[科普中国]-铝三层液电解精炼

铝三层液电解精炼(electrvrefining of alu-minium in three layers)是指一种采用电解提纯的铝精炼方法。所用阴极、电解质、阳极皆为液体，因彼此密度不同而分成上中下三层并由此而得名。该法由贝茨(A. G. Betts)于1905年提出，可使纯度约99.8%的原铝提纯到99. 996%的精铝，1922年第一次在工业上得到应用。精铝的导电性和耐腐蚀性比原铝好，多用作制造电工器件、耐腐蚀器皿及其他一些特殊用途1。

简介铝三层液电解精炼(electrvrefining of alu-minium in three layers)是指一种采用电解提纯的铝精炼方法。所用阴极、电解质、阳极皆为液体，因彼此密度不同而分成上中下三层并由此而得名。

该法由贝茨(A. G. Betts)于1905年提出，可使纯度约99.8%的原铝提纯到99. 996%的精铝，1922年第一次在工业上得到应用。精铝的导电性和耐腐蚀性比原铝好，多用作制造电工器件、耐腐蚀器皿及其他一些特殊用途1。

原理电位比铝更正的铜、铁、硅、锌、钛、铅、锰等杂质在电解精炼中不被电化学溶解，存留于阳极合金中。而电位比铝更负的钠、钙、镁等杂质则随同铝一起被电化学溶解，以离子形式进入电解质中。在电解精炼所控制的电压条件下只有Al3+优先在阴极表面放电，Na+、Ca2+、Mg2+离于存留于电解质中。铝因此被提纯。

电解槽铝三层液电解精炼的主要设备，电解槽最外部为钢壳，内衬石棉板，里面是保温砖和耐火砖，底部最里面由镶有钢棒的碳块砌成，侧面内部由镁砖砌成，在一侧修有料室经侧下部与阳极合金连通，其结构如图，液体铝阴极(精铝)与阴极母线的连接有三种方式：用固体铝阴极(精铝铸成)，用石墨电极，用液体铝电极。电流从阳极母线经阳极铝棒导入底部碳块，经阳极合金、熔触电解质，阴极铝液、固体铝阴极(或石墨电极或液体铝电极)导入阴极母线再进入下一电解槽。阴极母线可上下移动调节电极位置2。

电解质有氟氯化物和纯氟化物两大体系。为了减少热损失，降低电耗，减少电解质挥发损失，NaF与AlF3的摩尔比一般控制在1-1.5之间。加入钡盐主要是为了提高电解质的密度。使之介于精铝密度(2300kg/m3)和阳极铝铜合金密度(3200-3500kg/m3)之间(2700kg/m3)。NaCl可提高电解质的电导率，并防止在阴极上生成高熔点的BaF2。氟氯化物电解质因初晶温度较低，电导率较高而多被采用。

原料为由原铝(待精炼的铝)和铜组成的阳极合金，含铜33%-45%，熔点为823K。铜在理论上不消耗，它的作用是提高合金密度达到与电解质、高纯铝分层的目的。精炼过程中阳极合金的铝不断地消耗，铜含量不断地提高，因此要定时往阳极合金中补充原铝，使其保持所要求的含铝量。精炼过程中硅、铁等杂质在阳极合金中积累，到硅量达5%-7%、铁量达3%-5%时，在加料室的低温处呈固相残渣析出。固相残渣的主要成分是FeAl3、Fe2SiAl3和FeSi2Al4，要定期从料室中捞出3。

技术经济指标槽电压一般为6V左右，其大小由极间距控制。每天须补充电解质以调整极间距，进而达到调整电解温度的目的。电解槽容量一般从8kA到30kA，还有高达75kA的。电流效率一般为95%-98%2。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学