铝电解槽的结构改进与优化研究

论文摘要

现在工业生产制备铝主要应用电解法,需要的主要设备就是铝电解槽,文章通过对国内外铝电解槽的研究,发现了传统电解槽在铝液流动稳定性、极间距、导热及磁场方面存在较大的问题,这些问题也导致了铝电解过程中电能效率相对较低,电能效率低造成了工业电解槽在电解过程中电能无谓的消耗,也激发了人们寻求新型铝电解槽和新的铝电解工艺以降低能耗的热情。铝电解槽节能降耗的手段有两种,一种是提高电流效率,另一种就是降低槽电压,降低极距。然而现有大型预焙铝电解槽电流效率最高已经达到95%以上,再通过各种手段提高电流效率以减少能耗,收效不会太大,或者得不偿失。而现有预焙槽极距一般在4cm以上,使槽电压也达到4.5V以上,这给降低极距和减少能耗提供了很大的空间。但是对于现有普通预焙槽,极距降低就会影响到电解槽的热平衡,另外即使在热平衡允许范围内极距也不能降低太大,主要是因为极距降低过大则容易引起电场,磁场的变化,从而影响电解的稳定性。因此为了能够有效降低铝电解槽极距,降低能耗,就需要对现有电解槽结构进行改进,采用新型电解槽结构。近几年国内外也对铝电解槽的结构也提出了新的设计模式。本文将重点阐述传统电解槽的优点与缺陷,以仿真模拟和对以往的工业设备的指标参数为基础,在电解槽的结构方面提出一些改进方案,设计出了一种新型双斜面电解槽,达到降低极间距,提高电流效率,减少能源消耗的目的。同时,本文也用以往电解槽的参数作为参照,通过实验验证了这种新型电解槽的可行性,并确定了电解槽的最低使用极距、平均槽电压以及最佳工作条件,最后得出结论：即新型电解槽在工业生产和实践活动中具有较为广阔的发展空间和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝冶炼简史
• 1.2 铝的性质和用途
• 1.2.1 铝的性质
• 1.2.2 铝的用途
• 1.3 现代冶铝技术的工艺流程
• 1.3.1 氧化铝的工业生产
• 1.3.2 工业制铝之铝的电解
• 1.3.3 铝电解的辅助材料
• 1.4 新型铝电解槽的研究进展
• 1.4.1 惰性阳极和可润湿性阴极的引入
• 1.4.2 采用惰性阳极的电解槽
• 1.4.3 采用惰性可润湿性阴极的电解槽
• 1.5 铝电解槽物理场仿真研究的进展
• 1.6 选题意义与研究内容
• 1.6.1 问题的提出
• 1.6.2 课题研究内容
• 第2章 铝电解质的性质及实验条件
• 2.1 铝电解质的相平衡图
• 3二元系相图'>2.1.1 NaF-AlF₃二元系相图
• 3AlF₆-Al₂O₃系熔度图'>2.1.2 Na₃AlF₆-Al₂O₃系熔度图
• 3AlF₆的其他二元系和三元系的相平衡图'>2.1.3 Na₃AlF₆的其他二元系和三元系的相平衡图
• 2.2 实验设备仪器及药品
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验药品
• 2.3 实验条件与步骤
• 第3章 实验的影响因素、设计思路和结果讨论
• 3.1 铝电解质的电导率对电解过程的影响
• 3的电导率'>3.1.1 NaF-AlF₃的电导率
• 3.1.2 添加剂对电解质溶液的电导率的影响
• 3.1.3 氧化铝浓度的影响
• 3.1.4 炭粒和氧化铝沉淀对电导率的影响
• 3.2 电解过程中的电流效率
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 电解参数对电流效率的影响
• 3.3 新型铝电解槽的实验设计思路
• 3.4 设计过程中针对阴极倾角的数值仿真
• 3.4.1 阴极表面倾角的改变对电场分布的影响
• 3.4.2 阴极表面倾角的改变对槽电压的影响
• 3.5 新型铝电解槽的性能检测实验
• 3.5.1 探索性实验
• 3.5.2 条件优化实验
• 3.6 小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢