Металлоизделия в Луганске и области

Металлокострукции, входные двери, заборы, оградки,
решетки, лестницы, ковка, модули,
вальеры, декоративная мебель

Убыль глинозема в электролите периодически или непрерывно пополняют.

Плотность криолита, алюминия и глинозема в твердом состоянии соответственно равна 2950, 2700 и 3900 кг/м3. При рабочих температурах в электролизерах плотность расплавленного алюминия снижается до 2300, а электролита почти до 2000 кг/м3. Это, несмотря на незначительную разность плотностей (~ 10 %), обеспечивает удержание получаемого при электролизе алюминия на подине электролизера под слоем электролита. Уменьшению разности плотностей электролита и алюминия способствуют снижение температуры процесса и в некоторой степени уменьшение содержания в расплаве Al2O3. При существенном снижении рабочей температуры возможно всплывание алюминия на поверхность, что приводит к нарушению процесса электролиза.

При проведении процесса электролиза алюминия необходимо учитывать также летучесть компонентов криолитового расплава, которая приводит к потере AlF3 и NaF.

Расплавленный электролит в рабочем состоянии представляет собой сложный по составу расплав, состоящий из многочисленных ионов, образующихся при электролитической диссоциации его компонентов. В соответствии с величинами потенциалов разряда в процессе электролиза криолито-глиноземного расплава по упрощенной схеме на электродах разряжаются ионы Al3+ и О2-, образующиеся при электролитической диссоциации растворенного в электролите глинозема. Следовательно, конечные результаты электрохимического процесса могут быть описаны следующими реакциями: на катоде 2АР+6е-> 2А1; на аноде

Выделяющийся на аноде атомарный кислород тут же вступает во взаимодействие с угольным анодом и сжигает его с образованием смеси CO + CO2. Это приводит к постепенному расходованию анода. Газовые пузырьки при хорошем смачивании анода электролитом как бы смываются циркулирующим расплавом. По мере снижения в электролите концентрации глинозема смачиваемость анода расплавом ухудшается и газовые пузырьки начинают закрепляться на поверхности раздела его с расплавом. Электросопротивление на границе раздела скачкообразно возрастает.

Устройство электролизной ванны для получения алюминия (алюминиевого электролизера) показано на рис. 131. Электролизер имеет прямоугольную форму. Снаружи он заключен в металлический кожух. Внутренняя его футеровка выполнена из угольных плит и блоков. Подовые блоки одновременно являются катодом электролизера. Однако фактически катодные функции выполняет слой расплавленного алюминия, оседающий на подине, а катодные блоки работают как токоподводы. Глубина рабочего пространства ванны составляет около 0,5 м; погружение анодов в электролит невелико, только часть их находится в расплаве. Ток подводится к катоду с помощью залитых чугуном массивных стальных стержней, подключенных к отрицательному полюсу источника постоянного тока.

Прохождение по цепи постоянного тока сопровождается не только электрохимическими процессами, но и выделением значительного количества теплоты, которая поддерживает температуру электролита в заданных пределах.

Наиболее высокая температура развивается вблизи анода, т.е. в центральной части электролизера. На участках с пониженной температурой электролит затвердевает, образуя на боковых стенках гарнисаж, а на открытой верхней поверхности - корку.

Глинозем, необходимый для восполнения его убыли в электролите, периодически или непрерывно загружают на поверхностную корку, где он подогревается. Свежие порции глинозема в электролит подают путем пробивания специальным механизмом отверстия в корке, через которое очень "текучий” порошок глинозема быстро просыпается в ванну расплава и растворяется в нем.

При концентрации глинозема в электролите более 1...2% напряжение на ванне обычно не превышает 4... 4,3 В. Однако при снижении содержания Al2O3 менее 1 % возникает анодный эффект, характеризующийся резким возрастанием напряжения на ванне до 30... 40 В и повышением расхода электроэнергии. Вследствие разогрева электролита быстрее начинают расходоваться аноды и интенсифицируется улетучивание составляющих электролита. Добавка новых порций глинозема прекращает анодный эффект.

Помимо периодических колебаний содержания Al2O3 в электролите, вызванных принципиальными особенностями ра- ‘боты алюминиевых электролизеров и условиями их обслужива- ; ния, наблюдаются постоянные иззменения состава криолитового расплава. Причинами этого являются:избирательное поглощение угольной футеровкой фтористого алюминия, особенно в первые месяцы работы электролизных ванн;

потери AlF3 и NaF в результате их улетучивания;

взаимодействие криолита с примесями (SiO2, Na2O1 H2O), попадающими в электролит с глиноземом и фтористыми солями, приводящее к разложению электролита и обогащению его фтористым натрием.

Последний фактор связан с протеканием следующих реакций:

2Na3‘AlF6 + 3Na20 = Al2O3 + 12NaF; 4Na3AlF6 + 3Si02 = 2 Al2O3 + 12NaF + 3SiF4; 2Na3AlF6 + 3H20 = Al2O3 + 6NaF + 6HF.

Изменение состава электролита по указанным выше причинам определяет необходимость его периодического корректирования до оптимального состава путем добавки соответствующих фтористых солей.

Как и любой электрохимический процесс, электролиз алюминия в расплавленных электролитах подчиняется ( закону Фарадея, согласно которому теоретически для выделения 1-молярной массы алюминия, равной 27:3 = 9 г, требуется 26,8 А ч электричества, или I А ч выделяет 0,336 г Al. Величина 0,336 г/(А • ч) называется электрохимическим эквивалентом алюминия.

На практике не весь ток, подаваемый в ванну, расходуется на выделение алюминия; часть тока тратится на побочные процессы. К понижению выхода по току приводит изменение состава электролита (увеличение в нем концентрации фтористых натрия и алюминия). Повышенное содержание NaF делает возможным частичный разряд на катоде ионов натрия, а прирост концентрации AlF3 способствует повышению растворимости алюминия в электролите.

Коэффициент использования тока или выход по току (H1) в значительной степени зависит от качества обслуживания электролизных ванн и соблюдения режимных параметров. На современных алюминиевых заводах выход по току колеблется в пределах 80... 92 %.

Выход по току, напряжение на ванне, изменяющееся на практике в пределах 4,1 ... 4,5 В, определяют расход технологической электроэнергии.

Для практических целей часто пользуются обратной величиной, называемой выходом по энергии. На промышленных электролизерах в зависимости от их конструкции и условий технологического режима выход алюминия изменяется от 57 до 65 г на 1 кВт • ч.

Чем выше выход по току и чем ниже среднее напряжение на ванне, тем эффективнее расходуется электроэнергия при электролитическом получении металлов.

Выход по току зависит от многих факторов и главным образом от плотности тока, температуры и состава электролита (сопротивления электролита), а также от расстояния между электродами.

Форма заказа

Цветная металлургия

Горная проммышленность