電流效率公式

電解時(shí)，人們希望直流電源所提供至陰極的電子全部用來(lái)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(shí)際上，副反應(yīng)的發(fā)生也會(huì)消耗電子，即電流的利用率往往達(dá)不到百分之百，這就存在一個(gè)電流利用效率的問(wèn)題。為了表征電流利用率的大小，確定了一個(gè)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(yáng)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(guò)一定電量時(shí)陰極上實(shí)際沉積的金屬質(zhì)量與通過(guò)相同電量時(shí)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(shí)理論上應(yīng)通入的電量與沉積相同質(zhì)量的金屬時(shí)實(shí)際消耗的電量之比。

計(jì)算公式為：

η=m'÷m×100%=m'÷(I·t·k)×100%

式中：

η——為電流效率；

m'——為實(shí)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(qiáng)度（A)；

t——為通電時(shí)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(jiàn)下表所列。

鍍液電流效率的測(cè)試通常是采用銅庫(kù)侖計(jì)法。銅庫(kù)侖計(jì)實(shí)際上是一個(gè)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(lái)的特點(diǎn)，并且鍍槽中沒(méi)有漏電現(xiàn)象。測(cè)試的精確度可達(dá)到0．1%～0．05%，完全可以滿足電沉積工藝的要求。銅庫(kù)侖計(jì)的電解液組成如下：硫酸銅l25g/L，硫酸25ml/L，乙醇50ml/L。

銅庫(kù)侖計(jì)與被測(cè)電解液的連接方法如圖1所示。

測(cè)量電流效率的銅庫(kù)侖計(jì).測(cè)量前將銅庫(kù)侖計(jì)的陰極試片b和被測(cè)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(cè)電解液的工藝要求通電一段時(shí)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(jì)算出陰極電流效率：

η_R=

式中：

η_R—被測(cè)液陰極電流效率；

a—被測(cè)液鍍槽中陰極試片的實(shí)際增重；

b—銅庫(kù)侖計(jì)上陰極試片b的實(shí)際重量；

R—被測(cè)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)。

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(dòng)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(guó)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(guò)量下料”交替進(jìn)行的下料方式，通過(guò)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(shí)現(xiàn)物料動(dòng)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(shí)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(duì)炭陽(yáng)極的濕潤(rùn)性下降，陽(yáng)極過(guò)電壓逐步升高。

2、氧化鋁濃度對(duì)電流效率的影響

低分子比和低過(guò)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?yàn)榈头肿颖群偷瓦^(guò)熱度都不利于氧化鋁溶解，都不利于電解生產(chǎn)平穩(wěn)進(jìn)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(bǔ)低分子比和低過(guò)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(guò)熱度電解生產(chǎn)的必要前提。

近年來(lái)的電解機(jī)理研究表明，在陽(yáng)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(jī)會(huì)，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(guò)欠量下料對(duì)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(shí)連續(xù)過(guò)量加工提高氧化鋁濃度2%，則兩小時(shí)內(nèi)的需耗用135mv的電壓進(jìn)行熱補(bǔ)償。因此，最大過(guò)量周期應(yīng)以一小時(shí)左右為宜，力爭(zhēng)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(duì)應(yīng)變化關(guān)系來(lái)判斷的，因此必須最大限度地消除其他因素對(duì)電壓的影響。造成電壓波動(dòng)的兩個(gè)主要因素是極距調(diào)整和鋁液異常波動(dòng)。計(jì)算機(jī)的自動(dòng)電阻調(diào)整可以通過(guò)濾波處理，而鋁液異常波動(dòng)既降低電流效率又破壞電解槽爐幫，從而使?jié)舛瓤刂茻o(wú)法可靠進(jìn)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(shí)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(xiàng)重要指標(biāo) 。2100433B