鋁電解采用冰晶石（六氟合鋁酸鈉)、氟化鋁、氟化鋰等熔液為電解質(zhì)，將AL2O3加入電解槽，通電熔化。
雖然Al2O3熔點為2050，但在氟化鹽熔體中可降至970左右。在電場力的作用下，Al2O3電離，Al在陰聚集，可用真空泵吸入鋁水罐送去進(jìn)一步處理和鑄錠，陽放出的氧與炭反應(yīng)生成CO2或CO。電化學(xué)反應(yīng)放出的熱量使電解質(zhì)與鋁保持熔融狀態(tài)。
所以，電解槽內(nèi)襯實際上既是導(dǎo)電材料（如槽底炭磚），又是高溫耐火材料。
電解槽對耐火材料的要求：
①能抵抗熔融氟化物的侵蝕；
②有良好的導(dǎo)電能力；
③少量或不含SiO2，以避免SiO2被金屬鋁還原；
④同時要求氣孔率低和致密度高，以防鋁液滲漏；
鋁電解槽是鋁電解生產(chǎn)的核心設(shè)備，其內(nèi)部環(huán)境高溫、高腐蝕、高沖擊。因此，耐火材料的選擇和應(yīng)用是關(guān)鍵因素，直接影響鋁電解槽的使用壽命和電解效率。以下是鋁電解槽對耐火材料的主要要求：
1. 高耐化學(xué)腐蝕性
鋁電解槽中熔融的鋁電解質(zhì)（主要為冰晶石和氧化鋁的混合物）具有強烈的化學(xué)腐蝕性。耐火材料需要能抵抗電解質(zhì)及其分解產(chǎn)物的侵蝕，尤其是在高溫下與氟化物、氧化鋁、熔融鋁、鋁合金和碳化物等化學(xué)物質(zhì)的接觸中保持穩(wěn)定。
鋁電解槽對耐火材料的化學(xué)侵蝕：主要來自電解質(zhì)中的氟化物、氧化鋁和熔融鋁，這些物質(zhì)可以與耐火材料中的硅、氧等元素發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致材料損耗和性能退化。
2. 高耐熱性
鋁電解過程中電解質(zhì)的溫度一般在960℃到970℃之間，部分區(qū)域溫度更高。因此，耐火材料要能在高溫下長期穩(wěn)定使用而不發(fā)生軟化、熔融或變形。
高熔點和高軟化溫度：能夠在電解槽工作溫度范圍內(nèi)保持強度和穩(wěn)定性，常用的耐火材料如氧化鋁（Al2O3）基材料、碳質(zhì)材料、鎂鋁尖晶石等。
3. 高熱穩(wěn)定性和熱沖擊性
電解槽運行過程中，溫度波動和熱沖擊不可避免。耐火材料需要具備優(yōu)良的抗熱震性，能夠承受急冷急熱的熱應(yīng)力而不開裂。
熱膨脹系數(shù)：低熱膨脹系數(shù)的材料在溫度變化中會有較小的尺寸變化，從而減少開裂的可能性。
4. 良好的機械強度和結(jié)構(gòu)完整性
電解槽中的耐火材料需要承受靜載荷和電解質(zhì)的壓力，以及電解槽開啟、維護(hù)過程中的機械沖擊。因此，材料需要具有足夠的機械強度，能夠抵抗磨損、沖擊和壓力而不破損。
抗壓強度和抗彎強度：這些性能參數(shù)是確保耐火材料能在機械應(yīng)力下保持完整性的關(guān)鍵。
5. 優(yōu)異的導(dǎo)電性
在鋁電解過程中，電流通過電解質(zhì)和電ji進(jìn)行電解反應(yīng)，因此，部分耐火材料需要具備良好的導(dǎo)電性能，以確保電解效率。
導(dǎo)電碳磚：常用于電解槽的陰ji部分，能夠良好地傳導(dǎo)電流，減少電阻損耗。
6. 低氣孔率和高密度
低氣孔率有助于提高材料的密度，從而增強其抗化學(xué)腐蝕和機械強度。高密度材料能更好地抵抗熔融鋁和電解質(zhì)的滲透。
氣孔率和密度控制：材料的制造過程中需要嚴(yán)格控制氣孔率，優(yōu)化燒結(jié)工藝以提高密度。
7. 良好的可加工性
耐火材料需要能夠被加工成復(fù)雜的形狀和尺寸，以適應(yīng)電解槽的結(jié)構(gòu)要求。同時，應(yīng)具備良好的可修復(fù)性，便于電解槽在運行中或維護(hù)時進(jìn)行更換或修補。
尺寸和形狀精度：確保耐火材料能夠準(zhǔn)確地裝配到電解槽中，避免出現(xiàn)縫隙或錯位。
典型應(yīng)用材料
陰ji材料
碳磚：通常使用高密度、高強度的碳磚，具有良好的導(dǎo)電性和抗化學(xué)腐蝕性。
SiC磚：硅碳磚具備良好的抗氧化性能和較高的導(dǎo)熱性。
側(cè)墻材料
半石墨磚：適用于中低溫區(qū)域，能承受較大的熱應(yīng)力。
氧化鋁磚：提供優(yōu)異的耐腐蝕性能，適合高溫區(qū)域。
絕熱層材料
輕質(zhì)耐火磚：用于電解槽外層，提供隔熱效果，減少熱量損失。
陶瓷纖維板：提供良好的絕熱性能，適用于電解槽頂部和側(cè)壁。
鋁電解槽對耐火材料的要求十分嚴(yán)格，主要包括高耐化學(xué)腐蝕性、高耐熱性、高熱穩(wěn)定性、良好的機械強度、優(yōu)異的導(dǎo)電性、低氣孔率、高密度以及良好的可加工性。選擇合適的耐火材料能夠顯著提高鋁電解槽的運行效率和使用壽命，減少停工時間和維護(hù)成本。
