КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Отримання алюмінію електролізом кріоліто-глиноземних розплавів
Електролітичне отримання алюмінію з глинозему можливе лише з електролітів, що не містять у своєму складі більш електропозитивних у порівнянні з алюмінієм елементів. До таких електролітів відносяться сольові розплави, що містять катіони лужних і лужноземельних металів та мають досить добру розчинність глинозему. Сучасний промисловий електроліт, що використовується при отриманні алюмінію в усьому світі, відноситься до системи кріоліт- глинозем, компоненти якого плавляться відповідно при 1100 і 2050°С. В системі при 968°С визначена евтектика Nа3А1F6 - 10% А1203. Більша концентрація оксиду алюмінію різко підвищує тугоплавкість бінарного електроліту. Для зниження температури плавлення електроліту, збільшення його електропровідності, покращення змочува- ності електролітом анода і надання йому інших позитивних якостей в електроліт вводять різні добавки. Вміст основних компонентів в промисловому електроліті коливається в межах,%: Na3А1F6 - 75-90, А1F3 - 5-12, МgF2, - 2-5, СаF2,- 2-4, А1203- 1-10. Розчинність глинозему в електроліті залежить від його складу і температури процесу. При робочій температурі 950-970°С вона дорівнює 8-10%. В процесі електролізу концентрація глинозему в електроліті безперервно знижується, що може призвести до порушення технологічного режиму процесу електролізу, тому убування глинозему поповнюють безперервно або періодично. У відповідності до значень потенціалів розряду при електролізі кріоліто-глиноземних розплавів на електродах повинні розряджатись лише катіони Аl3+ і аніони О2-, що утворюються при електролітичній дисоціації глинозему. Атомарний кисень, що виділяється на аноді, здебільшого зараз же взаємодіє з вугільним анодом і спалює його з утворенням суміші СО + СО2. Це призводить до безперервного витрачання матеріалу анода.
Електролізер в плані має прямокутну форму. Він поміщений в металевий кожух, футерований всередині вугільними плитами і блоками. Подові блоки одночасно є катодами електролізної ванни. Однак катодні функції виконує фактично шар розплавленого алюмінію, що осідає на подині, а катодні блоки працюють як струмопідводи. Глибина робочого простору ванни 0,5 м. Аноди неглибоко занурені в електроліт. Проходження по ланцюгу постійного струму супроводжується не лише електрохімічними процесами, але і виділенням значної кількості теплоти, котра підтримує температуру електроліту в потрібних межах. При концентрації глинозему в електроліті вище 1-2% напруга на ванні звичайно не перевищує 4-4,3 В. Однак зниження А1203 нижче допустимого рівня веде до виникнення анодного ефекту, що характеризується різким збільшенням напруги на ванні до 30-40 В і витрати електроенергії. Введення нових порцій глинозему припиняє анодний ефект. Крім періодичних коливань вмісту глинозему в електроліті, викликаних технологічними особливостями роботи алюмінієвих електролізерів і умовами їх обслуговування, спостерігаються постійні зміни складу кріолітового розплаву. Причини цього у вибірковому поглинанні вугільним футерованням фтористого алюмінію; втрата фторидів через леткість; взаємодії кріоліту з домішками, що призводить до розкладу електроліту і збагачення його фтористим натрієм. Це викликає необхідність коригування складу електроліту шляхом додання відповідних фтористих солей. Сучасні алюмінієві електролізери працюють при анодній густині струму 0,8-1,1 А/см3. Електрохімічний еквівалент алюмінію - 0,336 г/(А-год). На практиці не весь струм, що подається на ванну, витрачається на виділення алюмінію; частина його витрачається на побічні процеси. Коефіцієнт використання струму або вихід по струму hс на сучасних алюмінієвих електролізерах коливається від 82 до 92%. Вихід по струму залежить від багатьох факторів і головним чином від застосовуваної густини струму, температури і складу електроліту, відстані між електродами.
Вихід по струму і напруга на ваннах, що змінюється на практиці від 4,1 до 4,5 В, визначає питому втрату технологічної енергії на процес електролізу. На практиці 1 т алюмінію потребує 15-17 МВт електроенергії або у виході по енергії 57-65 г/(кВттод). Електролізні ванни (електролізери), що застосовуються в сучасній алюмінієвій промисловості, по суті відрізняються лише будовою анодів, системою струмопідводу і одиничною потужністю, що виражається значенням сили струму, який підводиться до електролізера, принцип роботи ж залишається тим самим [20|. За конструкцією анодів розрізняють електролізери з самообпальними і попередньо обпаленими анодами. Електролізери з самообпальними анодами сприяють здешевленню виробництва, оскільки з технології були виключені дорогі і тривалі переділи, пересування і обпалення анодів. Але вони мають ряд недоліків: 1) більш високий електричний опір анодів внаслідок більшої неоднорідності матеріалу анода, і як наслідок - підвищення витрати електроенергії; 2) підвищення загазованості в цеху, обумовлене викидами значних кількостей газів - продуктів обпалення і коксування анодної маси; 3) нерівномірний розподіл струму по робочій поверхні одного анода великих розмірів. У зв'язку з цим почали використовувати удосконалені електролізери з попередньо обпаленими анодами. Освоєння їх привело до подальшого збільшення їх одиничної потужності до 260 кА і більше, скоротило виділення шкідливих газів в атмосферу і сприяло покращенню багатьох техніко-економічних показників процесу електролізу. Сучасні електролізери виробляють за добу 500-1200 кг алюмінію. Алюміній випускають з ванн раз на 2-5 днів за допомогою спеціальних вакуум-ковшів [19]. Основними продуктами процесу електролітичного способу отримання алюмінію є металевий алюміній-сирець та анодні гази. Отриманий алюміній містить металеві, неметалеві і газоподібні домішки. Металеві домішки потрапляють в алюміній головним чином з сировиною (залізо, кремній, калій, натрій, титан і магній), неметалеві - це механічно затягнуті частки глинозему, електроліт, шматки футеровки і т.ін. До газоподібних домішок відносяться розчинені в алюмінії гази.
Дата добавления: 2014-12-23; Просмотров: 768; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |