铝电解原理与应用PDF电子书下载

第1章 铝冶金的历史与发展 1

1.1 铝冶金的历史 1

1.2 现代铝工业 4

1.3 铝电解槽的发展 8

1.4 铝电解的生产过程 16

1.5 铝电解理论的进展 18

参考文献 19

第2章 铝的性质和用途 21

2.1 铝的物理性质 22

2.2 铝的化学性质 31

2.3 铝合金 35

参考文献 39

第3章 铝电解质体系 40

3.1 NaF—AlF3二元系 40

3.2 Na3AlF6—Al2O3二元系 46

3.3 Na3AlF6—AlF3—A12O3三元系 55

3.4 相律的应用 60

3.5 工业电解质中添加剂的应用 62

3.5.1 氟化钙（CaF2） 63

3.5.2 氟化镁（MgF2） 65

3.5.3 氟化锂（LiF） 67

3.5.4 氯化钠（NaCl） 71

3.5.5 添加剂的综合作用 73

3.5.6 各种添加剂对冰晶石熔液初晶点的影响比较 79

3.6 工业铝电解质的发展趋势 81

参考文献 82

第4章 冰晶石—氧化铝熔液的物理化学性质 84

4.1 密度 84

4.1.1 NaF—AlF3系密度 84

4.1.2 Na3AlF6—Al2O3系密度 90

4.1.3 添加剂对电解质密度的影响 92

4.2.1 概述 93

4.2 电导率 93

4.2.2 NaF—AlF3系电导率 99

4.2.3 Na3AlF6—Al2O3系电导率 107

4.2.4 添加剂对电解质熔液电导率的影响 107

4.2.5 炭粒和氧化铝沉淀对电解质电导率的影响 109

4.3 迁移数 112

4.3.1 概述 112

4.3.3 Na3AlF6—Al2O3熔液中的离子迁移数 115

4.3.2 NaF熔液中的离子迁移数 115

4.4 蒸气压 119

4.4.1 NaF—AlF3系蒸气压 119

4.4.2 Na3AlF6—Al2O3系蒸气压 123

4.4.3 NaF—AlF3—Al系蒸气压 125

4.4.4 添加剂对电解质蒸气压的影响 126

4.5 粘度 126

4.6 铝电解质的水解反应 131

参考文献 137

4.7 工业铝电解质 137

第5章 铝电解质的酸碱度 139

5.1 铝电解质酸碱度的表示方式及其相互关系 139

5.2 工业铝电解质酸碱度的演变电 143

5.2.1 原始的低摩尔比电解质 144

5.2.2 弱碱性至中性电解质 146

5.2.3 弱酸性至酸性电解质 146

5.2.4 强酸性电解质 148

5.2.5 今后发展趋势 149

5.3 工业铝电解质中的物相 152

5.4 工业铝电解质酸碱度的测定方法 154

5.4.1 概述 154

5.4.2 热滴定法 155

5.4.3 氟离子选择电极法 156

5.4.4 电导法 160

5.4.5 X射线分析法（XRF法） 160

5.4.6 观察法 162

5.5 铝电解质摩尔比的调整计算 163

参考文献 164

第6章 冰晶石熔液中氧化铝的溶解 165

6.1 氧化铝的溶解热力学 165

6.1.1 α-Al2O3的热焓 166

6.1.2 α-A12O3在冰晶石熔液中的溶解热焓 166

6.1.3 添加剂对α-Al2O3溶解热焓的影响 167

6.1.4 熔液中Al的影响 169

6.1.5 γ-Al2O3转变为α-Al2O3的相变热 170

6.2 氧化铝的溶解反应 170

6.3 氧化铝的溶解动力学 172

6.3.1 温度对氧化铝溶解速度的影响 175

6.3.2 添加剂对氧化铝溶解速度的影响 177

6.4 工业电解槽中氧化铝的溶解 177

6.5 氧化铝浓度的检测方法 180

6.6 氧化铝溶解对电解质温度的影响 186

6.7 氧化铝在冰晶石熔液中的溶解行为 189

6.7.1 氧化铝的溶解行为 189

6.7.2 氧化铝在冰晶石熔液中的胶体状态 190

参考文献 191

第7章 冰晶石—氧化铝熔液的离子结构和电解机理 192

7.1 冰晶石晶体的结构 192

7.2 冰晶石的热分解反应 194

7.3 NaF—AlF3二元系的热分解率 196

7.4 冰晶石的真熔点 199

7.5 冰晶石—氧化铝熔液的离子结构 200

7.5.1 热力学方法 201

7.5.2 拉曼光谱法 204

7.5.3 冰晶石—氧化铝熔液中离子质点总括表 209

7.6 铝电解机理 210

7.6.1 阴极反应 212

7.6.2 阳极反应 217

7.6.3 炭阳极消耗量 218

7.6.4 阳极气体组成 219

7.6.5 阳极过程的步骤 221

7.6.6 铝电解的总反应 223

7.7 电泳与电渗 224

参考文献 224

第8章 铝电解中的阳极过电压和阳极效应 226

8.1 铝电解中的阳极过电压 226

8.2 铝电解中的阳极效应 235

8.2.1 概述 235

8.2.2 临界电流密度 236

8.2.3 阳极效应时的气体组成 243

8.3 阳极效应发生机理学说 248

8.3.1 湿润性学说 248

8.3.2 氟离子放电学说 249

8.4.1 在微型电解槽上观测阳极效应 253

8.4 对阳极效应的新观测 253

8.3.3 静电引力学说 253

8.4.2 在透明电解槽上观测阳极效应 255

8.4.3 在惰性阳极材料上观测阳极效应 255

8.4.4 用慢扫描示波技术观测阳极效应 257

8.5 工业电解槽上发生阳极效应的三个步骤 264

8.6 水溶液电解中的阳极效应 268

8.7 对阳极效应发生机理的新认识 268

8.7.1 提高电流密度而发生的阳极效应 270

8.7.2 减小氧化铝浓度而发生的阳极效应 270

8.7.3 “效应”综合评论 271

参考文献 272

第9章 炭阴极上析出钠和生成碳化铝 274

9.1 析出钠 274

9.1.1 化学反应置换钠 274

9.1.2 电化学反应析出钠 278

9.2.1 生成碳化铝的反应热力学 282

9.2 生成碳化铝 282

9.2.2 电解质内生成碳化铝 285

9.2.3 铝液中生成碳化铝 286

9.2.4 炭阴极上生成碳化铝 289

9.3 生成碳钠化合物 293

9.4 生成氰化物 294

9.4.1 概述 294

9.4.2 怎样抑制氰化物的生成 294

参考文献 296

第10章 铝在冰晶石熔液中的溶解现象和再氧化反应 297

10.1 铝的溶解现象 297

10.2 铝的溶解本性 299

10.3 金属雾的特征 303

10.4 金属雾的结构 307

10.5 金属雾颜色的诠释 309

10.6 铝的电化学溶解与阴极保护 311

10.7 铝在冰晶石熔液中的溶解度 319

10.8 工业铝电解槽中铝的溶解损失与律速步骤 327

参考文献 339

附彩色图片注解 341

第11章 铝电解的电流效率 343

11.1 铝的电化学当量 343

11.2 电流效率降低的原因 344

11.2.1 高价—低价离子循环转换 345

11.2.2 水电解 347

11.2.3 电解质中杂质的影响 349

11.2.4 冰晶石—氧化铝熔液中的电子导电 355

11.3 电解参数对电流效率的影响 357

11.3.1 电流密度 357

11.3.2 温度 363

11.3.3 极间距离 364

11.3.4 氧化铝浓度 365

11.3.5 添加剂 367

11.4 电解质的流体力学对电流效率的影响 371

11.5 电流效率的数学关系式 373

11.6 电流效率的测定方法 378

11.6.1 盘存法 379

11.6.2 回归法 380

11.6.3 气体分析法 387

11.7 提高电流效率的预测 393

11.8 铝在其他融盐中的电流效率 395

11.8.1 概述 395

11.8.2 氯化钠—氯化铝电解 395

参考文献 398

第12章 铝电解中的能量平衡 400

12.1 氧化铝的分解电压 400

12.1.1 在惰性阳极上的分解电压 401

12.1.2 在活性阳极上的分解电压 405

12.1.3 考虑活度时的分解电压 409

12.2 铝电解质其他组分的分解电压 413

12.3 理论电耗率 414

12.4 铝电解槽的电压分配 417

12.5 铝电解槽的能量平衡 418

12.6 节省电能的潜力 423

12.6.1 提高电流效率 423

12.6.2 降低平均电压 423

12.7 节省电能的展望 425

12.7.1 惰性阴极电解槽 426

12.7.2 惰性阳极电解槽 428

12.7.3 多室氧化铝电解槽 430

12.8 低温铝电解 431

12.8.1 概述 431

12.8.2 低温电解与节能的关系 431

12.8.3 低温电解质 434

12.8.5 铝液上浮的低温电解 439

12.8.4 低温铝电解的电流效率 439

参考文献 443

第13章 冰晶石—氧化铝熔液对炭电极的湿润和渗透 445

13.1 概述 445

13.2 冰晶石—氧化铝熔液的表面张力 447

13.3 冰晶石—氧化铝熔液对炭电极的湿润现象 449

13.4 影响湿润性的因素 457

13.4.1 电流密度和铝的影响 457

13.4.2 氧化铝浓度的影响 458

13.4.3 冰晶石摩尔比的影响 460

13.4.4 炭素材质的影响 462

13.4.5 炭阳极中添加锂盐的影响 464

13.4.6 炭阴极上涂覆硼化钛层的影响 464

13.4.7 铝合金组成对炭阴极湿润性的影响 464

13.5.1 双室电解槽的渗透实验 466

13.5 冰晶石—氧化铝熔液对炭阴极的渗透 466

13.5.2 工业铝电解槽阴极内衬的解剖 469

13.5.3 电解质向炭阴极渗透的理论 472

参考文献 475

第14章 铝的精炼 476

14.1 铝的纯度 476

14.2 铝中杂质元素的平衡 479

14.3 铝液净化 482

14.4.1 概述 486

14.4 三层液电解法制取精铝 486

14.4.2 三层液精炼电解质 489

14.4.3 三层液电解精炼中的电化学反应 493

14.4.4 铝及铝—铜合金在电解质中的溶解度 495

14.4.5 三层液电解中的阴极电流效率 497

14.4.6 三层液电解中的阳极电流效率 499

14.5 偏析法制取精铝 501

14.6 有机溶液电解法制取高纯铝 503

14.7 区域熔炼法制取高纯铝 505

14.8 高纯度铝的鉴定 506

参考文献 507

第15章 炼铝新方法 509

15.1 概述 509

15.2 氧化铝的电热还原 510

15.2.1 反应热化学 510

15.2.2 Al—O—C系相图 514

15.3.1 电热法熔炼铝合金的发展 519

15.3 铝矿的电热还原 519

15.3.2 电热法流程 520

15.3.3 熔炼Al—Si合金的还原反应 521

15.3.4 原料组成与合金中铝含量的关系 522

15.4 从电热法粗合金中提取共晶铝硅 525

15.5 从电热法铝硅合金中提取纯铝 526

15.5.1 电解法 527

15.5.2 低价氯化铝歧解法 528

15.6.1 概述 544

15.6 氯化铝电解法 544

15.6.2 氯化铝电解法的物理化学 548

15.6.3 氯化铝电解的机理 552

15.6.4 氯化铝电解的电流效率 554

15.7 融盐电解法制取铝基母合金 556

15.7.1 概述 556

15.7.2 热力学原理 557

15.7.3 铝基母合金中合金元素的浓度范围 559

15.7.4 用融盐电解法制取铝基母合金的电流效率 559

15.7.5 铝基母合金中合金元素浓度递增律 562

15.7.6 铝硅母合金中硅浓度的极限 565

15.8 对炼铝新方法的展望 567

参考文献 567

附录 569

附表1 元素的电化学当量 569

附表2 金属在卤化物融盐中的标准电位值 572