年产15万吨电解铝的铝电解
车间设计
专 业：冶金工程 学 生：王鹏 指导老师：党晓娥
设计总说明
我国是当今世界的产铝大国，铝的性能优越，并且可以与其他多种金属构成各式各样的合金，在国民经济的各个部门广泛应用，成为不可缺少的金属材料。
现代铝工业有三个主要生产环节：（1）从铝土矿提取纯氧化铝（2）用冰晶石—氧化铝熔盐电解法生产金属铝（3）铝加工。 此外还有两个辅助环节：炭素电极制造和氟盐生产。
铝电解槽是炼铝的主要设备，本文在分析了大量文献资料和实地调研的基础上，对铝电解槽结构进行了设计计算，对生产电解铝工艺过程的能量平衡进行了计算，以熟悉铝电解过程，并在计算的基础上，对主要设备进行选型和车间平面设计及总图运输方案确定。本文也介绍了电解过程物理化学反应，铝电解质体系的性质，电解槽的启动和常规作业流程以及电解车间设计的基本原理。
关键词：铝，电解槽，能量平衡，设计
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Aluminum Plant Design of Annual Output 150,000 Tons
Aluminum
Speciality: metallurgical engineering
Student: Wang Peng Instructor: Dang Xiao E
Design Description
China is the world's largest aluminum producing countries, Al's superior performance, and the other with a wide range of metal alloys, in the national economy wider use of the various departments, become an indispensable metal materials.
Modern Aluminum Industrial production has three main components: (1) Extract from the bauxite-alumina (2) with cryolite - molten aluminum electrolysis aluminum production (3) aluminium fabrication. There are also two supplementary links: carbon electrode manufacturing and fluoride salt production.
Lianlv aluminium cell is the main equipment, the paper in the analysis of a large number of literature and field research on the basis of aluminium cell structure of the design, electrolytic aluminum production process of the energy balance is calculated to familiar with the aluminum Electrolysis process, and in the calculation on the basis of major equipment selection and workshop graphic design and the total transport scheme for the plans. This paper also introduced the electrolytic process of physical and chemical reactions, electrolyte aluminum nature of the system, the start-up cell and conventional electrolysis processes and the basic principles of design workshops.
Keywords: Aluminum, Energy Balance, Electric Cell，Design
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目 录
1 绪论 ............................................................. 1 1.1 铝及相关介绍 ................................................... 1
1.1.1 铝的简介 ................................................. 1
1.1.1.1 铝的发现 ........................................... 1 1.1.1.2 铝的特性 ........................................... 1 1.1.1.3 废铝的回收再利用 ................................... 3 1.1.1.4 铝的用途 ........................................... 5 1.1.2 我国铝土矿分布状况 ....................................... 6
1.1.2.1 我国铝土矿资源概况及分布 ........................... 6 1.1.2.2 资源状况 ........................................... 6 1.1.2.3 资源特点 ........................................... 7 1.1.2.4 我国铝土矿储量分布 ................................. 8 1.1.3 铝的工业制取方法 ......................................... 8 1.2 电解铝的发展现状 ............................................... 9 1.3 电解铝的市场供应状况 .......................................... 10 1.4 我国电解铝技术存在的问题 ...................................... 11
1.4.1 电解槽寿命 .............................................. 11 1.4.2 阳极质量 ................................................ 12 1.4.3 电流密度 ................................................ 12 1.4.4 电流效率 ................................................ 13 1.4.5 过热度 .................................................. 14 1.4.6 铝电解槽初晶温度和过热度的控制技术 ...................... 15 1.4.7 工业铝电解槽电解质初晶温度和过热度的测量 ................ 15 1.5 预焙槽炼铝的生产技术 .......................................... 16
1.5.1 铝电解槽的预热 .......................................... 16 1.5.2 预焙槽的启动 ............................................ 18 1.5.3 预焙槽的启动后期 ........................................ 19 1.5.4 病槽及病槽治理 .......................................... 20 1.6 低温铝电解 .................................................... 23
1.6.1 低温铝电解的研究 ........................................ 24 1.6.2 低温铝电解的展望 ........................................ 25 1.7 设计内容与目的 ................................................ 25 2 电解槽设计及相关计算 ............................................ 26 2.1 基础计算 ...................................................... 26 2.2 铝电解槽结构参数的确定 ........................................ 27
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2.3 铝电解槽的电压分配 ............................................ 31
2.3.1 极化电动势 .............................................. 31 2.3.2 电解质电压降 ............................................ 32 2.3.3 阳极电压降 .............................................. 33 2.3.4 阴极电压降V阴 .......................................... 34 2.3.5 铝母线电压降、阳极效应均摊电压V效应均摊 .................... 34 2.4 物料平衡 ...................................................... 35
2.4.1 物料平衡计算 ............................................ 35 2.4.2 物料平衡列表 ............................................ 36 2.5 能量平衡 ...................................................... 36
2.5.1 计算方法与基础条件 ...................................... 37 2.5.2 能量平衡计算 ............................................ 37 2.5.3 能量平衡列表 ............................................ 43 2.6 铝电解槽炭阳极与阳极炭块 ...................................... 44
2.6.1 阳极炭块及炭块组 ........................................ 44 2.6.2 预焙阳极操作 ............................................ 46 2.6.3 炭阳极生产工艺及设备流程 ................................ 46
2.6.3.1 原料库和沥青库 .................................... 48 2.6.3.2 煅烧 .............................................. 49 2.6.3.3 破碎磨粉工段及配料混捏 ............................ 49 2.6.3.4 成型、焙烧 ........................................ 50 2.6.3.5 主要设备 .......................................... 50
参考文献 .......................................................... 53 致 谢 ............................................................. 54 专题：电解铝厂污染物及治理 ........................................ 55
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1 绪论
1.1 铝及相关介绍 1.1.1 铝的简介 1.1.1.1 铝的发现
铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利於这种新金属
1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通人氯气后加热得到NaCl，AlCl3复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。这时的铝十分珍贵，据说在一次宴会上，法国皇帝拿破仑第三独自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链；1955年巴黎国用博览会上，展出了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，并将它放在最珍贵的珠宝旁边，直到1889年，伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。
近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，这时的铝已不单属于皇家贵族所有，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。
1.1.1.2 铝的特性
铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。
铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/ cm3，8.93g/cm3)，的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性[1]。
铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光後的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用
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