铝电解槽阴极（原著第三版）

　　本书译自德国的Beuth Verlag GmbH出版商于2010年出版Cathodes in Aluminium Electrolysis （3rd edition），原著者和翻译者都是国际/国内知名的专家和学者，翻译质量上乘，是一部非常优秀的翻译著作。本书属于理论著作，同时有密切结合生产实际。
　　在铝电解生产过程中，不仅有电解生成铝的主反应发生，而且也存在着影响铝电解槽阴极寿命的诸多副反应，这些副反应既有化学过程、也有电化学过程。此外，从电解槽焙烧、启动到正常生产过程中还存在着诸多物理、化学和电化学过程对阴极材料的腐蚀与破坏。这些问题都在本书中作了详细的分析。
　　本书原著由索列教授（M S?rlie）、欧耶教授（H. A. ?ye）编著。欧耶先生（H. A. ?ye）为挪威皇家科学院院士，挪威工业大学教授，为铝电解阴极过程理论的完善和电解槽寿命的提高作出了卓越贡献，是国际铝工业界著名的专家和学者；索列教授（M S?rlie）是世界著名的铝冶金专家和学者，具有丰富的生产实践经验。
　　《铝电解槽阴极》（Cathodes in Aluminium Electrolysis）一书凝聚了欧耶先生与索列教授的众多研究成果以及国际铝工业的相关先进技术，是迄今为止关于铝电解槽阴极理论和技术的一部*完整的著作，是奉献给世界铝工业的一份宝贵财富。
　　本书译者冯乃祥教授是我国著名的冶金专家，在铝电解方面有着杰出的成果。将本书翻译成中文出版，以期丰富我国铝冶金工作者对铝电解槽阴极理论和技术的认识，为电解槽寿命的提高和我国电解铝工业的发展作贡献。 

　　本书译自德国保伊斯出版社（Beuth Verlag）2010年出版的“Cathodes in Aluminium Electrolysis”（第三版）。全书共分8章，内容主要包括铝电解槽所用阴极的材料与结构、阴极焙烧与早期操作、阴极材料性能表征、阴极在电解过程中的物理变化与化学变化、阴极破损原因、废旧阴极回收等重要方面，还涉及铝电解槽阴极未来发展趋势等。本书参考了大量的文献，其中包括丰富的实验室研究成果和工业生产的数据、图像等信息。
　　本书可供高等院校有色冶金等相关专业的师生以及从事铝用炭素材料、电解铝的生产、设计、科研和管理工作的工程技术人员阅读参考。

　　莫顿·索列（M S?rlie）博士是位于挪威克里斯蒂安桑的美铝挪威铝业（前埃肯铝业）的技术支持与开发中心的专家，也是特隆赫姆市挪威科技大学（NTNU）材料科学与工程系的兼职教授。他致力于铝电解阳极与阴极用炭素原料的基础科学以及阳极与阴极工业技术的研究。
　　哈拉德A·欧耶（H. A. ·ye）博士是特隆赫姆市的挪威科技大学（NTNU）材料科学与工程系的名誉教授，也是每年铝冶金国际讲座（International Course on Process Metallurgy of Aluminium）的导师和教授。挪威无机化学学院是世界*的铝电解基础研究部门，欧耶博士在该领域工作了40年。基于其突出的科学贡献，被挪威国王封为爵士。同时欧耶博士也是国际标准委员会（ISO-226，原铝生产材料）的主席。

第1章　阴极材料性质与阴极结构
1.1　绪论
1.2　炭内衬
1.2.1　无烟煤
1.2.2　天然石墨
1.2.3　人造石墨
1.2.4　胶黏剂
1.2.5　捣固糊
1.2.6　阴极炭块
1.2.7　底部炭块材料的选择
1.2.8　侧部炭块
1.2.9　炭胶与碳质黏结剂
1.3　耐火材料与保温材料
1.3.1　保温材料
1.3.2　氧化铝粉
1.3.3　致密耐火材料
1.3.4　复合或夹层保温材料
1.3.5　耐火材料和保温材料性质
1.4　防渗材料
1.4.1　钢板
1.4.2　石墨片
1.4.3　玻璃质
1.4.4　砖
1.4.5　整体浇注块
1.4.6　干式防渗料
1.5　钢壳与托架
1.6　阴极安装（筑炉）
1.6.1　耐火层和保温层
1.6.2　阴极钢棒组装
1.6.3　安装底部炭块
1.6.4　侧部内衬
1.6.5　捣固糊部分
1.7　阴极模型计算
1.8　可湿润阴极
1.8.1　介绍
1.8.2　TiB2材料性质
1.8.3　工业试验
参考文献

第2章　焙烧、启动与早期操作
2.1　焙烧与启动
2.1.1　焙烧方法
2.1.2　捣固糊
2.1.3　铝液焙烧
2.1.4　阳极焙烧
2.1.5　电阻焙烧
2.1.6　火焰焙烧
2.1.7　电加热器焙烧
2.1.8　熔融电解质（冷启动）
2.1.9　焙烧方法的比较
2.1.10　焙烧效果
2.1.11　内衬材料的位移
2.2　电解槽启动和电解质侵蚀（吸食）期
2.3　电解槽早期操作
2.4　电解槽正常操作
2.4.1　电解温度与分子比
2.4.2　热平衡与结壳形成
2.4.3　冲蚀坑与裂纹
2.5　槽寿命预测
参考文献

第3章　化学反应与腐蚀
3.1　气化与其他化学反应
3.1.1　炭内衬氧化
3.1.2　槽壳的氧化与脱落
3.2　碳化铝的形成
3.3　磨蚀的实验室研究
3.4　工业电解槽的磨蚀
3.5　炭内衬的化学反应
3.5.1　电解质和钠的渗透
3.5.2　化学反应热力学基础
3.5.3　渗透（反应）模型的实验验证
3.5.4　工业电解槽炭阴极中的电解质渗透与反应
3.5.5　侧部碳质材料中钠的反应
3.5.6　阴极中的Li和K
3.5.7　NaCN的生成
3.6　与阴极钢棒反应
3.7　耐火材料和保温材料中的化学反应
3.7.1　电解质组分在耐火材料中的渗透
3.7.2　电解质与硅酸铝耐火材料的反应
3.7.3　钠蒸气与硅酸铝耐火材料的反应
3.7.4　电解质和钠共同反应
3.7.5　与其他耐火材料的反应
3.7.6　与铝液反应
3.7.7　与侧壁陶瓷材料反应
参考文献

第4章　电解过程中的物理变化
4.1　热膨胀和收缩
4.1.1　阴极炭块
4.1.2　捣固糊
4.1.3　阴极钢棒和槽壳
4.1.4　复合热膨胀
4.1.5　耐火材料和保温材料
4.2　导电性能
4.2.1　初始内衬材料的导电性能
4.2.2　导电性能的过时变化
4.3　热导率
4.3.1　初始阴极炭块材料的热导率
4.3.2　炭块热导率随时间的变化
4.3.3　炭块材料电阻率和热导率的交互作用
4.3.4　耐火材料的热导率
4.4　钠膨胀
4.4.1　自由膨胀
4.4.2　受压膨胀
4.5　阴极底部隆起
4.5.1　垂直膨胀梯度
4.5.2　盐析
4.5.3　材料转化
4.5.4　位移约束
4.6　机械强度
参考文献

第5章　阴极材料性能表征
5.1　简介
5.2　炭素材料的性能标准化测试方法
5.2.1　阴极、捣固糊和耐火材料的ISO实验方法
5.2.2　耐火材料和保温材料的标准测试方法
5.2.3　非标准表征方法
5.3　综述
5.3.1　测试方法
5.3.2　标准测试方法（炭块）
5.3.3　炭块校检
5.3.4　非标准测试方法（炭块）
5.3.5　捣固糊
5.3.6　阴极材料的性能选择
参考文献

第6章　阴极破损
6.1　引言
6.2　阴极解剖
6.3　不均匀加热和热冲击
6.4　捣固部分的安装质量问题
6.5　捣固糊的收缩
6.6　阴极钢棒导致的破损
6.7　电解槽钢壳和内衬的相互作用
6.8　钠渗透
6.9　钢壳破损
6.10　瞬间高温和渗透
6.11　侧壁结壳动力学
6.12　阴极的过度保温
6.13　钠膨胀和阴极表皮脱落
6.14　侧壁的空气氧化
6.15　侧壁腐蚀
6.16　底部炭块的氧化破损
6.17　底部炭块的磨蚀
6.18　冲蚀坑的形成
6.19　阴极下部的铝热反应
6.20　电解槽的临时停槽与重新启动
6.21　电解槽的维修
参考文献

第7章　废旧电解槽内衬材料的回收处理
7.1　废旧电解槽内衬材料
7.1.1　背景
7.1.2　废旧电解槽内衬材料的处理
7.1.3　水解反应
7.2　SPL处理方法综述
7.3　处理、回收和利用技术
7.3.1　燃烧发电技术
7.3.2　钢铁工业中的造渣剂和金属添加剂
7.3.3　水泥制造业中燃料和矿物添加剂
7.3.4　转化为惰性填埋材料
7.3.5　红砖陶瓷产品
7.3.6　石棉生产中添加SPL技术
7.3.7　浸出工艺回收氟化物
7.3.8　高温水解
7.3.9　高温硫解
7.3.10　高温硅解
7.3.11　石墨回收
7.3.12　阴极炭块添加剂
7.3.13　阳极炭块添加剂
7.3.14　金属铝的选择性回收
7.4　处理废旧电解槽内衬材料的基本观点
7.4.1　填埋
7.4.2　运输
7.4.3　剥落和分拣
7.4.4　直接回收
7.4.5　新的工艺过程开发
参考文献

第8章　趋势与发展
8.1　总体趋势
8.2　阴极炭材料
8.3　捣固糊
8.4　胶
8.5　侧壁材料
8.6　耐火材料
8.7　钢壳
8.8　废阴极处理
8.9　数学模型
8.10　可湿润性阴极
参考文献
索引

　　中文版序
　　ADDENDUM from Professor Harald A. ?ye，Trondheim，May 2013
　　I thank Professor Feng Naixiang very much for taking the initiative to translate our book.
　　I have greatly appreciated my multiple visits to China and the cooperation with Chinese scientists.My first visit to China was to Professor Qui Zhuxian at North East University in 1984.I have watched the tremendous development in China as a country and of the improvement of the Chinese aluminium technology.My main Chinese cooperation partners have been Professor Qui Zhuxian，Professor Feng Naxiang，Professor Xue Jilai and Dr.Liao Xianan.I have appreciated very much their knowledge and　their warm hospitality when in China.I have additionally been pleased with their introduction to Chinese culture.They have all also spent time in Trondheim with me and you can find reference to their work in the book.
　　My last visit 2012 in China by invitation by Professor Feng，sponsored by “The National Natural Science Foundation of China” was specially rewarding.The newest technology was demonstrated showing that China is in the forefront in aluminium technology both with respect to modernization and innovation.
　　I also thank Beuth Verlag，Germany for the release of the book for Chinese translation.
　　我非常感谢冯乃祥教授对我们的书进行翻译。
　　我非常荣幸能够多次到中国参观并与中国科学家合作。1984年受东北工学院（现东北大学）邱竹贤教授邀请，我首次来到中国。这些年，我已看到了中国发生的巨大变化和中国铝工业的快速发展。在中国，我的主要合作伙伴是邱竹贤教授、冯乃祥教授、薛济来教授和廖贤安博士。我十分感激在中国期间他们的热情好客以及给予的理解和支持。他们介绍的中国文化我也非常喜欢。他们也都在特隆赫姆与我一起共事过，读者可以在本书中看到他们的研究成果。
　　我近一次到中国访问是在2012年受冯乃祥教授邀请，由中国国家高技术研究发展计划项目支持，这是一次特别有意义的访问。的技术显示出中国铝工业技术在现代化与创新方面走在了世界前列。
　　我也感谢德国Beuth Verlag出版社对本书的中文翻译授权。
　　哈拉德 A.欧耶教授
　　2013年5月于特隆赫姆
　　译者序
　　铝电解槽是冰晶石-氧化铝熔盐电解的主体设备，而阴极又是该主体设备的核心部分。冰晶石-氧化铝熔盐电解由铝离子转变成金属铝的电极反应在铝电解槽的阴极上进行。在铝电解生产过程中，不仅有电解生成铝的主反应发生，而且也存在着影响铝电解槽阴极寿命的诸多副反应，这些副反应既有化学过程、也有电化学过程。此外，从电解槽焙烧、启动到正常生产过程中还存在着诸多物理、化学和电化学过程对阴极材料的腐蚀与破坏。这些问题都在《Cathodes in Aluminium Electrolysis（3rd edition）》中作了详细的分析。
　　《Cathodes in Aluminium Electrolysis（3rd edition）》由索列教授（M. S?rlie）、欧耶教授
　　（H. A. ?ye）编著，德国的Beuth Verlag出版社于2010年出版。相对于前一版，该版在内容上有了更大幅度的充实。
　　欧耶教授（H. A. ?ye）为挪威皇家科学院院士，挪威工业大学教授，致力于铝冶金化学、炭素材料等方面的研究工作。为铝电解阴极过程理论的完善和电解槽寿命的提高作出了卓越贡献，是国际铝工业界著名的专家和学者，享有极高的学术声誉，深受业内学者的尊敬和爱戴。欧耶教授也是我的恩师，我曾于20世纪90年代初在欧耶教授的实验室从事研究工作。期间有幸得到欧耶教授学术上的指导和生活上的帮助，至今受益匪浅。
　　索列教授（M. S?rlie）既是欧耶教授的同事和合作者，也是欧耶教授的学生之一，他是世界著名的铝冶金专家和学者，具有丰富的生产实践经验。
　　《铝电解槽阴极》（Cathodes in Aluminium Electrolysis）一书凝聚了欧耶教授与索列教授的众多研究成果以及国际铝工业的相关先进技术，是迄今为止关于铝电解槽阴极理论和技术的一部完整的著作，是奉献给世界铝工业的一份宝贵财富。
　　我们将此书翻译成中文，以期丰富我国铝冶金工作者对铝电解槽阴极理论和技术的认识，为电解槽寿命的提高和我国电解铝工业的发展作贡献。
　　感谢欧耶教授和出版商同意将此书翻译成中文，并由化学工业出版社出版。同时感谢欧耶教授为此书中文版撰写了序言。
　　为了便于读者理解，特将部分原版彩色插图放至文后。
　　由于译者水平有限，错误和不当之处在所难免，敬请批评和指正。
　　冯乃祥
　　2014年6月
　　英文版序
　　本书的主要目的是就如何获得寿命长、运行稳定的铝电解槽给出建议。铝电解槽中的阴极（炭质部分、导电体、耐火材料、保温材料和槽壳）在焙烧和连续的运行期间由于化学反应或物理变化而逐渐破损。尽管设计与操作合理的电解槽能够维持8～10年，但是物理与化学破损仍会缩短槽寿命，导致额外的大修费用。
　　本书结合基本原理、实验室测试和工厂生产经验，讨论早期破损的原理以及预防措施，同时也介绍了质量控制的测试方法，其中的很多方法如今已成为ISO标准。本书专门列出一章讨论废旧电解槽内衬的处理问题。
　　当前的第三版在第二版的基础上进行了完善，包含了1994年以来的新成果。与之前版本一样，本书仍然强调量化信息。另外作者尽量给出结论与相关建议以满足读者需求。本书涵盖了大量的电解槽破损资料与破损原因，在这些章节中详细介绍了一些新的案例。
　　本书不仅保持了在1994年版本中给出的结果，也编入了此后出现的如下重要的扩展内容：使用石墨质和石墨化阴极炭块的大型电解槽；为增产进行的电流强化；临时停槽与二次启动。
　　本书所引用的哈拉德A.欧耶教授的大部分研究成果都得到了挪威铝工业和挪威研究委员会的支持。莫顿·索列博士与在美铝莫斯琼（前埃肯铝业莫斯琼）和美铝利斯塔（前埃肯铝业利斯塔）的同事之间的交流是有重大价值的。我们对他们表示感激。
　　我们感谢安妮·雅戈托英女士，她精心完成了本书的打字、校对与排版工作。
　　莫顿·索列和哈拉德A.欧耶
　　2010年5月于特隆赫姆