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現代鋁電解--理論與技術(精)

  • 作者：編者:馮乃祥|責編:竇臻//劉心怡
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122352491
  • 出版日期：2020/09/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：452
人民幣：RMB 168 元      售價：元
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內容大鋼
    《現代鋁電解——理論與技術》主要介紹了現代鋁電解基礎理論與技術,內容涉及電解質結構與物理化學性質、電極過程與陽極效應、槽電壓與電流效率、炭陽極與炭陰極、電解槽焙燒啟動與控制、電解槽物理場、煙氣治理、固廢資源化、深度節能理論與技術等諸方面。本書既反映了國內外最新研究成果,也融入了作者五十余年從事鋁電解研究與實踐工作的豐富經驗,具有很強的理論指導性與實踐操作性。
    《現代鋁電解——理論與技術》可供高等院校冶金相關專業的老師和學生、電解鋁廠的工程技術人員以及從事鋁電解基礎理論和技術研究的工作人員閱讀和參考。
作者介紹
編者:馮乃祥|責編:竇臻//劉心怡
目錄
第1章  鋁電解槽
  1.1  世界鋁電解槽發展簡史
  1.2  中國鋁電解槽發展簡史
    1.2.1  上插自焙陽極電解槽技術
    1.2.2  預焙陽極電解槽技術
    1.2.3  135kA較大型邊部加工下料預焙陽極電解槽技術
    1.2.4  135kA中間點式下料預焙陽極電解槽技術
    1.2.5  自焙槽改預焙槽技術
    1.2.6  大型預焙陽極電解槽技術的發展
  參考文獻
第2章  電解質晶體和熔體結構
  2.1  冰晶石熔體的成分
  2.2  冰晶石的晶體結構
  2.3  含Li3AlF6、K3AlF6添加劑的冰晶石晶體結構
  2.4  電解質中各組分的晶體結構
    2.4.1  冰晶石(Na3AlF6)
    2.4.2  氟化鋁(AlF3)
    2.4.3  氟化鈣(CaF2)
    2.4.4  氧化鋁(Al2O3)
    2.4.5  氟化鉀(KF)
    2.4.6  氟化鋰(LiF)
    2.4.7  氟化鎂(MgF2)
  2.5  冰晶石的熔體結構
  2.6  冰晶石熔體的離解反應
  2.7  CaF2在Na3AlF6熔體中的離解反應和離子結構
  2.8  LiF在Na3AlF6熔體中的離解反應和離子結構
  2.9  Al2O3在Na3AlF6熔體中的離解反應和離子結構
  參考文獻
第3章  電解質的物理化學性質
  3.1  相圖與電解質的初晶溫度
    3.1.1  NaF-AlF3 二元系
    3.1.2  LiF-AlF3 二元系
    3.1.3  KF-AlF3 二元系
    3.1.4  Na3AlF6-Al2O3 二元系
    3.1.5  Na3AlF6-AlF3-Al2O3 三元系
    3.1.6  Na3AlF6-AlF3-CaF2 三元系
    3.1.7  Na3AlF6-Al2O3-MgF2 三元系
    3.1.8  MgF2 對不同分子比冰晶石熔體初晶溫度的影響
    3.1.9  Na3AlF6-CaF2-AlF3-Al2O3 四元系
      3.1.10 在分子比2.5、MgF2 與CaF2 為5%條件下,Al2O3 含量對初晶溫度的影響
    3.1.11  Na3AlF6-AlF3-CaF2-Al2O3-LiF-MgF2 六元系
  3.2  LiF 對冰晶石電解質初晶溫度的影響
  3.3  KF 對分子比小於3 電解質初晶溫度的影響
  3.4  LiF 和KF 同時存在對電解質初晶溫度的影響
  3.5  各種氧化物雜質對電解質初晶溫度的影響
  3.6  鋁的存在對電解質初晶溫度的影響
  3.7  電解質初晶溫度的測量方法
    3.7.1  目測法
    3.7.2  冷卻曲線法
    3.7.3  差熱曲線法

  3.8  工業鋁電解質初晶溫度的槽前實時測量
    3.8.1  冷卻曲線法槽前實時測量
    3.8.2  差熱曲線法槽前實時測量
  3.9  電解質的酸鹼度
    3.9.1  電解質酸鹼度的表示方法
    3.9.2  工業電解槽中各種添加劑對電解質酸鹼性的影響
    3.9.3  電解質分子比的測量方法
  3.10  電導
    3.10.1  冰晶石電解質熔體導電的本質
    3.10.2  NaF-AlF3 二元系熔體的電導
    3.10.3  冰晶石熔體中NaF的離解度與導電離子的遷移數
    3.10.4  溫度對電解質熔體電導率的影響
    3.10.5  CaF2、MgF2、LiF、KF對電解質熔體導電性能的影響
    3.10.6  氧化鋁對冰晶石熔體導電性能的影響
    3.10.7  含炭和溶解金屬粒子的電解質熔體的導電性能
    3.10.8  工業電解槽電解質熔體的導電性能
    3.10.9  工業電解槽電解質熔體電導率的測定
  3.11  電解質熔體的密度
    3.11.1  NaF-AlF3 二元系熔體密度
    3.11.2  各種添加劑對冰晶石熔體密度的影響
    3.11.3  氧化鋁濃度和溫度對冰晶石電解質熔體密度的影響
  3.12  黏度
    3.12.1  電解質熔體的黏度
    3.12.2  鋁液的黏度
  3.13  表面性質
    3.13.1  電解質熔體對炭的濕潤性
    3.13.2  熔融鋁與熔融電解質之間的界面張力
  參考文獻
第4章  鋁電解槽中的電極過程與電極反應
  4.1  陰極過程與陰極反應
    4.1.1  鋁電解槽陰極上的一次電解產物
    4.1.2  陰極電解反應
    4.1.3  陰極過電壓
    4.1.4  陰極過電壓的機理
    4.1.5  陰極表面層電解質的成分
    4.1.6  陰極表面的電場強度
    4.1.7  陰極表面導電離子的傳質
    4.1.8  鋁電解的各種工藝條件對陰極過電壓的影響
  4.2  陽極過程及陽極反應
    4.2.1  陽極反應
    4.2.2  陽極一次氣體產物
    4.2.3  陽極過電壓
    4.2.4  陽極過電壓的機理
    4.2.5  鋁電解工藝操作對陽極過電壓的影響
  參考文獻
第5章  槽電壓
  5.1  槽電壓的組成和性質
  5.2  電解質中Al2 O3 的理論分解電壓
  5.3  陽極反應過電壓、陽極濃度擴散過電壓和陰極過電壓
  5.4  電解質的電壓降

    5.4.1  陽極側部的扇形形狀及扇形電流分佈
    5.4.2  工業電解槽電解質電阻RB 的計算
  5.5  陰極電壓降
    5.5.1  由陰極炭塊本身的電阻引起的電壓降
    5.5.2  陰極鋼棒的電壓降
    5.5.3  陰極炭塊與陰極鋼棒之間的接觸電壓降
  5.6  陽極電壓降
  5.7  電解槽熱平衡體系之外的母線電壓降
  5.8  槽電壓計算舉例
  5.9  鋁電解槽槽電壓、陽極過電壓、陰極過電壓與氧化鋁濃度的關係
  5.10  過電壓的實驗室測定
    5.10.1  利用參比電極測量和記錄鋁電解槽的陽極過電壓和陰極過電壓
    5.10.2  利用反電動勢的測量數據測量與計算電解槽的陽極過電壓
  5.11  工業電解槽過電壓的測定
  5.12  實驗室利用全波脈衝直流電壓電解進行電解槽反電動勢的測定
  參考文獻
第6章  陽極效應
  6.1  陽極效應的特徵和現象
  6.2  陽極效應對電解槽的影響
    6.2.1  陽極效應的正面影響
    6.2.2  陽極效應的負面影響
  6.3  陽極效應的機理
  6.4  臨界電流密度
  6.5  各種因素對臨界電流密度的影響
    6.5.1  臨界電流密度與氧化鋁濃度的關係
    6.5.2  溫度對臨界電流密度的影響
    6.5.3  電極材料對臨界電流密度的影響
    6.5.4  分子比大小和添加劑對臨界電流密度的影響
  6.6  工業鋁電解槽的效應電壓
  6.7  工業鋁電解槽陽極效應發生的規律、預測與預報
  6.8  陽極效應的熄滅
  6.9  陽極效應對環境的影響
  參考文獻
第7章  冰晶石-氧化鋁熔鹽電解電化學反應的熱力學
  7.1  冰晶石氧化鋁熔鹽電解的能量消耗
  7.2  氧化鋁的可逆分解電壓E rev
  7.3  氧化鋁的活度
  7.4  鋁電解實際能量需求
  7.5  鋁電解的當量電壓E ΔH 0
  7.6  鋁電解槽電壓及其電能分配
  7.7  鋁電解槽的熱損失和能量平衡
  7.8  鋁電解槽的能量利用率
  參考文獻
第8章  鋁電解的電流效率
  8.1  熔鹽電解中的法拉第定律
  8.2  鋁的電化學當量
  8.3  鋁電解槽電流效率的定義
  8.4  鋁電解槽電流效率降低的原因
    8.4.1  電解槽漏電或局部極間短路造成電流損失
    8.4.2  鋁的不完全放電引起電流空耗

    8.4.3  其他離子放電所引起的電流效率損失
    8.4.4  電子導電
    8.4.5  陰極上生成金屬鈉
    8.4.6  陰極鋁的溶解損失
    8.4.7  關於陰極鋁的電化學溶解問題
    8.4.8  陰極鋁溶解損失的本質
    8.4.9  鋁在電解質中的溶解度與鋁損失
    8.4.10  鋁溶解度的測定方法
  8.5  鋁溶解損失的機理
  8.6  鋁二次反應的機理
  8.7  電流效率的數學模型
  8.8  工藝參數和操作對電流效率的影響
    8.8.1  溫度對電流效率的影響
    8.8.2  電解質分子比對電流效率的影響
    8.8.3  氧化鋁濃度對電流效率的影響
    8.8.4  各種添加劑對電流效率的影響
    8.8.5  極距對電流效率的影響
    8.8.6  電流密度對電流效率的影響
    8.8.7  非陽極投影面積之外的陰極鋁液面積大小對電流效率的影響
    8.8.8  陽極電流分佈對電流效率的影響
    8.8.9  陽極換塊對電流效率的影響
    8.8.10  槽膛形狀與電流效率
    8.8.11  鋁水平對電流效率的影響
    8.8.12  電解質過熱度對電流效率的影響
    8.8.13  電解質黏度與電流效率
    8.8.14  界面張力與電流效率
    8.8.15  電解槽的穩定性與電流效率
  8.9  工業鋁電解槽上陰極鋁的溶解損失
  8.10  鋁電解槽的極限電流效率
  8.11  工業鋁電解槽電流效率的測量與計算
    8.11.1  工業電解槽電流效率的測定
    8.11.2  實驗室電解槽電流效率的測定
    8.11.3  工業電解槽瞬時電流效率的測定
    8.11.4  CO2 氣體分析法測定電流效率的局限性
  參考文獻
第9章  預焙陽極
  9.1  預焙陽極的製造流程
  9.2  預焙陽極製造所用原料
    9.2.1  石油焦
    9.2.2  煤瀝青
    9.2.3  陽極殘極
  9.3  成型
    9.3.1  配料
    9.3.2  瀝青需求量
    9.3.3  Blaine數配料應用實例
    9.3.4  乾料的預熱、糊料的混捏和冷卻
    9.3.5  陽極成型
    9.3.6  成型陽極的冷卻
    9.3.7  陽極焙燒
    9.3.8  焙燒對陽極質量的影響

    9.3.9  環式焙燒爐焙燒技術的改進
  9.4  預焙陽極在電解槽上的行為
    9.4.1  熱震(熱衝擊)
    9.4.2  陽極消耗
    9.4.3  鋁電解生產對陽極的質量要求
  參考文獻
第10章  鋁電解槽的陰極
  10.1  電解槽的陰極結構
  10.2  製造電解槽炭陰極內襯的材料
    10.2.1  無煙煤
    10.2.2  冶金焦
    10.2.3  人造石墨
    10.2.4  石油焦
  10.3  氮化硅結合的碳化硅絕緣內襯
  10.4  陰極炭塊
    10.4.1  陰極炭塊的分類及使用性能
    10.4.2  幾種陰極炭塊的性能比較
    10.4.3  具有開發和應用前景的兩種新型陰極底塊
  10.5  搗固糊
    10.5.1  搗固糊的分類及質量指標
    10.5.2  搗固糊在焙燒過程中的膨脹與收縮
    10.5.3  搗固糊收縮率的測定
    10.5.4  降低收縮率的方法
  10.6  糊的搗固性能
    10.6.1  糊的搗固性能及其試驗
    10.6.2  施工中搗固糊密度的測定
  10.7  電解過程中鈉和電解質熔體在陰極炭塊中的滲透
    10.7.1  試驗研究方法
    10.7.2  鈉在電解質熔體中的滲透速度
    10.7.3  由化學反應所引起的鈉的滲透
    10.7.4  由電化學反應所引起的鈉的滲透
    10.7.5  鈉嵌入化合物在陰極中的存在
    10.7.6  鈉的滲透機理
    10.7.7  電解質熔體在陰極炭塊中的滲透
  10.8  碳化鋁在陰極炭塊中的生成機理
  10.9  鋁電解過程中陰極上出現的Rapoport 效應
  10.10  鋁電解生產對陰極炭塊的質量要求
    10.10.1  底塊和側塊的標準檢測
    10.10.2  用戶(電解工廠)對電解槽底塊和側塊的檢測
    10.10.3  底塊和側塊的非標準檢測
    10.10.4  搗固糊質量
  10.11  提高鋁電解槽的陰極壽命
    10.11.1  合理的電解槽設計
    10.11.2  合理的電解溫度
  參考文獻
第11章  電解槽的焙燒、啟動與技術管理
  11.1  焙燒的目的
  11.2  焙燒方法的選擇
    11.2.1  鋁液焙燒
    11.2.2  炭粒焙燒

    11.2.3  鋁錠、鋁塊和鋁屑焙燒
    11.2.4  火焰焙燒
    11.2.5  焙燒方法的選擇
  11.3  鋁電解槽焙燒質量的評價
    11.3.1  升溫速度
    11.3.2  最終焙燒溫度
    11.3.3  陰極底塊中的溫度梯度
    11.3.4  焙燒過程中陰極表面的溫度分佈
    11.3.5  陽極電流分佈
    11.3.6  陰極電流分佈
  11.4  鋁電解槽的炭粒焙燒
    11.4.1  炭粒粒度的選擇
    11.4.2  炭粒床厚度和炭粒種類的選擇
    11.4.3  升溫速度的控制
    11.4.4  焙燒過程中電流分佈的調節
  11.5  電解槽的干法啟動
  11.6  電解槽的常規啟動
  11.7  過渡期電解槽的工藝特點與操作要點
  11.8  鋁電解轉入正常生產以後的工藝操作與技術管理
    11.8.1  溫度
    11.8.2  電解質的組成
    11.8.3  鋁水平
    11.8.4  法國AP電解槽設計參數、工藝技術參數和主要技術經濟指標
  參考文獻
第12章  鋁電解槽電流的強化
  12.1  電流強化的可能性
  12.2  我國自焙槽強化電流的歷史回顧
  12.3  鋁電解槽電流強化的幾個技術問題
    12.3.1  電流強化后的電流效率問題
    12.3.2  陽極和陰極電壓降問題
    12.3.3  電解質電壓降問題
    12.3.4  電流強化后的熱平衡問題
    12.3.5  進一步提高陽極質量的問題
  參考文獻
第13章  氧化鋁及其在電解槽中的行為
  13.1  氧化鋁的生產——粉狀氧化鋁和沙狀氧化鋁
  13.2  鋁電解對氧化鋁性質的要求
  13.3  氧化鋁的性質
  13.4  電解槽上部結殼的性質
  13.5  泥狀沉降物的性質
  13.6  氧化鋁與部分添加劑在冰晶石熔體中溶解的熱力學及離子結構
    13.6.1  氧化鋁的溶解熱
    13.6.2  CaF2 添加劑對α-Al2O3 溶解熱的影響
    13.6.3  LiF添加劑對α-Al2O3 溶解熱的影響
    13.6.4  添加AlF3 對α-Al2O3 溶解熱焓的影響
    13.6.5  有鋁存在時α-Al2O3 的溶解熱焓
    13.6.6  γ-Al2O3 轉變成α-Al2O3 的相變熱
  13.7  氧化鋁在冰晶石熔體中的溶解度
  13.8  氧化鋁的溶解及其機理——控速步驟
  參考文獻

第14章  鋁電解生產過程的控制
  14.1  鋁電解過程的診斷與控制
  14.2  鋁電解正常生產過程的控制
    14.2.1  槽電壓的控制
    14.2.2  槽電壓不穩定(擺動)情況的處理
    14.2.3  氧化鋁濃度控制
    14.2.4  氧化鋁下料過程式控制制對極距的影響
  14.3  熄滅陽極效應
  14.4  添加氟化鋁
  14.5  槽電壓雜訊的控制
  14.6  電解槽初晶溫度和過熱度的控制
  參考文獻
第15章  鋁電解槽的溫度場
  15.1  傳熱問題概述
    15.1.1  傳熱的3種形式
    15.1.2  傳熱問題的邊界條件及求解方法
  15.2  鋁電解槽傳熱過程的物理模型
  15.3  鋁電解槽傳熱過程二維穩態數學模型
    15.3.1  電解槽數學模型求解區域的單元劃分
    15.3.2  熱交換過程的控制方程及其離散
    15.3.3  鋁電解槽數學模型的邊界條件
  15.4  計算實例
    15.4.1  計算所需數據的選取
    15.4.2  計算結果
  15.5  鋁電解槽內結殼與介質換熱係數的計算
    15.5.1  鋁電解槽電解質熔體和鋁液與槽幫結殼之間傳熱的基本原理
    15.5.2  爐幫與電解質熔體和鋁液熔體之間的換熱係數
    15.5.3  熱流管法計算槽幫與電解質熔體之間的換熱係數
    15.5.4  計算實例
  15.6  鋁電解過程中槽膛形狀的變化
    15.6.1  鋁電解過程中鋁液水平的變化對槽膛形狀的影響
    15.6.2  選用不同的內襯炭材料對槽膛形狀的影響
  15.7  鋁電解槽電壓、電流變化對電解槽熱平衡的影響
    15.7.1  計算原理和計算方法
    15.7.2  計算實例
  參考文獻
第16章  鋁電解槽的電場和磁場
  16.1  工業鋁電解槽中的電場
    16.1.1  陽極電流分佈
    16.1.2  電解質熔體中的電流分佈
    16.1.3  陰極鋁液中的電流分佈
  16.2  工業鋁電解槽內的磁場
  16.3  鋁電解槽母線的設計
  16.4  鋁電解槽磁場的測量
    16.4.1  鋁電解槽磁場的熱態測量
    16.4.2  鋁電解槽磁場的冷態測量
    16.4.3  測量結果的誤差分析
  參考文獻
第17章  電解槽陰極鋁液的流動
  17.1  國內外有關鋁電解槽流場研究的現狀

  17.2  流體力學的研究方法
  17.3  湍流問題的數值計算方法
    17.3.1  直接模擬法
    17.3.2  大渦模擬法
    17.3.3  雷諾時均方程法
  17.4  鋁電解槽流場控制方程的建立及離散
    17.4.1  連續性方程
    17.4.2  運動方程
    17.4.3  能量方程
    17.4.4  鋁電解槽流場的數學描述
    17.4.5  求解區域的離散化
    17.4.6  離散方程的建立
    17.4.7  離散方程的求解方法
    17.4.8  鋁電解槽流場的計算
    17.4.9  鋁電解槽陰極鋁液的流動形式
  17.5  鋁液流速的測定
    17.5.1  鐵棒溶解法測定鋁液流速
    17.5.2  用Alcoa攜帶型葉片流量計側鋁液流速
  參考文獻
第18章  電解槽陰極鋁液面的波動
  18.1  電解槽陰極鋁液面波動的機理
  18.2  陰極鋁液面波動的數值模擬
    18.2.1  線性模型
    18.2.2  非線性模型
  18.3  鋁液面波動形式
  18.4  陰極鋁液面波動的測定
    18.4.1  陰極鋁液面波動測定技術原理
    18.4.2  陰極鋁液面波動測定技術的軟硬體設計
    18.4.3  陰極鋁液面波動的測定
    18.4.4  陰極鋁液面波動的測定實例
  參考文獻
第19章  鋁電解生產中的氟化鹽消耗與煙氣治理
  19.1  鋁電解生產過程中的氟化鹽消耗
    19.1.1  鋁電解質蒸發
    19.1.2  電解質的水解所引起的電解質消耗
    19.1.3  原料中的雜質與電解質的反應引起電解質的消耗
    19.1.4  電解過程中陰極內襯吸收電解質
    19.1.5  電解槽開動時的氟化鹽消耗
    19.1.6  陽極效應期間所引起的電解質消耗
    19.1.7  氟的平衡
  19.2  電解槽煙氣的干法凈化
    19.2.1  電解槽煙氣的組成
    19.2.2  電解槽氟排放量的環保標準
    19.2.3  干法凈化的理論基礎
    19.2.4  干法凈化的工藝過程及設備原理
  19.3  SO2 的凈化技術
    19.3.1  海水脫硫技術
    19.3.2  鹼液吸收法脫硫技術
    19.3.3  煙氣的干法除硫技術
    19.3.4  煙氣的半干半濕法除硫(SO2)技術

    19.3.5  鋁電解槽煙氣脫硫
    19.3.6  鋁電解槽煙氣脫硫的副產物
  參考文獻
第20章  鋁廠固體廢料的物相組成、分離與回收
  20.1  陽極炭渣的回收處理和利用
    20.1.1  陽極炭渣的組成
    20.1.2  陽極炭渣中炭的產生與生成機理
    20.1.3  陽極炭渣的處理與回收利用
    20.1.4  真空蒸餾法分離陽極炭渣
  20.2  鋁灰渣資源的回收和利用
  20.3  電解槽大修固體廢料的處理和回收
    20.3.1  廢陰極炭塊及其物相組成
    20.3.2  耐火材料固體廢料及其物相組成
    20.3.3  爐底內襯耐火材料中的反應
    20.3.4  電解槽廢陰極內襯的回收處理技術
  參考文獻
第21章  鋁電解深度節能——理論與技術
  21.1  鋁電解深度節能的技術原理
  21.2  槽電壓的選擇
  21.3  電解質組成與成分的選擇
  21.4  鋁電解槽陰極節電的技術原理與方法
    21.4.1  鋁電解槽炭陰極電阻電壓降的降低
    21.4.2  陰極鋼棒電阻電壓降的降低
    21.4.3  陰極鋼/炭電壓降的降低
  21.5  陽極電壓降的降低
  21.6  降低鋁液波動實現鋁電解槽有效極距的降低和電流效率的提高
    21.6.1  採用非對稱的母線結構設計,減少相鄰廠房系列電流磁場的影響
    21.6.2  用空載母線的磁場抵消相鄰廠房系列電流的磁場
    21.6.3  改電解系列的平行廠房設計為矩形電解廠房設計
    21.6.4  採用異型陰極結構電解槽減少陰極鋁液面波動
    21.6.5  採用坡面陰極減小陰極鋁液內的水平電流
  21.7  槽電壓和極距的選擇
  21.8  提高陽極的密度和電導率
  21.9  選用較為先進的真空閃蒸瀝青黏結劑
  21.10  提高電流效率
  21.11  減少熱損失
  21.12  減少電解槽側部熱損失
  21.13  減少槽底散熱
  21.14  減少槽底散熱
  21.15  惰性陽極鋁電解槽
  21.16  多室鋁電解槽工業化的技術障礙
  參考文獻

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