Процесс получения алюминия. Конструктивный, материальный и энергетический расчеты основного агрегата - электролизной ванны

увеличением концентрации оксида и фторида алюминия, что связано с возрастанием вязкости расплава. При содержании в криолите 5-10% Al₂O₃ при 1000 ºС удельная электропроводность расплава равна соответственно 2,45-2,25 . В промышленной ванне эти значения ещё ниже из-за примесей угля, карбидов и др., которые снижают проводимость расплава. Также на электропроводность может влиять и газонаполнение электролита. Электропроводность электролита принимают равной 1,81 .

Существенное значение имеет величина поверхностного натяжения па границе расплава с твёрдой поверхностью футеровки ванн и анодов. Оно уменьшается, увеличивается смачиваемость, с возрастанием в расплаве содержания NaF и Al₂O₃. Этим объясняется, что угольные блоки футеровки ванн пропитываются электролитом, имеющим повышенное содержание фторида натрия и глинозёма. Наличие на подине алюминия способствует пропитыванию угольных блоков. Заполнение пор катодных блоков электролитов сопровождается увеличением объёма их, что может вызвать разрушение подины ванны. Металлический алюминий смачивает твёрдую угольную поверхность хуже, чем электролит, поэтому алюминий на дне ванны имеет выпуклый мениск, а электролит на поверхности боковой футеровки проникает под металл.

Основные процессы

На катоде идёт первичный разряд ионов А1³⁺, на аноде – ионов, содержащих кислород. Кислород вступает во взаимодействие с углеродом анода, образуя моно- и диоксид углерода. Прямые измерения обратной ЭДС на работающих ваннах и лабораторные исследования дают значения, соответствующие напряжению разложения глинозёма в расплаве с учётом деполяризации при сгорании угольного анода в окиси углерода с одной стороны, и реальных плотностей тока на электродах, с другой. Практика электролиза подтверждает такое представление.

Если реакция разложения глинозёма сопровождается выделением СО₂ или СО, то термодинамический расчёт напряжения разложения Al₂O₃ даёт значение напряжения разложения 1,19 В и 1,08 В соответственно. Однако при промышленных плотностях тока на угольном аноде при разряде на нём кислородсодержащих ионов возникает перенапряжение 0,5-0,6 В. Причиной этому считают замедленность процесса образования молекул СО и СО₂ на анодной поверхности, складывающегося из стадии адсорбции кислорода, возникновения промежуточных кислородно-углеродных комплексов типа C_XO и преобразования последних в молекулы СО И СО₂.

Перенос тока при электролизе осуществляется, главным образом, катионами натрия и анионами, содержащими фтор, концентрация которых в криолитоглиноземном расплаве наибольшая. Вследствие переноса одних ионов и разряда других, изменяется состав электролита - он обогащается фторидом алюминия и обедняется глинозёмом в области, близкой к аноду, и обогащается фторидом и алюминатом натрия в области, близкой к катоду.

Побочные процессы.

Выход по току равен 88-90%. Основные причины снижения выхода по току - растворение алюминия в электролите, а также образование соединений одновалентных алюминия и натрия и их взаимодействие с кислородом