Страница: 6/14
При электролитическом получении алюминия глинозема Al2O3, растворенный в расплавленном криолите Na3AlF6, электрохимически разлагается с разрядом катионов алюминия на катоде (жидком алюминии), а кислородсодержащих ионов (ионов кислорода) — на углеродистом аноде.
По современным представлениям, криолит в расплавленном состоянии диссоциирует на ионы 
и 
: 
, а глинозем — на комплексные ионы 
и 
: 
, которые находятся в равновесии с простыми ионами: 
, 
.
Основным процессом, происходящим на катоде, является восстановление ионов трехвалентного алюминия: Al3+ + 3e → Al (I).
Наряду с основным процессом возможен неполный разряд трехвалентных ионов алюминия с образованием одновалентных ионов: Al3+ + 2e → Al+ (II) и, наконец, разряд одновалентных ионов с выделением металла: Al+ + e → Al (III).
При определенных условиях (относительно большая концентрация ионов Na+, высокая температура и др.) может происходить разряд ионов натрия с выделением металла: Na+ + e → Na (IV). Реакции (II) и (IV) обусловливают снижение выхода алюминия по току.
На угольном аноде происходит разряд ионов кислорода: 2O2– – 4e → O2. Однако кислород не выделяется в свободном виде, так как он окисляет углерод анода с образованием смеси CO2 и CO.
Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением Al2O3 + xC ↔ 2Al + (2x–3)CO + (3–x)CO2.
В состав электролита промышленных алюминиевых электролизеров, помимо основных компонентов — криолита, фтористого алюминия и глинозема, входят небольшие количества (в сумме до 8-9%) некоторых других солей — CaF2, MgF2, NaCl и LiF (добавки), которые улучшают некоторые физико-химические свойства электролита и тем самым повышают эффективность работы электролизеров. Максимальное содержание глинозема в электролите составляет обычно 6-8%, снижаясь в процессе электролиза. По мере обеднения электролита глиноземом в него вводят очередную порцию глинозема. Для нормальной работы алюминиевых электролизеров отношение NaF: AlF3 в электролите поддерживают в пределах 2,7-2,8, добавляя порции криолита и фтористого алюминия.
В производстве алюминия применяют электролизеры с самообжигающимися угольными анодами и боковым или верхним подводом тока, а также электролизеры с предварительно обожженными угольными анодами. Наиболее перспективна конструкция электролизеров с обожженными анодами, позволяющая увеличить единичную мощность агрегата, снизить удельный расход электроэнергии постоянного тока на электролиз, получить более чистый металл, улучшить санитарно-гигиенические условия труда и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Основные технические параметры и показатели работы алюминиевых электролизеров различного типа приведены в табл. 1.3.
ТАБЛИЦА 1.3
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
|
Параметры и показатели |
С самообжигающимися анодами |
С обожженными анодами | |
|
боковой токоподвод |
верхний токоподвод | ||
|
Сила тока, кА |
60—120 |
60—155 |
160—255 |
|
Суточная производительность электролизера, т |
0,42—0,85 |
0,40—1,10 |
1,10—1,74 |
|
Анодная плотность тока, А/см2 |
0,80—0,90 |
0,65—0,70 |
0,70—0,89 |
|
Среднее напряжение на электролизере, В |
4,45—4,65 |
4,50—4,70 |
4,30—4,50 |
|
Выход по току, % |
85—88 |
84—86 |
85—89 |
|
Расходные коэффициенты на 1 т алюминия: | |||
|
электроэнергии постоянного тока, кВтּч |
15100—16200 |
15500—17300 |
14500—15500 |
|
глинозема, кг |
1920—1940 |
1920—1940 |
1920—1940 |
|
анодной массы, кг |
520—560 |
560—620 |
— |
|
обожженных анодов, кг |
— |
— |
540—600 |
|
Фтористых солей в пересчете на фтор, кг |
20—30 |
25—35 |
15—25 |
Реферат опубликован: 31/05/2006