Металлургия и основы металлургического производства: Курс лекций, страница 20

CaF₂ + Н₂SO₄ = 2НF + Са₂SO₄.

Кремнезем, присутствующий в плавиковом шпате, взаимо­действует со фтористым водородом, образуя в конечном счете кремнефтористую кислоту:

SiO_2(тв) + 4НF_(г) = SiF_4(г) + 2Н₂O;

SiF_4(г) + 2НF_(г) = Н₂SiF₆.

Эти реакции показывают, что примеси кремнезема снижают выход НF и загрязняют его кремнефтористой кислотой. Отхо­дящие из вращающейся печи газообразные продукты реакции поглощаются водой в башнях с насадкой из угольных колец или деревянных реек. В результате получается раствор плавиковой кислоты (содержание НF~30%), с примесью кремнефтористой или кремнефтористоводородной кислоты (~5%), Н₂SO₄ 1-2 % и других примесей. Плавиковую кислоту под­вергают обескремниванию, для этого добавляют к кислоте соду. В результате реакции:

Н₂SiF₆ + Nа₂СО₃ = Na₂SiF₆ + СО₂ + 2 Н₂O

образуется малорастворимый кремнефтористый натрий, выпа­дающий в осадок. Осадок с чистой плавиковой кислотой на­правляют в сгустители. После обескремнивания плавиковая кислота содержит ~25% НF, 0,7-0,8% Н₂SiF₆ и около 1,5% Н₂SiО₄. В раствор чистой плавиковой кислоты для получения криолита добавляют расчетное количество гидроксида алюми­ния для образования фторалюминиевой кислоты:

6НF + А1(ОН)₃ = Н₃А1F₆ + Н₂O

В результате нейтрализации фторалюмнниевой кислоты со­дой в осадок выпадает криолит:

2Н₃А1F₆ + 3Nа₂СО₃ = 2Na₃А1F₆ + 3СО₂ + 3Н₂O

Криолит, отделенный от раствора, промывают и сушат в сушильных барабанах при 140-160°С. Фториды алюминии и натрия получают по реакциям:

3НF + А1(ОН)₃ = А1F₃ + 3Н₂O

2НF + Nа₂СО₃ = NaF + Н₂O + СО₂

Электролиз    криолитно-кремнеземных расплавов ведут в электролизных ваннах. Прин­ципиальная схема показана из рис. Угольная токопроводящая подина ванны служит катодом. Угольные электроды, погруженные в расплавленный электролит, является анодом. Боковые стенки футеруются углероди­стым огнеупорным кирпичом. Для электролиза и нагрева ванны используют постоянный ток. При разложении глинозема на катоде выделяется алюминий, который в расплавленном состоянии собирается на дне ванны. На анодах выделяется кислород, который, взаи­модействуя с углеродом, обра­зует газы СО и СО₂. По мере сгорания анодов их постепенно опускают вниз. Состав криолита в процессе электролиза, его характеристики имеют чрезвычайно важное значение. Тем­пература плавления криолита 1000°С, Важной характеристикой электролита является криолитовое отношение (к. о.), которое представляет собой молярное отношения NaF к А1F₃. Для чистого криолита оно равно 3, Электролиты с к. о. = 3 называются нейтральными. Электролиты с к. о. < 3 на­зываются кислыми, с к. о. > 3 – основными. Электролиты с к. о. > 3 в электролизных ваннах неприменимы, так как при этом повышается концентрация ионов натрия и возможно их выделение на катоде. Слишком кислые электро­литы хуже растворяют глинозема На практике в промышленных алюминиевых применяют кислые электролиты с к. о.= 2,6-2,8.

Растворимость А1₂О₃  в криолите при 1000 "С составляет 12%, при 1050°С – 16%. Растворимость, а также скорость растворения в расплавленном криолите уменьшаются при увеличении содержания А1F₃ и добавлении СаF₂ и МgF₂. Эти фак­торы необходимо учитывать, чтобы избежать образования на подине ванн глиноземных остатков, поэтому на практике со­держание А1₂О₃ в электролит не превышает 8%. Важной ха­рактеристикой электролита является его плотность. Плотность электролита должна быть меньше, чем алюминия, чтобы алюминий находился на дне. Всплывание алюминия недопустимо, так как это приведет к его сгоранию на аноде. Плотность алюминия с повышением температуры уменьшается.

Показатели процесса электролиза и влияние различных факторов на расход электроэнергии

Основные экономические показатели процесса электролиза оп­ределяются выходом по току и расходом электроэнергии на 1 т алюминия. Выход по току является важной характеристикой процесса и представляет собой количество алюминия, фактически выделенного определенным количеством электриче­ства, к теоретическому количеству алюминия. По закону Фарадея при электролизе количество выделившегося на катоде алюминия составляет 0,335 г/(А×ч). Практически вслед­ствие потерь тока и побочных процессов выделение алюминия меньше.