แกนหลักของอุตสาหกรรมอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียม (การนำ Hall—กระบวนการ Heroult มาใช้ เช่น กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวแบบไครโอไลท์-อลูมินา) คือ "ระบบอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว + วัตถุดิบอะลูมิเนียม + รีเอเจนต์เสริม" สารเคมีที่จำเป็นเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์ การควบคุมอิเล็กโทรไลต์ การปกป้องอุปกรณ์ และการกำจัดสิ่งเจือปน เมื่อรวมกับการใช้งานจริงทางอุตสาหกรรมแล้ว จะมีการจัดเรียงตามฟังก์ชันดังต่อไปนี้ (เหมาะสำหรับการค้าต่างประเทศและความต้องการยื่นการผลิต โดยชี้แจงบทบาท ข้อมูลจำเพาะ และวัตถุประสงค์หลักของสารเคมีแต่ละชนิด):
I. วัตถุดิบหลัก (จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์ การหาปริมาณอะลูมิเนียม)
สารเคมีดังกล่าวเป็นรากฐานของการผลิตอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งมีส่วนร่วมโดยตรงในปฏิกิริยารีดักชันของอะลูมิเนียม และเป็นประเภทที่มีการบริโภคมากที่สุดในกระบวนการผลิต แกนกลางเป็นวัตถุดิบที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม เพื่อรองรับการผลิตโลหะอะลูมิเนียม
1. อะลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂O₃)
เนื่องจากเป็นแหล่งอะลูมิเนียมหลักสำหรับอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลซิส จึงเป็นเพียงวัตถุดิบเดียวในการผลิตอะลูมิเนียมโลหะ ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 90% ของการใช้สารเคมีทั้งหมดในการอิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียม ข้อกำหนดข้อมูลจำเพาะ: อลูมิเนียมออกไซด์เกรดอุตสาหกรรม ความบริสุทธิ์ ≥ 98.5% การสูญเสียการติดไฟ ≤ 1.0% ขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ (20-80 mesh) ความลื่นไหลที่ดี ง่ายสำหรับการป้อนด้วยเครื่องจักรและการละลายในเกลือหลอมเหลว ฟังก์ชัน: หลังจากละลายในอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว มันจะลดลงเป็นอลูมิเนียมโลหะโดยปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์ (ปฏิกิริยาหลัก: 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑) ความบริสุทธิ์จะกำหนดคุณภาพของแท่งอลูมิเนียมโดยตรง สิ่งเจือปนที่มากเกินไปจะลดเกรดของแท่งอลูมิเนียม อะลูมิเนียมออกไซด์ประมาณ 1.92-1.95 ตันถูกใช้ต่ออะลูมิเนียมปฐมภูมิทั่วโลก 1 ตัน ทำให้อะลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัตถุดิบหลักมากที่สุดในอุตสาหกรรมอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียม
ครั้งที่สอง สารเคมีหลักสำหรับระบบอิเล็กโทรไลต์ (ควบคุมสภาวะอิเล็กโทรไลต์ รับรองปฏิกิริยาที่ราบรื่น)
ปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์ของอิเล็กโทรไลซิสอะลูมิเนียมจะต้องดำเนินการในอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลว สารเคมีดังกล่าวส่วนใหญ่ใช้เพื่อสร้างระบบอิเล็กโทรไลต์ที่เสถียร ลดอุณหภูมิอิเล็กโทรไลซิส ปรับปรุงการนำไฟฟ้า และเป็นรีเอเจนต์หลักที่ขาดไม่ได้สำหรับกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส โดยมีผลิตภัณฑ์ฟลูออไรด์เป็นแกนกลาง
1. ไครโอไลท์ (Na₃AlF₆)
ตัวทำละลายหลักของระบบอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ ถือเป็นส่วนหลักของการใช้สารเคมีอิเล็กโทรไลต์ ข้อกำหนดข้อกำหนด: cryolite เกรดอุตสาหกรรม, ความบริสุทธิ์ ≥ 98%, ปริมาณฟลูออรีน ≥ 53%, ปริมาณโซเดียม ≤ 32%, ความชื้น ≤ 0.5%; แบ่งออกเป็นแบบเม็ด (การไหลที่ดี ไม่มีฝุ่น เหมาะสำหรับการเริ่มต้นเซลล์ด้วยเครื่องจักรและการผลิตตามปกติ) และแบบแป้ง (200-325 mesh เหมาะสำหรับอาหารเสริมเสริมด้วยอิเล็กโทรไลซิสแบบธรรมดา) ตามขนาดอนุภาค ฟังก์ชั่น: ละลายอลูมิเนียมออกไซด์เพื่อสร้างอิเล็กโทรไลต์หลอมเหลวไครโอไลท์-อลูมินา ช่วยลดอุณหภูมิหลอมเหลวของอลูมิเนียมออกไซด์จาก 2,050 ℃เป็น 940–980 ℃ ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานอิเล็กโทรไลซิสได้อย่างมาก ในขณะเดียวกัน ก็ปรับปรุงการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ ทำให้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสมีความเสถียร ปกป้องชั้นคาร์บอนของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และปรับปรุงประสิทธิภาพของกระแสไฟฟ้า ทำให้เป็นตัวทำละลายหลักของกระบวนการ Hall—Heroult การบริโภคไครโอไลท์ทั่วโลกต่อปีอยู่ที่ประมาณ 700,000 ตัน ซึ่งมากกว่า 90% ใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียม มีการใช้ไครโอไลท์ประมาณ 20-30 กิโลกรัมต่ออะลูมิเนียมปฐมภูมิ 1 ตัน (ปรับตามประเภทของเซลล์อิเล็กโทรไลต์)
2. อะลูมิเนียมฟลูออไรด์ (AlF₃)
สารควบคุมหลักของระบบอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำงานร่วมกันกับไครโอไลท์ และเป็นสารเติมแต่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตอิเล็กโทรไลซิสของอะลูมิเนียม ข้อกำหนดข้อกำหนด: อลูมิเนียมฟลูออไรด์เกรดอุตสาหกรรม / โลหะเกรด, ความบริสุทธิ์ ≥ 98%, ปริมาณฟลูออรีน ≥ 61%, ความชื้น ≤ 0.5%; เกรดความบริสุทธิ์สูง (ความบริสุทธิ์ ≥ 99.5%) สามารถใช้สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลซิสระดับไฮเอนด์ ฟังก์ชัน: ควบคุมอัตราส่วนโมเลกุลของระบบเกลือหลอมเหลวไครโอไลท์-อลูมินา (อัตราส่วนโมลาร์ของ NaF ต่อ AlF₃) โดยควบคุมให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมที่ 2.2−2.8 ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิของเหลวของอิเล็กโทรไลต์ ปรับปรุงการนำไฟฟ้า ลดความถี่ของผลกระทบของแอโนด ยืดอายุการใช้งานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และปรับปรุงความบริสุทธิ์ของของเหลวอะลูมิเนียมและประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลซิส ปริมาณการใช้อะลูมิเนียมฟลูออไรด์โดยเฉลี่ยทั่วโลกต่อตันอะลูมิเนียมปฐมภูมิอยู่ที่ประมาณ 18–22 กิโลกรัม ในประเทศจีน เนื่องจากบางองค์กรใช้ผลิตภัณฑ์กระบวนการเปียกและเซลล์อิเล็กโทรไลต์เก่า ปริมาณการใช้ต่อหน่วยโดยเฉลี่ยจึงสูงขึ้นเล็กน้อยประมาณ 23–25 กิโลกรัม/ตัน
3. ตัวควบคุมอิเล็กโทรไลต์เสริม (อุปกรณ์เสริม เพิ่มประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลต์)
ตามเงื่อนไขการทำงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์และข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ สามารถเพิ่มตัวควบคุมเสริมจำนวนเล็กน้อยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอิเล็กโทรไลต์ ลดการใช้พลังงาน และปรับปรุงประสิทธิภาพ:
- โซเดียมฟลูออไรด์ (NaF): ควบคุมอัตราส่วนโมเลกุลของอิเล็กโทรไลต์และเสริมธาตุโซเดียม โดยเติมเมื่ออัตราส่วนโมเลกุลต่ำเกินไป ข้อมูลจำเพาะ: ความบริสุทธิ์ ≥ 98% ปริมาณฟลูออรีน ≥ 45%
- แมกนีเซียมฟลูออไรด์ (MgF₂): ลดอุณหภูมิของเหลวของอิเล็กโทรไลต์ ปรับปรุงสภาพของเหลวของอิเล็กโทรไลต์ และลดการระเหยของอิเล็กโทรไลต์ ข้อมูลจำเพาะ: ความบริสุทธิ์ ≥ 98% ปริมาณฟลูออรีน ≥ 50% ปริมาณอลูมิเนียมหลักต่อตันคือประมาณ 2-5 กก.
- แคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF₂): ปรับปรุงเสถียรภาพของอิเล็กโทรไลต์ ยืดอายุการใช้งานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ และยับยั้งผลกระทบของแอโนด ข้อมูลจำเพาะ: ความบริสุทธิ์ ≥ 97% ปริมาณฟลูออรีน ≥ 48% ปริมาณที่ปรับตามขนาดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
ที่สาม สารเคมีที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรด (รับประกันประสิทธิภาพของอิเล็กโทรด รองรับปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์)
อิเล็กโทรลิซิสอะลูมิเนียมอาศัยอิเล็กโทรดเพื่อทำให้กระแสไฟฟ้าสมบูรณ์ สารเคมีดังกล่าวใช้ในการเตรียมอิเล็กโทรดหรือป้องกันอิเล็กโทรดเพื่อให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลต์มีความก้าวหน้าอย่างมั่นคง
1. วัตถุดิบสำหรับแอโนดสำเร็จรูป (Carbon Anodes)
แอโนดที่อบไว้ล่วงหน้าคืออิเล็กโทรดหลัก (แอโนด) ของกระแสไฟฟ้าอะลูมิเนียม สารเคมีที่จำเป็นใช้ในการเตรียมขั้วบวกเพื่อให้แน่ใจว่ามีการนำไฟฟ้าและทนต่ออุณหภูมิสูง:
- ปิโตรเลียมโค้ก: วัตถุดิบหลัก ความบริสุทธิ์ ≥ 98% ปริมาณกำมะถัน ≤ 0.5% ใช้ในการเตรียมเมทริกซ์คาร์บอนของขั้วบวก และจัดให้มีการนำไฟฟ้า
- พิตช์โค้ก: วัตถุดิบเสริม ใช้ในการเชื่อมอนุภาคโค้กปิโตรเลียม และปรับปรุงความแข็งแรงของขั้วบวก ข้อมูลจำเพาะ: จุดอ่อนตัว 80-120 ℃
- ถ่านหินน้ำมันดิน: สารยึดเกาะใช้ในการเชื่อมโค้กปิโตรเลียมและอนุภาคโค้กขว้างให้เป็นรูปร่าง ข้อมูลจำเพาะ: ระดับน้ำมันถ่านหินเกรด 1 ปริมาณเถ้า ≤ 0.3%
2. วัตถุดิบสำหรับแคโทดเพสต์ (Carbon Cathodes)
แคโทดเพสต์ใช้ในการสร้างแคโทดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์เพื่อให้มั่นใจถึงการนำไฟฟ้าและความต้านทานการกัดกร่อนของแคโทด สารเคมีที่จำเป็น:
- ผงกราไฟท์: ปรับปรุงการนำไฟฟ้าแคโทด ข้อมูลจำเพาะ: ความบริสุทธิ์ ≥ 95% ขนาดอนุภาค 100-200 mesh
- แอนทราไซต์: วัตถุดิบหลัก คาร์บอนคงที่ ≥ 85% ปริมาณกำมะถัน ≤ 0.3% ใช้ในการเตรียมเมทริกซ์วางแคโทด
- น้ำมันหล่อลื่นถ่านหิน: สารยึดเกาะผสมกับผงกราไฟท์และแอนทราไซต์เพื่อสร้างรูปร่าง ซึ่งเป็นข้อกำหนดเดียวกันกับน้ำมันหล่อลื่นถ่านหินสำหรับแอโนดที่อบไว้ล่วงหน้า
IV. สารเคมีเสริม (การปกป้องอุปกรณ์, การกำจัดสิ่งเจือปน, การป้องกันความปลอดภัย)
สารเคมีดังกล่าวไม่ได้มีส่วนร่วมโดยตรงในปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิส แต่ใช้เพื่อความปลอดภัยในการผลิต ความเสถียรของอุปกรณ์ และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และเป็นส่วนเสริมสำหรับการผลิตอะลูมิเนียมอิเล็กโทรลิซิส
1. อุปกรณ์ป้องกันและสารเคมีป้องกันการกัดกร่อน
- สารช่วยทนไฟ: ใช้สำหรับการบำรุงรักษาเยื่อบุเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เช่น โซเดียมซิลิเกต (Na₂SiO₃) ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานไฟและการปิดผนึกของเยื่อบุและป้องกันการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์
- วัตถุดิบเคลือบป้องกันการกัดกร่อน: ใช้เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของอุปกรณ์รอบๆ เซลล์อิเล็กโทรไลต์ เช่น อีพอกซีเรซิน และโพลีไวนิลฟลูออไรด์เรซิน ซึ่งต้านทานการกัดกร่อนด้วยกรดซัลฟูริกและฟลูออไรด์
2. การกำจัดสิ่งเจือปนและสารเคมีบำบัดก๊าซไอเสีย
- แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)₂): ใช้สำหรับการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์และการกำจัดฟลูออไรด์ของก๊าซไอเสีย เพื่อกำจัดไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ที่เกิดขึ้นระหว่างการแยกสลายด้วยไฟฟ้า ข้อมูลจำเพาะ: ความบริสุทธิ์ ≥ 90% ขนาดอนุภาคสูงกว่า 200 mesh
- ถ่านกัมมันต์: ใช้เพื่อดูดซับสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายในก๊าซไอเสียและทำให้ก๊าซเสียบริสุทธิ์ ข้อมูลจำเพาะ: ผง ค่าการดูดซับ ≥ 800มก./กรัม
3. รีเอเจนต์ด้านความปลอดภัยและสารเสริม
- กรดซัลฟูริก (H₂SO₄): ใช้สำหรับทำความสะอาดอุปกรณ์และการบำบัดด้วยอโนไดซ์ ข้อมูลจำเพาะ: กรดซัลฟิวริกเข้มข้น 98% เกรดอุตสาหกรรม
- โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH): ใช้สำหรับการวางตัวเป็นกลางของน้ำเสียและการทำความสะอาดอุปกรณ์ ข้อมูลจำเพาะ: โซดาไฟเกล็ดเกรดอุตสาหกรรม ความบริสุทธิ์ ≥ 96%
ข้อความของคุณจะต้องอยู่ระหว่าง 20-3,000 ตัวอักษร!
