工业铝电解质分子比的演变与现状.pdf

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第6卷第4期中罾有色金一学报1996年12月
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工业铝电解质分子比的演变与现状。

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摘要在铅电解工业初期，采用分子比3o左右的电解质．电解温度高达1ooo℃；经五十余年后
逐渐降低到26左右；现在先进的大型电解槽已经使用了分子比为21～22的电解质．电解温度降低
到950℃左右。采用新型电解槽与低温度电解(850～900℃)也许可使电耗率减少到12000kW·h／tAI。
这时候，铅电解质的分子比和电解法发明人霍尔原来的专利方案接近了，达到了一个新的水平。
关键词宁工坚
1概况A1重量比=0375(即分子比075)。
第二个专利，采用NaAlF4与CaAlF5组成
1886年美国霍尔和法国埃鲁发明了炼铝的电解质。典型的电解质组成是：16％ca+
的冰晶石一氧化铝融盐电解法。28％Na3AIF6+56％AIF3。其中添加3％～4％
1888年美国匹兹堡电解厂和瑞士冶炼公CaCI2，以减免炭的污染。
司同时用该法生产铝。1993年全世界43个国霍尔在实验室研究工作基础上获得了冰晶
家126家铝厂，铝的年产量达到2100×10t，石一氧化铝融盐电解法的专利权，但当时未能
都采用冰晶石一氧化铝融盐电解法炼铝。进行工业试验。CoMes公司当时正在电弧炉上
铝工业上指称氟化钠对氟化铝的分子数用碳热还原法制取铝青铜。他们为霍尔提供了
(摩尔数)比率为分子比，分子比等于30者为一台外热式250A电解槽。霍尔甩氧化铜做阳
中性，大于3．0者为碱性，小于30者为酸性。极，电解质为钾冰晶石。电解数日后停产，电
视分子比值的高低，又有强碱性、弱碱性以及流效率只有20％。CoMes公司中止了对霍尔
弱酸性、强酸性之分。低分子比属于强酸性之的扶植，但CoMes公司里的一位工程师Ro
列。maineCole深为霍尔及其电解方法所感动，便
1．1原始的低分子比电解质联合了AlfredHunt和匹兹堡的几位企业家出
美国和欧洲在铝工业初期所用的铝电解质面支持霍尔办厂。他们建成了匹兹堡电解铝
组成已经失传，其原因是从实验室规模向工业厂，投资2万美元(相当于1986年的23万美
规模转变时。电解质组成还在不断的探索之元)，Hunt任董事长，霍尔为副。该厂在匹兹
中，一时难于定型。美国豪平(WarrenHaupin)堡的SmallmanStreet建造了一座6m×35m的
对于霍尔法初期的电解质做了扼要介绍⋯。厂房，购置了一台92kw的燃煤蒸汽机，2台
铝电解法发明者霍尔当年申请的专利包括1000A、24V的直流发电机。霍尔设计了外热
两项：第一个专利，采用NaF／A1重量比：的铸铁槽壳，其尺寸为：610mm长，405mm
0．5(即分子比为1．0)的电解质。可用氟化锂宽，510mm深。内壁上衬砌75mm碳块。用8
(LiF)代替1／4的氟化钠(NaF)，此时NaF／块碳阳极，其直径为75mm，长度为400mm。

①国家自然科学基金资助项目(编号：5917142}收稿日期：1995—06—09；惨回日期：1995—09—27
邱竹贤．男．教授．博士生导师．中国工程院院士

中国有色叠属学报1996年12月

阳极拧在铜导杆上(直径为9．5mm)。分两行质便于用酚酞指示剂来鉴定。当其中NaF浓度
排列。所用的电解质组成为：冰晶石+氟化铝升高时，酚酞指示剂使试榉变粉红色乃至殷红．
+氟化钙，NaF／AIF重量比为0．5，即分子比色，可从其染色之深浅而鉴别其碱度高低。
1．0。他们采用低分子比电解质是为了降低熔在此种电解质中，氧化铝浓度约为5％～
点。电解电流为1800A，电压4V。经6d后漏8％，氟化钙浓度5％左右。
炉停产。一共生产了l5kg铝，平均电流效率当时，电解质酸碱度还依靠观察熔融电解
为16％，电耗率为74kW-h／铝。霍尔认为液的颜色，固体试样的外观，机械强度和孔度
造成漏炉的原因是外部加热。他发现，如果把来判断。中性的熔融电解液呈浅黄色，其凝固
槽电压提高到8V，就有了足够的热量而无需试榉呈白色而致密，比较坚硬。碱性电解液呈
外热。他遇到的另一种困难是氧化铝不好溶亮黄色，其凝固试样呈浅褐色至深褐色，致密’
解，结果产生了许多沉淀，引起生产操作不稳而甚坚硬，容易含碳。
定。后来提高了NaF／A1F比率，以改进氧化铝四十年代邱竹贤在台湾高雄铝厂时所用的
的溶解度，终于解决了沉淀问题。在1889年1电解质即中性至弱碱性电解质。
月，改进后的电解槽电流仍为1800A，电压为1．3弱酸性至酸性电解质
8V，电流效率提高到78％，电耗率降低到3O由于电解温度甚高，