阳极气体传质对铝液中氧化铝夹杂形成影响机理研究

摘要：采用第一性原理的分子动力学方法模拟研究阳极气体对铝液传质形成Al2O3夹杂过程的影响。结果表明,在电解铝液中,CO2分解成CO和O,铝被氧化。反应过程相对势垒变化为初始结构(0Ha)→过渡态Ⅰ(0.019Ha)→中间态(0.030Ha)→过渡态Ⅱ(-0.042Ha)→反应结束(-0.056 Ha)。CO2与电解铝液反应过程为:CO2→CO2(ad)→COad+[O]→CO↑+[O],3[O]+2Al→Al2O3,总反应为:3CO2+2Al→Al2O3+3CO↑。离解产物氧与铝结合形成的铝氧键非常稳定。以电解铝液为原料,配制了一组工业纯铝试样,采用扫描电镜研究了凝固试样的组织。对高温电解铝液而言,阳极气体是一种极强的氧化剂,能同高温铝液剧烈反应生成Al2O3夹杂。电解铝液中氧化夹杂对铝样组织产生冶金遗传效应,氧化夹杂聚集在纯铝上,气孔比较发达,表明气体通过氧化夹杂形核、长大。