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1、鋁電解的電極過(guò)程內(nèi)容鋁電解概述陽(yáng)極過(guò)程碳陽(yáng)極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)惰性陽(yáng)極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)濕潤(rùn)性陽(yáng)極效應(yīng)陰極過(guò)程概述Source:U.SEnergyRequirementsforAluminumProduction:HistoricalPerspective,TheoreticalLimitsandNewOpportunities,U.SDepartmentofEnergy.鋁工業(yè)流程圖炭陽(yáng)極1.炭陽(yáng)極上的電化學(xué)反應(yīng)陽(yáng)極反應(yīng)的理論計(jì)算-分解電壓例:Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2?G=-675.7kJ/
2、mol炭陽(yáng)極炭陽(yáng)極上,冰晶石-氧化鋁熔鹽電解中幾種可能的電化學(xué)反應(yīng)炭陽(yáng)極炭陽(yáng)極上,Na3AlF6-Al2O3熔鹽體系中的電化學(xué)反應(yīng)與析出電位(1273K)炭陽(yáng)極冰晶石-氧化鋁熔鹽電解的循環(huán)伏安圖鋁電解中的電極過(guò)程-炭陽(yáng)極炭陽(yáng)極上,電極反應(yīng)與電流峰值的對(duì)應(yīng)關(guān)系P1P2P3P4P5P6電流峰電極反應(yīng)鋁電解中的電極過(guò)程-炭陽(yáng)極陽(yáng)極反應(yīng)的控制步驟i<0.02A/cm2化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散聯(lián)合控制0.02
3、2~1.5A/cm2的范圍內(nèi))IIIIIIIVV此過(guò)程的反應(yīng)速度由CxO·O碳氧中間化合物中的C—C鍵斷裂緩慢所控制,所以步驟IV可能是反應(yīng)的控制步驟,即反應(yīng)速度為化學(xué)反應(yīng)所控制惰性陽(yáng)極惰性陽(yáng)極上,冰晶石-氧化鋁熔體中的電極過(guò)程總反應(yīng)電極反應(yīng)歷程惰性陽(yáng)極惰性陽(yáng)極上的電位掃描伏安圖濕潤(rùn)性濕潤(rùn)角是指液相-固相-氣相三相接界處液相表面與固相表面的夾角。濕潤(rùn)性濕潤(rùn)角的測(cè)量濕潤(rùn)性電極電位對(duì)濕潤(rùn)角的影響濕潤(rùn)性熔滴在炭板上的濕潤(rùn)與收斂濕潤(rùn)性熔滴與炭板界面上的電荷示意圖陽(yáng)極效應(yīng)陽(yáng)極效應(yīng)是熔鹽電解中發(fā)生在陽(yáng)極上的一種特殊現(xiàn)象。當(dāng)
4、其發(fā)生時(shí),槽電壓上升到20-40伏,陽(yáng)極周邊出現(xiàn)明亮的弧光放電現(xiàn)象,并發(fā)出噼啪聲,此時(shí)陽(yáng)極和導(dǎo)電母線振動(dòng),系列電流發(fā)生波動(dòng)。陽(yáng)極效應(yīng)陽(yáng)極效應(yīng)陽(yáng)極效應(yīng)氧化鋁濃度對(duì)極限電流密度(ccd)的影響陽(yáng)極效應(yīng)陽(yáng)極效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理低氧化鋁濃度(<2%)高氧化鋁濃度陰極過(guò)程陰極反應(yīng)的兩種觀點(diǎn)鈉析出→鈉還原氧化鋁得到鋁鋁離子的直接析出陰極過(guò)程一些事實(shí):冰晶石-氧化鋁熔體中,Na+是唯一存在的陽(yáng)離子,并是電流的主要承載離子。Al3+并不存在于電解質(zhì)中,而是以AlF63-和AlF4-的離子形式存在。AlF63-+3e-→Al+6F-A
5、lF4-+3e-→Al+4F-這樣的電化學(xué)反應(yīng)會(huì)發(fā)生嗎?陰極過(guò)程水溶液中部分離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,298KCathode(Reduction)Half-ReactionSHEE°(volts)Li+(aq)+e-→Li(s)-3.04Ca2+(aq)+2e-→Ca(s)-2.76Na+(aq)+e-→Na(s)-2.71Mg2+(aq)+2e-→Mg(s)-2.38Al3+(aq)+3e-→Al(s)-1.662H2O(l)+2e-→H2(g)+2OH-(aq)-0.83Fe2+(aq)+2e-→Fe(s)-0.
6、412H+(aq)+2e-→H2(g)0.00O2(g)+4H+(aq)+4e-→2H2O(l)1.23Cl2(g)+2e-→2Cl-(aq)1.36F2(g)+2e-→2F-(aq)2.87陰極過(guò)程槽電壓電解槽槽電壓的構(gòu)成V=cellreaction+overvoltage+bath+cathode+anode+connectors=
7、Eo
8、+
9、ηCC
10、+
11、ηAA
12、+
13、ηAC
14、+UB+UEEo=反電動(dòng)勢(shì)ηCC=陰極濃差過(guò)電勢(shì)ηAA=陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)電勢(shì)ηAC=陽(yáng)極濃差過(guò)電勢(shì)槽電壓組成-炭陽(yáng)極槽電壓組成-惰性陽(yáng)極電解
15、中的法拉第定律電化學(xué)當(dāng)量Al:0.335g·Ah電流效率副反應(yīng)其它離子的共沉積漏電短路陽(yáng)極效應(yīng)與反應(yīng)容器的反應(yīng)電解中的法拉第定律例.計(jì)算300kA電解槽24小時(shí)理論產(chǎn)鋁量,如果實(shí)際產(chǎn)鋁量為2200kg,電流效率是多少?電解中的能量消耗電能消耗(EC)降低電能消耗的途徑降低槽電壓提高電流效率電流效率和槽電壓對(duì)能耗的影響delU=-(U/CE)delCEForacellat4.2Vand95%CEdelU=-(4.2/95)delCEi.e.delU=-0.0442delCEForenergysaving,1
16、00mVisequivalentto2.2%CE.思考題請(qǐng)結(jié)合鋁電解電極過(guò)程的本質(zhì)探討鋁電解節(jié)能的途徑。惰性陽(yáng)極相對(duì)于活性陽(yáng)極而言,能否節(jié)能?無(wú)敵嗖:良好的飲食習(xí)慣1、放慢吃飯節(jié)奏當(dāng)人吃進(jìn)一定量的食物,胃腸道膨脹后,胃腸道的內(nèi)臟感受器會(huì)產(chǎn)生飽腹信號(hào)并將信號(hào)傳遞到大腦皮層產(chǎn)生飽的感覺(jué),此時(shí)大腦皮質(zhì)就會(huì)向飽食中樞和攝食中樞分別發(fā)出飽腹的指令,停止進(jìn)食。由于飽食信號(hào)傳導(dǎo)的速度慢,當(dāng)吃飯速度快