铝电解质(electrolyte used for aluminium electrolysis)

铝电解生产用的电解质，由冰晶石(Na₃AlF₆)、氧化铝(Al₂O₃)和其他盐类添加物(如AlF₃、CaF₂、MgF₂、LiF)组成。

主要组成铝电解与铜电解不同，不能在水溶液中进行，因为在水溶液中电解时，阴极上只能析出氢而不能析出铝。因此，必须采用熔融盐电解质。铝电解质中的氧化铝是电解的原料，熔点为2323K。生产lt铝理论上需要1．89t氧化铝，实际上由于有飞扬等损失，一般需要1．92～1．94t。冰晶石是溶解氧化铝的溶剂，其熔点为1282K。天然冰晶石的分子式为Na₃AlF₆，储量很少，铝电解工业用的冰晶石是人工合成的，其分子通式为nNaF•AlF₃(n一般为2～3)。冰晶石中NaF与A1F₃的摩尔比称为冰晶石比或冰晶石摩尔比，以CR表示。CR=3的冰晶石呈中性，CR>3者呈碱性，CR<3者呈酸性。冰晶石比是铝电解生产中的一个重要技术参数，在生产过程中必须保持在一定范围内。采用计算机控制的自动半连续加料大型电解槽，所用的冰晶石比一般为2．2左右。采用机械加料的中型电解槽，冰晶石比一般为2．6～2．8。在铝电解过程中，冰晶石比不断变化。电解槽启动初期，由于阴极炭素内衬选择性地吸收NaF，NaF的损失速度大于AlF。挥发和被Na₂0、Ca0、H₂0分解的损失速度，冰晶石比会自动降低。因此，需添加NaF加以调整，使冰晶石比保持在一定范围。也可以用Na₂CO₃代替NaF。但在铝电解正常生产期间，NaF的损失速度小于A1F₃的损失速度，冰晶石比则会自动升高，必须添加AlF。加以调整。电解质中的其他盐类添加物在电解过程中损失很少，只需要定期加以补充。电解质中的氧化铝含量一般保持在3%～5%左右，在电解过程中需要定期补充。

体系1886年，埃鲁(LT．Heroult)和霍尔(c．M．Hall)发明电解冰晶石一氧化铝熔融盐的炼铝方法，并于1887年实现了小规模工业生产。初期所用的电解质体系为简单的Na₃AlF₆-Al₂0₃二元系，Al₂O₃。的含量为14%～16%。为了降低电解温度，向电解质中添加了CaF₂，其含量为5%左右。于是电解质变成为Na₃AlF₆-Al₂0₃多元系。这种三元体系的铝电解质一直用到20世纪50年代。以后开始向电解质中添加MgF，其含量为3%～4%，并同时采用CR为2．7左右的冰晶石。这时的铝电解质发展成为NaAlF-A1F、3CaF₂MgF_2-A1₂0。多元系。20世纪60年代后部分铝电解工厂向电解质中添加LIF，以此来提高电解质的导电度。

中国抚顺铝厂第一系列投产时，所用的电解质为Na₃A1F₆-A1₂0₃-CaF₂系，A1₂0₃含量为8%左右，CaF₂含量为5%左右，采用效应加工制度。1960年以后采用酸性电解质，CR=2．3～2．5，同时向电解质中添加3%～4%．MgFz，实行无效应操作制度。80年代开始，中国部分铝厂向电解质中添加2%～3%LiF，或以Lizcos代替LiF。因此，20世纪80年代中国所用的铝电解质体系有表中所列的几种。

中国所用的铝电解质体系

展望 随着铝电解槽大型预焙化以及生产操作的机械化和自动化，铝电解质成分向着低冰晶石比和低氧化铝浓度方向发展，有的铝厂已采用CR=2．1～2．3的冰晶石，氧化铝浓度保持在2%～3%的低浓度范围。

霍尔-埃鲁法电解质能满足铝电解的要求。电解质中溶解有一定的氧化铝而却不含有比铝更正电性杂质，因而保证了铝的质量；初晶温度不十分高，电解可在低于1273K温度下进行；不吸水、挥发性不大，易于操作；在电解温度下电解质的密度小于铝的密度，析出的铝会沉积在槽底上，使电解槽结构简化。但人们还在不断寻求新的电解质成分和新的炼铝方法，采用低温铝电解质是铝电解的发展方向。