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第1章 铝冶金的历史与发展1

1.1 铝冶金的历史1

1.2 现代铝工业4

1.3 铝电解槽的发展8

1.4 铝电解的生产过程16

1.5 铝电解理论的进展18

参考文献19

第2章 铝的性质和用途21

2.1 铝的物理性质22

2.2 铝的化学性质31

2.3 铝合金35

参考文献39

第3章 铝电解质体系40

3.1 NaF—AlF3二元系40

3.2 Na3AlF6—Al2O3二元系46

3.3 Na3AlF6—AlF3—A12O3三元系55

3.4 相律的应用60

3.5 工业电解质中添加剂的应用62

3.5.1 氟化钙（CaF2）63

3.5.2 氟化镁（MgF2）65

3.5.3 氟化锂（LiF）67

3.5.4 氯化钠（NaCl）71

3.5.5 添加剂的综合作用73

3.5.6 各种添加剂对冰晶石熔液初晶点的影响比较79

3.6 工业铝电解质的发展趋势81

参考文献82

第4章 冰晶石—氧化铝熔液的物理化学性质84

4.1 密度84

4.1.1 NaF—AlF3系密度84

4.1.2 Na3AlF6—Al2O3系密度90

4.1.3 添加剂对电解质密度的影响92

4.2.1 概述93

4.2 电导率93

4.2.2 NaF—AlF3系电导率99

4.2.3 Na3AlF6—Al2O3系电导率107

4.2.4 添加剂对电解质熔液电导率的影响107

4.2.5 炭粒和氧化铝沉淀对电解质电导率的影响109

4.3 迁移数112

4.3.1 概述112

4.3.3 Na3AlF6—Al2O3熔液中的离子迁移数115

4.3.2 NaF熔液中的离子迁移数115

4.4 蒸气压119

4.4.1 NaF—AlF3系蒸气压119

4.4.2 Na3AlF6—Al2O3系蒸气压123

4.4.3 NaF—AlF3—Al系蒸气压125

4.4.4 添加剂对电解质蒸气压的影响126

4.5 粘度126

4.6 铝电解质的水解反应131

参考文献137

4.7 工业铝电解质137

第5章 铝电解质的酸碱度139

5.1 铝电解质酸碱度的表示方式及其相互关系139

5.2 工业铝电解质酸碱度的演变电143

5.2.1 原始的低摩尔比电解质144

5.2.2 弱碱性至中性电解质146

5.2.3 弱酸性至酸性电解质146

5.2.4 强酸性电解质148

5.2.5 今后发展趋势149

5.3 工业铝电解质中的物相152

5.4 工业铝电解质酸碱度的测定方法154

5.4.1 概述154

5.4.2 热滴定法155

5.4.3 氟离子选择电极法156

5.4.4 电导法160

5.4.5 X射线分析法（XRF法）160

5.4.6 观察法162

5.5 铝电解质摩尔比的调整计算163

参考文献164

第6章 冰晶石熔液中氧化铝的溶解165

6.1 氧化铝的溶解热力学165

6.1.1 α-Al2O3的热焓166

6.1.2 α-A12O3在冰晶石熔液中的溶解热焓166

6.1.3 添加剂对α-Al2O3溶解热焓的影响167

6.1.4 熔液中Al的影响169

6.1.5 γ-Al2O3转变为α-Al2O3的相变热170

6.2 氧化铝的溶解反应170

6.3 氧化铝的溶解动力学172

6.3.1 温度对氧化铝溶解速度的影响175

6.3.2 添加剂对氧化铝溶解速度的影响177

6.4 工业电解槽中氧化铝的溶解177

6.5 氧化铝浓度的检测方法180

6.6 氧化铝溶解对电解质温度的影响186

6.7 氧化铝在冰晶石熔液中的溶解行为189

6.7.1 氧化铝的溶解行为189

6.7.2 氧化铝在冰晶石熔液中的胶体状态190

参考文献191

第7章 冰晶石—氧化铝熔液的离子结构和电解机理192

7.1 冰晶石晶体的结构192

7.2 冰晶石的热分解反应194

7.3 NaF—AlF3二元系的热分解率196

7.4 冰晶石的真熔点199

7.5 冰晶石—氧化铝熔液的离子结构200

7.5.1 热力学方法201

7.5.2 拉曼光谱法204

7.5.3 冰晶石—氧化铝熔液中离子质点总括表209

7.6 铝电解机理210

7.6.1 阴极反应212

7.6.2 阳极反应217

7.6.3 炭阳极消耗量218

7.6.4 阳极气体组成219

7.6.5 阳极过程的步骤221

7.6.6 铝电解的总反应223

7.7 电泳与电渗224

参考文献224

第8章 铝电解中的阳极过电压和阳极效应226

8.1 铝电解中的阳极过电压226

8.2 铝电解中的阳极效应235

8.2.1 概述235

8.2.2 临界电流密度236

8.2.3 阳极效应时的气体组成243

8.3 阳极效应发生机理学说248

8.3.1 湿润性学说248

8.3.2 氟离子放电学说249

8.4.1 在微型电解槽上观测阳极效应253

8.4 对阳极效应的新观测253

8.3.3 静电引力学说253

8.4.2 在透明电解槽上观测阳极效应255

8.4.3 在惰性阳极材料上观测阳极效应255

8.4.4 用慢扫描示波技术观测阳极效应257

8.5 工业电解槽上发生阳极效应的三个步骤264

8.6 水溶液电解中的阳极效应268

8.7 对阳极效应发生机理的新认识268

8.7.1 提高电流密度而发生的阳极效应270

8.7.2 减小氧化铝浓度而发生的阳极效应270

8.7.3 “效应”综合评论271

参考文献272

第9章 炭阴极上析出钠和生成碳化铝274

9.1 析出钠274

9.1.1 化学反应置换钠274

9.1.2 电化学反应析出钠278

9.2.1 生成碳化铝的反应热力学282

9.2 生成碳化铝282

9.2.2 电解质内生成碳化铝285

9.2.3 铝液中生成碳化铝286

9.2.4 炭阴极上生成碳化铝289

9.3 生成碳钠化合物293

9.4 生成氰化物294

9.4.1 概述294

9.4.2 怎样抑制氰化物的生成294

参考文献296

第10章 铝在冰晶石熔液中的溶解现象和再氧化反应297

10.1 铝的溶解现象297

10.2 铝的溶解本性299

10.3 金属雾的特征303

10.4 金属雾的结构307

10.5 金属雾颜色的诠释309

10.6 铝的电化学溶解与阴极保护311

10.7 铝在冰晶石熔液中的溶解度319

10.8 工业铝电解槽中铝的溶解损失与律速步骤327

参考文献339

附彩色图片注解341

第11章 铝电解的电流效率343

11.1 铝的电化学当量343

11.2 电流效率降低的原因344

11.2.1 高价—低价离子循环转换345

11.2.2 水电解347

11.2.3 电解质中杂质的影响349

11.2.4 冰晶石—氧化铝熔液中的电子导电355

11.3 电解参数对电流效率的影响357

11.3.1 电流密度357

11.3.2 温度363

11.3.3 极间距离364

11.3.4 氧化铝浓度365

11.3.5 添加剂367

11.4 电解质的流体力学对电流效率的影响371

11.5 电流效率的数学关系式373

11.6 电流效率的测定方法378

11.6.1 盘存法379

11.6.2 回归法380

11.6.3 气体分析法387

11.7 提高电流效率的预测393

11.8 铝在其他融盐中的电流效率395

11.8.1 概述395

11.8.2 氯化钠—氯化铝电解395

参考文献398

第12章 铝电解中的能量平衡400

12.1 氧化铝的分解电压400

12.1.1 在惰性阳极上的分解电压401

12.1.2 在活性阳极上的分解电压405

12.1.3 考虑活度时的分解电压409

12.2 铝电解质其他组分的分解电压413

12.3 理论电耗率414

12.4 铝电解槽的电压分配417

12.5 铝电解槽的能量平衡418

12.6 节省电能的潜力423

12.6.1 提高电流效率423

12.6.2 降低平均电压423

12.7 节省电能的展望425

12.7.1 惰性阴极电解槽426

12.7.2 惰性阳极电解槽428

12.7.3 多室氧化铝电解槽430

12.8 低温铝电解431

12.8.1 概述431

12.8.2 低温电解与节能的关系431

12.8.3 低温电解质434

12.8.5 铝液上浮的低温电解439

12.8.4 低温铝电解的电流效率439

参考文献443

第13章 冰晶石—氧化铝熔液对炭电极的湿润和渗透445

13.1 概述445

13.2 冰晶石—氧化铝熔液的表面张力447

13.3 冰晶石—氧化铝熔液对炭电极的湿润现象449

13.4 影响湿润性的因素457

13.4.1 电流密度和铝的影响457

13.4.2 氧化铝浓度的影响458

13.4.3 冰晶石摩尔比的影响460

13.4.4 炭素材质的影响462

13.4.5 炭阳极中添加锂盐的影响464

13.4.6 炭阴极上涂覆硼化钛层的影响464

13.4.7 铝合金组成对炭阴极湿润性的影响464

13.5.1 双室电解槽的渗透实验466

13.5 冰晶石—氧化铝熔液对炭阴极的渗透466

13.5.2 工业铝电解槽阴极内衬的解剖469

13.5.3 电解质向炭阴极渗透的理论472

参考文献475

第14章 铝的精炼476

14.1 铝的纯度476

14.2 铝中杂质元素的平衡479

14.3 铝液净化482

14.4.1 概述486

14.4 三层液电解法制取精铝486

14.4.2 三层液精炼电解质489

14.4.3 三层液电解精炼中的电化学反应493

14.4.4 铝及铝—铜合金在电解质中的溶解度495

14.4.5 三层液电解中的阴极电流效率497

14.4.6 三层液电解中的阳极电流效率499

14.5 偏析法制取精铝501

14.6 有机溶液电解法制取高纯铝503

14.7 区域熔炼法制取高纯铝505

14.8 高纯度铝的鉴定506

参考文献507

第15章 炼铝新方法509

15.1 概述509

15.2 氧化铝的电热还原510

15.2.1 反应热化学510

15.2.2 Al—O—C系相图514

15.3.1 电热法熔炼铝合金的发展519

15.3 铝矿的电热还原519

15.3.2 电热法流程520

15.3.3 熔炼Al—Si合金的还原反应521

15.3.4 原料组成与合金中铝含量的关系522

15.4 从电热法粗合金中提取共晶铝硅525

15.5 从电热法铝硅合金中提取纯铝526

15.5.1 电解法527

15.5.2 低价氯化铝歧解法528

15.6.1 概述544

15.6 氯化铝电解法544

15.6.2 氯化铝电解法的物理化学548

15.6.3 氯化铝电解的机理552

15.6.4 氯化铝电解的电流效率554

15.7 融盐电解法制取铝基母合金556

15.7.1 概述556

15.7.2 热力学原理557

15.7.3 铝基母合金中合金元素的浓度范围559

15.7.4 用融盐电解法制取铝基母合金的电流效率559

15.7.5 铝基母合金中合金元素浓度递增律562

15.7.6 铝硅母合金中硅浓度的极限565

15.8 对炼铝新方法的展望567

参考文献567

附录569

附表1 元素的电化学当量569

附表2 金属在卤化物融盐中的标准电位值572