电解铝节能方案范文

电解铝节能方案篇1

[关键词]铝厂；环保监测技术；保护措施；研究与分析

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0322-01

前言：环保是一个社会问题，在资源、环境日益恶劣的发展时期，铝资源市场的竞争环境日趋激励。自焙槽铝厂是传统工业的前身，它使用的生产工艺技术落后、产能、效率低，能耗、污染高。之后，电解铝成为铝工业的主要生产模式，虽然总体生产工艺水平上去了，但是最根本的环境污染、资源消耗问题依然没有切实解决。

一、环保监测技术在铝厂生产中的作用和意义

污染、资源损耗是铝厂首要管理问题，它不仅关乎到产业发展的可持续性价值，还影响着生产工艺的经济效益。污染问题严重、资源转化率低的自焙槽铝厂已逐渐退出了历史的舞台，被电解铝生产所取代。从经营管理角度看，环境污染和资源浪费是经营管理的障碍，采用科学、有效的环保监测，是铝厂维护生产秩序、保证经营效益的关键。尤其在铝资源、铝产品供需关系不稳定的经济市场，如果铝厂生产环境不符合政府规范要求，则铝厂不单会被市场所淘汰，其经营行为也会受到政府限制。环保监测不仅是铝厂需要履行的工作项目之一，政府也应提起高度重视，鼓励铝厂进行节能改造、探索生产工艺的降耗能力，使铝厂各项生产指标达到环保要求。由此可见，环保监测技术的推广使用，能为铝厂营造一个规范、标准的生产体系，坚定“少投入，多产出”经营原则，向良好经营状态发展。

二、铝厂的环保监测技术

铝厂环保监测项目有很多，如电磁辐射监测、节能监测、污染物排放监测等，要想开发与环保理念相契合的监测技术，其应用技术离不开先进科学理论的支撑，本文主要以电解铝生产为研究对象，探究相关环保监测技术。

2.1 电磁辐射监测

电磁辐射对人伤害很大，《电磁辐射环境卫生参考标准》中规定，人在100KHZ-30MHZ频段电磁辐射中，工作时间不得超过6小时。由于铝厂最大的污染源是电磁辐射，变电站、大功率设备、电解槽等装置设备会产生大量电磁辐射。所以，铝厂应在每个产生电磁辐射的装置设备上安装电磁辐射监测仪器，安装预先设计的电磁场源分布图，有计划、有步骤的落实监测工作。以电解铝车间为中心，向四周延展，每个监测点的距离不得超过50m，边界线距不得超过480-850m，如果中间有障碍物，则应适当调整监测点的空间位置。一般情况下，监测仪器为RR2、RR3A、RR8，监测点的工作频率为0.15-100MHZ。

2.2 节能监测

我国《节能法》明确规定：“禁止新建技术落后，耗能过高，严重浪费能源的工业项目。”因此，电解铝时电解设备、装置都应进行严格的功能审查，通过监控能源利用情况，定量分析铝厂各生产项目的节能情况。首先，监测、评价电解铝过程中铝资源的转化、利用情况，并实时监督电压、电流供能体系的完整度，检测产品的各耗能指标；其次，对相关生产工艺、设备、网络等技术性能进行节能评估，在信息技术的帮助下，监督铝厂设备装置、工作人员的运行、工作行为，并将其记录在工作日志中；最后，根据节能效果测试电解铝生产工艺的节能效益，利用数据统计，完善能源计量工作。

2.3 污染物处理监测

电解铝工艺也会产生污染物，如氟化物，CO、CO2与SO2沥青烟，粉尘废渣，这些污染物是铝厂日常生产管理监测的重点。

2.3.1 氟化物

氟化物是电解质蒸汽，NaAlF4电解时受高温影响，会产生气态氟化物，这些物质进入电解槽，会与水、空气产生阳极效应，转化成电解烟气。除气态、固态之外，电解烟气还会随着工业用水，流入电解槽中，干扰电解铝生产工艺。铝厂需在每个氟化物形态转变节点位置，设置物质检测仪器，控制氟化物扩散到整个电解铝生产工艺中。

2.3.2 CO、CO2与SO2沥青烟

氧化铝与碳阳极发生反应，会生成CO、CO2气体，如预备槽中的硫化物也进入其中，还会产生污染严重的SO2，融合组成沥青烟。为此，检测中心每小时都必须根据C元素固体生成量，测算污染气体的容量，监测电解铝生产工艺中沥青烟污染物的含量。

2.3.3 粉尘、废渣

粉尘、废渣一般由碳粒子组成，电解槽长时间运行，槽内势必会囤积大量碳粒子，这些粒子会随着氟化物气体、沥青气体、工业废水，转移到铝厂周边地下水、空气、土壤中。因此，铝厂会定期监测电解槽的碳粒子沉积量，定期修复、清除。

三、保护措施

通过上文对电解铝环保监测技术进行系统分析可知，污染物、污染源种类多，监测任务重，要想利用有效监测，减少污染，提高节能生产效应，必须从污染物产生过程入手，在电解生产中应用节能原料、采用烟气净化回收工艺与设备，探讨自焙槽环保达标改造的途径。

3.1 发挥监测技术的导向性作用

由于电磁监测技术要求高，所以铝厂需加强这部分监测工作的监管力度，确定工作指标、任务和方案，利用责任制度管理机制，将电磁监测工作分配给个人。同时，采用先进监测技术、仪器设备，安装自动数据传导装置，创建智能化、统一化的电解铝生产工艺链条。让监测工作与日常控制管理工作有机的结合在一起，以数据信息为基准，规划、调节下一阶段铝厂环保监测的工作重点。

3.2 优化生产工艺

在优化电解铝生产工艺的同时，利用其它净化、回收工艺，填补其污染控制、能源限制功能性空缺。高温电解会产生氟化物、CO、CO2与SO2沥青烟等气体污染物，可引入湿法净化回收工艺，在每个高温加热工艺区，安装液化冷却装置，并集中控制调节温度，以有效避免热能损耗。此外，还可以选择先进工业生产设备，如固反应器、袋式收尘器、VRI反应器等，将污染气体、液体、固体收集到统一的处理装置中，集中控制、处理。

结论：综上分析可知，铝厂的环保工作任务艰巨，涉及到很多的技术、管理问题，所以无论是铝生产企业，还是行政机构，都应充分利用环保监测技术的应用优势，一丝不苟的完成环保监测工作，使铝厂中的每个生产项目会变得更加科学、完成节能减耗、控制污染的生产任务。

参考文献

[1] 张振霄，王廷建，刘明远.铝厂的环保监测技术与措施[J].环保监测技术导刊（上旬刊），2011，11（23）：101-112

[2] 李维.中日城市环保监测技术系统的运营模式比较研究――中国桂林市和日本熊本市的环保技术系统运行模式比较[A].中国环境科学学会.2007中国环境科学学会学术年会优秀论文集（下卷）[C].环境科学，2012，14（12）：101-112.

[3] 杨飞，张新伟，王志文.环境在线监测技术的发展与展望[J].资源与节能，2013，15（11）：135-158.

[4] 张久晨，信江艳.发电厂环保监测信息管理系统设计[J].电力信息化，2009，12（01）：163-165.

[5] 刘砚华，魏复盛.发展我国环境监测技术产业的探讨[J].中国环境监测，1997，12（102）：118-122.

电解铝节能方案篇2

[关键词]铝电解电容 低阻抗

中图分类号：TH551 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0400-01

一、引言

高频低阻铝电解电容器在高频下的阻抗值大小，是这类电容的主要电性能指标，在电子产品使用过程中时常发生因铝电解电容器阻抗偏高，在高频下抗纹波能力差，出现铝电解电容器提前失效现象。为提高铝电解电容的抗纹波能力，在铝电解电容的制造过程一般是要想办法降低铝电解电容的阻抗值。本文是就个人的经验和大家探讨几种通过设计和工艺改善来降低高频低阻电容阻抗的方法，实现小型化大纹波电流。

二、 铝电解电容器的芯子结构及阻抗构成

2.1 铝电解电容器的芯子结构

铝电解电容器的芯子结构主要组成部分有：正极导针、负极导针、正极箔、负极箔、电解纸、电解液；

铝电解电容器的正极是正极箔，箔表面经过化成工艺产生一层铝的氧化物Al2O3，通过正极导针引出；铝电解电容器真正的负极是电解液，为了便于与外部电路连接，故通过一层负极箔由负极导针引出。

为了避免铝电解电容器内部正极和负极直接接触造成短路，正极箔和负极箔之间夹了一层电解纸，电解纸主要起到吸附电解液和隔离作用。

2.2 铝电解电容器的阻抗构成

为了研究铝电解电容器的阻抗，先来看一下铝电解电容器的内部等效电路：

从图1可看出，铝电解电容器的内部除了电容以外还存在等效串联电阻、寄生电感。其中等效串联电阻主要由以下几部分产生：引线电阻、刺铆接触电阻、金属氧化膜介质电阻、电解液电阻、电解纸电阻等。等效串联电阻带来的阻抗值加上寄生电感产生的感抗值（主要在高频条件下体现）共同组成了整个铝电解电容器的阻抗值。

三、铝电解电容器的低阻抗设计对策

为了降低铝电解电容器的阻抗值，就必须降低等效串联电阻和寄生电感。

3.1 等效串联电阻

3.1.1 引线电阻

铝电解电容器的引线如下图2所示，它由铝线（部分被压成引线舌片）与镀锡铜包钢（CP线）对焊而成：

引线电阻主要来源于铝线与镀锡铜包钢线的焊接带来的接触电阻，需要采用高纯度高品质的铝材，保证引线的镀锡、镀铜工艺，以提高对焊质量，来降低整条引线的电阻。

3.1.2 刺铆接触电阻

刺铆接触电阻指的是引线舌片与正极箔、负极箔铆接时产生的接触电阻，铆接部位细节。

由于高频低阻电容器多采用高电导率电解液，含水量较大，容易发生水合作用，刺铆工艺控制不好，引线舌片和电极箔之间存在较大间隙，如下图5，接触面积较小，接触电阻就大，同时含浸时电解液渗入空隙处进一步加剧接触电阻变大，对等效串联电阻影响非常大。

3.1.3 金属氧化膜介质电阻

金属氧化膜介质电阻是指铝箔表面形成的金属氧化膜本身带来的等效串联电阻，主要与化成箔工艺、铝箔材料有关，需要化成箔生产厂家努力降低铝箔表面金属化氧化膜介质损耗，来达到降低等效串联电阻的目的。

3.1.4 电解液电阻

电解液电阻是工作电解液带来的等效串联电阻。降低电解液的电阻率均是通过提高电解液的电导率来实现，但是电导率与电解液闪火电压是成反比的，因此如何做到在保证必需的闪火电压的前提下尽可能使工作电解液具有更低的电导率，一直以来都是各电容器生产厂家深入研究的课题。

3.1.5 电解纸电阻

电解纸会产生一部分阻抗，选用密度低，厚度更薄、渗透性好的纤维材质做成的电解纸能有效降低电解纸电阻。

3.2 感抗

电感是由电流流过电极箔、引线时产生的，铝电解电容器的感抗主要来源于引线的电感和芯包卷绕产生的寄生电感，尤其在高频条件下，感抗占主导地位。

对于引线式铝电解电容器，选择短而粗的引线能有效降低感抗值；芯包卷绕应该尽量保证卷绕圈数越少，则寄生电感就越小，因此矮而胖结构的铝电解电容除了铆接点数少导致等效接触电阻偏大以外，圈数太多，高频寄生电感太大也会导致铝电解电容器整体阻抗值变大。

因此设计选型时在考虑电源板尺寸限高的同时，也一定要注意兼顾铝电解电容器的阻抗值特性，高频滤波部分优选结构细而长的铝电解电容。

四、典型应用案例

为提高电源板机插率，减小PCB面积降低成本，研讨二次滤波高频低阻铝电解电容器由卧式改为立式机插方案。现有35V470uF规格高频低阻铝电解电容器，尺寸为10*20mm，容量再大尺寸只会更大，立式机插后均超过电源板12.5mm限高要求，只能采用卧式插件，为达到可立式机插方案，联合铝电解电容器厂商研讨解决方案，确定选用小型化大纹波高频低阻抗系列产品，具体如下：

4.1 改善措施：

根据上文分析，为了提高铝电解电容器的抑制纹波能力，减小发热量，需要降低高频阻抗，具体措施如下：

1.1 采用高耐热超低阻抗电解液，降低电解液电阻；

1.2 采用低阻抗电解纸，降低电解电阻；

1.3 采用高气密性封口丁基胶胶塞，提高气密性，延长铝电解电容器寿命，提高耐纹波电流；

1.4 同时为了满足限高要求，物料高度控制在12.5mm；

1.5 优化刺铆工艺，降低接触电阻值

4.2 常规参数对比：小型化大纹波35V330uF高频低阻产品，与原35V470uF普通高频低阻产品关键参数对比如下：

35V/330uF小型化高频低阻铝电解电容器，通过电容器材料及工艺上的改善，从以上参数测试可知，阻抗和纹波电流均优于容量更大的35V470uF普通高频低阻产品，同时尺寸10*12.5贴板机插后满足电源板限高要求，达到可立式机插降成本方案。

五、小结

铝电解电容器的内部阻抗值对产品性能影响较大，对整个开关电源滤波效果起到关键作用。降低铝电解电容器的阻抗值需从原材料、生产工艺、内部结构设计等多方面因素入手，而不能仅仅简单的通过增大电解液含水量来降低阻抗。

同时电源设计选型时也需重点关注滤波电容的阻抗值参数，选择低阻抗的铝电解电容器才能达到更好的滤波效果，有效提高电源工作效率。

参考文献

[1] 林学清，洪雪宝 铝电解电容器工程技术 厦门大学出版社

[2] 陈国光，曹婉真 电解电容器 西安交通大学出版社

电解铝节能方案篇3

钻石（软红）烟包的工艺特点及难点

2010年底，我公司通过参加招投标的方式，拿到了河北中烟钻石（软红）烟包的生产加工订单。随后，我公司工艺技术人员从材料应用、印版及模具制作、设备性能及工艺参数选定、工艺顺序安排等方面对此款烟包的工艺进行了研究与分析。

采用普通烫金机加工时产生的问题

按照以往的工作经验，为了便于操作以及简化烫印工艺，我公司一般不会在同一台烫金机（双工位烫金机除外）上烫印两种不同的电化铝。这是因为要想在同一台烫金机上同时实现两种电化铝的烫印，就要保证这两种电化铝的走箔方式、烫印版安装等不能发生冲突，同时还要考虑专版电

化铝本身图案文字的方向。然而，电化铝制造商所提供的电化铝只能采取横向走箔方式（设备传动面—操作面方向），只适合单独烫印，再加上我公司双工位烫金机数量有限，以及其他产品生产任务较重、占用设备时间长等因素，只能把此款烟包的烫印工艺安排在普通烫金机上，并分3次完成。虽然3次烫印图案的外观效果均无瑕疵，但从产品的整个加工过程来看，产品质量却不容乐观，具体情况如下。

(1)3道烫印工艺完成后，由于烫印过程需经多次高温烘烤以及生产周期延长，导致纸张变形严重，直接影响全息防伪定位烫图案与UV上光版镂空位置的套印准确性，从而导致成品率下降。打样结束后，统计数据表明，实际成品率仅为70%左右。

(2)3道烫印工艺分别占用了3台普通烫金机，这不但使得产品能耗和人工成本居高不下，而且延长了生产周期，严重影响了产品的交货期。

(3)3道烫印工艺分别占用3台普通烫金机，如果烟包条盒、小盒同时生产，则共需占用6台普通烫金机，打乱了其他产品的生产计划，从而影响了其他产品的交货期。

(4)更为严重的是，由于生产周期延长且经过多次烫印高温烘烤，纸张水分丢失严重、变形率大，导致烟包条盒、小盒UV上光套印不准；烟包条盒压凹凸套位不准；烟包小盒耐折性不达标，烟厂包装过程中出现爆裂现象；烟包条盒、小盒均出现不同程度的卷曲变形，烟厂包装过程中出现堵车、包装成型不好等诸多弊病。

艺能够1次完成，具体改进措施及优化效果如下。

(1)根据此款烟包上烫印图案的位置，重新确定烫印过程中电化铝的走箔方式，把“钻石日月图”和“钻石金碎花”两种电化铝由原来的横向走箔方式，同时改为纵向（即烫印时的走纸方向）走箔方式；与电化铝制造商沟通，建议其改变“钻石日月图”和“钻石金碎花”两种电化铝图案文字的排版方向，使这两种电化铝本身的图案文字在纵向走箔过程中能够呈现正像；将“钻石日月图”和“钻石金碎花”两种电化铝的烫印版安装在双工位烫金机的同一机组上，同时完成这两种电化铝的烫印。

(2)全息防伪定位烫在烫印过程中需要配有套准系统的光电扫描头，读取电化铝上每枚全息图案旁边的定位光标，以达到定位套准的功能，目前我公司的烫金机都带有套准系统，能够进行全息防伪定位烫，但其走箔方式均为横向（包括双工位烫金机），因此，将全息防伪定位烫单独安排在双工位烫金机的另一机组上，并采取横向走箔方式。

(3)通过工艺调整将3道烫印工艺全部安排在1台双工位烫金机上，可节约3台普通烫金机，每台设备可节约能耗约30千瓦/小时、节约人工2人/天，仅烫印工序的生产效率就提高了3倍，从而有效保证了产品质量和交货期。

(4)通过工艺调整后，此款烟包条盒、小盒虽然分别占用了1台双工位烫金机，但其生产效率大幅提高，占用时间较短，还同时节约了6台普通烫金机，保证了其他产品的交货期。

电解铝节能方案篇4

关键词：化学学科核心素养；科学探究；翻转课堂；案例研究

文章编号：1005C6629（2017）5C0046C06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了学生通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。这些核心素养既适合高中化学，又涵盖初中化学。

初中化学教学中如何落实“素养为本”的课程理念，是当前化学教学研究的重要课题。本文以“探究铝和稀盐酸、稀硫酸反应”为例，运用翻转课堂的教学模式，创设真实的问题情境，引导学生开展以化学实验为主的科学探究活动，探索基于学科核心素养的科学探究基本模式。

1 教学基本思路

本节课的教学对象是已学过金属和酸的化学性质等相关知识的初三学生，学生在学习金属的化学性质时已经知道在金属活动性顺序中位于氢前面的金属能置换出稀盐酸和稀硫酸中的氢，生成氢气，但是铝和稀盐酸以及稀硫酸反应时的现象却不同，本课题设计的教学意图是让学生通过科学探究来解决这一认知冲突，教学目标有以下三点：一是深化前面学习时建构的“酸的概念”和酸的化学性质知识；二是学会从物质的组成和结构角度解释宏观现象，培养宏观辨识与微观探析的学科素养；三是让学生体验科学探究的过程、学习科学探究中发现问题、提出猜想、运用控制变量思想设计实验的基本方法，落实义务教育化学课程标准中对科学探究既是学习方式，又是化学课程的目标和重要内容的期待。教学思路如下：

1.1 课前――观看微课发现问题、提出猜想、设计实验方案

学生在课前观看教师制作的微课（见表1），观察到铝和稀盐酸、稀硫酸反应现象明显不同，学生根据教师在微课中的友情提示，独立地提出猜想，并设计实验方案进行验证。

1.2 课堂――科学探究（续课前）、拓展延伸、巩固提高

1.2.1 科学探究

学生分组对各自提出的铝和稀盐酸、稀硫酸反应现象不同的猜想进行讨论，找出合理猜想。

学生对合理猜想的方案设计进行论证，优化方案。

学生按照优化后方案进行实验，得出结论。

1.2.2 拓展延伸

运用POE教学策略，让学生预测、观察和解释：密闭容器内铝和稀盐酸反应过程中气压会如何改变？

1.2.3 巩固提高

运用中考真题强化学习效果，布置作业（翻转课堂平台展示）。

本节翻转课堂的科学探究过程中各要素及其行为主体结构如图1。

2 主要教学过程

2.1 课前观看微课，提出猜想，设计实验方案

学生课前在翻转课堂平台上自主观看微课，发现铝和稀盐酸、稀硫酸反应现象明显不同，提出猜想并自主设计实验方案。

2.2 课堂完成探究，得出结论

2.2.1 展示猜想，找出合理猜想

学生分组对这六种猜想的合理性进行讨，然后各组推荐一名代表汇报交流。通过讨论，学生发现微课中的实验是在室温下做的，取了大小相同（表面积相同）的铝片，所以猜想④、⑤不合理；学生查阅溶解性表发现硫酸铝可溶于水，所以猜想⑥不合理；剩下的①②③即为较为合理的猜想。

2.2.2 对猜想①、②设计的实验方案进行论证

针对猜想①、②，教师展示了多个学生的方案，通过翻转课堂云平台下发到学生的平板电脑上，学生分组对各种实验方案进行评价和完善，然后各组推荐一名代表汇报交流，最后在教师的引导下对各种方案进行科学合理的评价，并优选出可行的方案。

验证猜想①：学生设计的几个具有代表性的实验方案如下：

在交流和互动的过程中，教师有针对性地引导学生对有关方案进行分析和评价。

教师：在设计对比实验时，常常采用控制变量的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对反应的影响。请同学们根据控制变量的方法对上述方案进行评价。

学生在讨论中对这三种实验方案进行了分析与比较。

学生A：方案二和方案一相比，控制变量的方法运用得较好，如控制了铝的表面积、反应的温度等。相比这下，方案一不够严谨。

学生B：方案三的特点是设计了两种酸的浓度在三种不同情况下（相等、大于和小于）的方案，虽然步骤较繁，但是更为严谨（学生设计此方案是受到了浓硫酸特殊性的影响，排除了特殊浓度的酸的特性的影响）。

学生C：在方案三的基础上我又提出方案四：控制其他条件都相同的条件下，将两种相同浓度的酸配制成从小到大不同的浓度，和铝反应观察实验现象。

学生在对现有方案进行科学评价的基础上，提出了新的方案。教师小结时指出：同学们能从不同角度设计出多种方案来验证猜想，并能指出各种方案的优点和不足，这正是我们学习化学需要的创新能力和科学精神。上述方案二、三、四都是合理的，提h由各小组自行选择一个方案进行实验。

验证猜想②：学生设计的实验方案如下。

在教师的引导下，学生很快对上述方案进行了质疑和评价。

学生D：方案一有两个变量，没有排除钠离子能否加快铝和酸的反应。

学生E：方案二是在此基础上增加一个加入硫酸钠对比实验，排除了钠离子的影响。

学生还围绕方案三进行了热烈的讨论。有的认为变量控制得较好，方案可行；有的认为右边加进去的盐酸是已知能和铝反应的物质，说服力不够。

经过讨论，学生选择用方案二来进行实验验证。

2.2.3 进行实验，观察现象，得出结论

学生分组分别完成猜想①、②的相关实验，然后分享各组观察到的实验现象，并得出结论，如表2、3所示。

2.3 拓展延伸

在实验的过程中，学生发现铝和稀盐酸反应时的现象比较特殊，一开始并不明显，后来慢慢变快，最后又停止，反应的同时放出热量。为了顺应学生的学习需求，教师提出了一个思考题：密闭容器中一定量的铝和稀盐酸反应，容器内气压随时间会如何改变？这里教师采用POE（即预测、观察、解释）教学策略引导学生进行科学探究。

预测：先请学生大胆预测密闭容器中一定量的铝片和稀盐酸反应过程中的气压变化，在平板电脑上画出图像，上传至翻转课堂云平台。然后教师借助于平台快速浏览学生所画图像，并选取典型图像进行对比展示，启迪学生说出预测的理由。学生在已有知识基础上进行了大胆的预测，现例举两例如下。

观察：进行实验，用气体压力传感器测出此反应的气压变化，学生观察曲线变化的图像（见图5）。

解释：学生解释曲线变化的原因。学生讨论后得出如下观点：AB段变化不明显是因为铝的表面有一层致密的氧化铝薄膜；BC段包含着以下反应过程：①氧化铝薄膜消失，铝和盐酸反应生成了氢气，导致容器内气压变大；②铝和稀盐酸反应放热，使容器内气压明显增加；③随着反应的进行，盐酸浓度变小，铝片的表面积也在不断减小，反应会变慢，最终反应停止，气压不再增大。CD段下降是因为反应停止，容器内温度高于环境温度，从而逐渐下降，导致气压减小。

那么温度的变化是不是如学生所预测的一样呢？教师又展示了课前用气体压力传感器和温度传感器同时测出的曲线（见图6）。学生发现温度曲线与自己预测的完全一致。

2.4 巩固提高

最后进入巩固提高环节。本节课的探究题材来源于2008年安徽省化学中考题15题，教师将该题通过云平台发送到学生的平板电脑上，让学生进行巩固练习。然后将2015年安徽省中考题15题发送给学生，与学生一起进行简单的分析，并且留给学生作为课后作业来完成，使得学生的探究结果能够得以运用，提升了学生学以致用的能力。

3 反思

3.1 通过高品质的科学探究提升学生的学科核心素养

创设真实问题情境，让学生开展以化学实验为主的多种探究活动，是落实“素养为本”的主要方法。从以上课例可看出，一个高品质的科学探究的教学设计应该具有以下特点：

（1）科学探究从真实的问题源起，以解决问题为结局。一个高品质的科学探究过程一定是源于一个学习、研究或生活中的真实问题，通过探究最终解决了问题，提升了认识。在本节课上，教师在微课上呈现了铝和稀盐酸、稀硫酸反应的实验，这种与学生已有认知相冲突的实验现象，激发了学生的探究意识，教师就此提出问题让学生进行猜想并设计实验，最终解决了问题，拓展了视野，提升了学生对盐酸中氯离子特殊性质的认识。

（2）科学探究过程是学生学科核心素养提升的过程，在探究过程中需要关注以下三个层面的问题：一是在探究过程中要尽可能涉及到重要的化学观念、主干知识、化学模型，促进学生对化学基础知识的理解和化学观念的提升。如本节课中设计实验需要用到酸的概念模型――电离出的阳离子都是氢离子，酸的化学性质――与金属及金属氧化物反应；解释与结论时要运用元素观、微粒观，要用宏微结合的化学思维来分析问题等。二是在探究过程中要尽可能让学生经历科学探究的主要过程――提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、观察现象、结论与解释等，让学生学习、体验科学探究。如在本节课中除了提出问题的主体是教师外，其他探究要素都是以学生为主体完成的。另外，POE教学策略也是一种科学探究模式，如本节课中的拓展延伸环节，先让学生对铝和稀盐酸反应过程中压力变化进行预测，然后教师演示数字化实验让学生观察压力变化曲线，再让学生解释三段曲线的变化。三是在探究过程中要启迪学生进行深度思考，提升学生的思维品质。如本节课中学生提出的六个猜想主要是借助于已有知识和微课中给出的提示通过逻辑推理得到的；设计实验时需要用到比较的方法、控制变量的思想，对思维的深刻性、系统性和独创性是一个实践和提升的过程，如验证假设①时设计的实验方案二需要考虑到各种因素（酸的浓度、体积，铝的质量、颗粒大小等）的影响，控制好自变量、平衡好无关变量，有效地训练了学生的思维严谨性；设计实验方案三时还考虑到两种酸比较时，可能出现的三种不同情况，对思维的系统性要求较高；验证假设②时的实验方案二既考虑到氯离子的影响，又考虑到钠离子的可能影响，培养了学生的辩证思维；对实验方案一和方案三存在的不足的评价，培养了学生的批判性思维。

3.2 翻转课堂为科学探究搭建了高效平台

笔者在“基于翻转课堂的科学探究典型案例研究――以探究钠燃烧实验中黑色产物的成因为例”[2]一文中曾论述了基于翻转课堂的科学探究基本模式。本案例也是对此模式的一个拓展研究。正是因为有了翻转课堂，使得科学探究的部分过程前移（如发现问题、提出猜想、设计实验等），学生有了适切的知识准备（微课提供）、充足的时间在课前实施科学探究的核心环节――提出猜想、设计实验，为实现深度思考提供了可能，也为课堂上高质量的小组合作、师生互动夯实了基础。如在本节课中，学生课前通过观看微课，根据微课提供的相关知识，围绕教师提出的问题提出了6种猜想并设计实验进行验证，在课堂小组讨论的基础上生对6种猜想进行了论证，排除了猜想④、⑤和⑥，引导学生围绕猜想①、②设计的实验方案进行讨论，讨论过程中的观点交锋、思维碰撞提升了学生的思维品质和学科素养。由于课前学生进行了深入的思考，才会使得课堂的讨论有高度、有深度、有针对性。

本节课翻转课堂的课堂教学阶段，除了完成了一个规范的科学探究过程外，还包括延伸拓展和巩固提高两个阶段。拓展延伸实际上是本节课的第二个科学探究环节，学生在通过实验获得结论是Cl-的存在促进了铝和酸反应以后，又在实验过程中发现了新的问题，铝和稀盐酸一开始反应不明显，然后逐渐变快，又变慢最后停止。为了顺应学生的学习需求，于是教师提出了一个拓展问题，密闭容器中一定量的铝和足量的稀盐酸反应，容器内气压随时间会如何改变？学生运用化学和物理知识共同解决了问题，促进了学科之间的交叉和融合，这样的探究深度也得益于翻转课堂的教学模式。最后一个巩固提高的环节中，学生将所学的科学探究方法和相关知识运用到中考题中，通过练习及时检验、巩固学习效果。

3.3 数字化实验让科学探究绚丽多彩

化学是一门以实验为基础的科学。数字化实验以实验手段数字化、测量呈现实时化和现象规律可视化的特点丰富了科学探究的模式研究，促进了科学探究的发展。如在本节课的拓展延伸环节，数字化实验实时得到的压力和温度变化曲线，支撑了POE教学策略的成功实施。教师引导学生对曲线上三个线段的解释，有效地提升了学生的思维品质。如AB线段较平，学生需要在对酸的化学性质理解的基础上进行思维变通，从酸与氧化膜反应的角度进行解释；BC线段快速上升，学生分析的三个影响因素中，两个使反应变快一个使反应变慢，对学生的辩证思维是一个挑战。尤其是从反应放热角度推导出压强增大，对学生的发散性思维（从化学变化到物理变化）要求较高；CD线段逐渐下降，学生从实验过程中的温度变化趋势进行分析，这时教师又呈现了课前测出的反应时温度和压力的变化曲线，学生在数字化实验的助力下，发现自己的分析与实验结果完全一致，进一步激发了学生学习化学的兴趣。

参考文献：

[1]魏建方.对铝和稀酸的反应的探究教学[J].化学教学，2016，（1）：26～27.

电解铝节能方案篇5

一、铝加工行业开展情况

近年来,全球铝材市场活泼,市场前景非常乐观。北美及欧洲兴旺国度的市场商业继续开展,东亚、东南亚铝板材进出口增进迅猛,德国、意大利、日本、中国等当地的出口不时扩展,美国、英国、法国等国度进口高速增进。我国铝业威望专家猜测,将来10年全球铝加工量将翻一番,中国将来的五大铝材需求市场辨别是:大飞机铝材市场、轨道交通铝材市场、修建节能铝材市场、印刷铝材市场、电子、铝箔市场。中国已成为世界铝板、带、箔轧制工业的大国,正朝向铝轧成品强国迈进。

铝工业是我省优势财产,在全国具有主要位置,以铝工业为主的有色工业是我省出力培养开展的支柱财产之一。当前,我省有10家氧化铝、电解铝企业在郑洛工业走廊集聚。郑州、洛阳、三门峡、焦作地域集中了全省90%以上的氧化铝产能和70%的电解铝产能,构成了国内最大的铝工业集中区。中铝公司、伊川电力、新安电力等企业铝加工产能整合重组曾经完成,将具有30—50万吨的深加工才能。市、市、县和我市一样,以铝加工为主的财产集群也获得敏捷开展,个中是全国最大的铝板带加工基地。在国内举办的历次铝业博览会上,包罗铝板、铝带、铝箔等技能产物很受国外客户看好。

二、我市铝加工行业开展近况

到2010岁尾,我市已初步构成了以熔铸、挤压、外表处置及模具加工互相配套的铝成品财产群,现有各类铝加工出产企业30家,个中以金阳铝业、海润铝业、鸿雁铝业为代表的规划以上企业11家,均在发改委立项,具有年产70万吨的加工出产才能,首要产物有铝板、铝带、铝型材;个中出产铝型材的企业6家(海润铝业、龙兴铝业、祥和铝业、大阳铝业、鸿雁铝业),首要出产工业型材10万吨、修建型材25万吨,全市年可完成发卖收入200亿元,利税10亿元。因为前史要素等缘由,我市有19家铝加工出产企业没有处理立项立案手续,出产规划小且涣散。

还,我市很多铝加工出产企业正在扩展出产规划,金阳铝业、金佳铝业、宏祥铝业、茗博铝业等企业新上5万吨以上的出产线7条,建成投产后可添加近35万吨的年出产加工才能,也就是说,2012年,我市的铝加工产能将到达100万吨左右。

当前,铝加工企业的原料本钱价钱和产物发卖价钱比拟不变,企业大都是订单式出产,以销定产。

三、我市开展铝加工业的优势

(一)地舆、动力优势。我市地处华夏腹地,交通运输便当,工业根底兴旺,是河南省乡镇企业、民营经济开展起步早、速度快、规划大、工业门类较为完全的城市之一。当前,以铝、铜、不锈钢为主导财产的大周再生金属轮回经济财产集聚区已入驻各类企业106家,正在申报争夺“国度城市矿产示范基地”。我市的资本优势分明,铝加工企业出产加工铝成品多以电能、自然气为主,西气东输在我市有两个接出口,当前拥有两家自然气公司,每月争夺自然气量达10000立方以上,全市电力足够,供电保证较好。

(二)配备优势。与国内同类出产企业比拟,我市采用的出产工艺和技能配备比拟进步前辈,产物质量有较大竞争优势;劳动出产率比拟高;产物具有针对性,构造较好;项目建立投入产出较高。

(三)人力资本优势。经由多年的开展强大,我市的铝加工企业培育了一多量有丰厚治理经历的人才,在出产、技能及运营治理方面已构成一套卓有成效的准则,积聚了丰厚的出产和治理经历,为项目早日建成、顺畅出产打下了优越的根底。

四、我市铝加工行业存在的问题

(一)产物层次和质量较低,产物构造不尽合理。固然我市铝加工业经由多年的开展,构成了必然的规划,但大而不强,多而不精,产物的层次和质量仍处于较低地位,精湛加工程度较低,中心产物多、终端产物少,低附加值产物多、高附加值产物少,短少具有中心竞争力的知名品牌产物。且产物相同问题严峻,形成自我恶性竞争,局部企业互相压价,抢夺市场,晦气行业全体开展。

(二)中小企业多,抵挡市场风险才能差。我市现有铝加工企业30家,规划以上企业11家,而年产值在10亿元以上企业仅有金阳铝业一家,大局部中小企业存在规划小、技能和设备掉队、治理准则不健全、市场竞争力差等问题。

(三)自立立异才能不强。固然在多年的开展进程中,我市的铝加工行业科技立异才能有所加强,技能、配备、产物都有必然的立异,但与广东佛山等进步前辈铝加工区的铝加工行业和企业比拟,自立立异才能仍是短板,除海润铝业具有河南省有名商标和知名品牌外,其他企业品牌认识较差。

五、制约我市铝加工行业开展的要素

(一)原资料供给严重。我市铝成品加工以收受接管废旧铝为首要原料,跟着铝产物财产链条的拉长,废旧铝收受接管的数目逐年递减,原资料供给会日趋严重。

(二)资金需求量较大。我市铝加工企业规划遍及偏小,而原资料的市场动摇大,企业资金缺少,不克不及依托本身力气储藏原料,抵挡市场风险的才能较差。铝产物中的铝箔项目固然科技含量高、利润大、财产链条长,但因为投资太大,技能要求高,除龙兴铝业有新上铝箔项目方案外,我市其他企业还没有明白上马铝箔项目。

(三)电力制约。我市工业兴旺,工业用电量每年继续增进,延续呈现电力供给缺乏,拉闸限电景象习以为常,这也严峻制约了铝加工业的开展。还,我市工业电价相对较高,除财产集聚区内对电价执行优惠外,其他特殊的优惠电价政策还没有出台。国度履行节能减排,对高耗能企业是限制开展的战略,但也严峻制约了铝加工行业的开展速度。

六、我市铝加工行业开展的几点建议

近年来,我市铝材出产运营规划不时扩展,市场竞争力不时加强,已逐渐树立起与我市经济程度及资本优势相顺应的铝加工业系统。估计3—5年内到达150—200万吨/年的出产才能,产值到达300亿元,带动大周的废旧金属收受接管和河南的电解铝出产基地,添加上万人的劳动就业岗亭,市场开展前景非常宽广。下一步,我们亟待对铝加工企业进行准确指导:

一是加大原资料的投资力度。思索在西部地域投资,像鸿雁铝业那样在新疆乌苏树立电解铝基地,再将原资料运回我市进行深加工,如许既缓解了原资料严重情况,又利于节能减排。

二是加大银企协作力度。当局为银企建立协作平台,鼓舞银企扩展协作,支撑企业扩展再出产,投资铝药箔、烟箔等科技含量高,拉长财产链条,进步产物附加值。

三是研讨“国度城市矿产示范基地”有关政策,向上级当局和部分争夺政策和资金支撑。

四是针对当前铝成品企业小而散的近况,进一步研讨铝成品企业的整合问题,积极应对国度上大压小财产政策能够带来的风险。仔细讨论规划开展的可行性和进一步开展强大的出路,搞好铝成品行业的提拔任务。

五是鼓舞企业争创名牌。出台优惠政策,对铝出产加工企业在争创国度级、省级名优产物上赐与重奖,支撑企业依托品牌开展强大,完成财产的洗心革面。

电解铝节能方案篇6

轻金属原料矿山

甘冲石灰石矿资源优化开采方案王作强 袁梅 (5)

氧化铝 氟化盐

高硫高有机物型黑灰铝土矿溶出特性研究李桂兰 林齐 方建川 (9)

粗、降温过滤降低高硫矿拜耳法产品中铁含量的研究何强 (12)

超细脱硅剂的制备与应用王剑 刘瑛瑛 李来时 翟玉春 (17)

处理烧结法硅渣的工艺研究齐东华 (21)

一种利用冰晶石母液回收氟硅酸钠的方法张梅 (25)

铝冶炼

浅议铝电解工业的节能减排侯光辉 邱仕麟 柴登鹏 (27)

铝电解槽保护性停槽技术的生产实践闫太网 (32)

200kA铝电解槽焙烧启动方案的优化刘保卫 姚锋 (36)

新型密封罩板的设计与分析刘晓宇 王政 焦鹏 李千红 (40)

铝电解质中Al2O3溶解度研究进展黄有国 李庆余 王红强 (43)

行业资讯

日本住友公司对伦敦金属交易所铝价的预测 (35)

俄联合铝业公司大规模采用胶体阳极糊 (35)

2013年全球最大单一铝厂面世，产能1400kt／a (39)

在建的大型原铝项目 (65)

铝用炭素

阳极焙烧炉焙烧阴极炭块的探索张庆刚 (47)

提高阳极一级品率的措施白秀娟 (50)

镁 钛 工业硅

镁电解阳极氯气吸收-解吸过程的研究伍贺东 周新哲 康殿春 田雨霈 于良 常跃仁 (53)

锶、钇在镁合金中的应用及发展现状陈刚 彭晓东 范培耕 谢卫东 杨艳 (58)

稀土及钒离子对镁合金化学镀Ni—P合金表面性能的影响陈永 刘茜 关绍康 高军恒 (62)

CVD高纯钛过程中杂质Mn的热力学行为分析李武斌 陈肖虎 曾英 王舟 韩涛 (66)

轻合金及其加工

结晶过程中合金粉末的加入对Al—Cu合金凝固组织的影响何建军 陈荐 任延杰 邱玮 (70)

相关技术

铝电解槽低温烟气余热发电系统热力分析王志奇 周乃君 罗亮 郭静 (74)

浅谈PLC控制系统抗干扰的措施及方法

铝生产结构调整与节能对策研究史彧宏 姜泽毅 张欣欣 孟杰 (3)

轻金属原料矿山

X射线荧光光谱法在萤石测定中的应用研究施秀华 王建萍 郝义锋 (9)

氧化铝氟化盐

粉煤灰提取氧化铝研究进展吕子剑 (12)

强化石灰烧结法中硅的行为研究张念炳 黎志英 刘卫 肖玮 (15)

铝酸钠溶液电导率数学模型的研究赵治国 (20)

稳定串联法熟料烧成热工制度的工艺措施殷希丽 (23)

浅议赤泥的综合利用刘淑清 (26)

行业资讯

印度维旦塔集团2012年的原铝产量可达2600kt/a (22)

2013年世界最大综合铝企业将在沙特崛起 (28)

迪拜铝业公司的DX试验槽的技术性能 (61)

铝冶炼

400kA电解槽二次焙烧启动生产实践谷万铎 王玉昭 (29)

200kA系列新型阴极结构电解槽节能技术产业化开发与应用冯少峰 (34)

大型预焙阳极电解槽延长槽寿命的实践崔香菊 田振明 李娜 张敬东 (38)

离子液体在金属铝电沉积方面的应用王喜然 苌清华 赵新超 (41)

铝用炭素

炭素回转窑生产工艺对比浅析梁和奎 许海飞 (45)

镁钛工业硅

红土镍矿真空碳热还原脱镁的热力学研究徐宝强 裴红彬 杨斌 刘大春 曲涛 (48)

电炉钛渣碱浸除硅、铝机理研究路辉 谢刚 俞小花 李荣兴 方宁 杨妮 姚云 (53)

轻合金及其加工

A357铸造铝合金疲劳特性及热处理的影响陈振中 解传浩 朱成香 (58)

相关技术

氧化铝厂生产废水处理工艺改进措施探讨张翼鹏 (62)

阳极预热技术在铝电解槽生产中的应用田元欢

提高铝土矿选精矿过滤效率研究司志勇

镁及镁合金在乙二醇溶液中的腐蚀与缓蚀技术的研究进展江珊 熊金平 左禹

一种新型变压器故障诊断方法葛辉 郑忠言

铝土矿选矿尾矿再利用的研究左林举

氧杂质含量对海绵钛产品质量的影响研究李水娥 张金柱 李容

铝电解槽操作优化IIDSS的开发与应用李贺松 脱鹏 钱建勋 赵新亮 刘军 黄涌波

中东与北非将成为世界最大原铝生产基地王祝堂

改变拜耳法预脱硅工艺降低赤泥化学结合碱的研究陈文汨 彭秋燕 黄伟光 李云峰

铝电解槽阴极侧部可压缩结构研究梁学民

2009年迪拜铝厂铝锭产量突破百万吨大关王祝堂

新型铝电解阳极-ZrO_2固体电解质阳极的研究概述曾晓国

退火温度对4047铝合金板材组织及性能的影响师雪飞 冯正海 罗建华

埃马尔铝业公司2009年12月投产王祝堂

磷元素对过共晶铝硅合金的影响曾斌 李玲芳 罗佑新

书讯

三温三电导法铝酸钠溶液成分在线检测系统研究于海燕 杨国俊 王利亚 毕诗文

低价氧化铝真空歧解法炼铝的研究袁海滨 冯月斌 杨斌 郁青春 徐宝强 戴永年

铝用炭阳极焙烧工艺优化与实践朱世发 罗英涛 许建华 陈开斌 郭瑞敏 杨宏杰

高温镁熔液表面第一气泡图像识别方法研究许四祥 伍毅 马爱萍 汪敏 黄国放

赤泥生产净水剂的初步研究姜梅 崔兰浩

项目管理中应用三分法的思考郑权 (1)

轻金属原料矿山

矿山地下开采对地表建筑物影响的评价方法研究李全明 付士根 王云海 王庆 (4)

氧化铝 氟化盐

管道化溶出装置运转率的提高及指标优化周怀敏 王冲 (10)

低价氯化铝分解的热力学分析王平艳 刘谋盛 戴永年 (13)

X射线荧光光谱法测定冰晶石各元素含量的研究薛旭金 侯红军 王建萍 (17)

电解铝

浅谈中间状氧化铝对电解生产的影响王洪永 张鹏东 (20)

铝电解槽燃气预热过程中阴极热应力场的数值模拟王志奇 夏小霞 周萍 刘吉普 徐顺生 (22)

铝电解槽能量平衡稳定控制技术研究及其应用曹继明 孙康健 (27)

铝用炭素

敞开式焙烧炉燃烧控制系统的测试分析张文起 (33)

浸渍压密石油焦基预焙阳极块结构与性能研究张锡平 张玲 关岩 张艳凤 (37)

无

书讯 (40)

江苏新宏大集团 江苏宏大德尔搅拌设备有限公司（中外合资） (F0004)

镁钛工业硅

提高大型无隔板镁电解槽用石墨阳极使用寿命途径的探讨姜宝伟 (41)

纳米氧化钛粉体的制备及光催化应用的研究钱红梅 李燕 洪刚 郝成伟 (45)

电流密度对钛合金微弧氧化膜的影响刘忠德 向正群 张中元 孙茂坚 付华 (48)

轻合金及其加工

A356合金流动性测试研究起华荣 杨钢 史庆南 王效琪 (52)

轻金属材料

由电热法一次铝硅合金制取铸造铝硅合金的研究尤晶 王耀武 冯乃祥 郑伟 狄跃忠 杨明生 (55)

相关技术

利用最小二乘支持向量机预测铝熔体氢含量舒服华 (61)

兰州铝业近十年发展中的创新张益民 杜科选 (1)

轻金属原料矿山

我国铝土矿资源综述崔萍萍 黄肇敏 周素莲 (6)

行业资讯

书讯 (8)

书讯 (28)

《化学品氧化铝》一书出版发行 (35)

沈阳铝镁设计研究院有三项工程荣获国家优质工程奖 (44)

沈阳铝镁设计研究院设计的山东博丰氟化铝厂试车成功 (54)

氧化铝 氟化盐

聚合物AY在硅酸二钙-铝酸钠溶液体系中的吸附和分布张程忠 于海燕 董宝才 毕诗文 (9)

加固现有厂房改建5效管式降膜蒸发线车修来 (12)

赤泥沉降用聚丙烯酰胺的合成及应用陈学刚 陈文汨 彭秋燕 黄伟光 郭金权 (16)

石灰石烧结法生产氧化铝的控制指标探讨任根宽 (21)

低成本纳米氧化铝的合成工艺刘东亮 邓建国 金永中 (25)

电解铝

惰性电极大型铝电解槽设计实验刘卫 张立成 徐利华 吴贤熙 (29)

300kA预焙电解槽生产管理分析葛贵君 王同明 刘海龙 田振明 (32)

进口ECL天车出铝钩钢丝绳国产化替代柴永辉 张强 张斌 常辉 王秀香 (36)

铝用炭素

电解铝用石墨阴极的研制陈杰 (39)

用敞开式阳极焙烧炉焙烧阴极炭块的技术尝试刘宏毅 解峰 (42)

镁 钛 工业硅

基于钙还原剂的金属镁生产新工艺夏德宏 尚迎春 (45)

AZ31镁基高速火焰喷涂WC涂层的研究邓春明 刘敏 任建平 邓畅光 (48)

轻合金及其加工

金相显微组织显示方法中的阳极化处理张雅玲 王风春 韩颖 (53)

无

书讯 (54)

轻金属材料

泡沫铝芯体夹层板压缩力学性能的试验研究张明华 谌河水 赵恒义 (55)

相关技术

废阴极炭块在水泥生产中的应用研究杨会宾 田金承 曹继利 (59)

生态型铝厂道路绿化模式的探讨彭湘宁 (62)

俄罗斯的铝土矿开采和氧化铝生产（上）吕政堂（编译） (3)

轻金属原料矿山

自然晾干对铝土矿洗矿性能的影响陈剑锋 (6)

行业咨讯

书讯 (8)

中铝公司30亿元重组沈阳有色金属加工厂 (12)

书讯 (46)

《化学品氧化铝》一书出版发行 (50)

沈阳铝镁设计研究院在部级优秀工程评选中获得殊荣韩安玲 (58)

氧化铝 氟化盐

高A／S低[F／A]熟料添加矿化剂降低烧成温度试验研究杨长付 张文豪 (9)

AlF3添加剂对氧化铝粉体微观结构的影响康健 王晶 张文波 (13)

氧化铝生产中如何高效应用絮凝剂姜学海 (17)

试论拜耳法的循环效率郭恩喜 张强 (20)

电解铝

电解工艺对电解铝液质量的影响研究（上）贺永东 张新明 (23)

铝电解整流供电系统的应用和展望杨冬生 (29)

铝电解厂大修渣场的设计陈永晖 (32)

铝用炭素

回转窑内衬结构的改进王平 祁文青 付明录 (35)

优质炭阳极在350kA电解槽上单槽使用工业试验 吉延新 魏新伟 贾鲁宁 于易如 付德报 郑凤章 高文义 (38)

镁 钛 工业硅

镁电解槽热场二维有限体积解析方法计算模拟郝大卫 李冰 李平 于建国 (43)

柠檬酸钠对AZ31镁合金阳极氧化膜耐蚀性的影响郭艳 董国君 王桂香 龚凡 童仲秋 (47)

轻合金及其加工

汽车铝轮毂先进制造技术朱利民 (51)

轻金属材料

1100工业纯铝板材的各向异性研究温晓静 潘秋红 王雷刚 刘囝 (55)

相关技术

铝电解供电系统整流器冷却装置的隐患治理王利民 (59)

电解铝节能方案篇7

关键词：认知冲突；教学设计；铝及其化合物

文章编号：1008-0546（2017）01-0038-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.013

一、 问题提出

著名教育心理学家奥苏贝尔有过一段经典论述“影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么，要探明这一点，并据此教学。”[1]建构主义理论认为学习不是学习者简单地接受与储存信息，而是主动地将原有经验和新信息进行分析与重建知识结构的过程。

学生在学习某一学科前形成的前概念，有些与科学概念一致，也有一些偏离科学现象本质或背离科学概念的理解与认识。这是学生凭感性认识构建起来的，是由于缺乏感知经验的概念，或认知上的局限导致的。如学生观察铁丝在氧气中剧烈燃烧，有火星四溅的现象，认为铝片在燃烧时也会有这样的现象，忽略了铝表面形成的氧化铝熔点极高，不易被融化。又如，金属钠与金属镁可分别由电解其熔融状态的氯化物制得，便认为铝也能用电解熔融氯化铝的方法获得，没有认识到熔融氯化铝不产生自由移动的离子。学生在学习新知识时的认知冲突影响，需要适时转化，才能顺利完成新知识的内化。

二、 设计思路

“从铝土矿中提取铝”为苏教版必修《化学1》专题3第二单元第3节的内容，学生已掌握了Al、 Al2O3及Al（OH）3的性质，通过本节内容学习，了解从铝土矿中提取铝的工艺流程，体会工业生产与学科知识的紧密联系，体验科学发展对人类发展的影响，并进一步认识铝及其化合物之间的相互转化，从而构建铝及其化合物的知识体系。

教学目标：（1）知识与技能。了解地壳中铝的含量及存在方式，知道从铝土矿中提取铝的工艺流程，会正确写出相关物质转化的化学方程式；（2） 过程与方法。通过分析铝的制备工艺流程，提高发现问题、分析问题和解决问题能力，进一步理解铝及其化合物之间相互转化的关系；（3）情感态度与价值观。了解铝的发现史，从铝的制备方法中体验化学学科与工业生产之间的联系，增强学科学习兴趣。

教学重点：从铝土矿中提取铝的工艺流程及相关反应；教学难点：铝及其化合物之间的相互转化关系。

教学思路：本课由化学史实引入，以“铝的制备”问题为主线，回顾金属冶炼的方法，联系工业生产铝的工艺流程，通过创设问题情境、讨论交流，将知识融入猜想、实证、归纳中，合理转化学生的认知冲突。在教学过程中注意学生思维认知的障碍点的突破，生成有效的教学环节的学生活动，并逐步提升知识深度，在讨论和交流中，引导学生归纳总结，最后形成铝及其化合物的知识体系。

教学流程如下所示：

三、 教学过程

环节1 化学史实，激趣设疑――铝的发现史

【投影】（1） 一些金属元素在地壳中的含量对比图；（2）生活常见的铝制品。

【师】铝及铝合金在日常生活中应用广泛，铝是地壳中的含量最高的金属元素，铝性质活泼在自然界中主要以化合态形式存在于铝土矿中。时光回溯到两百多年前，当时铝价格比黄金还昂贵。我们通过两则铝的化学趣话来了解一下。

【投影】“铝的趣话”

（1）在国宴上，拿破仑三世使用的是一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是银制餐具。

（2）门捷列夫创建了元素周期表，英国皇家学会为了表彰他，奖励他一只铝制奖杯。

【问题情境】铝是地壳中含量最多的金属元素，在我们生活中也有很多的铝制品，铝的价值并不昂贵，但为何在两百多年前，铝比黄金还贵？

【生】（1） 铝在自然界中以稳定的化合态形式存在，铝单质很少。

（2）铝的冶炼工艺决定了铝单质的产量，在当时的条件下，铝的获取较为困难。

【师】 这两位同学解释了两百多年前铝价值昂贵的缘由，一方面铝在自然界中主要以铝土矿的形式存在，铝单质在自然界较少；另一方面铝金属性较强，在当时的条件下获得铝很困难，因此，直到1827年铝才被德国科学家沃勒发现。在当时，铝的价值甚至超过了黄金。

【设计意图】导课是教学的重要环节，是一堂课的开端。通过对比金属元素在地壳中含量，生活中应用广泛的铝制品，引出本课主题：铝。新课改倡导要重视学科背景知识，化学史实是化学学科的重要组成部分。通过铝的化学趣话，创设问题情境，让学生了解早期铝的获取较为困难的事实，鼓励学生讨论，并调动学生积极思考。

【^渡】那么，在本节课中，我们一起来学习“从铝土矿中提取铝”，认识工业上制备铝的方法，进一步巩固铝及其化合物的性质。

环节2 认知冲突，巧妙转化――铝的冶炼方法选择

【回顾】 请同学们回顾一下工业制备金属钠和金属镁的流程及方法。

【师】 金属的制备，要从几个方面考虑：原料来源――工艺流程――反应原理。

【交流与讨论】 从工业制备金属钠和金属镁的工艺流程上，你能获得哪些信息？

【生】金属钠和金属镁采用电解熔融状态的氯化物获得，电解前的氯化物需要精制。

【师】总结得很好，请根据钠和镁的制备方法，综合考虑原料来源、工艺流程和方法选择，思考铝的制备方法。

【设计意图】学会分析、对比，寻找几种金属通性、差异和制备的方法，形成新旧知识间的联系。从原料来源、工艺流程及冶炼方法等方面考虑制备方法，进而推测金属铝的获取方式。

【阅读】阅读教材上关于从铝土矿中提取铝的工艺流程。

【投影】知识拓展：（1）较活泼的金属如钠、镁、铝等通常采用电解法制备；（2）由铝土矿生产铝，首先需制取 Al2O3，然后再电解Al2O3制取铝；（3）铝土矿是不纯的一水铝石或三水铝石，含 Al2O3（45%-65%），主要杂质是氧化硅和Fe2O3，氧化硅含量可达12%，Fe2O3含量可达25%，还有少量氧化钛等，含量约为3%，结晶水含量为14%-36%。

【思考】（1）从铝土矿中提取铝的工艺流程可以分为几个阶段？（2）能否采用电解熔融AlCl3的方法制备铝？（提示：熔融氯化铝不导电）

【生】（1）从铝土矿中提取铝可以分为两个阶段：第一阶段是获得纯净 Al2O3，第二阶段是电解 Al2O3获得铝单质；（2）不能采用电解熔融AlCl3的方法，因为熔融状态的AlCl3中不存在自由移动的离子，因此不导电。

【问题情境】根据教材上提供的工艺流程图，思考下列问题：

（1）向铝土矿中加入NaOH溶液的目的？通入过量CO2的目的？能否采用稀盐酸酸化？

（2）工艺流程中出现两次过滤其目的分别是什么？

（3）电解熔融 Al2O3时，冰晶石起什么作用？

【生】（1）加入NaOH溶液是把铝土矿中的Al2O3溶解，通入过量CO2目的是将偏铝酸钠转变为Al（OH）3，不能用稀盐酸去酸化，因为Al（OH）3是两性氢氧化物。

（2）第一次过滤是去除铝土矿中的杂质，第二次过滤是为获得Al（OH）3沉淀。

（3）由于氧化铝的熔点很高，直接加热使其熔化需要消耗很大的能量。冰晶石的作用使氧化铝的熔融温度降低，从而减少能量消耗。

【设计意图】针对“从铝土矿中提取铝的工艺流程”，创设相关的问题情境，让学生深入认识相关流程涉及的化学反应、操作方法及目的。聚焦学生思维，帮助学生领会重点。

【总结】从铝土矿中提取铝的流程及相关反应：

环节3 开放情境，学以致用――工业制备铝方案的改进

【师】铝土矿中主要成分是 Al2O3，不同铝土矿中氧化硅和氧化铁等杂质的含量有差异。

说明：SiO2一般与酸不反应（HF除外）；（2）向铝土矿中加入NaOH溶液后所得的母液应该脱除赤泥（不溶残渣，含有氧化铁、二氧化钛和铝硅酸钠复盐。铝硅酸钠的生成量与铝土矿中氧化硅的含量有关），采用这种方法一般只适合处理氧化硅含量小于8%的铝土矿。

【问题情境】结合上述信息，思考从铝土矿中提取铝的工艺存在哪些不足？

【生】铝土矿中的杂质氧化硅会与NaOH溶液反应，这样得到的偏铝酸钠溶液中混有杂质。而且当铝土矿中含有氧化硅含量较高时，赤泥中含有较多的铝硅酸钠，氧化铝损失较多。

【问题情境】对于氧化硅含量较高的铝土矿，采用上述方法会有较多的氧化铝损失。那么根据氧化硅与盐酸不反应，若向铝土矿中加入盐酸，再过滤除去氧化硅的方案可行吗？

【生】如果向铝土矿中加入盐酸，铝土矿中的氧化铁杂质也会与盐酸反应，这样铝离子和铁离子混合在溶液中。

【师】如何分离这两种离子？

【生】加入足量NaOH溶液！使得铁离子转化为氢氧化铁沉淀，而铝离子转化为偏铝酸盐。

【交流与讨论】若采用“用盐酸溶解铝土矿（除去硅），再加入过量NaOH溶液（除去铁），通入CO2，灼烧沉淀”的工艺流程，与目前工业上采用的流程相比较，有何优缺点？

【生】优点：去除氧化硅，降低铝的损失；

缺点：工艺流程复杂，成本高。

【设计意图】高中化学课程要求培养学生可持续发展的思想，科学观点是不断完善的过程。鼓励学生发问质疑的精神，对学生发散性思维的培养起着重要作用。提供相关信息，并创设问题情境，引导学生思考目前工业上制备铝的方法存在的不足，抓住学生认知冲突，适时转化相异构想。同时联系社会生产的实际，培养学生灵活应用学科知识解决问题的能力。

【总结】教材上提供的“从铝土矿中提取铝”工艺流程适合处理氧化硅含量小于8%的铝土矿，对于氧化硅含量为超过8%的铝土矿需要采用其他改良法处理。因此，目前工业上制备铝还是采用“碱法”，但同时要考虑铝土矿中杂质的含量。

环节4 总结深化，构建体系――铝及其化合物的相互转化

【师】从铝土矿中提取铝的工艺流程，涉及铝的化合物之间的转化。根据我们所学的知识，表示铝及其化合物之间的相互联系。

【总结】铝及其化合物之间的转化。

【练习】写出上述框图中铝及其化合物相互转化的化学方程式或离子方程式。

【总结】从铝土矿中提取铝的工艺流程，归纳相关反应原理，巩固铝及其化合物的转化。

【设计意图】突出重点，从社会生产回归学科知识。通过练习铝及其化合物之间转化的化学方程式，梳理相关知识，让学生自主构建铝及其化合物的知识体系。

四、 教学反思

课堂教学过程中一些转变认知冲突的细节值得回味，如提出“有没有其他方法分离氧化硅杂质？”有学生根据氧化硅不与稀盐酸反应，提出用稀盐酸溶解铝土矿，但也有同学提出会把铝土矿中存在的氧化铁杂质反应，这时教师顺势提出，“如何分离铁离子和铝离子？”这一问题激发了同学们的兴趣，有同学提出加入NaOH溶液的方法，老师追问：“两者都转变为沉淀，如何进一步分离？”有同学激拥卮鸬溃骸翱梢约尤牍量的NaOH溶液，这样使Al（OH）3溶解而氢氧化铁不溶解，用过滤方法实现两种离子的分离。”博得了同学们的掌声。教学后回顾本课，有以下体会：

1. 师生协同互动，生成性教学活动

教学过程是师生协作的过程。俗话说：“教学有法，教无定法。”教学需要预设，但更重要的是在动态中生成。教学过程中要鼓励学生思考，有疑问是求知的第一步。不愤不启，不悱不发，要合理把握学生的“愤”“悱”状态，师生协作完成教与学的活动。

2. 利用学生已有知识，转化认知冲突

教学设计应当分析学生原有的观念和思维方式，弄清其对学习和理解新知识会造成的障碍与影响[2]。在教学过程中创设能引起学生产生认知冲突的教学情境，并通过分析、比较、归纳、推理等科学的思维方法，帮助学生进行认知顺应，实现认知冲突的转化。

3. 创设开放问题情境，学科知识联系生产生活实际

应用学科知识解决生产生活中的相关问题，如工业上制备铝要考虑到原料铝土矿中氧化硅的含量，进而选择相应的方法；电解氧化铝过程中需要加入冰晶石等，为学生的思维打开一扇窗，体现学科知识与工业生产的紧密联系，深化知识结构，培养学以致用的学习品质。

参考文献

[1] 水菊芳. 基于以学论教的高中数学课堂“教师的导”浅谈[J]. 数学通报，2015，03：20-22

电解铝节能方案篇8

例4 （1）（2014年福建卷，24题节选）如图1是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。

图1

①该电化腐蚀称为 。

②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是 （填字母）。

（2）（2014年新课标I卷，27题节选）H3PO2也可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图2所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

图2

（已知：H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的银离子还原为银单质，从而可用于化学镀银）

①写出阳极的电极反应式 。

②分析产品室可得到H3PO2的原因 。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质，该杂质产生的原因是 。

【解析】（1）①海水（主要为氯化钠的稀溶液）是中性溶液，铁在中性溶液中发生吸氧腐蚀。②海水表面溶解的氧气最多，氧气得电子生成OH-；C处的铁失去电子生成Fe2+，可以想象为水面生成的OH-与C处生成的Fe2+相互吸引并结合生成Fe（OH）2，Fe（OH）2进一步被表面海水中溶解的氧化为Fe（OH）3， Fe（OH）3分解生成铁锈，故在靠近表面的B处生成的铁锈最多。各反应发生的大致区域如图3所示：

图3

（2）①电解稀硫酸的阳极是“放氧生酸”：2H2O-4e-O2+4H+。②电解NaOH稀溶液的阴极是“放氢生碱”：4H2O+4e-2H2+4OH-。阳极室不断生成的H+与原料室的H2PO2-相互吸引，H+穿过阳膜扩散至产品室，H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者结合生成弱电解质H3PO2。③“H3PO2及NaH2PO2均可将溶液中的银离子还原为银单质”说明H3PO2及H2PO2-具有还原性。合并前后的不同在于：合并前H2PO2-没有与阳极接触，合并后具有还原性的H2PO2-与阳极接触放电（失去电子）被氧化为PO43-。

【答案】（1）①吸氧腐蚀 ②B （2）①2H2O- 4e- O2+4H+ ②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 ③PO43- H2PO2-或H3PO2被氧化

【备考启示】（1）“阴阳相吸”是很多化学反应的微观基础，阴阳相吸的含义有：①阴离子与阳离子相互吸引并发生迁移；②阴极吸引电解质溶液中的阳离子，阳极吸引电解质溶液中的阴离子，并使阳离子、阴离子发生定向移动；③正极吸引自由电子，使电子经过金属导线由负极定向移动到正极。（2）考生要有丰富的微观想象能力，铁锈主要不在正极或负极处形成，而主要在正、负极之间产生，因为Fe（OH）2在正、负极之间形成，Fe（OH）2继续与溶解的O2（靠近水面溶解的O2多）反应生成Fe（OH）3，Fe（OH）3脱去一部分水才生成铁锈，因此铁锈主要是在有O2的区域形成。复习备考归根到底是要对教材知识有深刻的理解！

四、考查对比分析的能力

例5 （2014年天津卷，7题节选）已知：

化合物 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3

类型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 共价化合物

熔点/℃ 2800 2050 714 191

工业制镁时，电解MgCl2而不电解MgO的原因是 ；制铝时，电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是 。

【解析】氧化镁和氯化镁都是离子化合物，在熔融状态下电解均能制备金属镁，但氧化镁的熔点（2800℃）比氯化镁的熔点（714℃）高得多，因此电解熔融氧化镁制备金属镁比电解熔融的氯化镁制备金属镁能耗要大得多，生产成本也高得多。氧化铝是离子化合物，氯化铝是共价化合物，熔融状态下氧化铝能导电而氯化铝却不能导电，因此只能选择电解氧化铝制铝而不能选择电解氯化铝制铝。

【答案】MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本 AlCl3是共价化合物，熔融态难导电

【备考启示】（1）复习过程中，要善于思考、发现异同，利用结构、性质上的不同来解释应用上的差别。（2）实际工业生产中用冰晶石（Na3AlF6）降低氧化铝的熔点，从而降低生产成本。（3）纯净的熔融氯化铝不导电，但我们可以设想，如果找到某种物质与熔融态的氯化铝形成的液态混合物能导电，那么电解熔融氯化铝就能制备金属铝。事实上，工业上已有用电解AlCl3-NaCl-KCl的熔融盐混合物的方法制备金属铝，其能耗比电解氧化铝与冰晶石的熔融混合物更低。

五、考查复杂装置的判断

例6 （2014年广东卷，11题）某同学组装了如图4所示的电化学装置。电极I为Al，其他电极均为Cu，则（ ）

A.电流方向：电极IV电极I

B.电极Ⅰ发生还原反应

C.电极Ⅱ逐渐溶解

D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2++2e-Cu

图4

【解析】本题考查考生的观察理解能力。前两个烧杯中有盐桥，很容易让考生联想到盐桥电池，若将Ⅱ和Ⅲ、Ⅰ和Ⅳ断开，把Ⅰ和Ⅱ连接起来，就是总反应为2Al+3CuSO4Al2（SO4）3+3Cu的盐桥电池，如图5所示：

图5

第三个烧杯中是两个铜电极插入硫酸铜溶液中，应该联想到铜的电解精炼装置：盐桥电池的负极铝与铜电极Ⅳ相连，铜电极Ⅳ作电解池的阴极；盐桥电池的正极与铜电极Ⅲ相连，铜电极Ⅲ作电解池的阳极。至此，考生可在图上标明，如图6所示：

图6

参照图6，根据电化学的基础知识可以顺利得出结论。电流方向与电子方向相反，即电极Ⅳ经电流计到电极Ⅰ，A正确。电池负极是还原剂，失去电子发生氧化反应，B错误。电极Ⅱ是正极，电解质溶液中的铜离子不断得到电子并在电极表面析出铜，电极II逐渐变粗，C错误。电极Ⅲ是铜作活泼阳极，失去电子被氧化：Cu-2e-Cu2+，D错误。

【答案】A

【备考启示】（1）利用原电池作为电解池的电源，创设比较复杂的情景，考查考生的观察理解能力，这种命题方式应引起考生的重视。（2）盐桥电池的构造是：还原剂与氧化产物在一起构成电池的负极区，氧化剂与还原产物在一起构成电池的正极区，负极区与正极区通过盐桥相连。理解并牢记盐桥电池的优点：可以避免氧化剂与还原剂（如本题中的铜离子和铝）的接触，从而避免能量损失，提高电池效率，提供稳定的电流。

六、考查电化学计算

例7 （2014年重庆卷，11题节选）一定条件下，如图7所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。

①导线中电子移动方向为________。（用A、D表示）

②生成目标产物的电极反应式为__________。

③该储氢装置的电流效率η= 。

（η=×100%，计算结果

保留小数点后1位）

图7

【解析】①仔细观察装置图可以发现：电解池左边D电极上发生的反应是苯加氢还原。根据电解池中电极名称的规定知：发生还原反应的D电极是阴极，即电子流入的电极，故导线中电子移动方向为AD。②该电解池的目的是为了储氢，故目标产物为环己烷，其电极反应式为C6H6+6H++6e-C6H12。③阳极生成的H+经过高分子电解质膜移动至阴极，一部分H+与苯一起得电子生成环己烷，还有一部分H+ 得电子生成H2（2H++2e-H2，阴极的副反应），左边（阴极区）出来的混合气体成分为未反应的苯（g）和生成的环己烷（g）、H2，设未反应的苯蒸气物质的量为x，生成的氢气的物质的量为y，阴极生成的气态环己烷为（2.4-x）mol，得到电子6（2.4-x）mol，阴极生成

y mol H2得到电子2y mol，阳极（E极）的电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+，生成2.8 mol O2失去电子物质的量为4×2.8 mol=11.2 mol，根据得失电子守恒有6（2.4-x） mol+2y mol=11.2 mol；阴极出来的混合气体中苯蒸气的物质的量分数为x÷（10+y）= 0.1；联解得x=1.2 mol，电流效率为6×（2.4-1.2）÷ 11.2×100%=64.3%。

【答案】①AD ②C6H6+6H++6e-C6H12 ③64.3%

【备考启示】“定量计算进入化学意味着化学的成熟”“将化学问题抽象成数学问题是思维的飞跃”等观点是命题专家的共识。要加强复习备考的针对性就应重视通过计算和推理解决实际化学计算题。

Q博士课后作业参考答案：

（Ⅰ）λ =± 1.

（Ⅱ）证明：由已知，λ > 0，x1=x2及y1=y2=2，可得xn> 0，yn> 0，由不等式的性质，有≥λ≥λ2≥…≥

λn-1= λn-1；另一方面，=λ=λ2=…=λn-1=