Токсикологическая оценка основных видов сырья 3 страница
2.1
Характеристика промышленных электролитов
| Компонент |  в электролите, %
| Температура плавления, 
|
| Глинозем |
| 2030 |
 кальций
|
| 1418 |
| Фтористый магний |
| 1263 |
| Криолит | 83,0-85,6 | 1010 |
 алюминий
|
| Не плавится |
также примеси, поступающие с сырьем: оксиды железа, крем- ния, меди, фосфора, ванадия, различные соединения серы и др. Общее содержание указанных примесей невелико и не превы- шает долей процента.
Процесс электролиза алюминия проводится при температу- ре 
°С, и по с температурой плавления промышленного электролита перегрев его в ванне составляет
°С. Расплавленный криолит удовлетворяет основным условиям, необходимым для осуществления электролиза: хоро- шо растворяет глинозем; не вступает в реакцию с углеродом футеровки катода и углеродом анода; не гигроскопичен; не содержит более электроположительных, чем алюминий, метал- лов, загрязняющих электролитический алюминий. Электролит
и обладает сравнительно низкой
летучестью.
При комнатной температуре алюминий легче застывшего электролита, а при температуре электролиза — тяжелее на
% и поэтому находится под слоем электролита.
С повышением температуры электропроводность элект- ролита возрастает, однако пользоваться таким путем нельзя, поскольку при этом резко ухудшаются показатели работы электролизера, снижается его производительность. Если высо- кая температура электролита поддерживается в течение длитель- ного времени, то нарушается нормальный ход электролизера и, как будет показано далее, резко возрастают газообразные выбросы вредных веществ в атмосферу.
|
|
|
 |
Для осуществления процесса электролиза между электро- дами электролизера — анодом и катодом — необходимо приложить напряжение. Наименьшее значение напряжения, при котором начинается длительный процесс электролиза, называ- ется напряжением разложения. При инертном аноде (например, платина, ферриты и
напряжение разложения глинозема по реакции
составляет 2,19 В. При угольном аноде напряжение разложения глинозема по реакции
равняется 
В и по реакции
составляет 1,034 В.
Практически же экспериментальные значения напряжения разложения, полученные на промышленных электролизерах в результате измерения обратной электродвижущей силы 
составляют 
В, что объясняется перенапряжением на угольном аноде, возникающим вследствие замедленности про- цесса горения углерода анода.
Механизм электролиза криолит-глиноземных расплавов подробно изложен в [3] и с достаточной для практических целей полнотой в 
 |
По современным воззрениям, расплав электролита состоит из катионов
и 
комплексных анионов, например: |
|
|
Наиболее вероятны 
комплексные анионы 
состав которых зависит от концентрации глинозема в электролите. Можно предположить, что оксифто- ридные анионы распадаются на простые ионы 
и F~. Перенос тока полностью осуществляется катионами натрия 
а оксифторидные анионы в переносе тока не участвуют. Катодный процесс можно представить как разрушение оксифторидных анионов с выделением и обогащением
 |
слоя ионами и 
т.е. в слое накапливаются ионы, входящие в составы фтористого натрия 
алюмината натрия, однако моле- кулы этих соединений не образуются.
На аноде разряжаются анионы 
получающиеся в резуль- тате разрушения оксифторидных ионов, и накапливаются ионы 
и
Так как из анодного слоя за счет переноса тока ушло 
то осталось 
Три из них разрядились по урав- нению 
а три оставшихся вместе с избыточными ионами, образующимися по той же реакции, дали комбинацию ионов,
 |
которую можно представить как молекулы глинозема и фторис- того алюминия:
В нормально работающем промышленном
 |
электролит под действием газогидродинамических процессов в ванне постоянно находится в движении, благодаря чему избытки фтористого натрия и алюмината натрия в слое и фтористого алюминия в слое исчезают и восста- навливается первоначальный состав электролита: |
|
|
По современным представлениям, первичной реакцией, протекающей в алюминиевом электролизере, является
Однако экспериментальные данные свидетельствуют о наличии в анодных газах % оксида углерода (СО). Такое изме- нение состава газов происходит в результате:
1)
 |
возможного взаимодействия
с неполяризованным углеродом, например с частицами угольной пены:
2) восстановления 
растворенными в электролите суб- фторидами алюминия и натрия по реакциям
 |
Поскольку субфторид алюминия образуется за счет раство- рения алюминия в электролите, фактически реакцию (2.10) можно записать как окисление растворенного в электролите алюминия углекислым газом
Вследствие протекания реакций 
и (2.12) уменьшается выход алюминия, снижается производительность электролизе- ра.
Состав анодных газов зависит от многих конструктивных и технологических параметров электролизера: ширины анода, активности угольной части анода — его и осы- паемости, температуры и состава электролита, междуполюсного расстояния и др. Здесь лишь отметим, что с уменьшением выхода по току содержание углерода (СО) в анодных газах возрастает и повышается плата за увеличенный его выброс, так как содержание диоксида углерода в отходящих газах не нормируется и не лимитируется.
|
|
|
При электролизе параллельно с основным процессом идут побочные, многие из которых осложняют нормальный ход электролиза, снижают выход по току, повышают расход элект- роэнергии и фтористых солей, приводят к повышенным выбро- сам вредных веществ в атмосферу, снижают стойкость фу- теровки и др. 
Таким образом, теоретически в ходе электролиза расходу- ются только глинозем и углерод, а все остальные компоненты расплава лишь присутствуют в процессе. На самом деле, как это будет показано далее, практически все виды сырья, исполь- зуемые при электролизе, расходуются и попадают в окружаю- щую среду как в газообразном, так и твердом виде.
22. 
электролизера
 |
Количество алюминия 
которое теоретически может быть получено при силе тока в процессе электролиза за промежуток времени 
определяется по закону 
где — электрохимический эквивалент, равный 0,3354 
На практике вследствие утечек тока и побочных процессов
(в частности, растворения в электролите алюминия и последу- ющего его взаимодействия с анодными газами) количество реально получаемого алюминия 
всегда меньше 
Отно- шение фактически полученного алюминия к теоретически
возможному 
за один и тот же промежуток времени называют
выходом по току
 |
по току обычно составляет от % на элект- ролизерах с самообжигающимися анодами до 
% на ваннах с предварительно обожженными анодами. Производи- тельность электролизера обычно оценивается за сутки ("выход на 
 |
Расход электроэнергии W на производство единицы алю- миния
где 
— среднее напряжение на электролизере за время Выход по току — один из основных показателей, определя-
ющих количество произведенного алюминия и расход электро- энергии на его получение. Из фактического значения выхода по току видно, что 
% от теоретически возможного выхода металла теряется.
Рассмотрим основные причины непроизводительного рас- хода энергии и снижения выхода по току. Значительны потери алюминия вследствие утечек тока. Не весь ток проходит между анодом и катодом, так как часть его идет между анодом и бортовой футеровкой, а некоторое количество утекает через различные замыкания частей на землю. Возможны потери тока в результате технологических нарушений — наличие "конусов" на аноде, скопление пены под анодом.
Другая причина снижения выхода по току — электролиз оксидов кремния, железа, меди и других более электропо- ложительных, чем алюминий, элементов. Эти примеси попадают с сырьем, технологическим инструментом, из футеровки катода и снижают наработку алюминия, а также ухудшают его качество. Однако главной причиной снижения выхода по току явля- ются потери металла вследствие его растворения в электролите и последующего окисления растворенного алюминия анодными газами и кислородом воздуха. На значение этих потерь, а следовательно, и на выход по току оказывают влияние следу-
ющие факторы: температура электролита, междуполюсное
стояние, плотность тока на катоде, состав электролита и качество обслуживания ванн.
Влияние температуры электролита. С повышением температу- ры электролита потери металла возрастают, поскольку увеличи- вается растворимость алюминия в электролите, уменьшается вязкость расплава и увеличиваются скорость его циркуляции и перенос алюминия к аноду, где он и окисляется. Обычно
считают, что повышение температуры электролита на 10 °С снижает выход по току на 
С увеличением температуры резко возрастают провалы глиноземной корки и выбросы анодных газов 
в атмосферу. Оптимальной следует
считать температуру 
В электролит вводят добавки фтористого кальция, магния, лития и др. для снижения темпе- ратуры кристаллизации электролита, благодаря чему понижается и общая температура процесса, а следовательно, повышается выход по току.
Влияние междуполюсного расстояния 
Для промыш- ленных электролизеров значение МПР лежит в пределах 4,5— 5,0 см. С увеличением его выход по току повышается, поскольку возрастает путь прохождения растворенного в слое алюминия в пространство, где и происходит его окисление. Но с увеличением значения МПР выше оптималь- ного выход по току растет незначительно, а расход электро- энергии и перегрев электролита резко возрастают, снижая производительность электролизера.
Влияние плотности тока. Выход по току прямо пропорциона- лен плотности тока, так как потери металла в расплаве пропорциональны площади контакта между расплавленным алюминием и электролитом. В современной практике анодная плотность тока лежит в пределах 
Влияние химического состава электролита на выход по току определяется свойствами компонентов, входящих в его состав. Наиболее существенны из них такие свойства электролита, как температура его кристаллизации, растворимость в нем глинозе- ма и алюминия, а также электропроводность. Чем ниже темпе- ратура плавления электролита, тем при более низкой тем- пературе можно вести процесс электролиза с большим выходом по току. Таким требованиям лучше всего отвечает электролит с отношением в пределах 
при суммарном содержании добавок не более 10 
Влияние отдельных видов
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!