鋁電解陽極效應裝置的問題及技術改進

毛小浩++徐本軍

摘 要

在鋁電解教學實驗過程中需要人為產生陽極效應，加深學生對該現象的理解。針對傳統效應發生裝置的不足進行了改進及創新，實驗由教師演示操作轉變為學生自主動手操作，提高了實驗效率和效果。

【關鍵詞】鋁電解 陽極效應 技術改進 創新

鋁電解生產過程中發生陽極效應會導致電解狀態不穩定，及時預測陽極效應發生和熄滅是極為關鍵的。在實驗教學中通過模擬產生陽極效應方式來加深學生對效應現象的理解。傳統實驗裝置存在危險性高及成功率低等問題，現通過使用小型低溫熔鹽電解槽及改變熔鹽成份、配比等技術改進及創新，使得實驗教學由難變易，學生可獨立動手操作，極大提高了學生的實驗積極性和理解能力。

1 傳統效應裝置的缺點

1.1 裝置構成及運行

傳統裝置組成如圖1所示，主體由馬弗爐、直流電源、坩堝支架、陽極升降支架組成，電解質由冰晶石-氧化鋁組成。

實驗時將調配好電解質裝入坩堝中，將坩堝及坩堝支架放入爐膛，通電升溫至1000℃，待電解質熔化后補加電解質至液面接近坩堝邊緣，調整陽極升降裝置使陽極與液面接觸。緩慢調節直流電源電流至效應發生。

1.2 裝置存在的缺陷

1.2.1 裝置及實驗過程不穩定

實驗過程中為便于操作和觀察，爐口一直處于開啟狀態，電解質熔化緩慢，單組實驗需耗時>5小時。而爐溫變動易導致電解質導電性能不佳而無法產生效應。在長時間高溫狀態下裝置極易出現故障。

1.2.2 實驗過程危險

實驗中電解質會釋放出少量HF氣體，對實驗人員及場地有一定危害，學生無法長時間觀測實驗。實驗過程的高溫（約1000℃）熱輻射極強，現象不易觀察，也容易造成實驗人員的人身傷害。

高溫下陽極與液面接觸程度很難確定，調節電流可超過20A，為安全學生需離電解裝置有一定距離，更不易觀測到現象的變化。

1.2.3 實驗損耗大

每次實驗均要損壞坩堝及支架數套。由于高溫氧化導致坩堝破裂電解質流出損壞爐膛及加熱元件，降低了設備壽命。

由上所述可知：傳統效應實驗裝置存在著諸多缺陷，已無法滿足當前實驗教學實效性和綜合性的要求。

2 效應裝置技術改進及創新

2.1 效應裝置的創新

陽極效應是熔鹽電解固有的一種特征現象，以此為出發點，改用三元低溫熔鹽作為電解質，該電解質熔點約為142℃，熔融后不易揮發且清亮透明，容易觀察陽極與電解質接觸情況，效應現象明顯，能很好滿足學生的觀察要求。而且電解質無腐蝕性，可重復利用，極大的降低了成本。

2.2 效應裝置的技術改進

采用小型低溫熔鹽電解槽，裝置如圖2所示。裝置主體由控制系統、坩堝支架、加熱爐、升降臺、直流電源組成。控溫系統保持熔融狀態的穩定性。采用指針、數顯表及效應指示燈綜合反映效應現象，提高了實驗現象的觀測性。電解狀態指示燈、防誤調按鈕及漏電保護裝置可避免誤操作和提高安全性。整套裝置由市場易購件模塊化組裝而成且維護簡便。

3 實驗效果比對

（1）傳統裝置由于設備局限，僅能靠一臺設備進行演示實驗，每組人數多達8-10人。觀測效果不穩定使得學生對效應現象理解模糊。而且設備突發故障導致的重復實驗易使學生產生懈怠和抵觸情緒。在設備正常運行情況下，每組陽極效應實驗平均耗時8-10小時，實驗效率低且效果差。

（2）采用新裝置后，操作簡化使學生可全程獨立操作，在實驗流程上鍛練了學生理論聯系實際的能力。教師可節約出維護設備運行所占時間，給予學生更多的實驗講解和指導時間，加深學生對實驗現象的理解。按國家規定的設備臺套數要求，每組人數減至1-2人，每組實驗時間縮短至0.5-1小時，提高了實驗效率及效果，由演示性實驗轉變為綜合性實驗。

（3）經過兩年的實踐教學，新效應裝置在可靠性、運行效率及實驗效果上表現良好，為實驗教學的有效進行提供了極大助力。

（通信作者：徐本軍）

參考文獻

[1]邱竹賢，沈時英，蔡祺風.鋁電解[M].北京：冶金工業出版社，1995.

作者簡介

毛小浩（1975-），男，廣西省貴港市人。碩士研究生學歷。冶金工程專業。現為貴州大學材料與冶金學院講師。研究方向為有色金屬。

作者單位

貴州大學材料與冶金學院 貴州省貴陽市 550025