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第十三章 原铝的精炼 13.1 原铝的质量 从Na3AlF6－A12O3熔盐电解所得的原铝中金属杂质主要是Fe、Si、Cu。它们主要是原材料（氧化铝、氟化盐、阳极）带入的，生产中铁工具和零件的熔化以及内衬材料的破损、炉帮的熔化等也可成为其来源。因此，提高原铝的质量，首先是要选用高质量的原材料；再是精心操作防止杂质进入电解槽。 13.1 原铝的质量 13.1 原铝的质量 电解原铝的质量基本上能满足国防、运输、建筑、日用品的要求。但是，有些部门对铝的质量标准要求超过上述，如某些无线电器件；制造照明用的反射镜及天文望远镜的反射镜；石油、化工机械及设备（如维尼纶生产用反应器、储装浓硝酸、双氧水的容器等）以及食品包装材料和容器等需要精铝（铝含量大于99.93～99.996％），或高纯铝（含铝99.999％以上），甚至超高纯铝（6个9以上）。因为精铝比原铝具有更好的导电导热性、可塑性、反光性和耐腐蚀性。 13.1 原铝的质量 铝是导磁性非常小的物质，在交变磁场中具有良好的电磁性能，纯度愈高，其导磁性越小，低温导电性能也越好。 精铝一般需通过精炼获得。原铝精炼方法很多，主要有三层液精炼法、凝固提纯法、区域熔炼以及有机溶液电解精炼法等。 13.2 三层液电解精炼 三层液电解精炼是原铝精炼的主要方法。该法于1901年由胡帕发明，因精炼体系由三层熔体组成而得名。阳极熔体由待精炼的原铝和加重剂（一般是铜）组成，它的密度大（3.2～3.5g/cm3）而居最下层；中间一层为电解质，密度为2.5～2.7g/cm3；最上一层为精炼所得的精铝，密度为2.3g/cm3，它与石墨阴极或固体铝阴极相接触，成为实际的阴极（或称阴极熔体）。精炼电解槽如下图所示。 13.2 三层液电解精炼 13.2 三层液电解精炼 13.2.1 三层液电解精炼的原理 三层液精炼是应用可溶性阳极熔体的电冶金过程。其原理是，阳极合金中铝失去电子，进行电化学溶解，变成Al3+进入电解质，在外加电压的推动下，Al3+又在阴极上得到电子进行电化学还原，即： 在阴极 Al3++3e →Al(液)，比铝更正电性的杂质，如Fe, S i, Cu等不溶解； 在阳极 Al(液)-3e →Al3+，而比铝更负电性的杂质，如Na, Ca, Mg等不析出。 13.2 三层液电解精炼 在上述过程中，原铝中，或者是阳极合金中，比铝更正电性的杂质，如 Fe、Cu、Si等不发生电化学溶解，而留在阳极合金中；在电解质中比铝更负电性的杂质，如Na+、Ca2+、Mg2+等不能在阴极放电析出，而残留于电解质中，从而达到精炼的目的。 13.2 三层液电解精炼 精炼过程中，铝在阳极溶解，阴极析出，电化学过程本不致消耗电能。但由于存在明显的浓差极化，其值达到0.35～0.40V，而且极距较大，有较大的电解质电压降。此外电解中，没有气体析出，也不发生阳极效应。根据精炼的特征对阳极合金和电解质都有一定的要求。 13.2 三层液电解精炼 13.2.2 阳极合全 三层液精炼用的阳极合金应具有如下的特点： 熔融合金的密度要大于电解质的密度； 合金的熔点要低于电解质； 铝在合金中溶解度要大，合金元素应是比铝更正电性元素。 13.2 三层液电解精炼 工业上通常采用铜作合金，当合金中铜含量为33～45％时，其熔点为550～590℃，密度为3.2～3.5g/cm3，Cu的电化学电位比铝要正得多。因此，铜完全能满足上述要求。 在精炼过程中，合金中铝的含量降到35～40%时，合金的熔度会急剧上升，当高于料室温度时，其中合金就会凝固。因为料室的温度比相内温度要低30～40℃。因此必须定期地向料室补充原铝。 13.2 三层液电解精炼 13.2.3 电解质 精炼所用的电解质须满足如下的要求： 13.2 三层液电解精炼 目前，工业上采用的电解质有两大类： 氟氯化物：AlF325～27%,NaF13～15%,BaCl250～60%,NaCl5～8%. 纯氟化物: AlF335～48%,NaF18～17%, CaF216%, BaF2l8～35%. 对于原铝精炼，这两类电解质的物理化学性质都能满足上述要求。 13.2 三层液电解精炼 下表为18kA精炼槽的主要技术参数和经济指标。 13.2 三层液电解精炼 三层液精炼的正常操作 出铝 补充原铝 补充电解质 更换或清理阴极 捞渣 13.3 凝固提纯法制取高纯铝 固溶体的相平衡理论：完全互溶的固溶体在冷凝（或熔化）时，各种组分在固相和液相中的浓度是不同的。 凝固提纯分为：定向提纯；分步提纯；区域熔炼。 13.3 凝固提纯法制取高纯铝 13.3 凝固提纯法制取高纯铝 13.4 有机溶液电解精炼 Ziegler等人利用氟化钠和三乙基铝的配合物作电解质制得了99.999%的