O núcleo da indústria de eletrólise de alumínio (adotando o processo Hall-Heroult, ou seja,processo de eletrólise do sal derretido de cryolite-alumina) é "sistema de eletrólito derretido + matérias-primas de alumínio + reagentes auxiliares"Os produtos químicos necessários giram em torno da reação eletrolítica, regulação de eletrólitos, proteção de equipamentos e remoção de impurezas.São classificados por função como se segue (adequados ao comércio externo e às necessidades de arquivamento da produção), esclarecendo o papel, a especificação e a finalidade principal de cada substância química):
I. Matérias-primas essenciais (necessárias para a reação eletrolítica, para determinar a produção de alumínio)
Esses produtos químicos são a base da produção de eletrólise de alumínio, participando diretamente da reação de redução do alumínio, e são a categoria mais consumida no processo de produção.O núcleo é de matérias-primas que contêm alumínio, apoiando a produção de alumínio metálico.
1Óxido de alumínio (Al2O3)
Como fonte principal de alumínio para a eletrólise do alumínio, é a única matéria-prima para a produção de alumínio metálico,que representam mais de 90% do consumo total de produtos químicos na eletrólise do alumínioRequisitos de especificação: óxido de alumínio de qualidade industrial, pureza ≥ 98,5%, perda de ignição ≤ 1,0%, tamanho de partícula uniforme (20-80 malhas), boa fluidez,fácil para alimentação mecanizada e dissolução em sal derretidoFunção: Após a dissolução no eletrólito fundido, é reduzido a alumínio metálico através de reação eletrolítica (reação de núcleo: 2Al2O3 → 4Al + 3O2↑).A sua pureza determina directamente a qualidade dos lingotes de alumínioO consumo global de óxido de alumínio é de cerca de 1,92-1,95 toneladas por tonelada de alumínio primário.tornando-se a matéria-prima mais importante na indústria de eletrólise de alumínio.
II. Substâncias químicas essenciais para o sistema eletrolítico (regulação das condições eletrolíticas, garantia de uma reação suave)
A reacção eletrolítica da eletrólise do alumínio deve ser realizada num eletrólito fundido.melhorar a condutividade, e são reagentes-chave indispensáveis para o processo de eletrólise, com produtos fluorados como núcleo.
1Cryolite (Na3AlF6)
O solvente central do sistema eletrolítico, insubstituível, responsável pela maior parte do consumo de produtos químicos eletrolíticos.Pureza ≥ 98%, teor de flúor ≥ 53%, teor de sódio ≤ 32%, humidade ≤ 0,5%; dividido em granulado (boa fluidez, sem poeira, adequado para arranque mecanizado de células e produção normal) e em pó (200-325 malhas,adequado para o suplemento auxiliar de eletrólise convencional) de acordo com o tamanho das partículasFunção: Dissolver o óxido de alumínio para formar um eletrólito derretido de criolita-alumina, reduzindo a temperatura de fusão do óxido de alumínio de 2050°C para 940°C.reduzindo consideravelmente o consumo de energia da eletrólise; ao mesmo tempo, melhora a condutividade dos eletrólitos, estabiliza o processo de eletrólise, protege o revestimento de carbono da célula eletrolítica e melhora a eficiência da corrente,tornando-se o solvente principal do processo Hall-HeroultO consumo mundial anual de criolita é de cerca de 700 000 toneladas, das quais mais de 90% são utilizadas na indústria de eletrólise de alumínio.Cerca de 20-30 kg de criolita são consumidos por tonelada de alumínio primário (ajustado de acordo com o tipo de célula eletrolítica).
2Fluoreto de alumínio (AlF3)
Um regulador chave do sistema eletrolítico, actuando em sinergia com a criolita, e um aditivo indispensável na produção de eletrólise de alumínio.Fluoreto de alumínio de qualidade industrial/metalúrgica, pureza ≥ 98%, teor de flúor ≥ 61%, humidade ≤ 0,5%; pode ser utilizado para a produção de eletrólise de alumínio de alta qualidade de alta pureza (pureza ≥ 99,5%).Regular a proporção molecular do sistema de sal derretida criolita-alumina (proporção molar de NaF para AlF3), controlando-o dentro de um intervalo razoável de 2,2−2.8, reduzindo assim a temperatura do líquido do eletrólito, melhorando a condutividade, reduzindo a frequência do efeito do ânodo, prolongando a vida útil da célula eletrolítica,e melhorar a pureza do líquido de alumínio e a eficiência da eletróliseO consumo global médio de fluoreto de alumínio por tonelada de alumínio primário é de cerca de 1822 kg.O consumo unitário médio é ligeiramente superior, cerca de 23 25 kg/tonelada.
3Reguladores eletrolíticos auxiliares (opcionais, para otimização do desempenho eletrolítico)
De acordo com as condições de trabalho da célula eletrolítica e os requisitos do produto, pode ser adicionada uma pequena quantidade de reguladores auxiliares para otimizar ainda mais o desempenho do eletrólito,reduzir o consumo de energia e melhorar a eficiência:
- Fluoreto de sódio (NaF): Regula a proporção molecular do eletrólito e suplementa o elemento sódio, adicionado quando a proporção molecular for muito baixa. Especificação: Pureza ≥ 98%, teor de flúor ≥ 45%.
- Fluoreto de magnésio (MgF2): reduz a temperatura do líquido do eletrólito, melhora a fluidez do eletrólito e reduz a volatilização do eletrólito. Especificação: Pureza ≥ 98%, teor de flúor ≥ 50%,A dose por tonelada de alumínio primário é de cerca de 2 a 5 kg.
- Fluoreto de cálcio (CaF2): Melhora a estabilidade dos eletrólitos, prolonga a vida útil da célula eletrolítica e inibe o efeito do ânodo. Especificação: Pureza ≥ 97%, teor de flúor ≥ 48%,dosagem ajustada de acordo com a escala da célula eletrolítica.
III. Produtos químicos relacionados com os eléctrodos (garantindo o desempenho dos eléctrodos, apoiando a reação eletrolítica)
A eletrólise de alumínio depende de eletrodos para completar a condução da corrente.Esses produtos químicos são utilizados para preparar eletrodos ou proteger eletrodos para garantir o progresso estável da reação eletrolítica.
1Matérias-primas para anodos pré-cozidos (anodos de carbono)
Os anodos pré-cozidos são os eletrodos do núcleo (anodos) da eletrólise de alumínio.
- Coque de petróleo: matéria-prima principal, pureza ≥ 98%, teor de enxofre ≤ 0,5%, utilizada para preparar a matriz de carbono do ânodo e fornecer condutividade.
- Coke de coke: matéria-prima auxiliar, utilizada para ligar partículas de coke de petróleo e melhorar a resistência do ânodo.
- Especificação: Espinha de alcatrão de carvão de grau 1, com teor de cinzas ≤ 0,3%.
2Matérias-primas para pasta de cátodo (cátodos de carbono)
A pasta de cátodo é usada para construir o cátodo da célula eletrolítica para garantir a condutividade e resistência à corrosão do cátodo.
- Grafite em pó: Melhorar a condutividade do cátodo. Especificação: Pureza ≥ 95%, tamanho de partícula 100-200 malhas.
- Antracita: matéria-prima principal, carbono fixo ≥ 85%, teor de enxofre ≤ 0,3%, utilizada para preparar a matriz de pasta de cátodo.
- Pitch de alcatrão de carvão: Aglutinante, misturado com pó de grafite e antracita para formar uma forma, os mesmos requisitos do pitch de alcatrão de carvão para ânodos pré-cozidos.
IV. Produtos químicos auxiliares (proteção dos equipamentos, remoção de impurezas, protecção da segurança)
Esses produtos químicos não participam diretamente na reação eletrolítica, mas são utilizados para garantir a segurança da produção, a estabilidade dos equipamentos e a qualidade do produto,e são o suporte auxiliar para a produção de eletrólise de alumínio.
1Proteção dos equipamentos e produtos químicos anticorrosivos
- Auxílios refratários: utilizados para a manutenção do revestimento eletrolítico da célula, como o silicato de sódio (Na2SiO3),que melhora a resistência ao fogo e a vedação do revestimento e impede a fuga de eletrólitos.
- Matérias-primas de revestimento anticorrosivo: utilizadas para a anticorrosião de equipamentos em torno da célula eletrolítica, tais como resina epóxi e resina de fluoreto de polivinil,que resistem à corrosão por ácido sulfúrico e fluoretos.
2. Removendo impurezas e tratando gases de combustão
- Hidróxido de cálcio (Ca ((OH) 2)): Utilizado para a dessulfuração e desfluorização de gases de combustão, removendo o fluoreto de hidrogénio (HF) e o dióxido de enxofre (SO2) gerados durante a eletrólise. Especificação: Pureza ≥ 90%,Tamanho de partícula superior a 200 malhas.
- Carvão ativado: utilizado para adsorver impurezas nocivas nos gases de combustão e para purificar gases residuais.
3Reagentes de segurança e auxiliares
- Ácido sulfúrico (H2SO4): Utilizado para o tratamento de limpeza e anodização de equipamentos. Especificação: Ácido sulfúrico concentrado de grau industrial a 98%.
- Hidróxido de sódio (NaOH): utilizado para a neutralização de águas residuais e limpeza de equipamentos.
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