸钠,可以认为其由氟化钠和氟化铝组成。冰晶石详细信息参照冰晶石百度百科

在其它电解质体系中,加入氟化锂,氟化钙和氟化钾也在研究的范围以内。所以上述氟化物和氟化铝所组成的氟盐生产也是炼铝流程的组成部分。

电解过程中,熔池处于高温状态(900℃以上),所以电极要满足导电、耐腐蚀和耐高温三个条件,现阶段满足条件且易工业化的电解材料只有炭,惰性电极还在攻关的过程中。

可选原料

生产流程

1,原料及辅助材料

由于铝的生产是在电解槽中完成,所以将生产所需原料分为生产原料和辅助材料两部分。

铝电解槽.png

图中是现代炼铝厂中使用的电解槽,图中数字所指区域如下所示:

1-下料机;2-阳极导杆;3-阳极炭块;4-电解质;5-铝液;6-阴极炭块;7-阴极钢棒;8-内衬;9-槽体;10-结壳电解质;11-集气罩

原料为氧化铝,辅助材料为阴阳极炭块,电解质。电解槽其它部分属于机械辅助结构,本词条不予展开解释。

我国用于炼铝所使用的氧化铝通常使用拜耳法自铝土矿中得到,因环保需要,杂质成分要求含量极低。电解质通常使用具有一定分子比的氟化钠和氟化铝的冰晶石。

阴阳极炭块中阳极炭块属消耗品,所以需要大量制造、购买。阳极炭块分为预焙型和自焙型。

铝电解使用的电解质中,由不同分子比的冰晶石和氧化铝组成。溶剂是nNaF·AlF3,溶质是氧化铝,同时还含有其他一些添加剂。从理论上讲,在电解过程中电解质成分是不会改变的,但由于蒸发和水解以及渗透进炭内衬中而造成电解过程的一些损失,其成分会有一定的改变。

2,电解过程

在铝电解槽中,由阳极导杆和钢爪连接,组成了阳极炭块的抓持装置,方便阳极炭块在消耗殆尽后由钢爪提出进行更换。阳极浸入电解质和氧化铝熔液中,阴极炭块处于电解质和生成铝液下方。

通过阴阳极对电解槽通入直流电,在阴极上发生铝离子得电子生成单质铝的反应,阳极上发生炭失电子与氧结合生成一氧化碳和二氧化碳气体的反应,阴阳极反应和总反应如下化学方程式所示:

阳极: 2[O2-] + 4e + C === CO2 (1-1) 阴极: [Al3+] – 3e === Al (1-2) 总反应: Al2O3 + 3/2C === Al + 3/2CO2 (1-3)

得到的铝液由于比电解质密度高(2.3g/cm3,电解质为2.1g/cm3),会与电解质分层后处于下层的位置。利用真空包抽取的方式将铝液抽出,冷却保存。

生产线分工

资产与负债

资产

固定资产

非固定资产

负债

库存

设计和规划

位置与环境

投资与评估

规模与功能

风格与形式

成本

税费

金融成本

原材料成本

房租成本

能耗成本

人工成本

设备折旧

收益管理

客流曲线

时间分布

空间分布

目标群体

容量控制

风险控制

市场

国内市场

产量

消费量

国际市场

上市公司

明泰铝业(河南)

中国铝业

南山铝业

闽发铝业

有研新材

标准

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三尺微命一介书生, 木又

评论(1)

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Akai 2020-03-02 10:57:41
本人为东北大学(中国辽宁沈阳)冶金学院有色金属研究所在读博士,主要研究方向为铝电解中电解质的各类物化性质,属于铝电解行业的一个“小细胞”。非常荣幸也非常愿意在这份手册中分享自己所学的知识,同时也感谢回形针给予这个平台。如果本人编辑词条中有任何与现阶段我们公认的认知不符以及明显的表述错误,欢迎批评指正,希望与大家的交流中成为朋友。
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