简介概要

电解铝液中氢形成机理

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2007年第6期

论文作者:贺永东 张新明

文章页码:1055 - 1062

关键词:铝液;水解;电解;H2O;H2;阳极效应

Key words:aluminum liquid; hydrolyze; electrolyte; H2O; H2; anode effect

摘    要:对铝电解过程中铝液中氢的形成机理进行研究。研究结果表明:电解铝所用的原材料(Al2O3和AlF3等)有良好的吸水性能,所携带的水分进入电解液后,或与氟化盐发生水解反应,或被电解成氢和氧,析出的氢通过扩散和Al2O3寄生机制进入铝液,这是电解铝液中氢的主要来源。水分与铝反应所产生的氢通过Al2O3夹杂物-气体寄生机制进入铝液,对电解铝液中氢的形成有重要影响;铝电解过程生成的氢通过扩散和寄生机制对铝液的污染,是短流程工艺影响铝熔体冶金质量的主要根源。

Abstract: Formation mechanism of hydrogen during aluminum electrolyte liquid was discussed. The results show that the originated materials for electrolyte aluminium is Al2O3 and AlF3 has good property to absorb vapour. After the water contained in the originated materials goes into electrolyte, AlF3 reacts with water hydrolyzed and the rest of water is electrolyzed into hydrogen and oxygen. Hydrogen enteres aluminum liquid by diffusing and autoecious in Al2O3, which is the main source of hydrogen in electrolyte aluminum liquid. The hydrogen is produced by the reaction of Al and autoecious mechanism during anode effect dealing process, which has important effect on the formation of Al electrolyte. Hydrogen produced in the course of Al electrolysis pollutes aluminum liquid by diffusion and autoecious mechanism is the main rootstock affecting the metallurgical quality of liquid-Al in short-flow process.

基金信息:国家重大基础研究发展规划资助项目



详情信息展示

电解铝液中氢形成机理

贺永东1, 2,张新明1

(1. 中南大学 材料科学与工程学院,湖南 长沙 410083;

2. 金川集团有限公司,甘肃 金昌,737100)

摘  要:对铝电解过程中铝液中氢的形成机理进行研究。研究结果表明:电解铝所用的原材料(Al2O3和AlF3等)有良好的吸水性能,所携带的水分进入电解液后,或与氟化盐发生水解反应,或被电解成氢和氧,析出的氢通过扩散和Al2O3寄生机制进入铝液,这是电解铝液中氢的主要来源。水分与铝反应所产生的氢通过Al2O3夹杂物-气体寄生机制进入铝液,对电解铝液中氢的形成有重要影响;铝电解过程生成的氢通过扩散和寄生机制对铝液的污染,是短流程工艺影响铝熔体冶金质量的主要根源。

关键词:铝液;水解;电解;H2O;H2;阳极效应

中图分类号:TG290;TG803.25         文献标识码:A         文章编号:1672-7207(2007)06-1055-08

Formation mechanism of hydrogen in electrolyte aluminum liquid

HE Yong-dong1, 2, ZHANG Xin-ming1

(1. School of Materials Science and Engineering, Central South of University, Changsha 410083, China;

2. Jinchuan Group Company Limited, Jinchang 737100, China)

Abstract: Formation mechanism of hydrogen during aluminum electrolyte liquid was discussed. The results show that the originated materials for electrolyte aluminium is Al2O3 and AlF3 has good property to absorb vapour. After the water contained in the originated materials goes into electrolyte, AlF3 reacts with water hydrolyzed and the rest of water is electrolyzed into hydrogen and oxygen. Hydrogen enteres aluminum liquid by diffusing and autoecious in Al2O3, which is the main source of hydrogen in electrolyte aluminum liquid. The hydrogen is produced by the reaction of Al and autoecious mechanism during anode effect dealing process, which has important effect on the formation of Al electrolyte. Hydrogen produced in the course of Al electrolysis pollutes aluminum liquid by diffusion and autoecious mechanism is the main rootstock affecting the metallurgical quality of liquid-Al in short-flow process.

Key words: aluminum liquid; hydrolyze; electrolyte; H2O; H2; anode effect

                    


 

 铝是一种化学性质活泼的金属,能与CO2和水汽反应导致铝液氧化并吸氢[1]。氢是惟一能大量溶于铝熔体中的气体,且在液态铝和固态铝中的溶解度相差极大[2]。铝液凝固折出氢所产生的气孔、疏松等缺陷,直接影响铸锭的性能和制品的质量[3]。疏松对铝制品的分层有不良的影响,产生分层的倾向取决于铝中溶解氢与分子氢的量比[4]。在铸锭中,氢引起的空位会降低制品的加工性能,造成锻件中的亮片出现缺陷,这也是退火和固溶处理铝合金中气泡缺陷的原因[5-7]。随着铝熔体氢含量的增加,铝制品中的缺陷增多[8]

目前,国际上铝熔体中氢含量最低可降至9×10-7。而高质量的铝箔以及电子工业用铝材要求氢含量在6.742×10-7以下[9]。随着对铝制品薄壁化、轻量化和高质量的要求以及电子产业、航空、航天技术的进一步发展,对铝熔体的纯净度的要求越来越高[10-11]。传统的铝液污染、净化理论是于20世纪70年代以前提出的[12]。电解铝液具有温度高、氢和氧化夹杂物含量高、钠含量高等特点,受当时技术条件的限制,人们不能直接利用电解铝液生产铸坯,而是利用重熔铝锭生产铸锭半成品。从当时的熔铸工艺特点出发,人们对铝-氢-Al2O3-H2O之间的作用机理进行了系统研究,形成了一套适应当时熔铸工艺特点的水汽污染铝液及相关的铝液净化理论[13-14]。随着技术的不断进步,直接利用高温电解铝液生产铸锭半成品的短流程工艺已经取代传统的长流程工艺,电解过程产生的氢对铝熔体的污染成为影响铝熔体冶金质量的主要原因。传统的铝液污染理论和降氢排杂方法已不能适应现代铝工业的要求[15]。在此,本文作者从当前铝电解工艺特点出发,探讨电解铝液中氢的形成机理,分析处理效应时电解铝液中氢的形成过程;根据氟平衡测试结果、电解液中氟化铝水解与水分电解之间的关系,对电解过程中的析氢量以及电解铝液中氢的扩散过程进行探讨。

1  水解、电解、效应处理、物理场耦合关系对氢形成的影响

在铝电解槽中,与铝液吸氢直接相关的2个过程分别是效应处理过程和原料带入的水分导致AlF3水解与水分电解过程。阳极气体中的气氟含量是氟化铝发生水解程度的标志,水解过程直接影响电解液中水分的电解过程,水分在电解过程中析氢是电解铝液中氢的主要来源。电解铝液中的氢仅有一部分是通过扩散过程进入铝液,一部分氢通过杂-气寄生机制吸附在氧化铝夹杂物上,随氧化夹杂物一起进入铝液中。在电解铝生产过程中,多场耦合作用决定了CO2的扩散过程、铝液-电解液界面形状和运动状态以及电解液和铝液的循环过程,对铝液-电解液界面上Al2O3夹杂物的形成过程起决定性作用,所形成的Al2O3夹杂物既是氢进入铝液的载体,也是电解铝液中溶氢的基础。铝电解槽物理场耦合关系、效应处理过程、水解-电解过程对氢形成过程的影响关系见图1。

2  阳极效应处理对铝液中氢形成的影响

阳极效应是融盐电解时独有的一种现象,是碳阳极-电解液界面上析出的CO2气体不能及时排出而导致电流阻塞的过程[15]。效应本身不导致铝液含杂、增氢,但在随后的加料和效应处理过程中能在一定程度上增加电解铝液中的氢和氧化夹杂物含量。在实际生产中,常采用2种方法熄灭效应:

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号