電流效率測定方法

鍍液電流效率的測試通常是采用銅庫侖計法。銅庫侖計實際上是一個鍍銅電解槽。它具有電流效率為100%，而電極上的析出物又都能收集起來的特點，并且鍍槽中沒有漏電現(xiàn)象。測試的精確度可達到0．1%～0．05%，完全可以滿足電沉積工藝的要求。銅庫侖計的電解液組成如下：硫酸銅l25g/L，硫酸25ml/L，乙醇50ml/L。

銅庫侖計與被測電解液的連接方法如圖1所示。

測量電流效率的銅庫侖計.測量前將銅庫侖計的陰極試片b和被測試電解液槽中的陰極試片a洗干凈、烘干并準(zhǔn)確稱重。按被測電解液的工藝要求通電一段時間后，取出試片a和b，洗凈、烘干再準(zhǔn)確稱重。然后按下式計算出陰極電流效率：

η_R=

式中：

η_R—被測液陰極電流效率；

a—被測液鍍槽中陰極試片的實際增重；

b—銅庫侖計上陰極試片b的實際重量；

R—被測鍍液中陰極上析出物質(zhì)的電化當(dāng)量，g/(A·h)；

1.186—銅的電化當(dāng)量，g/(A·h)。

電解時，人們希望直流電源所提供至陰極的電子全部用來還原沉積鍍層所需的金屬組分，即全部用于主反應(yīng)上。但實際上，副反應(yīng)的發(fā)生也會消耗電子，即電流的利用率往往達不到百分之百，這就存在一個電流利用效率的問題。為了表征電流利用率的大小，確定了一個鍍液指標(biāo)參數(shù)——電流效率。常用η表示陰極電流效率，ηa表示陽極電流效率，均以百分比表示。

陰極電流效率有2種定義：

(1)通過一定電量時陰極上實際沉積的金屬質(zhì)量與通過相同電量時理論上應(yīng)沉積的金屬質(zhì)量之比；

(2)沉積一定質(zhì)量的金屬時理論上應(yīng)通入的電量與沉積相同質(zhì)量的金屬時實際消耗的電量之比。

計算公式為：

η=m'÷m×100%=m'÷(I·t·k)×100%

式中：

η——為電流效率；

m'——為實際產(chǎn)物質(zhì)量；

m——為按法拉第定律獲得的產(chǎn)物質(zhì)量；

I——為電流強度（A)；

t——為通電時間(h)；

k——為電化當(dāng)量(g·/(A·h))。

由不同電鍍液或不同鍍種所獲得的鍍層的重量與理論值的比率可知，不同鍍液或鍍種的電流效率有很大差別。某些電鍍?nèi)芤旱年帢O電流效率見下表所列。

物料平衡與熱平衡的和諧統(tǒng)一是鋁電解生產(chǎn)管理的精髓。物料平衡和熱平衡都是動態(tài)的，是相互影響和不斷變化的，穩(wěn)定性很差。Al₂O₃濃度控制技術(shù)是80年代法國彼施涅公司提出的一種在鋁業(yè)界有重要影響的專利技術(shù),該技術(shù)采用“欠量下料”與“過量下料”交替進行的下料方式，通過掌握氧化鋁濃度與電解質(zhì)電阻的變化規(guī)律，能夠可靠實現(xiàn)物料動態(tài)平衡。

1、氧化鋁濃度與電解質(zhì)壓降的變化關(guān)系

由于氧化鋁溶解時生成體積龐大的鋁氧氟絡(luò)合離子，電解質(zhì)電阻隨著氧化鋁濃度升高而增大，但氧化鋁濃度低于4.0%左右以后，由于電解質(zhì)對炭陽極的濕潤性下降，陽極過電壓逐步升高。

2、氧化鋁濃度對電流效率的影響

低分子比和低過熱度工藝都是提高電流效率的有效途徑，但他們是相互制約的，因為低分子比和低過熱度都不利于氧化鋁溶解，都不利于電解生產(chǎn)平穩(wěn)進行。低氧化鋁濃度也是提高電流效率的有效措施，而且低氧化鋁濃度工藝可以彌補低分子比和低過熱度電解質(zhì)溶解氧化鋁的不足，因此氧化鋁濃度控制技術(shù)是組織低分子比和低過熱度電解生產(chǎn)的必要前提。

近年來的電解機理研究表明，在陽極區(qū)間氧化鋁濃度越低，電解質(zhì)中的CO₂氣泡與鋁的接觸面積越小，減小了鋁的二次氧化機會，從而有利于提高電流效率。在陰極區(qū)間，鋁在電解質(zhì)中的溶解度與鋁液上表面的氧化鋁濃度呈反比，又不利于提高電流效率，但總體而言低氧化鋁濃度有利于提高電流效率。

3、過欠量下料對熱平衡的影響

由于載氟氧化鋁與液體電解質(zhì)存在約850℃的溫度差，因此，下料量的多少直接影響電解槽的熱平衡。預(yù)熱100kg載氟氧化鋁需要約2.28×107J的熱量，相當(dāng)于日均電壓4.6mv，溶解100kg氧化鋁需要約3.41×107J的熱量，相當(dāng)于日均電壓6.8mv。如果兩小時連續(xù)過量加工提高氧化鋁濃度2%，則兩小時內(nèi)的需耗用135mv的電壓進行熱補償。因此，最大過量周期應(yīng)以一小時左右為宜，力爭把氧化鋁濃度控制在1.8%～2.5%的理想?yún)^(qū)域。

4、槽電壓平穩(wěn)是濃度控制的技術(shù)保證

氧化鋁濃度控制技術(shù)是依據(jù)濃度與電壓的對應(yīng)變化關(guān)系來判斷的，因此必須最大限度地消除其他因素對電壓的影響。造成電壓波動的兩個主要因素是極距調(diào)整和鋁液異常波動。計算機的自動電阻調(diào)整可以通過濾波處理，而鋁液異常波動既降低電流效率又破壞電解槽爐幫，從而使?jié)舛瓤刂茻o法可靠進行準(zhǔn)確判斷。因此，電壓針振是造成氧化鋁濃度失控的主要因素，如何防止電壓針振關(guān)鍵是實現(xiàn)沉淀的形成和溶解速度基本一致，保持爐底潔凈，以減弱水平電流的影響。 2100433B

電能消耗與槽電壓成正比，與電流效率成反比。因此，凡有利于降低槽電壓、提高電流效率的因素，均起到降低電解電耗的作用，電能消耗量是綜合反映電解生產(chǎn)的工藝技術(shù)和組織管理水平的一項重要指標(biāo) 。2100433B