title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Свойства солей алюминия и электролита

Свойства солей алюминия и электролита

Изобретение П. Эру (Франция) и Ч. Холлом (США) способа получения алюминия электролизом относится к 1886 г. (рис. 81).
Ниже рассмотрены основные условия проведения электролиза глинозема. Отметим, что к этому виду электролиза применимы законы электролиза, установленные ранее для водных растворов.
Состав электролита. Основой современного промышленного электролита является система криолит — глинозем (рис. 82).

Свойства солей алюминия и электролита

Эвтектическая температура в этой системе равна 937° С. Это определяет минимальную температуру электролиза и получение алюминия в расплавленном виде (tплавл = 660° С). Растворимость глинозема в криолите составляет примерно 16%. Промышленные электролиты принято характеризовать криолитовым отношением (Кр.о.), т. е. числом молей фторида натрия на 1 моль фторида алюминия. В чистом криолите Na3AlF6 = (3NaF*AlF3) оно равно трем. По условию лучшего выхода по току его поддерживают около 2,7. Электролиты, имеющие Kp. о. менее 3,0, называют кислыми, более 3,0 — щелочными и в настоящее время не применяют.
Таким образом промышленный электролит при Kp.о. = 2,7 имеет избыток AlF3 по сравнению с криолитом.
Практически в электролите накапливается еще 4—5% фторида кальция (иногда до 10%). Полезность этой добавки состоит в снижении тeмпературы плавления электролита и потерь алюминия. Несколько эффективнее в этом отношении добавка фторида магния. Суммарно содержание добавок не превышает 10%. Итак, заводские электролиты содержат, % (по массе): 78—82 криолита, 4—5 фторида алюминия, 2—8 глинозема, 8—10 добавок (CaF2 + MgF2). Электропроводность электролита. Во время электролиза постоянный ток проходит через расплавленный электролит от анода к катоду. Чем больше электропроводность электролита, тем меньше расход электроэнергии и меньше нагревается электролит и, следовательно, можно увеличивать силу тока, что почти равносильно росту производительности ванн. Типичная электропроводность колеблется от 1,6 до 2,4 Ом-1*см-1. Электропроводность нормального электролита при 960° С в основном зависит от содержания глинозема. При 6—8% глинозема она меньше (~ 1,5 Ом-1*см-1), чем при 2% (2,2—2,3 Ом-1*см-1). С целью экономии электроэнергии следует работать при умеренном содержании глинозема (2—6%) и Kp. о., равном 2,6—2,8.
Температура электролита. В нормально работающем электролизере она близка к 960—965° С. При этом небольшая часть электролита кристаллизуется на стенках ванны, что снижает потери тепла. Когда ванна разогреется, эти кристаллы расплавляются и ванна начинает охлаждаться. Таким образом, во время работы вырабатывается профиль ванны.


Плотность электролита. На современных заводах алюминий собирается под электролитом (см. рис. 83, 84). Очевидно, что при этом плотность электролита (2,10 г/см3) должна быть меньше плотности жидкого алюминия (2,3 г/см2). Глинозем имеет плотность 3,6—4,0 г/см3 и тонет в электролите и алюминии. Поэтому загружаемый в ванну глинозем должен быстро растворяться в электролите (не доходить до подины). При избытке глинозема могут на подине ванны образовываться настыли. Отсюда следует, что желательна частая загрузка глинозема в ванну — до 12 раз в сутки или автоматическая загрузка его с целью поддержания низкого постоянного содержания в электролите в Al2O3 в пределах 4—2%.
Ионный состав электролита. В расплавленном состоянии электролит должен полностью состоять из ионных групп и следующих ионов; Na+, F-, AlO2, AlO+, AlOF5+, Ca2+, Mg2+. Эксперименты и расчеты показывают, что ток переносят ионы натрия на 90% и фтора на 10%. Ионы алюминия и оксифторидные ионы (носители кислорода) только разряжаются на катоде и аноде. Ионы натрия, кальция, а также магния, как наименее благородные, не разряжаются на катоде. Соответственно не разряжается на аноде ион фтора. Практически на угольном аноде и жидком алюминиевом катоде разлагается глинозем по двум итоговым реакциям: Al2O3 + 3С = 2Аl + 3СО; 2Al2O3 + 3С = 2Al + 3CO2.

title-icon Подобные новости