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1　铝的工业生产1

1.1 引言1

1.2　霍尔-埃鲁铝电解法1

1.3　氧化铝3

1.4　阳极4

1.5　阴极6

1.6　槽系列6

1.7　电解槽的生产操作7

2　相图与相平衡10

2.1　概述10

2.2　Na3AlF6二元系11

2.2.1 NaF-AlF3系11

2.2.2 Na3AlF6-Al2O3系14

2.2.3 Na3AlF6-CaF2系16

2.2.4 Na3AlF6-LiF系17

2.2.5 Na3AlF6-KF系17

2.2.6 Na3AlF6-MgF2系17

2.2.7 Na3AlF6-FeF2系18

2.2.8 Na3AlF6-ZnO系19

2.2.9 Na3AlF6-CeO2系19

2.2.10 Na3AlF6-“FeO”系20

2.2.11 Na3AlF6-Fe2O3系20

2.2.12 Na3AlF6-SnO2系20

2.2.13 Na3AlF6-Co3O4系21

2.2.14 Na3AlF6-NiO系22

2.2.15 Na3AlF6-Cr2O3系23

2.2.16 Na3AlF6-Cu2O系23

2.2.17 Na3AlF6-TiO2系23

2.2.18 Na3AlF6-ZrO2系24

2.2.19 Na3AlF6-Na4P2O7系25

2.2.20 Na3AlF6-V2O5系25

2.3 多元系相图25

2.3.1 Na3AlF6-AlF3-CaF2系25

2.3.2 Na3AlF6-AlF3-MgF2系29

2.3.3 Na3AlF6-AlF3-SnO2系30

2.3.4 NaF-AlF3-SnO2系30

2.3.5 NaF-AlF3-Fe2O330

2.3.6 NaF-AlF3-Al2O3-Fe2O3系31

2.3.7 NaF-AlF3-Al2O3-SnO2系31

2.3.8 NaF-AlF3-Al2O3-CaF2系（其中添加NiO和NiFe2O4）32

2.3.9 Na3AlF6-Al2O3-BaFCl系32

2.4 其他体系33

2.4.1 KF-AlF3系33

2.4.2 KF-AlF3-Al2O3系34

2.4.3 Na3AlF6-LiF-Al2O3（5%CaF2或MgF2）系35

2.5　相图计算35

2.6　与生产过程有关液相线方程35

参考文献40

3　热力学数据42

3.1　引言42

3.2　一元体系43

3.3　多元体系的热力学数据48

3.3.1 混合焓48

3.3.2　活度数据51

3.4　蒸气压力和热力学数据66

3.4.1 引言66

3.4.2 NaF-AlF3（-Al）混合物的蒸气压力66

3.4.3 NaF-AlF3-Al2O3-MFx混合物的蒸气压力72

3.5　能量需求74

参考文献77

4　冰晶石基熔体中的结构单体80

4.1 引言80

4.2　冰晶石基熔体的离子模型81

4.2.1 NaF-AlF3熔盐中的离子81

4.2.2 熔融NaF-AlF3-Al2O3混合物中的离子体90

4.2.3　冰晶石基熔体中常见添加剂的离子模型94

4.2.4 冰晶石基熔体中杂质的离子结构模型96

参考文献100

5　物化性质104

5.1 密度104

5.1.1 引言104

5.1.2 熔融的冰晶石和含冰晶石熔盐的密度105

5.1.3 实验数据的处理和应用112

参考文献115

5.2　表面张力116

5.2.1 引言116

5.2.2　表面张力116

5.2.3 冰晶石熔盐中铝的界面张力123

5.2.4 电解质对碳材料润湿126

参考文献131

5.3　电导率132

5.3.1 引言132

5.3.2 熔融的冰晶石及其混合物的电导率132

参考文献138

5.4　黏度138

5.4.1 引言138

5.4.2　熔融冰晶石及其混合物的黏度138

参考文献143

5.5　迁移数143

参考文献145

5.6　铝电解质中的扩散现象145

参考文献147

5.7　热导率147

参考文献151

6　电化学性质152

6.1 引言152

6.2　原电池和参比电极152

6.2.1 气体电极152

6.2.2　氧化物电极154

6.2.3　金属电极155

6.2.4 固体电解质157

6.3　动力学研究用工作电极158

6.4　双电层结构159

6.4.1　铝电极159

6.4.2　炭电极160

参考文献162

7　电极过程163

7.1 阴极过程163

7.1.1 引言163

7.1.2　放电电位163

7.1.3 阴极过电压164

7.1.4　电荷转移反应168

7.1.5　在固体电极上沉积铝171

7.1.6　杂质的影响173

7.1.7　热效应174

7.1.8　工业电解槽中的阴极过程177

7.1.9　可用的新阴极材料180

7.2　阳极过程180

7.2.1 引言180

7.2.2 阳极的一次产物181

7.2.3 阳极过电压183

7.2.4　非稳态法192

7.2.5　冰晶石熔盐组成的影响204

7.2.6　阳极腐蚀205

7.2.7 电催化207

7.2.8 阳极过程的机理211

7.3　阳极效应213

7.3.1 阳极效应215

7.3.2　阳极效应的机理233

7.3.3　工业槽的阳极效应239

参考文献245

8　铝与电解质相互作用252

8.1　绪论252

8.2　直观观察253

8.3　金属溶解度测量254

8.3.1 NaF/AlF3摩尔比254

8.3.2　氧化铝255

8.3.3　氟化锂255

8.3.4　温度256

8.3.5　单一金属的溶解度257

8.4　铝蒸气相257

8.5　电化学的特性258

8.6　溶解金属的电导率260

8.7　金属溶解的本质262

8.7.1　金属分散262

8.7.2　工业电解槽中的颗粒分布与溶解度262

参考文献263

9　电流效率265

9.1　引言265

9.1.1　理论部分265

9.1.2 电流效率的测定方法271

9.1.3　数学模型273

9.2　冰晶石熔体中铝的重量损失277

9.3　CO2、CO和溶解铝之间的反应278

9.4　实验槽中电解效率测量278

9.4.1　金属杂质的影响278

9.4.2 固态阴极上铝的沉积278

9.4.3　试验槽的测量279

9.4.4　Solli等人的实验结果282

9.4.5 实验室电解槽研究结果讨论287

9.5　工业电解槽的电流效率287

9.5.1　发展历史287

9.5.2 不同的电解质参数对电流效率的影响288

9.5.3 电解质成分优化298

9.5.4　界面搅动、钠含量和电流效率299

9.5.5 电解槽的设计和运行对电流效率的影响301

9.5.6　Tarcy等人的研究305

9.6　结束语308

参考文献310

10　其他化学问题317

10.1 电解质中杂质的影响317

10.1.1 电解质中的杂质317

10.1.2　杂质在电解质中的溶解度319

10.1.3　电解质中杂质行为326

10.1.4　干式净化器中杂质的回收337

10.1.5 气流中除杂339

10.1.6　杂质的还原340

参考文献343

10.2　氧化铝在熔盐中的溶解344

10.2.1 引言344

10.2.2　氧化铝的物理性能345

10.2.3　氧化铝溶解实验室研究348

10.2.4 工业电解槽中氧化铝分布情况362

参考文献363

10.3　工业电解槽中的炭364

10.3.1 引言364

10.3.2　炭阳极365

10.3.3 阴极炭块366

参考文献369

10.4　氟化物的释放369

10.4.1 引言369

10.4.2　干式净化370

10.4.3 氧化铝表面吸附HF的研究374

10.4.4　氟挥发物的工业测定方法375

10.4.5 氟化物挥发的数学模型376

10.4.6　碳氟化物气体的挥发379

参考文献382

10.5　惰性阳极，惰性阴极，新型电解槽384

10.5.1 定义384

10.5.2　惰性阳极385

10.5.3　金属污染问题389

10.5.4　惰性阴极390

10.5.5　使用惰性电极时的常规或改进的电解槽392

参考文献396

10.6　可替代的炼铝新方法397

10.6.1 引言397

10.6.2 美国铝业公司的铝还原法397

10.6.3　碳热还原法炼铝399

10.6.4　结论404

参考文献406

10.7　结论性评论407

10.7.1　基础研究工作407

10.7.2　应用研究和开发工作410

参考文献414

词目索引表415