铝电解槽同槽差异性的分析与区域浓度控制试验研究

本文对某公司生产运行的500 kA电解槽进行同槽差异性分析,发现同一台电解槽内部的电解质温度、过热度和氧化铝浓度分布存在一定的梯度与差异性。针对同槽差异性,开展了氧化铝浓度区域控制技术的研究和工业试验。6个月的工业试验显示试验槽的电流效率提高0.51%,吨铝直流电耗降低62 kWh/t-Al,阳极效应系数降低40%,可见氧化铝浓度区域控制技术具有可观的节能创效潜力。

水溶液隔膜电解除铁

在用高铝粉煤灰盐酸法制备氧化铝的过程中,粉煤灰中的铁会随酸性浸出液进入氯化铝溶液.为了低成本降低氯化铝溶液中铁杂质的质量分数,提出了在水溶液中电解除铁的方法.除铁实验中使用双室隔膜电解槽,对初始条件为pH值2.0,Fe^(2+)质量分数0.25%的FeCl_(2)溶液进行循环电解,研究了几种常见金属阴极板上单质铁的析出效果.结果表明:使用钛、铁、锡、铜、铅5种金属电极均可在5 h电解后达到90%的除铁率,溶液中亚铁离子的质量分数降低至小于0.03%.

Na_3AlF_6-AlF_3-Al_2O_3-CaF_2-KCl系铝电解质初晶温度的研究

采用常用的步冷曲线法测量电解质的初晶温度。采用最小二乘法对实验数据进行二次拟合,得到了初晶温度的回归方程。同时,采用二次回归正交试验设计的方法,测定了Na3AlF6-AlF3-3%Al2O3-3%CaF2-KCl体系的初晶温度,并对测定数据进行回归分析,得到初晶温度的回归方程。研究结果表明,在铝电解质中添加氯化钾能够降低电解质的初晶温度。本文旨在获得铝电解质初晶温度的基础数据,为提高电流效率、降低生产成本服务。

钽在碳酸乙烯酯-氯化铝溶剂化离子液体中的电化学行为

以钨丝为工作电极,通过循环伏安法研究碳酸乙烯酯-氯化铝(EC-AlCl3)溶剂化离子液体中Ta(Ⅴ)的电化学还原机理。在EC-AlCl3-TaCl5离子液体的循环伏安曲线中出现4个还原峰,其中-0.55、-0.72和-1.12 V(vsAl)处还原峰对应的反应为Ta(Ⅴ)络合离子三步还原为金属钽,包括Ta(Ⅳ)和Ta(Ⅲ)络合离子的形成。络合离子Ta(Ⅲ)被还原为金属钽的过程受扩散控制且不可逆,其在323K下的扩散系数为3.7×10^-7cm^2/s,扩散活化能为77k J/mol。另外,对323K下的阴极产物进行扫描电子显微镜、能量分散光谱和X射线光电子能谱分析。结果表明,在-0.8 V下恒电位电沉积2 h的产物为金属钽和钽的氧化物。

1,3-二甲基-2-咪唑啉酮−ZnCl_(2)溶剂化离子液体的物化性质及在锌电沉积中的应用

将ZnCl_(2)溶解于1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)中,并在室温大气环境中电沉积得到金属锌涂层。测量不同温度下DMI−ZnCl_(2)溶剂化离子液体的电导率(σ)、黏度(η)和密度(ρ)并拟合出方程式。然后,利用循环伏安法研究Zn(II)在DMI−ZnCl_(2)溶剂化离子液体中的电化学还原行为,发现Zn(II)在钨电极上的还原为一步两电子的不可逆过程。阴极产物的XRD和SEM−EDS分析表明,沉积产物为金属锌。最后,考察沉积电位、温度和时间对锌镀层形貌的影响,结果表明,在−2 V(vs Pt)和353 K条件下恒电位电沉积1 h,可得到致密均匀的锌涂层。

以粉煤灰为原料制备用于导热填料的板片状氧化铝

以粉煤灰为原料,经过工业铝厂盐酸溶解制得的产物结晶氯化铝为初始铝源,进行了高纯氧化铝的制备及氧化铝填充环氧基复合材料对其导热性能影响的研究。对工业结晶氯化铝的杂质组成进行了分析;采用高压溶解及盐酸洗涤对浸取铝盐进行除杂,同时除杂产物采用表面活性剂CTAB辅助溶胶-水热联合法制备超细α-Al_(2)O_(3)。所制备的超细α-Al_(2)O_(3)纯度为99.8%、中位粒径为3μm、厚度在1~3μm、粒子形态为板片状,粒径分布窄,且具有粒子间粘连性小的高分散特征。以自制氧化铝为导热填料制备了填充型环氧基复合材料。当氧化铝填充量为70%时,环氧基复合材料导热系数为1.59 W/(m·K)。

高铝粉煤灰盐酸法制备氧化铝的除杂工艺

为了研究高铝粉煤灰盐酸法制备氧化铝工艺中部分杂质的去除工艺,除杂(Na,K,Ca,Mg)实验以某企业提供的低铁结晶氯化铝固体为原料,采用氯化铝低温热解-水解产物高压水洗方法,探究了焙烧过程中温度、时间对物料焙烧前后失重率的影响,采用正交实验研究了温度、时间、固液比对杂质去除率的影响,得到最佳实验条件为140℃,20 min,1∶10,去除率达90%以上.除Fe实验以自配含铁物料为原料,采用氯化铝低温热解-水解产物常压酸洗的方法,探究了焙烧过程中温度、时间对物料焙烧前后失重率、Fe氧化率及产物物相组成的影响,采用正交实验研究了时间、pH值、固液比对杂质去除率的影响,得到最佳实验条件为120 min,pH=2,1∶10,此时Fe可部分去除,去除率在50%以上.

氧化铝吸附氟化氢的过程及产物结构研究概述

目前铝电解工业上普遍使用氧化铝来吸附电解槽逸出的氟化氢,但关于吸附机理和过程尚不明确。本文介绍了国内外研究者对于氧化铝吸附氟化氢的过程以及吸附产物结构的研究现状。研究者们所采用的研究方法包括两类,一类为实验研究方法,即对氧化铝进行氟化氢吸附实验,测定吸附前后气体的体积、压强,绘制吸附等温线,测定吸附产物的热稳定性,以及使用核磁共振、红外光谱对吸附产物进行检测,来间接获得吸附结构;另一类为通过计算机基于密度泛函理论对吸附结构进行模拟计算。关于氧化铝吸附氟化氢的产物结构,研究者有2类不同的观点:(1)F原子直接吸附在氧化铝的Al原子上的Lamb模型;(2)F原子吸附在氧化铝表面羟基或水分子上的双分子层模型。计算机模拟的吸附结构也是基于这两个模型,研究者们着重于氟化氢在氧化铝表面的吸附位点和形成Al-F键及O-H…F键过程的研究。本文最后总结了两种吸附模型的异同,并对今后关于氧化铝吸附氟化氢的过程和吸附产物结构的研究重点进行了展望。

粉煤灰制氧化铝工艺电解除铁方法探索研究

为满足粉煤灰制氧化铝过程中除铁的工艺要求,研究了离子交换膜电解法去除浸出母液中杂质铁的工艺条件,使用离子交换膜分隔阳极室和阴极室,以FeCl_(2)溶液为阴极电解液,NaCl溶液为阳极电解液,钛板和石墨分别做阴极和阳极。考察了Fe^(2+)初始浓度、电解液pH、电流密度、电解温度等条件对电解除铁效果的影响规律。试验结果表明:Fe^(2+)初始浓度对电解除铁效果没有影响;电解液的最佳pH为2.50;电流密度过高会使电解除铁的效率变低,当Fe^(2+)初始浓度为3 g/L时,最佳的电流密度为2 A/dm 2;温度对低Fe^(2+)浓度(<0.4 g/L)电解效率的影响不显著,但Fe^(2+)浓度大于0.4 g/L,提高温度可以提升电解除铁速率。

铝电解中氧化铝溶解过程及结壳行为

利用邱氏高温透明槽实验平台的高速温度采集模块结合原位重量分析法研究了冶金级氧化铝在冰晶石电解质中的溶解过程,尤其是结壳的形成与溶解过程,测定了结壳的溶解速率并分析了结壳的主要物理化学性质.通过对氧化铝溶解结壳过程的热量计算,分析了氧化铝加料过程中的热量平衡,以及加料量、氧化铝预热温度、电解液温度、过热度对溶解过程的影响.研究发现,在热平衡重新建立的过程中,氧化铝从体系中吸收的热量,首先由电解液降温来快速补充;当电解质大幅降温仍满足不了氧化铝的热量需求时,便由电解质冷凝放热来提供热量.相对于较高的电解温度、过热度而言,少量、多频次的氧化铝加料能够获得更加稳定的电解条件.

冶金级氧化铝颗粒磨损指数分析

为了保证冶金级氧化铝的高效输送和加料,对氧化铝的粒径分布和抗磨损性能提出一定要求,研究和探讨了冶金级氧化铝的抗磨损性能.利用依据国家标准设计的氧化铝磨损指数测定仪,对从不同氧化铝企业采样的32种氧化铝进行了磨损前后的粒径分布测试和磨损指数计算,研究了磨损指数和粒径分布之间的关系.数据分析结果重新强调了综合考虑磨损指数和粒度分布的重要性.同时分析了铝电解干法烟气净化系统对氧化铝的磨损程度.还提出了一种衡量氧化铝粒径分布好坏的方法.

铝电解槽阳极形状对气泡排出的影响

铝电解槽阳极气泡行为对工艺参数敏感,因此,采用透明电解槽研究阳极倾斜和阳极倒角对气泡析出行为的影响.结果表明:当阳极倾斜度较小(小于2°)时,倾角的变化对气泡行为影响较小;当阳极倾斜度大于2°时,阳极倾斜角的增加会明显加速气泡运动速度但减小气泡尺寸和覆盖率;在倾斜阳极上观测到类似"Fortin"气泡;阳极倒角会一定程度减小气泡尺寸和覆盖率,但对加快气泡脱离速度的作用并不显著.

高温透明铝电解槽中50 cm^(2)石墨阳极上气泡析出行为

铝电解阳极气泡行为对研究电解质流场模拟和阳极效应都至关重要。本文采用高温透明电解槽观测了底面积为50 cm^(2)(10 cm×5 cm)的石墨阳极上的气泡行为,实验温度为924℃。结果表明:在阳极电流密度为0.3~1.7A/cm^(2)范围内,最大气体覆盖率在48%~65%之间,与工业电解槽炭阳极上的最大气体覆盖率相近,低于文献中小尺寸阳极上观测到的60%~100%。通过SEM/EDS分析发现,气泡成核的优先位置与炭阳极表面的层状结构位置吻合,层状碳结构对CO_(2)气泡润湿性好于致密碳结构,并抑制二氧化碳气泡的滑动,促进大气泡的生成。

提高KF-AlF_(3)-Al_(2)O_(3)熔体中Cu-Al基阳极的耐腐蚀性

采用恒电流和动电位极化技术研究经预氧化的和未经预氧化的Cu-Al基阳极(Cu-10Al和Cu-9.8Al-2Mn)在KF-AlF_(3)-Al_(2)O_(3)熔体中的阳极行为。将合金在700℃下进行短时间(8 h)氧化,然后在800℃下施以0.4 A/cm^(2)的电流密度进行1 h恒电流极化。测定扫描速率为0.01 V/s的动电位曲线。对在阳极表面冻结的熔体样品进行XRD分析,并在实验后对阳极进行SEM分析,以研究合金表面形成的氧化皮的物相。所有阳极材料的稳态电位都在2.30~2.50 V(vs Al/AlF_(3))范围内。根据动电位极化获得的数据计算阳极的腐蚀速率。结果表明,经预氧化的阳极比未经预氧化的阳极具有更低的腐蚀速率。

氟化氢在氧化铝表面吸附机理的Al8O12团簇模型量子化学计算

使用密度泛函理论(DFT)对氟化氢分子在由四个氧化铝分子组成的笼状团簇结构表面的吸附行为进行了研究。对吸附过程进行了模拟,并计算了吸附结构、能量以及键级的变化。结果表明,氟化氢分子发生了化学解离吸附,其总吸附能为-267.5 kJ/mol,该吸附过程为强吸附。整个吸附过程分为两个阶段,首先氟化氢分子解离,解离后的氟原子和氢原子分别吸附在三配位铝及其相邻的氧上;然后氢原子向双配位氧转移,跨越势垒,最终吸附在双配位氧处,而氟原子始终吸附在三配位铝处。