铝电解阳极效应装置的问题及技术改进

摘 要

在铝电解教学实验过程中需要人为产生阳极效应，加深学生对该现象的理解。针对传统效应发生装置的不足进行了改进及创新，实验由教师演示操作转变为学生自主动手操作，提高了实验效率和效果。

【关键词】铝电解 阳极效应 技术改进 创新

铝电解生产过程中发生阳极效应会导致电解状态不稳定，及时预测阳极效应发生和熄灭是极为关键的。在实验教学中通过模拟产生阳极效应方式来加深学生对效应现象的理解。传统实验装置存在危险性高及成功率低等问题，现通过使用小型低温熔盐电解槽及改变熔盐成份、配比等技术改进及创新，使得实验教学由难变易，学生可独立动手操作，极大提高了学生的实验积极性和理解能力。

1 传统效应装置的缺点

1.1 装置构成及运行

传统装置组成如图1所示，主体由马弗炉、直流电源、坩埚支架、阳极升降支架组成，电解质由冰晶石-氧化铝组成。

实验时将调配好电解质装入坩埚中，将坩埚及坩埚支架放入炉膛，通电升温至1000℃，待电解质熔化后补加电解质至液面接近坩埚边缘，调整阳极升降装置使阳极与液面接触。缓慢调节直流电源电流至效应发生。

1.2 装置存在的缺陷

1.2.1 装置及实验过程不稳定

实验过程中为便于操作和观察，炉口一直处于开启状态，电解质熔化缓慢，单组实验需耗时>5小时。而炉温变动易导致电解质导电性能不佳而无法产生效应。在长时间高温状态下装置极易出现故障。

1.2.2 实验过程危险

实验中电解质会释放出少量HF气体，对实验人员及场地有一定危害，学生无法长时间观测实验。实验过程的高温（约1000℃）热辐射极强，现象不易观察，也容易造成实验人员的人身伤害。

高温下阳极与液面接触程度很难确定，调节电流可超过20A，为安全学生需离电解装置有一定距离，更不易观测到现象的变化。

1.2.3 验损耗大

每次实验均要损坏坩埚及支架数套。由于高温氧化导致坩埚破裂电解质流出损坏炉膛及加热元件，降低了设备寿命。

由上所述可知：传统效应实验装置存在着诸多缺陷，已无法满足当前实验教学实效性和综合性的要求。

2 效应装置技术改进及创新

2.1 效应装置的创新

阳极效应是熔盐电解固有的一种特征现象，以此为出发点，改用三元低温熔盐作为电解质，该电解质熔点约为142℃，熔融后不易挥发且清亮透明，容易观察阳极与电解质接触情况，效应现象明显，能很好满足学生的观察要求。而且电解质无腐蚀性，可重复利用，极大的降低了成本。

2.2 效应装置的技术改进

采用小型低温熔盐电解槽，装置如图2所示。装置主体由控制系统、坩埚支架、加热炉、升降台、直流电源组成。控温系统保持熔融状态的稳定性。采用指针、数显表及效应指示灯综合反映效应现象，提高了实验现象的观测性。电解状态指示灯、防误调按钮及漏电保护装置可避免误操作和提高安全性。整套装置由市场易购件模块化组装而成且维护简便。

3 实验效果比对

（1）传统装置由于设备局限，仅能靠一台设备进行演示实验，每组人数多达8-10人。观测效果不稳定使得学生对效应现象理解模糊。而且设备突发故障导致的重复实验易使学生产生懈怠和抵触情绪。在设备正常运行情况下，每组阳极效应实验平均耗时8-10小时，实验效率低且效果差。

（2）采用新装置后，操作简化使学生可全程独立操作，在实验流程上锻练了学生理论联系实际的能力。教师可节约出维护设备运行所占时间，给予学生更多的实验讲解和指导时间，加深学生对实验现象的理解。按国家规定的设备台套数要求，每组人数减至1-2人，每组实验时间缩短至0.5-1小时，提高了实验效率及效果，由演示性实验转变为综合性实验。

（3）经过两年的实践教学，新效应装置在可靠性、运行效率及实验效果上表现良好，为实验教学的有效进行提供了极大助力。

（通信作者：徐本军）

参考文献

[1]邱竹贤，沈时英，蔡祺风.铝电解[M].北京：冶金工业出版社，1995.

作者简介

毛小浩（1975-），男，广西省贵港市人。硕士研究生学历。冶金工程专业。现为贵州大学材料与冶金学院讲师。研究方向为有色金属。

作者单位

贵州大学材料与冶金学院 贵州省贵阳市 550025