电解槽的设计论文.doc

-题 目： 电解槽的设计姓 名： 杨倩 学 号： 200706023 专 业： 材料工程 指导教师： 刘柳 2010 年 5 月 摘要：电解是湿法冶金的主要方法之一，所用主要设备电解槽由槽体、电解液、阳极和阴极组成，电解就是通过阴阳极在电解液中的电子迁移，得到所需金属的方法。在电解槽的设计中，电解槽内衬是影响槽体的主要原因之一，构成材料必须耐腐蚀、具有良好的绝缘性、热导性、及高强度。经研究分析，玻璃钢材料优越于炭素材料，是替代炭素材料电解槽内衬的理想材料。关键词：电解槽，电解，电极，电解槽内衬，阴极，阳极，玻璃钢材料，炭素材料Abstract Electrolysis is one of the main methods hydrometallurgy, the main equipment used in electrolytic cell by the tank, electrolyte, anode and cathode composition, electrolysis is the negative pole of the electron mobility in the electrolyte, to obtain the required method of metal. The design of the electrolyzer, electrolyzer tank lining is one of the main effects, constitute material must be corrosion-resistant, has good insulation, thermal conductivity, and high strength. After analysis, the glass is superior to carbon steel materials, is an alternative carbon material an ideal material for electrolytic cell lining.Key words Electrolyzer, electrolysis, electrode, electrolytic cell lining, cathode, anode, glass fiber reinforced materials, carbon materials22 / 25目录一、电解槽综述11.1 电解槽的简述11.2 电解槽存在的问题31.3 电解槽31.3.1 电解槽结构41.3.2 电解槽内部部件材质6二、电解槽内衬92.1 电解槽的内衬材料92.2 玻璃钢材料和碳素材料性能分析92.2.1玻璃钢材料102.2.2 碳素材料152.2.3 炭素材料和玻璃钢材料的比较19三、结论20一、 电解槽综述1.1 电解槽的简述电解槽是电解所用的主题设备。所谓电解（Electrolysis）是将电流通过电解质溶液或者熔融态物质（又称电解液），在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加电压时可以发生电解过程。即电流通过物质而引起化学变化的过程，是物质失去或获得电子的过程。此过程一般是在电解池中进行，电解池是由分别侵没在含有正、负离子的溶液中的阴阳两个电极构成，电流流进负电极（阴极），溶液中带有正电荷的正离子迁移到阴极，与电子结合，变成中性的元素或分子；带负电荷的负离子迁移到另一电极（阳极），给出电子，变成中性元素或分子。电解在现今广泛用于冶金工业中，如从矿石或化合物中提取金属（电解冶金）或提纯金属（电解提纯），以及从溶液中沉积出金属（电镀）。下图是电解的原理：电解槽中文(Dian Jie Cao);英文(Electrolyzer)。所谓电解槽:就电解质储存槽叫电解槽。电解槽材质种类:PP/PPN/FRP/CPVC/PVDF。电解槽可分为隔膜电解槽和无隔膜电解槽两类。隔膜电解槽又可分为均向膜(石棉绒）、离子膜及固体电解质膜（如-Al2O3）等形式；无隔膜电解槽又分为水银电解槽和氧化电解槽等。 工业中使用的电解槽由槽体、电解液、阳极和阴极组成，多数用隔膜将阳极室和阴极室隔开。按电解液的不同分为水溶液电解槽、熔融盐电解槽和非水溶液电解槽三类。当直流电通过电解槽时,在阳极与溶液界面处发生氧化反应,在阴极与溶液界面处发生还原反应，以制取所需产品。对电解槽结构进行优化设计,合理选择电极和隔膜材料,是提高电流效率、降低槽电压、节省能耗的关键。目前电解槽正朝大容量、低能耗方向发展。1.2 电解槽存在的问题随着科技的快速发展，技术的成功开发以及各项新技术的综合利用，越来越多的工厂使用产量大、自动化程度高、环保节能、电流效率达93%95%的电解槽。由于环保法规的日趋严格及国家产业政策的要求，许多侧插自焙铝电解槽都要足部改造为中间下料的小型预焙铝电解槽。（铝电解槽是一种特殊的高温冶炼设备，它不仅要起到盛装铝液，高温熔融氯化盐电解质作用，而且底部炭块要有良好的导电性及抗钠、电解质侵蚀能力，侧衬材料具有良好的导热、抗氧化性能。）对于中间下料预焙槽技术氧化铝集中在中间加入，边部氧化铝浓度相对较低，是的侧部炭块失去保护，直接与电解质、铝液、氧化气氛接触，易被氧化、冲刷，加速侧部炭块的剥落、破损。侧部炭衬很薄时，容易红炉帮，给电解槽的操作带来困难，稍有不慎就会造成侧部漏炉，影响电解槽寿命，造成很大经济损失。因此急需开发一种导热性好、耐侵蚀、抗氧化、绝缘性好的新型侧衬材料，使电解槽侧部形成稳定的炉帮，理想的炉膛形状，减少水平电流，提高电流效率，防止电解槽侧部的早期破损，延长电解槽寿命。1.3 电解槽电解槽因内部部件材质、结构、安装等不同表现出不同的性能与特点。两家大型铜电积厂的工作参数如下表所示。厂名圣曼纽尔NCCM生产能力/t/a66000167000电解槽数量/个1881120材料水泥水泥衬里PVCPb，6%Sb，PVC尺寸（长*宽*高）/m6*1.25*1.44.6*1.1*1.4阳极，阴极数61.6041,40或61,60巡查系统红外线目视清槽周期/d60150酸雾控制聚乙烯小球2cmPVC球进液方式底边盘管上部进液大型电积厂的电解槽的工作参数【1】1.3.1 电解槽结构（1）例如按电极的连接方式，可分为单极式和复极式两类电解槽。单极式电解槽中同极性的电极与直流电源并联连接，电极两面的极性相同，即同时为阳极或同时为阴极。复极式电解槽两端的电极分别与直流电源的正负极相连，成为阳极或阴极。电流通过串联的电极流过电解槽时，中间各电极的一面为阳极，另一面为阴极,因此具有双极性。当电极总面积相同时,复极式电解槽的电流较小，电压较高，所需直流电源的投资比单极式者省。复极式一般采用压滤机结构形式，比较紧凑。但易漏电和短路，槽结构和操作管理比单极式复杂。单极式电解槽截面一般为长方形或方形，圆筒形占地大,空间利用率低,采用较少。（2）在电解槽中，基本上都用隔膜将阴、阳极室隔开，隔膜可以防止阴、阳两极产物混合，避免可能发生的有害反应。隔膜需有一定的孔隙率，能使离子通过，而不使分子或气泡通过，当有电流流过时，隔膜的欧姆电压降要低。这些性能要求在使用过程中基本不变，并且要求在阴、阳极室电解液的作用下，有良好的化学稳定性和机械强度。电解水时，阴、阳极室的电解液相同，电解槽的隔膜只需将阴、阳极室隔开，以保证氢、氧纯度，并防止氢氧混合发生爆炸。更多见的比较复杂的情况是电解槽中阴、阳极室的电解液组成不同。这时隔膜还需要阻止阴、阳极室电解液中电解产物的相互扩散和作用，如氯碱生产中隔膜法电解槽中的隔膜，可以增大阴极室氢氧离子向阳极室扩散和迁移的阻力。隔膜由惰性材料制作，如氯碱工业中长期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不稳定，当盐水中含有钙、镁杂质时，容易在隔膜中生成氢氧化物沉淀，降低透过率；在比较高的温度和在电解液作用下，还会发生膨胀、松脱。为此可以在石棉中加入树脂作为增强材料，或以树脂为主体做成微孔隔膜，在稳定性和机械强度方面都有很大改进。近年来氯碱生产开发的阳离子交换膜是新型的隔膜材料。它具有对离子透过的选择性，可使氯离子基本上不进入阴极室，从而可以制得氯化钠含量极低的碱液。电解槽示意图1.3.2 电解槽内部部件材质电解槽由整体的聚合物混合凝土制成，安装时下面铺衬了聚乙烯板，以防止溢出的电解液造成短路。电解槽内衬,不同位置所起的作用不同,生产过程中所受到的影响也不同。因此,应该依据不同位置内衬的作用采用不同的材质,不同的配置方式,以实现最大限度发挥每种材料的正面作用,降低其负面影响,最大限度提高电解槽寿命,降低生产过程中的额外能量消耗。铝电解侧部砌筑传统用耐火砖，在使用中液体电解质渗透时易损坏，我厂和科研单位合作，开发出铝电解槽高强防渗浇注料，选用合理的铝硅系原料，引入复合结合剂和多种添加剂，混练浇注铝电解槽侧部，当液体电解质从碳砖缝隙渗出时会反应生成致密的玻璃体状霞石，阻挡延续渗入，并具有强度、体密小、导热系数低，施工方便等特点，产品在十多家铝厂电解槽上应用，得到厂家的高赞和好评。【2】高强防渗浇注料技术性能见下表：项目单位DFGLSiO2+Al2O3%903 s* o耐火度3 s* o& P+ m5 b& j & P+ m5 b& j 38 z7 x! z; Q2 . _1690体积密度110×24hg/cm32.2抗折强度110×24hMPa6 S# 4 v/ G4 A/ W9 H* O5.01000×3h10.03 U6 O8 u+ / f4 l8 " r耐压强度110×24hMPa# W  m' a9 h( - y. a' F1 Z6 _35.01000×3h60.0烧后线变化率1000×3h%-0.3导热系数700W/m.k0.6铝电解槽用高强轻质浇注料世界工业的发展节能、环保提出更新更高的要求，工业炉窑的进步，炉窑的降耗、节能列入设计重要指标。% Z  X4 s: 我单位长期探索、实践、开发出适应电解槽应用的轻质保温耐火材料。采用轻质高强浇注料，对降低电解槽外壳温度和节约能源有良好作用。轻质保温浇注料技术性能见下表：6项目/性能指标/牌号轻质高强浇注料Al2O3 % DQ-0.6DQ-0.8DQ-1.0DQ-1.2DQ-1.4DQ-1.6体积密度 g/cm3- d; A+ e/ U9 1 d. E3 ?6 Q$ y% l110×24h $ f1 P; G6 : l! f4 F, T3035354040400.650.851.051.251.451.65耐压强度+ n6 5 _1 l6 Z0 p8 ' k3 C% D) LMPa0 . H0 y" J" v$ h110×24h1.702.605.508.012.020.01000×3h1.52.04.506.08.015.0烧后线变化率 %( m% l. |$ G' e&   A1000×3h -1.5-1.2-1.0-0.95-0.8-0.5热导率 700! U& V9 L; p)   q. Y" GW/m.k / B#   Q% B+ w/ K5 b0.210.230.250.300.350.42二、电解槽内衬2.1 电解槽的内衬材料长期以来人们一直采用炭素产品作为电解槽的侧部内衬材料。以无烟煤为主要原料生产的普通炭块或半石墨质炭块，虽然能满足铝电解生产的基本要求，但存在着许多炭素材料本身固有的不足，融容易被高温的冰晶石电解质侵蚀，金属钠的潜入使碳晶格的层间距增大，导致体积膨胀，强度降低。吸收了钠盐的炭素材料的线膨胀系数比普通碳素材料打34倍，内衬的膨胀使槽壳变形。许多研究结果及工业试验表明，玻璃钢是比较理想的取代炭块的铝电解槽侧衬材料。大量的工业应用结果表明，使用这种侧衬材料具有以下优点：【3】（1） 使用寿命长，与外国同类产品使用寿命相当;（2） 强度高，是传统电解槽强度的2.5倍以上；（3） 减小占地面积，节约厂房投资；（4） 免维护，提高电解槽的利用率  ；（5） 尺寸精度好、易安装、易调整 ；（6） 提高产品品质；（7） 净化环境；（8） 可提高电流效率。 玻璃钢材料与传统碳基材料不同的性质决定了它们构成电解槽的优劣，为了适应快速的社会发展，需要制造出更好，更有发展前景的电解槽。因此有必要了解这两种材料用作侧衬时性质的不同之处。影响着两种材料作为侧衬材料的主要因素为：化学组成、电阻率、抗氧化性、耐腐蚀和导热率。2.2 玻璃钢材料和碳素材料性能分析2.2.1玻璃钢材料玻璃钢FRP(Fiberglass Reinforced Plastics 亦称作GRP，Glass Reinforced Plastics ，或Glass fibre reinforced plastics (GFRP)即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。例如，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”。 以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。2.2.1.1 玻璃钢理化性能：玻璃钢裁量主要性能指标拉伸强度弯曲强度剪切强度压缩强度弹性模量泊松比密度t=180MPaw=170MPas=100MPac=180MPaE=10GPa=0.3=1.8(1) 轻质高强相对密度在1.52.0之间，只有碳钢的1/41/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。SZS电解槽采用乙烯基酯树脂和石英沙做基料，在一定温度下整体浇铸而成，抗压强度>80MPa，是传统砼基电解槽强度的2.5倍以上，能有效解决电解槽在使用中阴阳极碰撞等原因而造成的损坏。(2) 耐腐蚀性能好FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。(3) 电性能好是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。(4) 热性能良好FRP热导率低，室温下为1.251.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/1001/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000以上承受高速气流的冲刷。(5) 可设计性好 可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。 可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。(6) 弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1×106）小10倍，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形长期耐温性差 (7) 一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50以上强度就明显下降，一般只在100以下使用；通用型环氧FRP在60以上，强度有明显下降。但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200300是可能的。 (8) 老化现象 老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风纱雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。 (9) 层间剪切强度低层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。2.2.1.2 玻璃钢的用途玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维的产量的都是用来制造玻璃钢。玻璃钢硬度高，比钢材轻得多。喷气式飞机上用它作油箱和管道，可减轻飞机的重量。登上月球的宇航员们，他们身上背着的微型氧气瓶，也是用玻璃钢制成的。玻璃钢加工容易，不锈不烂，不需油漆。我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇，以及汽车制造业等，节约了不少钢材。 可制作玻璃钢瓦，又称透明瓦.是和钢结构配套使用的采光材料，其主要由高性能上膜、强化聚脂和玻璃纤维组成，其中上膜要起到很好的抗紫外线抗静电的作用，抗紫外线是为了保护FRP采光板的聚酯不发黄老化，过早失透光特性。抗静电是为了保证表面的灰尘轻易被雨水冲走或被风吹走，维持清洁美观的表面。由于其稳定的质量、经久耐用的特点，深受顾客的欢迎，产品可广泛使用在工业/商业/民用建筑额屋面和墙面。涉及这些产业部门应用的主要玻璃钢产品类别，有：矿山通风设备、炼焦及相关设备、稀土冶炼及铁合金冶炼相关设备、冷轧及电镀设备，输变电设备、风力发电设备、火力发电用水管、冷却水设备、电力管理及维修工器具，煤矿凤筒、隔爆水袋、防爆装置，石油开采相关部件及设备、石油化工设备，化工设备、化工建筑用材、矿山通风设备，电动机部件、零配件、电镀设备、风力发电机及部件，纺织印染设备、设施及部件，汽车制造用材及部件、汽车维修用材、摩托车制造用材及部件，铁路机车车辆用材及相关设施、铁路信号系统用材及相关部件，各种各类江河湖海船艇、大型钢船艇配套零部件及附属设施，建筑设施及用材、卫生间、厨房、门窗、波形瓦、冷却塔、建筑通风空调设施、建筑模板等，轻工日用化学及造纸业用的相关设施、家用电器、酒类、制革、家俱用材，食品贮罐用途，电子工业用设备、生活消费品用材及电子设备配件，邮电电信器材配套设施，体育器械、游乐器材及相关设施，农业喷灌设备、暖房温室、农机具配件、冷库、水产养殖，商业柜台、商业包装箱、商用冷藏库，医药工业设施及医疗卫生用途等等。2.2.1.3 不同树脂玻璃钢的耐化学侵蚀性能(1)通用聚酯玻璃钢通用聚酯树脂一本不能用于制造化工防腐设备，仅用于非氧化性矿物酸和中等程度的腐蚀介质。试验证明，在下列介质中可在50环境中使用：酸类：10%醋酸、柠檬酸、脂肪酸、1%乳酸、油酸、苯甲酸、硼酸；盐类：硫酸铝、氯化铵、10%硫酸铵、氯化钙（饱和）、硫酸钙、硫酸铜（饱和）、氯化高铁、硝酸铵、硫酸高铁、氯化亚铁、氯化镁、硫酸镁、氯化镍、硫酸镍、氯化钾、10%氯化钠通用聚酯玻璃钢不能在下列介质中使用：氧化性酸类、碱液类、漂白液类、溶剂类（如二硫化碳、四氯化碳、汽油和蒸馏水）。（2）间苯二甲酸聚酯玻璃钢其化学腐蚀性能比通用聚酯玻璃钢好。在50温度条件下，可在下列介质中使用：酸类：10%醋酸、苯甲酸、硼酸、柠檬酸、脂肪酸、油酸、25%磷酸、酒石酸、10%硫酸、25%硫酸盐类：硫酸铝、10%碳酸铵、氯化铵、硝酸铵、氯化钡、氯化钙（饱和）、氯化铜、铁盐、5%过氧化氢、镁盐、镍盐、不具有强碱性反应的钠盐和钾盐、稀漂白液、硫酸铜间苯二甲酸聚酯玻璃钢不能在下列介质中使用：丙酮、醋酸戊酯、苯、二硫化碳、钾、钠盐性盐溶液、热蒸馏水、高浓度氧化性酸。（3）环氧玻璃钢在有严重腐蚀介质环境中，许多牌号环氧树脂制的玻璃钢显示出卓越效果。环氧玻璃钢常用来制造耐腐蚀管道及贮槽等。在93温度条件下，环氧玻璃钢可在下列介质中使用：酸类：10%醋酸（70）、苯甲酸、硼酸、50%正丁酸、25%氯醋酸、5%铬酸、柠檬酸、脂肪酸、25%盐酸、次氨酸、10%硝酸（70）、草酸、30%过氯酸（35）80%linsuan 25%硫酸盐类：铝盐、多数铵盐、钡盐、钙盐、铁盐、镁盐、钠盐碱类：50%氢氧化钙（70）、氢氧化镁、50%氢氧化钠、磷酸三钠（70）其他：淡水、海水、喷气式发动机燃料环氧玻璃钢不能在下列介质中使用:93%硫酸、73%氢氧化钠、王水、湿氯气、湿二氧化硫等。其他树脂玻璃钢还有乙烯酯树脂玻璃钢、双酚或氢化双酚型聚酯玻璃钢、呋喃玻璃钢等，在这里不一一介绍。绝对内化学腐蚀的材料实际上是不存在的，一定的材料只能适用于某些腐蚀条件下的产品，所以，对同一种玻璃钢材料，由于使用条件不同，可能得出完全相反的结论。不同的材料在不同条件下使用更是这样，所以要更具不同的情况要求，选择玻璃钢材料。2.2.2 碳素材料2.2.2.1 碳素材料碳素材料是一种新兴的材料，它包括炭和石墨材料、炭黑、活性炭等，它们是由各种含碳量较高的原料（即碳素原料，如煤炭、石油、天然气等）经地定系列加工工艺（主要是锻烧、焙烧和石墨化等炭化过程）所制成的。我国是世界上最早利用碳素材料的国家，其应用已有悠久的历史，目前碳素材料不仅广泛应用于印刷、电极、冶金、化工等行业，而且在航空、电子、海洋、航天等部门也可人作为工程和结构材料。炭素制品按产品用途可分为石墨电极类、炭块类、石墨阳极类、炭电极类、糊类、电炭类、炭素纤维类、特种石墨类、石墨热交换器类等。石墨电极类根据允许使用电流密度大小，可分为普通功率石墨电极。高功率电极、超高功率电极。炭块按用途可分为高炉炭块、铝用炭块、电炉块等。炭素制品按加工深度高低可分为炭制品、石墨制品、炭纤维和石墨纤维等。炭素制品按原料和生产工艺不同，可分为石墨制品、炭制品、炭素纤维、特种石墨制品等。炭素制品按其所含灰分大小，又可分为多灰制品和少灰制品（含灰分低于l）。2.2.2.2 碳素材料理化性能【4】显气孔率/%体积密度/(g/³)耐压强度/MPa抗折强度/室温Mpa1400电阻率/(*m)导热系数/(W/(m*)化学成分/%181.5430±10605C922.2.2.3 碳素材料的用途 碳素材料可以根据其性质用作：导电材料。包括各种电极；结构材料。碳素材料具有较好的耐腐蚀性和强度；耐火材料。在无氧条件下，它可1000以上，甚至高达2000的温度下使用；作为吸附剂；用于特殊用途的碳素材料，如原子能工业的核厂墨以及军工和宇宙航天用批特殊处理的材料等。碳素材料的用途，可以归纳为以下几类： 1炭和石墨材料，炭和石墨材料具有良好的导电性、导热性和耐高温性能，其机械强度高，热膨胀系数低，故广泛用于导电材料、耐火材料和结构材料。炭和石墨材料的生产工艺过程，大部分为物理过程，少部为热化学过程。煅烧就是将破碎后的原料煤在隔绝空气或很少空气的条件下，进行高温处理，其目的一是烘干原料煤中的水分，使水分由进厂时的310%降低至0.3%以下；二是降低和排除挥发分。在1200以上煅烧温度下，可把原料煤的挥发分大量排出，同时还发生复杂的分解反应和缩聚反应，分子结构不断变化，使原料产生相当大的体积收缩，从而提高原料煤的密度和机械强度。2碳黑：碳黑是一种料度很小的碳颗粒，其直径约10300微米，它是由碳无素和少量氢和氧原子结合成的产品，广泛应用于橡胶、颜料、印刷油墨及电池等工业。3活性炭：活性炭是由含碳物质经碳化、活化等工序制成的一种具有较好活性和较强吸作用的无定形碳。 4石墨热交换器将人造石墨加工成所需要的形状，再用树脂浸渍和固化而制成的用于热交换的不透性石墨制品，它是以人造不透性石墨为基体加工而成的换热设备，主要用于化学工业。包括： （1）块孔式热交换器； （2）径向式热交换器； （3）降膜式热交换器； （4）列管式热交换器。 5炭电极类以炭质材料如无烟煤和冶金焦（或石油焦）为原料、煤沥青为粘结剂，不经过石墨化，经压制成型而烧成的导电电极。它不适合熔炼高级合金钢的电炉。包括： （l）多灰电极（用无烟煤、冶金焦、沥青焦生产的电极）； （2）再生电极（用人造石墨、天然石墨生产的电极）； （3）炭电阻棒（即炭素格子砖）； （4）炭阳极（用石油焦生产的预焙阳极）； （5）焙烧电极毛坯。 6炭块类以无烟煤、冶金焦为主要原料，煤沥青为粘结剂，经原料制备、配料、混粘、成型、焙烧、机加工而制成。其中高炉炭块作为耐高温抗腐蚀材料用于砌筑高炉内衬；底部炭块、侧部炭块、电炉块则用于铝电解槽和铁合金电炉等。包括： （1）高炉炭块； （2）铝槽炭块（底部炭块及侧部炭块）； （3）电炉炭块。 7炭糊类以石油焦、无烟煤、冶金焦为主要原料，煤沥青为粘结剂而制成。有的用于各种连续自焙电炉作为导电电极使用的电极糊；有的用于连续自焙式铝槽作为导电阳极使用的阳极糊；有的用于高炉砌筑的填料和耐火泥浆的粗缝糊和细缝糊。高炉用自焙炭块虽用途不同，但和糊类制品的生产工艺相仿，暂归在糊类制品内。包括： （1）阳极糊； （2）电极糊（包括标准、非标准电极糊）； （3）底糊（包括多灰、少灰底糊）； （4）密闭糊（包括多灰、少灰密闭糊）； （5）其它糊（包括粗缝糊、细缝糊、自焙炭砖等）。 8非标准炭、石墨制品类这是指用炭、石墨制品经过进一步加工而改制成的各种异型炭、石墨制品。包括铲型阳极、制氟阳极以及各种规格的坩埚、板、棒、块等异型品。 9不透性石墨类这是指经树脂及各种有机物浸渍、加工而制成的各种石墨异型品，包括热交换器的基体块。 10电炭产品类这是指炭精棒、电刷等产品。2.2.2.4 碳素材料在电解质中的反应特性Gudbrandeen等【5】、Oedegaerd【6】、Egil Skybakmoen等随碳素材料的测试研究表明：C在冰晶石熔体中的溶解行为主要按下面反应进行：Al4C3+5AlF3+9NaF=3Na3Al3CF8 （1）Na3Al3CF8在阳极上按下面反应进行：Na3Al3CF8+ NaF=C+3 AlF3+4Na+4e¯ (2)在低电流密度例如石墨基本体上，反应（2）可逆进行。在无电解质炉帮的情况下，炭侧块在冰晶石熔体中的阴极性溶解按反应（2）的反方向进行：C+3 AlF3+4 Na+4 e¯= Na3Al3CF8+ NaF （3）总反应将是（2）+（3）;C（阴极）=C(阳极) （4）在电解槽侧部无电解质炉帮的情况下，炭作为导体，以为这炭素侧衬在电解质中腐蚀，在阳极沉积。这也是无电解质炉帮的电解槽，侧部炭块除上部氧化严重外，中下部腐蚀脱落也严重，造成电解槽寿命低的一个主要原因。2.2.3 炭素材料和玻璃钢材料的比较玻璃钢材料与炭素材料相比，具有相当高的体积密度、耐压强度和抗折强度，完全可以满足作为电解槽侧衬材料的机械性能要求；另外，玻璃钢材料有比炭素材料高得多的电阻率和导热系数；点击诶生产过程中，在出现阳极效应和供电变化等飞稳定因素导致侧部炉帮可能融化的情况下，玻璃钢材料作电解槽侧衬，由于其高绝缘可以防止侧部漏电，减少水平电流，有利于提高电流效率;其高导热性可以满足电解槽内衬结构设计时所要求的底部和侧下部保湿，侧上部散热的工艺条件，有利于生成较理想的电解质炉帮保护层，提法哦电解槽运行的热稳定性。规整的槽内型既有利于提高电流效率，又有利于提高电解槽的使用寿命。此外，（1）SZS电解槽壁厚70mm，槽间距10mm，相邻两壁共150mm厚，传统槽壁厚115mm，槽间距30mm，相邻两壁共260mm厚，故SZS电解槽每台比传统槽节省110mm厂房长度,而相应的导电线槽间电排，以及槽间垫板也都在宽度上缩短了110mm；（2）SZS电解槽因绝缘性能强大，无需加垫；（3）玻璃钢材料相对其他材料较便宜，加工工艺也较为方便；（4）由于强度、耐蚀性能等增加，增加使用寿命，降低了维修费。总之，使用SZS电解槽不但在设备投资上不予增加，反而对提高产品的产量、质量，降低成本起到重要的作用。【8】三、结论电解是湿法冶金的主要方法之一，电解槽的设计直接影响电解效果，随着科技的进步，材料科学也大大提升，不仅仅局限于单一材料，在电解槽的设计中，人们也采用了一些新型复合材料，例如玻璃钢、氮化硅结合碳化硅等，复合型材料解决了单一材料的一些缺陷，但是复合材料也不是十全十美的，需要根据不同的需求、价格、要求特殊性能等条件，决定材料的选择。以下是玻璃钢电解槽优越于一般炭素材料电解槽的总结:1、 玻璃钢材料用作电解槽的侧衬材料，无论是在机械性能、物理化学性能还是在抗腐蚀性能明显优于碳素材料；2、 使用玻璃钢，既充分利用了玻璃钢的良好抗电解质腐蚀性，又可以降低成本。  电解槽还可采用模具一次性整体浇铸而成，整体性好、尺寸精度高、预埋件准确，吊装到位垫平即可，安装简单，易调整。3、 电解槽由于其可靠的质量、超强的耐腐蚀性能、较高的强度成就了它的免维护性能，可以使企业避免因频繁维护、更换槽体而造成的人力、物力、时间的浪费。4、   电解槽使用寿命长，一般无需更换。从而解决了其它电解槽更换后无法处理而污染环境的问题。5、 由于玻璃钢材质透明，若采用一次性整体浇铸，在侧部装上灯管，可以方便槽的检查，不必一一提出检查，避免了人力的浪费。致谢 在本论文的写作过程中，我的导师刘柳老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。参考文献：【1】 Biswas A K, Davenport W G. Extractive Metallurgy of Copper. Pergamon Press,Oxford, 3rd Ed.1994, Ch. 19【2】 现代铜湿法冶金 编著：朱屯 出版社：冶金工业出版社【3】 轻金属冶金学（第二册）电解铝 【4】 http：/ 电解槽内衬材料相关标准【5】 GB 8744-88,铝电解用半石墨侧快【S】【6】 HGUDBRANDSEN, A STERTEN and R ORDEGAARD.Gahode discohuiun of carbon in cyolitle meltsA.Ligh MetalsC.USA.1992,521528.【7】 R OEDEGAARD. Solubility and electrcbemical behaviour of alumitiun and aluminiund cabrida in cryobitic melisD. Drteeh tlexis, the Univercity of Trondheim,Department of Eletpochemily 1986.【8】 中国铝电解技术的特征与改进 编著：姚世焕