Електроліз окислу алюмінію

Отримання алюмінію з його окислу

Електролітичне відновлення окислу алюмінію, розчиненого в розплаві на основі кріоліту, здійснюється при 950-970°С в електролізері. В електролизері знаходиться евтектика кріоліт – окис алюмінію (Nа₃А1F₆ - 10% А1₂0₃). Вміст основних компонентів в промисловому електроліті коли­вається в межах, %: Na₃А1F6 - 75-90, А1F₃ - 5-12, МgF₂, - 2-5, СаF₂,- 2-4, А1₂0₃- 1-10.

Електролізер складається з футерованої вуглецевими блоками ванни, до подіни (днища) якої підводиться електричний струм. Рідкий алюміній, що виділився на подіні, яка слугує катодом, важчий за розплав солі електроліту, тому він збирається на вугільному дні ванни, звідки його періодично відкачують (рис. 2). Зверху в електроліт занурені вугільні аноди, які згоряють в атмосфері кисню, що виділяється з окислу алюмінію, виділяючи оксид вуглецю (CO) або діоксид вуглецю (CO₂). На практиці знаходять застосування два типи анодів:

Рис.2. Схема електролизної ванни: 1 –окис алюмінію (Al₂O₃), попередньо підігріта; кріоліто-глиноземний розплав (Nа₃А1F₆ - 10% А1₂0₃); 3 – рідкий алюміній; 4 – ванна з сталевого листу; 5 – шамот; 6 – струмоведуча шина; 7 – вуглецеві подові блоки; 8 – аноди

а) аноди Зедерберга, що самообпалюються, складаються з брикетів, так званих «хлібів» маси Зедерберга (малозольне вугілля з 25-35% кам'яновугільного пека), набитих в алюмінієву оболонку; під дією високої температури анодна маса обпалюється (спікається);

б) обпалені, або «безперервні», аноди з великих вугільних блоків (наприклад, 1900Ч600Ч500 мм масою близько 1,1 т).

Сила струму на електролізерах складає 150 000 А. Вони включаються в мережу послідовно, тобто виходить система (серія) — довгий ряд електролізерів.

Робоча напруга на ванні, що становить 4-5В, значно вища за напругу, при якій відбувається розкладання окислу алюмінію, оскільки в процесі роботи неминучі втрати напруги в різних частинах системи. Баланс сировини і енергії при отриманні 1 т алюмінію представлений на мал. 3.

Крім цього методу існують інші. Зоерема, метод Алкоа і Toth — метод. Їх особливості (для ознайомлення надані нижче).

Електроліз хлориду алюмінію (метод фірми Алкоа) (для ознайомлення)

У реакційній судині окисел алюмінію перетворюється спочатку на хлорид алюмінію. Потім в щільно ізольованій ванні відбувається електроліз AlCl3, розчиненого в розплаві солей KCl, NaCl. Хлор, що виділяється при цьому, відсисається і подається для вторинного використання; алюміній осідає на катоді.

Перевагамі даного методу перед існуючим електролізом рідкого криолитоглиноземного розплаву (Al2O3, розчинена в кріоліті Na3AlF6) вважають: економію до 30% енергії; можливість застосування оксиду алюмінію, який не годитися для традиційного електролізу (наприклад, Al2O3 з високим вмістом кремнію); заміну дорогого кріоліту дешевшими солями; зникнення небезпеки виділення фтору.

Відновлення хлориду алюмінію марганцем (Toth — метод) (для ознайомлення)

При відновленні марганцем з хлориду алюмінію звільняється алюміній. За допомогою керованої конденсації з потоку хлориду марганцю виділяються пов'язані з хлором забруднення. При звільненні хлора хлорид марганцю окислюється в окисел марганцю, який потім відновлюється до марганцю, придатного до вторинного застосування. Відомості в наявних публікаціях вельми неточні, так що в даному випадку доведеться відмовитися від оцінки методу.

Дата добавления: 2014-12-23