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アルミ電気分解産業に必要な化学物質の概要!

2026-02-28

アルミニウム電解工業（ホール・エルー法、すなわち氷晶石・アルミナ溶融塩電解法を採用）の核心は、「溶融電解質システム＋アルミニウム原料＋補助試薬」である。必要とされる化学品は、電解反応、電解質調整、設備保護、不純物除去に関連しており、工業的な実用例と合わせて、その機能別に以下のように分類される（貿易および生産登録のニーズに適しており、各化学品の役割、仕様、および中心的な目的を明確にする）。

I. 主要原料（電解反応に必須、アルミニウム生産量を決定）

これらの化学品はアルミニウム電解生産の基盤であり、アルミニウムの還元反応に直接参加し、生産プロセスで最も消費されるカテゴリーである。中心はアルミニウム含有原料であり、金属アルミニウムの生産を支える。

1. アルミナ（Al₂O₃）

アルミニウム電解における中心的なアルミニウム源であり、金属アルミニウムを生産するための唯一の原料である。アルミニウム電解における化学品総消費量の90%以上を占める。仕様要件：工業グレードアルミナ、純度≧98.5%、強熱減量≦1.0%、均一な粒度（20-80メッシュ）、良好な流動性、機械化された供給および溶融塩への溶解が容易であること。機能：溶融電解質に溶解した後、電解反応により金属アルミニウムに還元される（中心反応：2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑）。その純度はアルミニウムインゴットの品質を直接決定する。不純物が過剰だとアルミニウムインゴットのグレードが低下する。世界的に、一次アルミニウム1トンあたり約1.92～1.95トンのアルミナが消費されており、アルミニウム電解工業における最も中心的な原料である。

II. 電解質システムの主要化学品（電解条件を調整し、円滑な反応を確保）

アルミニウム電解の電解反応は溶融電解質中で行われる必要がある。これらの化学品は主に安定した電解質システムを構築し、電解温度を低下させ、導電率を向上させるために使用され、フッ化物製品を中心とする電解プロセスに不可欠な主要試薬である。

1. 氷晶石（Na₃AlF₆）

電解質システムの中心的な溶媒であり、代替不可能で、電解質化学品の消費の大部分を占める。仕様要件：工業グレード氷晶石、純度≧98%、フッ素含有量≧53%、ナトリウム含有量≦32%、水分≦0.5%。粒度に応じて、粒状（良好な流動性、粉塵なし、セル起動および通常生産の機械化に適している）と粉末状（200-325メッシュ、従来の電解補助補給に適している）に分けられる。機能：アルミナを溶解して氷晶石・アルミナ溶融電解質を形成し、アルミナの融点を2050℃から940～980℃に低下させ、電解エネルギー消費を大幅に削減する。同時に、電解質の導電率を向上させ、電解プロセスを安定化させ、電解槽の炭素ライニングを保護し、電流効率を向上させる。ホール・エルー法における中心的な溶媒である。世界的な氷晶石の年間消費量は約70万トンで、その90%以上がアルミニウム電解工業で使用されている。一次アルミニウム1トンあたり約20～30kgの氷晶石が消費される（電解槽の種類に応じて調整）。

2. フッ化アルミニウム（AlF₃）

電解質システムの主要な調整剤であり、氷晶石と相乗的に作用し、アルミニウム電解生産に不可欠な添加剤である。仕様要件：工業グレード/冶金グレードフッ化アルミニウム、純度≧98%、フッ素含有量≧61%、水分≦0.5%。高純度グレード（純度≧99.5%）は、ハイエンドアルミニウム電解生産に使用できる。機能：氷晶石・アルミナ溶融塩システムの分子比（NaFとAlF₃のモル比）を調整し、2.2～2.8の合理的な範囲内に制御することで、電解質の液相線温度を低下させ、導電率を向上させ、アノード効果の頻度を減らし、電解槽の寿命を延ばし、アルミニウム液の純度と電解効率を向上させる。一次アルミニウム1トンあたりのフッ化アルミニウムの世界平均消費量は約18～22kgである。中国では、一部の企業が湿式法製品や旧式電解槽を使用しているため、平均単位消費量はやや高く、約23～25kg/トンである。

3. 補助電解質調整剤（オプション、電解性能の最適化）

電解槽の稼働条件および製品要件に応じて、少量の補助調整剤を添加することで、電解質性能をさらに最適化し、エネルギー消費を削減し、効率を向上させることができる。

フッ化ナトリウム（NaF）：電解質の分子比を調整し、ナトリウム元素を補給する。分子比が低すぎる場合に追加される。仕様：純度≧98%、フッ素含有量≧45%。
フッ化マグネシウム（MgF₂）：電解質の液相線温度を低下させ、電解質の流動性を向上させ、電解質の揮発を低減する。仕様：純度≧98%、フッ素含有量≧50%、一次アルミニウム1トンあたりの添加量は約2～5kg。
フッ化カルシウム（CaF₂）：電解質の安定性を向上させ、電解槽の寿命を延ばし、アノード効果を抑制する。仕様：純度≧97%、フッ素含有量≧48%、添加量は電解槽の規模に応じて調整される。

III. 電極関連化学品（電極性能を確保し、電解反応を支援）

アルミニウム電解は電流伝導を完了するために電極に依存している。これらの化学品は、電極を準備するため、または電極を保護して電解反応の安定した進行を確保するために使用される。

1. プレベークアノード用原料（炭素アノード）

プレベークアノードはアルミニウム電解の中心的な電極（アノード）である。必要とされる化学品は、アノードの導電率と高温耐性を確保するためのアノードを準備するために使用される。

石油コークス：主要原料、純度≧98%、硫黄含有量≦0.5%、アノードの炭素マトリックスを準備し、導電率を提供する。
ピッチコークス：補助原料、石油コークス粒子を結合し、アノード強度を向上させる。仕様：軟化点80～120℃。
コールタールピッチ：バインダー、石油コークスとピッチコークス粒子を成形するために使用される。仕様：グレード1コールタールピッチ、灰分≦0.3%。

2. カソードペースト用原料（炭素カソード）

カソードペーストは、電解槽のカソードを構築するために使用され、カソードの導電率と耐食性を確保する。必要とされる化学品：

黒鉛粉末：カソードの導電率を向上させる。仕様：純度≧95%、粒度100～200メッシュ。
無煙炭：主要原料、固定炭素≧85%、硫黄含有量≦0.3%、カソードペーストマトリックスを準備するために使用される。
コールタールピッチ：バインダー、黒鉛粉末および無煙炭と混合して成形する。プレベークアノード用コールタールピッチと同じ要件。

IV. 補助化学品（設備保護、不純物除去、安全保護）

これらの化学品は電解反応に直接参加しないが、生産の安全性、設備の安定性、製品品質を確保するために使用され、アルミニウム電解生産の補助的サポートである。

1. 設備保護および防食化学品

耐火補助剤：ナトリウムケイ酸塩（Na₂SiO₃）など、電解槽ライニングのメンテナンスに使用され、ライニングの耐火性およびシーリングを向上させ、電解質漏洩を防ぐ。
防食コーティング原料：エポキシ樹脂やポリフッ化ビニル樹脂など、電解槽周辺の設備の防食に使用され、硫酸やフッ化物による腐食に耐える。

2. 不純物除去および排ガス処理化学品

水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）：排ガス脱硫および脱フッ素に使用され、電解中に発生するフッ化水素（HF）および二酸化硫黄（SO₂）を除去する。仕様：純度≧90%、粒度200メッシュ以上。
活性炭：排ガス中の有害不純物を吸着し、廃ガスを精製するために使用される。仕様：粉末状、吸着値≧800mg/g。

3. 安全および補助試薬

硫酸（H₂SO₄）：設備洗浄および陽極酸化処理に使用される。仕様：工業グレード98%濃硫酸。
水酸化ナトリウム（NaOH）：廃水の中和および設備洗浄に使用される。仕様：工業グレードフレーク苛性ソーダ、純度≧96%

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アルミ 電気分解 産業 に 必要 な 化学物質 の 概要!