Az elektrolízis timföld megolvad - tudja, hogyan

Eddig egyetlen szempontból rajta. bármely ionok és az, hogy milyen mértékben vesz részt a áramátbocsátásra az elektrolitikus előállítására alumínium. A legtöbb szovjet tudósok betartani az elmélet PP Fedoteva fejlesztett már 2 éve 1923-193. Újabb munkái szovjet tudósok (VP Mashovtsa, G. Abramov et al.) Derített rá. Ezen elmélet szerint, az olvadt kriolit. jól vezető, disszociál ionokra:

Az ilyen jellegű disszociációs kriolit jól támogatott szerkezete kristályrács (ábra. A), és amelyben a tengelyek fekszenek Nove oktaéder alumínium-ion a központban és a hat fluoridion a sarkoknál. És mivel azt feltételezzük, hogy a folyadék közelében az olvadáspont nem nagyon eltérő szerkezetűek, mint a merev test, majd olvasztására kriolit ott kell kialakítani „fragmensei” annak rács, azaz ionok június 3 AIH .. -.

Ábra. Kristályrács jégkő (a) és korund (b)

Alumina, feloldjuk olvadt kriolit, disszociál az oxigén ionokat és alumínium ionok, ahol PP Fedotiev véljük, hogy valószínűleg ez a rendszer

Egyes kutatók nem osztják a szempontból PP Fedoteva jellegére vonatkozó disszociációs timföld az elektrolit. Így, VP Mashovets feltételezzük, hogy az oxigén az elektrolit formájában ionok AlO 2 -. VA Pazukhin hitt benne - AlOF 4 ionok 5 -. meglévő együtt O 2- ionok. VM által Guskov, AI Belyaev et al. In kriolit-timföld-agyagos földet olvadék formák mellett más ionok O 2- ionokat és Al 3+.

Úgy tűnik, a mechanizmus a folyamat elektrolízis alábbiak szerint képviseltetik magukat. Kriolit olvad közelében olvadáspontja áll ionok Na + és AlF 3 6 - mivel

ionos kötést tartalmaz a kristályrácsban a nátrium és a fluor gyengébb, mint az alumínium és a fluor. De ez nem zárja ki a további pusztítás a kristályrács Al 3+ ionok és F -.

Mivel a kristályrács a timföld áll ion Al 3+ és O 2- (ábra. B), majd a alumínium feloldása olvadt kriolit bomlik hogy ezek az ionok. De ez nagyon valószínű, hogy az oxigén ionok amelynek egy kis méretű, és egy viszonylag nagy költség, a kapcsolatot más ionokkal képez néhány bonyolult oxigén ionok (AlO 2 - vagy akár AlOF 4 5 -).

Így, az olvadt alumínium fürdő elektrolit, látszólag álló ion Al 3+. Na + F - és O 2. amely, mint a folyamatos mozgás és a kölcsönhatás, képezhet komplex ionok AlF 3 6 -. AlO 2 -. Lehetséges az oktatás és egyéb létesítmények. Mindezen ionok vesznek részt áramátbocsátásra, bár osztoznak az átadás nem egységes, és határozza meg a koncentrációt és a mobilitást.

Kirakni az elektródák nem minden ionok részt vesz a áramátbocsátásra, hanem csak azok a megfelelő értékek az elektród potenciál. A katódon elektron-Olite kriolit-timföld olvadék először váltakozó kisülési ion Al 3+. és az anód ion O 2-.

A felszabadult az anódon reagál az oxigénnel az anódon, ahol natív és képez gázkeverék CO és CO2. Ezek a gázok felszabadulását a anódfelület eltávolítjuk a légkörbe. Ahol CO égett CO2. kérge alatt a lángok.

Így, az elektrolízis folyamat megszerezni alumínium és alumínium-oxid kiadások.

Anód hatása elektrolízis timföld olvadékok

1%, egy normálisan működő elektrolitikus cella anód hatás lép fel, úgy tűnik, külsőleg a következőképpen: cellafeszültség (jellemzően egyenlő 4,1-4,5) emelkedni kezd egy néhány tized voltos lebeny, majd növeli hirtelen 20-40 és hogy ellenőrizzék a voltmérő villog világít. A felszínen az anód érintkező egy elektrolit, elektromos ívek fordulnak elő, amelyhez egy jellegzetes zaj. Az elektrolitot melegítjük gyorsan, növelve annak párolgás. De ez elég ahhoz, hogy feloldódjon. elektrolit új batch alumínium-oxidot a cellafeszültséget csökkenteni, az anód hatás eltűnik, és helyreállítja a rendes elektrolízis.

Az alumínium elektrolitikus előállításánál anód hatás fontos szerepet játszik. Egyrészt, mert az elősegíti a szolgáltatás, Anna, jelezve a letöltési idő, hogy egyszer a timföld része, és jelzi, hogy mi a normális vagy abnormális üzemi fürdő. Ha a fürdő megfelelően működik, az anód hatás jellemzi hirtelen túlfeszültség lép fel, és rendszeres időközönként megfelelő betöltött részek fürdőben timföld és munkaerő. Ha az anód hatás jelentkezik nagyon későn vagy túl korán, és a cella feszültsége alatt anód hatása lassan emelkedik, vagy pulzáló ( „villogó” vagy „unalmas” vaku), fürdő rendellenesen működik, és szüksége van nagyon gondos felügyeletet és karbantartást.

Másrészt, az esemény anód hatások befolyásolják hátrányosan az elektrolízis, ami megnövekedett fogyasztás és fluoridok anódot és bonyolítja az állandó elektromos áramforrások.

Ezért, alumínium növények próbálja meg, hogy a minimális számú anód hatások, meggátolva azok előfordulása nem több, mint naponta egyszer, 2-4 perc. Részletes csapat vezetője elektrolízis. amely lehetővé teszi az anód érvénybe, ha 3-5 napon belül.

Anód hatást felkeltette számos kutató és a természet, hogy vannak különböző nézőpontok. Átfogó tanulmány a természet az anód hatás tartottak a moszkvai Intézet színesfémek és a Arany őket. Kaliningrádban vezette chl.kor. AI Belyaeva bevonásával BA Kuzmin.

A kutatási eredmények arra a következtetésre vezetett, hogy az anód hatás inherens nem csak az elektrolízis krio-litho-alumíniumoxid olvad szén anódok (mint ahogy azt sok külföldi kutatók), hanem a jellemző az elektrolitikus folyamat olvadt sók bármely anódok. Az anód hatás lép fel, ha a jelenlegi sűrűséget az anód nagyobb lesz kritikus.

Ábra. 2. Változás a kritikus áramsűrűség függvényében tartalmának alumíniumoxid kriolit-timföld megolvad:

1 - szerint AI Belyaev és Boris Kuzmin; 2 - szerint Karp Ceva, adósság- és Konchinskogo

A kritikus áramsűrűség, és így az esemény a anód hatás természetétől függ az olvadt só, a mennyiségű oxidok oldott olvadt só, az anód anyagot és az olvadt só hőmérsékletet. Például, a kritikus áramsűrűség a megolvadt-klorid só magasabb, mint fluoridok. Különösen, erősen befolyásolja a kritikus áram sűrűsége az olvasztott só jelenlétében oldott oxidok.

Ábra. A 2. ábra a függését a kritikus áramsűrűség a kriolit-timföld megolvasztja a tartalmat Al2 O3. Ebből következik, ez a kapcsolat, a növekvő Al2 O3 tartalom kriolit-timföld olvadék növeli a kritikus áramsűrűség, és következésképpen csökkenti a valószínűségét a anód hatást. Mivel az alumínium fürdőben üzemeltetjük anódáram sűrűsége 0,7 és 1,2 A / cm 2 összhangban a grafikon arra lehet következtetni, hogy az anód hatás fordulnak elő a tartalom csökkenését timföld az elektrolitban a

Az eredmények alapján a kutatómunka a szovjet tudósok, lehetséges mechanizmus bevezetése anód hatása a következő módon: ha a jelentős mennyiségű alumínium

olvadt elektrolit nedvesíti az anód felületén, és így, ez eltávolítja a gázbuborékok képződnek. Koncentrációjának csökkentése által az oldott alumínium-oxid az elektrolitban utóbbi kezd rosszabb nedves elektródák, és ha az érték a érintkezési szög meghaladja a 90 °, nem nedvesítse az elektróda. Ennek eredményeként, a gáz kezd laknak az anód felületén gyorsan hatálya alá tartozó gáz film ellenállását, az anódon - elektrolit növeli lépésenként. Csak néhány helyen, ahol a gáz film eltörik ideiglenesen vannak a rövid távú villamos ív. Beadva az új részét az elektrolit alumíniumoxid elektrolitot nedvesíteni az anód újra kezdődik, gyorsan eltávolítja a gázt a felszínen a film és a cella feszültsége csökken.

Másodlagos folyamatok a katód és az elektrolit

Az elektrolitikus eljárás alumínium előállítására, A fentiek mellett a fő folyamatok játszódnak Egyes mellékhatások folyamatok vezethet fémveszteség, növeli az energiafogyasztást, minőségének romlása a fém, a változó az elektrolit összetétel, és így tovább. D.; A legfontosabb ezek közül: a kioldódási alumínium, alumínium-karbid-képződés, impregnálás bélés elektrolit fürdőben.

Kioldódási timföld az elektrolit

Alumínium fém feloldjuk az olvadt elektrolit enyhén (körülbelül 0,1%). Azonban, terjed át az elektrolit, alumínium oxidálódik a felületén atmoszférikus oxigénnel, hanem reagál az anód gázt alkotnak Al2 O3 és okozva ezáltal feloldjuk új részeit a fém az elektrolit. Alumínium oldhatósága az elektrolitban, és így a fém oxidációs erősen növekszik növekvő anód-katód-távolság és a hőmérséklet növekedésével. Ezzel kapcsolatban folyamatot hajlamosak vezet hőmérsékleten a lehető legalacsonyabb, de nem túlzottan csökkenti a interpolar távolságot.

A formáció alumínium-karbid

Amikor túlmelegedés fürdő alumínium kezd reagálni a szén, beleesik az elektrolit alkotnak alumínium-karbid:

Kedvező feltételeket képződésének keményfém jönnek létre abban az esetben az alumínium réteg van kitéve alatt szén

tűzhely vagy a kád fal (oldalirányú accretion olvadás miatt). Ezután közvetlenül a felületre a szén kibocsátott alumínium ionokkal és az alumínium atomok, kölcsönhatásban a szén alkotnak karbid. Tugoplavok alumínium-karbid, van egy nagyobb sűrűségű, és egy alacsony elektromos vezetőképességű; van kialakítva a fürdő kandalló alatt az alumínium réteg, valamint a tömeg elektrolitot, ami további ellenállás. Alumínium reagálhat a szén-behatol a pórusokba, és repedések szén bélés, így kialakítva egy fényes sárga kristályok karbid.

Összetételének megváltoztatásával az elektrolit

Az elektrolit a tartályban idővel, annak szerkezete megváltozna, és nem mindig ugyanaz. Megfigyelések azt mutatják, hogy az első hónapban, egy új fürdő működik elektrolitot veszít jelentős mennyiségű nátrium-fluoridot és savassá válik. A régi fürdő, futás több mint egy éve, az ellenkezője igaz - az elektrolit alumínium-fluorid veszít és lúgossá válik.

Tanulmány a folyamatok nedvesítő fluorid sók széntartalmú anyagok, végzett az Institute of színesfémek és a Arany őket. Kalinin AI Belyaev et al. Ez azt mutatta, hogy a nátrium-fluorid nedvesíti a széntartalmú anyag lényegesen jobb, mint az alumínium-fluorid vagy kriolit.

Ezért, nátrium-fluorid. amely megjelenhet a elektrolit mint disszociációja következtében egy kriolit főként felszívódik a pórusaiba szénkatód blokkok és újra kienged a fürdő, ezzel megzavarva az az kriolit elektrolit-üvöltözõ arányt. Tanulmányok alsó blokk a régi, lebontott elektrolit fürdő megerősíti ezt a következtetést. Sűrűség blokkok során kádműködtetés növeli az időt a megállás fürdő és félszerese, a termék abszorbeálódik blokkok tartalmaz 70-75% NaF; 5 -7% AIF3; 20% AI 2O 3. valamint egy bizonyos mennyiségű AL4 C3 és fém nátrium.

Szelektív felszívódása szén bélés nátrium-fluoridot, jelentősen az első hónapban a fürdő miatt a töltelék a pórusok, fokozatosan csökken, és néhány hónap után teljesen leáll.

alumínium-fluorid veszteséget az elektrolitból oka lehet, hogy a elpárolgását bizonyos, hogy az anyag. különösen során anód hatásokat, mivel a rugalmassági AlF3 gőzök az eljárás hőmérsékletén mintegy 1 kPa.

Együtt elpárologtatása alumínium-fluorid az elektrolitban kölcsönhatásba lép a szennyeződések kriolit (SiO 2. Na 2O, H2 O), tartozó fürdő együtt alumíniumoxid és fluorid-sók. Na 2O, maradó alumíniumoxid elégtelensége miatt mosási hidrát kriolit bomlik reakció szerint:

SiO 2 bekerülni a fürdő egy keverék formájában az alumínium-oxid és a kriolit bomlik részben, szennyezve a szilícium, alumínium, és a részleges, de kölcsönhatásba lép kriolit reakciójával

amely egy illékony szilikon-tetrafluorid és megszakítva komplexek ionok és az alumínium-fluorid (ALF 3 6 - stb).

A normál üzemi fürdő bele bevezetése csak előmelegített jó termékek. Ezért, vízgőz kerülhet az olvadt elektrolit jelenlétében csak egy bizonyos mennyiségű alumínium-oxid az alumínium-oxid-hidrát. Ezekben az esetekben a reakció nem zárható

Mindezek a reakciók vezetett túlzott nátrium-fluorid az elektrolitban.