鋁三層液電解精煉原理

電位比鋁更正的銅、鐵、硅、鋅、鈦、鉛、錳等雜質(zhì)在電解精煉中不被電化學溶解，存留于陽極合金中。而電位比鋁更負的鈉、鈣、鎂等雜質(zhì)則隨同鋁一起被電化學溶解，以離子形式進入電解質(zhì)中。在電解精煉所控制的電壓條件下只有Al³ 優(yōu)先在陰極表面放電，Na 、Ca² 、Mg² 離子存留于電解質(zhì)中。鋁因此被提純。

鋁三層液電解精煉（electrvrefining of alu-minium in three layers）是指一種采用電解提純的鋁精煉方法。所用陰極、電解質(zhì)、陽極皆為液體，因彼此密度不同而分成上中下三層并由此而得名。

該法由貝茨（A. G. Betts）于1905年提出，可使純度約99.8%的原鋁提純到99. 996%的精鋁，1922年第一次在工業(yè)上得到應用。精鋁的導電性和耐腐蝕性比原鋁好，多用作制造電工器件、耐腐蝕器皿及其他一些特殊用途 。

鋁三層液電解精煉的主要設備，電解槽最外部為鋼殼，內(nèi)襯石棉板，里面是保溫磚和耐火磚，底部最里面由鑲有鋼棒的碳塊砌成，側(cè)面內(nèi)部由鎂磚砌成，在一側(cè)修有料室經(jīng)側(cè)下部與陽極合金連通，液體鋁陰極（精鋁）與陰極母線的連接有三種方式：用固體鋁陰極（精鋁鑄成），用石墨電極，用液體鋁電極。電流從陽極母線經(jīng)陽極鋁棒導入底部碳塊，經(jīng)陽極合金、熔觸電解質(zhì)，陰極鋁液、固體鋁陰極（或石墨電極或液體鋁電極）導入陰極母線再進入下一電解槽。陰極母線可上下移動調(diào)節(jié)電極位置 。

有氟氯化物和純氟化物兩大體系。為了減少熱損失，降低電耗，減少電解質(zhì)揮發(fā)損失，NaF與AlF₃的摩爾比一般控制在1-1.5之間。加入鋇鹽主要是為了提高電解質(zhì)的密度。使之介于精鋁密度（2300kg/m³）和陽極鋁銅合金密度（3200-3500kg/m³）之間（2700kg/m³）。NaCl可提高電解質(zhì)的電導率，并防止在陰極上生成高熔點的BaF₂。氟氯化物電解質(zhì)因初晶溫度較低，電導率較高而多被采用。

為由原鋁（待精煉的鋁）和銅組成的陽極合金，含銅33%-45%，熔點為823K。銅在理論上不消耗，它的作用是提高合金密度達到與電解質(zhì)、高純鋁分層的目的。精煉過程中陽極合金的鋁不斷地消耗，銅含量不斷地提高，因此要定時往陽極合金中補充原鋁，使其保持所要求的含鋁量。精煉過程中硅、鐵等雜質(zhì)在陽極合金中積累，到硅量達5%-7%、鐵量達3%-5%時，在加料室的低溫處呈固相殘渣析出。固相殘渣的主要成分是FeAl₃、Fe₂SiAl₃和FeSi₂Al₄，要定期從料室中撈出 。

槽電壓一般為6V左右，其大小由極間距控制。每天須補充電解質(zhì)以調(diào)整極間距，進而達到調(diào)整電解溫度的目的。電解槽容量一般從8kA到30kA，還有高達75kA的。電流效率一般為95%-98% 。2100433B

世界上采用電解精煉生產(chǎn)的精錫約占精錫總產(chǎn)量的10%。電解精煉生產(chǎn)周期長，錫周轉(zhuǎn)慢。耗電量大。因此應用不廣，酸性電解液由于導電性好，電解在常溫下進行，應用比堿性電解液多。電解精煉能一次有效除去粗錫中的全部雜質(zhì)，可產(chǎn)出高質(zhì)量的精錫并有利于伴生有價金屬的回收，對含貴金屬的粗錫精煉較為適用 。

電解精煉以金屬的標準電機電位和超電位理論為依據(jù)。在控制一合適電解電壓下電解使陽極中的錫溶解，而標準電極電位比錫正的雜質(zhì)則不溶解而成為陽極泥與錫分離。標準電極電位比錫負的雜質(zhì)金屬與錫一起溶于電解液中，但由于這些雜質(zhì)量很少，在電解液中達不到一定的濃度則不會與錫一起在陰極上析出。對于和錫標準電極電位相近的鉛，使其與電解液形成難溶的鹽類而與錫分離。鐵在電解精煉時容易還原和氧化，應預先用火法精煉除去。

在實際電解中，氫的析出超電位比錫的標準電極電位大，并隨陰極電流密度增加而增大。錫的析出超電位很小，在一般電解液濃度范圍內(nèi)，其標準電極電位與平衡電位相接近，因此在標準電極電位表上比氫負的錫，能在粗錫電解精煉的條件下析出 。

影響鉻電解精煉的因素很多，下面分析幾種主要對電解金屬鉻品質(zhì)的影響因素。

1. 原料

原料金屬鉻的純度是影響鉻電解精煉效果的主要因素，如果原料純度不夠會影響產(chǎn)品熔鹽電解鉻的質(zhì)量，品位高的原料得到的電解鉻產(chǎn)品中鉻含量相對較高，原料品位不同時，得到的產(chǎn)品鉻含量趨勢: 當原料品位較高時，電解得到的金屬鉻成分明顯升高，且隨著電解周期的延長，產(chǎn)品鉻含量有逐漸上升趨勢?？梢?，原料品位是產(chǎn)品成分提升的主要影響因素。鉻原料品位99 級電解金屬鉻優(yōu)于鉻原料品位98 級，其電解金屬鉻含鉻量達到99.4%以上。

2. 電解質(zhì)濃度

電解質(zhì)的濃度對電解產(chǎn)品有一定的影響。主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的外觀及產(chǎn)品成分上。電解質(zhì)濃度由6%到18%之間。

當電解質(zhì)濃度增加到8%～18% 時，電解產(chǎn)品無固定形狀，且產(chǎn)品較糙，稍用力壓即成一扁平狀，無金屬光澤及硬度。電解質(zhì)濃度低到6%～7% 時，電解產(chǎn)品成樹枝狀或松塔狀，產(chǎn)品較亮，有金屬光澤及硬度，且產(chǎn)品鉻含量均在99%以上。

3. 電解電壓

電解電壓的升高可使電解產(chǎn)品由細絲狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻詈椭?，且有金屬光澤和硬度。當電解電壓控制?.40～0.45 V，產(chǎn)品外觀形狀穩(wěn)定，且產(chǎn)品中氧含量在0.04%～0.09% 之間，相對較低。

4. 電解溫度

同一周期，隨著電解溫度的升高產(chǎn)品產(chǎn)量相對有增加，當電解溫度由620 ℃上升到800 ℃時，產(chǎn)品外觀形狀明顯變好，由原來的草灰狀變?yōu)橛泄鉂傻尼槧盍希a(chǎn)品產(chǎn)量由原來的120 g 增加到570 g，但當電解溫度過高，提高到850 ℃時，棒上幾乎無產(chǎn)品。當電解溫度維持在700～800 ℃時，不僅產(chǎn)品外觀形狀穩(wěn)定，且產(chǎn)品質(zhì)量及成分也相對穩(wěn)定 。