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        鋁電解陽極效應(yīng)裝置的問題及技術(shù)改進(jìn)

        2017-03-17 00:50:29毛小浩徐本軍
        電子技術(shù)與軟件工程 2016年16期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)改進(jìn)鋁電解創(chuàng)新

        毛小浩++徐本軍

        摘 要

        在鋁電解教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中需要人為產(chǎn)生陽極效應(yīng),加深學(xué)生對該現(xiàn)象的理解。針對傳統(tǒng)效應(yīng)發(fā)生裝置的不足進(jìn)行了改進(jìn)及創(chuàng)新,實(shí)驗(yàn)由教師演示操作轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主動手操作,提高了實(shí)驗(yàn)效率和效果。

        【關(guān)鍵詞】鋁電解 陽極效應(yīng) 技術(shù)改進(jìn) 創(chuàng)新

        鋁電解生產(chǎn)過程中發(fā)生陽極效應(yīng)會導(dǎo)致電解狀態(tài)不穩(wěn)定,及時(shí)預(yù)測陽極效應(yīng)發(fā)生和熄滅是極為關(guān)鍵的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過模擬產(chǎn)生陽極效應(yīng)方式來加深學(xué)生對效應(yīng)現(xiàn)象的理解。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置存在危險(xiǎn)性高及成功率低等問題,現(xiàn)通過使用小型低溫熔鹽電解槽及改變?nèi)埯}成份、配比等技術(shù)改進(jìn)及創(chuàng)新,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)由難變易,學(xué)生可獨(dú)立動手操作,極大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和理解能力。

        1 傳統(tǒng)效應(yīng)裝置的缺點(diǎn)

        1.1 裝置構(gòu)成及運(yùn)行

        傳統(tǒng)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(zhì)由冰晶石-氧化鋁組成。

        實(shí)驗(yàn)時(shí)將調(diào)配好電解質(zhì)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(zhì)熔化后補(bǔ)加電解質(zhì)至液面接近坩堝邊緣,調(diào)整陽極升降裝置使陽極與液面接觸。緩慢調(diào)節(jié)直流電源電流至效應(yīng)發(fā)生。

        1.2 裝置存在的缺陷

        1.2.1 裝置及實(shí)驗(yàn)過程不穩(wěn)定

        實(shí)驗(yàn)過程中為便于操作和觀察,爐口一直處于開啟狀態(tài),電解質(zhì)熔化緩慢,單組實(shí)驗(yàn)需耗時(shí)>5小時(shí)。而爐溫變動易導(dǎo)致電解質(zhì)導(dǎo)電性能不佳而無法產(chǎn)生效應(yīng)。在長時(shí)間高溫狀態(tài)下裝置極易出現(xiàn)故障。

        1.2.2 實(shí)驗(yàn)過程危險(xiǎn)

        實(shí)驗(yàn)中電解質(zhì)會釋放出少量HF氣體,對實(shí)驗(yàn)人員及場地有一定危害,學(xué)生無法長時(shí)間觀測實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程的高溫(約1000℃)熱輻射極強(qiáng),現(xiàn)象不易觀察,也容易造成實(shí)驗(yàn)人員的人身傷害。

        高溫下陽極與液面接觸程度很難確定,調(diào)節(jié)電流可超過20A,為安全學(xué)生需離電解裝置有一定距離,更不易觀測到現(xiàn)象的變化。

        1.2.3 實(shí)驗(yàn)損耗大

        每次實(shí)驗(yàn)均要損壞坩堝及支架數(shù)套。由于高溫氧化導(dǎo)致坩堝破裂電解質(zhì)流出損壞爐膛及加熱元件,降低了設(shè)備壽命。

        由上所述可知:傳統(tǒng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置存在著諸多缺陷,已無法滿足當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)效性和綜合性的要求。

        2 效應(yīng)裝置技術(shù)改進(jìn)及創(chuàng)新

        2.1 效應(yīng)裝置的創(chuàng)新

        陽極效應(yīng)是熔鹽電解固有的一種特征現(xiàn)象,以此為出發(fā)點(diǎn),改用三元低溫熔鹽作為電解質(zhì),該電解質(zhì)熔點(diǎn)約為142℃,熔融后不易揮發(fā)且清亮透明,容易觀察陽極與電解質(zhì)接觸情況,效應(yīng)現(xiàn)象明顯,能很好滿足學(xué)生的觀察要求。而且電解質(zhì)無腐蝕性,可重復(fù)利用,極大的降低了成本。

        2.2 效應(yīng)裝置的技術(shù)改進(jìn)

        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(tǒng)、坩堝支架、加熱爐、升降臺、直流電源組成。控溫系統(tǒng)保持熔融狀態(tài)的穩(wěn)定性。采用指針、數(shù)顯表及效應(yīng)指示燈綜合反映效應(yīng)現(xiàn)象,提高了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀測性。電解狀態(tài)指示燈、防誤調(diào)按鈕及漏電保護(hù)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(hù)簡便。

        3 實(shí)驗(yàn)效果比對

        (1)傳統(tǒng)裝置由于設(shè)備局限,僅能靠一臺設(shè)備進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),每組人數(shù)多達(dá)8-10人。觀測效果不穩(wěn)定使得學(xué)生對效應(yīng)現(xiàn)象理解模糊。而且設(shè)備突發(fā)故障導(dǎo)致的重復(fù)實(shí)驗(yàn)易使學(xué)生產(chǎn)生懈怠和抵觸情緒。在設(shè)備正常運(yùn)行情況下,每組陽極效應(yīng)實(shí)驗(yàn)平均耗時(shí)8-10小時(shí),實(shí)驗(yàn)效率低且效果差。

        (2)采用新裝置后,操作簡化使學(xué)生可全程獨(dú)立操作,在實(shí)驗(yàn)流程上鍛練了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。教師可節(jié)約出維護(hù)設(shè)備運(yùn)行所占時(shí)間,給予學(xué)生更多的實(shí)驗(yàn)講解和指導(dǎo)時(shí)間,加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解。按國家規(guī)定的設(shè)備臺套數(shù)要求,每組人數(shù)減至1-2人,每組實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短至0.5-1小時(shí),提高了實(shí)驗(yàn)效率及效果,由演示性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性實(shí)驗(yàn)。

        (3)經(jīng)過兩年的實(shí)踐教學(xué),新效應(yīng)裝置在可靠性、運(yùn)行效率及實(shí)驗(yàn)效果上表現(xiàn)良好,為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效進(jìn)行提供了極大助力。

        (通信作者:徐本軍)

        參考文獻(xiàn)

        [1]邱竹賢,沈時(shí)英,蔡祺風(fēng).鋁電解[M].北京:冶金工業(yè)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(xué)歷。冶金工程專業(yè)?,F(xiàn)為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院講師。研究方向?yàn)橛猩饘佟?/p>

        作者單位

        貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院 貴州省貴陽市 550025

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