阳极氧化铝的制备原理是阳极效应(又名阳极化处理)。
阳极效应是熔盐电解特有的现象,而以电解铝生产表现犹为明显。生产中当阳极效应发生时,电解槽电压急剧升高,达到20~50V,有时甚至更高。它的发生对整个电解系列产生很大影响,使电流效率降低,影响电解的各技术指标,且使铝的产量和质量降低,破坏了整个电解系列的平稳供电。在处理的方法上,不外乎有两种:用效应棒(木棒)熄灭,或降低阳极,增加氧化铝的下料量,以达到熄灭阳极效应的目的。还未发现有更好的处理方法。
阳极效应的发生是由于随着电解过程的进行,电解质中含氧离子逐渐减少,当达到一定程度后,则有氟析出且与阳极炭作用生成炭的氟化物,炭的氟化物在分解时又析出细微的炭粒,这些炭粒附在阳极表面上,阻止了电解质与阳极的接触,使电解质不能很好地湿润阳极,就像水不能湿润涂油的表面一样,使电解质-阳极间形成一层导电不良的气膜,阳极过电压增大,引起阳极效应。当加入新的氧化铝后,在阳极上又析出氧,氧与炭粉反应,逐渐使阳极表面清静,电阻减小,电解过程又趋于正常。
在生产方面当阳极效应发生时,电解质的温度急剧升高,由正常值的940℃~955℃急速升高到980℃~990℃,炉帮熔化变薄,增加了侧部炭块被侵蚀的可能性。电压的急剧升高,使系列电流波动,影响电解槽的产量。电耗增加。生产中阳极效应的熄灭方法是:将效应棒即(大约2~3米直径2~4cm的树枝)插入铝液中使木棒燃烧排除阳极底掌的气体薄膜,清洁阳极底部,实际是在燃烧铝液,整个过程大约持续3~5分钟,而此时电解的电化学过程是停止的,这也就是电解职工常说的"效应时间不产铝,而且还要跑电耗的"原因所在。因此造成铝液的严重损失。以300KA中间下料预焙槽为例:效应系数0.3次/槽日,效应时间5min,电流效率93%,一个阳极效应少产原铝:300×0.3355×5÷60=8.4kg,每吨铝电耗增加158kwh。 这种能量在生产中大多转化为热能,使电解槽极距间温度急剧升高,进而向阳极四周传导,使的电解槽温度升高,引起电解质中氟化铝的大量挥发。因此传统的阳极效应法已不能适应当今现代电解槽生产。
在环境方面铝电解生产中,阳极效应还伴随着对大气臭氧层有破坏性的PFCs(CF4·C2F6)气体的产生。当今西方发达国家对铝电解的环保要求极为严格。