| 单词 | 融盐电解 |
| 释义 | 【融盐电解】 拼译：molten salt electrolysis 融盐可以提供无水的离子化介质，一些金属氧化物或卤化物可以溶解在其中，形成离子。通电以后，这些金属离子能够快速地、连续地还原成金属。碱金属、碱土金属、稀土金属、铝、锌及钛等一些较活泼的金属都可以用融盐电解法生产。 融盐电解法生产金属铝是由美国的霍尔(Hall)和法国的埃鲁(Heroult)在1886年同时各自独立发明的，因此，简称为霍尔－埃鲁法(Hall-Heroult Process)。融盐电解法生产金属铝是以氧化铝为原料，使其溶解在熔融的冰晶石中，进行电解，制得较纯的金属铝。在融盐电解法生产铝工业初期，使用低分子比的冰晶石融盐，NaF／AlF3分子比为1．0左右。电解槽为通电4000～9000A的小型预焙阳极电解槽，每槽每昼夜产铝量仅20～40kg。当时的电流效率很低，只有70%左右，而生产每千克铝所消耗的电能高达40～50kW·h，电能利用率仅为15%左右。20世纪20年代，参照铁合金电炉上使用的连续自焙电极，铝电解槽开始采用连续自焙阳极。这样，使铝电解槽的容量增大到24000～30000A。每槽每昼夜产铝量达到140～200kW·h。同时，为了提高氧化铝在冰晶石融盐中的溶解度，使冰晶石的NaF／A1F3分子比增大到≥3．0。由于这些改进，电流效率提高到80%左右，生产每千克铝消耗的电能降低到20kW·h左右，电能利用率提高到约30%。50年代，世界上广泛兴起了对融盐化学的研究。其中，具有重要意义的两项贡献是，为了改善融盐的性质在冰晶石中加入CaF2、MgF2、LiF、NaCl等添加剂，和降低冰晶石融盐的NaF／AlF3分子比，使之成为酸性电解质。这些降低了冰晶石融盐的熔点和电解温度，使电流效率提高到85%。50年代中叶，炭素工业发展到能够制造出较大的预焙阳极炭块，铝工业开始建造大型预焙阳极电解槽，其目的是为了克服自焙阳极上因沥青分解产生的有害烟气。大型预焙阳极铝电解槽的容量为50000A，采用边部机械加工。冰晶石融盐的NaF／AlF3分子比为2．6～2．8，电流效率达到85%～88%，生产每千克铝耗电18kW·h左右。70年代，美、英、法、日等技术先进的国家在实现机械化操作以后，又将电子计算机应用到铝电解槽上，实行自动控制作业。同时，将边部加工改为中部加工。在自动控制作业的初期采用的是半连续下料，即每隔数分钟或数十分钟自动打开槽面结壳，往电解质融盐中加一批氧化铝。由于可以做到“勤加工，少下料”，使电解过程愈益稳定。此外，采用中部打壳下料以后，电解槽槽面基本上是用罩子罩住的，密闭程度有所提高。这样可以使用挥发性较大的低分子比冰晶石融盐，一般NaF／AlF3分子比为2．1～2．2。这些都有利于提高生产指标，电流效率达到88%～90%，生产每千克铝耗电降到13．5kW·h左右，电能利用率提高到约45%。80年代，预焙阳极铝电解槽向大型化发展。法国、瑞士、澳大利亚等国先后建成280000A大型铝电解槽。每槽每昼夜可产铝2000多Kg。为降低电解温度，采用NaF／AlF3分子比2．0～2．2的低熔点冰晶石融盐。电流效率达到92%～93%，生产每千克铝耗电降到13kW·h左右，电能利用率提高到约48%。目前，中国也在进行280000A大型铝电解槽的试验。先进的铝电解槽已采用自动点式下料控制程序。这种程序是根据电解槽似在电阻随冰晶石融盐中氧化铝浓度的变化来控制下料。当槽电阻增大时，则表示氧化铝供料不足，计算机便发出下料指令；当氧化铝供料过量时，槽电阻自行减小。如此按需下料，控制冰晶石融盐中氧化铝浓度稳定在一定范围，使电解生产能够在最佳状态下进行。与预焙阳极铝电解槽发展的同时，自焙阳极铝电解槽也在不断地发展。一般旁插棒自焙槽的容量为60000～80000A，较大的上插棒槽容量达100000～150000A。自焙阳极铝电解槽的生产技术也不断地提高，电流效率达90%左右，生产每千克铝耗电量减少到约14kW·h。此外，由于烟气净化技术的应用，大大改善了自焙阳极铝电解槽的生产环境。目前，自焙阳极电解槽仍然是生产金属铝的主要槽型之一。在这个时期，对于改变冰晶石融盐的组成，提高融盐性质的研究结果，得出多种适用于不同槽型的优良方案。如自焙阳极电解槽可采用的组成为NaF／AlF3，分子比为2．5～2．7，并加入CaF2、MgF2及LiF等添加剂。电解温度在940～950℃，电流效率可达90%。对于中部下料的预焙阳极电解槽，可采用提高AlF3浓度的办法来降低融盐的熔点，从而降低电解温度。NaF／AlF3分子比一般为2．0～2．2，甚至可低于2．0，电解温度在930～940℃，电流效率达92%～95%。对冰晶石融盐研究的总目标是降低电解温度、提高电流效率、降低生产成本。对于铝电解槽炭素阴极和炭素阳极的研究也有很大进展。为了提高炭素阴极的抗化学侵蚀性、耐热震性、阴极电压降和延长阴极使用寿命，研制出半石墨质、半石墨化及石墨化阴极炭块。在中国，一些铝厂已采用半石墨质和半石墨化阴极炭块。关于炭素阳极的研究主要在于降低阳极消耗和提高阳极活性，提高其与冰晶石融盐的湿润性。80年代中，在融盐电解铝领域进行的具有潜在变革意义的工作是开展了对惰性阳极和隋性阴极材料的研究。美、英、法、加拿大等先进国家相继投入数百万、乃至数千万美元资助研究。美国太平洋西北研究所(PNL)、麻省理工学院、美国铝业公司(ALCOA)、雷诺公司(REYNOLDS)、加拿大铝业公司以及挪威工业大学等都以很大力量从事此项研究工作。隋性阳极主要是SnO2基和NiO-NiFe2O4-Cu基的氧化物陶瓷材料。隋性阴极材料主要是TiB2。1983年美国ALCOA公司在2500A试验槽上对NiO-Fe3O4-Fe阳极进行了10周电解试验，1990年雷诺公司用NiO-NiFe2O4-Cu阳极进行了100h电解试验。存在的主要问题是阳极耗损率较大。若隋性阳极和惰性阴极材料试验成功，就可以设计多室电解槽，那么融盐电解铝的电能利用率会大大提高。该领域在今后研究的热点为：(1)提高炭素阳极的性能，降低炭耗和节能；(2)添加氧化铝技术，使氧化铝均匀地分散和溶解在融盐中；(3)电解槽的“自适应”自动控制，保持最佳的生产条件；(4)优化电解槽的热场和磁场设计；(5)耗损低的惰性阳极、惰性阴极材料和相关技术。【参考文献】：1 W．Schmidt Hatting，Changes in Bath Composition，(匹兹堡讨论会)，19852 Richards N E．Metallurgical Sociеty of AIME，19863 邱竹贤．轻金属，1988；94 Grjotheim K，Qiu Zhuxian．Molten Salt Technology 19905 Light Metals，1985～1993，Metalurgical Society of AIME(东北大学姚广春教授撰) |
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