Растворимость глинозема в электролите

Скорость растворения в электролите – важнейший показатель качества глинозёма, определяющий стабильность работы электролизеров и их технико-экономические показатели. Такие технологические параметры работы ванн, как расход сырья и электроэнергии, образование осадков, качество криолитоглиноземной корки, частота анодных эффектов, автоматизация подачи глинозема и трудовые затраты на обработку алюминиевых ванн определяются скоростью растворения глинозёма в электролите.

Растворимость глинозема увеличивается с повышением температуры и интенсивности перемешивания расплава.

Очень важное значение имеет соотношение в глиноземе α - и γ -структур. Технический глинозем представляет собой смесь α – и γ – глинозема. Максимальная скорость растворения и минимальное количество осадка глинозема соответствует γ -Al₂O₃, но при погружении в электролит γ -Al₂O₃ практически мгновенно переходит в α -Al₂O₃, т.е. состав глинозема не оказывает заметного влияния на скорость его растворения.

Промышленный опыт показывает, что частицы песчаного глинозёма +45-100 мкм с содержанием α -Al₂O₃ не более 10% (остальное γ -Al₂O₃), хорошо смачиваются электролитом и быстро растворяются. Это можно объяснить, во-первых, высокой скоростью перехода γ -Al₂O₃ в α -Al₂O₃ с образованием мелких частиц с неустойчивой химической решеткой, что увеличивает суммарную поверхность его контакта с расплавом. Во-вторых, γ -Al₂O₃ имеет развитую ультрапористую структуру, достаточно большую удельную поверхность (60-80 м²/г) и большое химическое сродство к фтору, что проявляется в повышенной растворимости в электролите. В-третьих, теплота растворения γ -Al₂O₃  в электролите 125—134 кДж/моль, что меньше на 33, 6 кДж/моль, чем для α -Al₂O₃.

Не менее важным свойством глинозёма является его способность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц хорошо пропитывается электролитом и легче поддаётся разрушению при ударе пробойника АПГ.

Концентрация глинозема в электролите значительно влияет на скорость растворения: чем выше концентрация, тем ниже скорость растворения Al₂O₃. Содержание глинозема поддерживают 2, 5—3, 5 %, что обеспечивается системой автоматического питания глиноземом (АПГ). Наибольшего значения концентрация глинозема достигает после обработки электролизера и затем постепенно снижается, достигая минимального значения перед следующей обработкой.

Заметное влияние на скорость растворения глинозема оказывает способ его загрузки в электролит. Так, при быстрой загрузке скорость растворения песчаного глинозема выше, чем у мучнистого, а при медленной загрузке невозможно выявить разницу в интенсивности растворения. Увеличение содержания влаги на 0, 1 % при быстрой загрузке повышает скорость растворения глинозема на 4 %, а в случае медленной загрузки увеличение удельной поверхности способствует росту скорости растворения на 6 %.

Текучесть и пылеунос глинозема

Текучесть и пылеунос являются важными эксплуатационными и транспортными характеристиками глинозема и в значительной мере зависят от размера частиц. Текучими являются глиноземы умеренной степени прокалки при крупности частиц > 40 мкм, при высокой степени однородности, имеющие угол откоса < 40°.

Текучесть глинозёма определяется гранулометрическим составом материала и содержанием в нём α -Al₂O₃. Высокая текучесть у песчаного глинозема, содержащего фракцию < 45 мкм не более 10% и α -Al₂O₃.в пределах 5%, с углом естественного откоса менее 35. Хорошая текучесть у глинозёма с пониженной степенью прокалки, он имеет крупность зерна более 45 мкм, высокую степень однородности гранулометрического состава и угол естественного откоса 30-40. Глинозёмы со слабой текучестью и углом естественного откоса > 40-45 комкуются при контакте с электролитом, и, имея б о льший удельный вес, оседают через электролит и металл, образуя осадок на подине. Однако если текучесть глинозема будет слишком велика, то надежное укрытие обожженных анодов будет затруднено.

Потери глинозема за счет уноса с анодными газами в виде пыли зависят от его гранулометрического состава, от технологии обработки электролизёров, настройки АПГ и частоты анодных эффектов. Пылеунос особенно велик при размерах частиц менее 40 мкм. С ростом размера зерен пылеунос значительно снижается, что уменьшает потери глинозема. Песчаный глинозем обладает низким коэффициентом пылеуноса. Суммарные потери мучнистого глинозёма составляют 17-25 кг/т алюминия, что на 10-15 кг/т выше, чем для песчаного глинозёма.

Теплопроводность и объёмная плотностьглинозема играют большую роль в тепловом балансе электролизёра, в том числе в регулировании тепловых потерь через глинозёмную засыпку или укрытие анодного массива у электролизёров ОА, в поддержании стабильного уровня электролита и защите боковых поверхностей анода от окисления.

 

 

Фтористые соли

Алюминий очень электроотрицательный металл, поэтому получить его возможно только электролизом из расплава. Промышленным способом получения алюминия служит электролиз его оксида, растворённого в криолите.

1.2.1 Свойства фторсолей и технические требования к ним

Криолит – двойная соль фторида натрия и фторида алюминия 3NaF*AlF₃ или Na₃AlF₆. Криолит служит расплавленной средой – электролитом, в котором осуществляется электролиз глинозёма. Для улучшения свойств криолита и корректировки состава электролита в него вводят AlF_3, MgF₂, CaF₂, LiF и другие фтористые соли.

В переводе с греческого криолит значит “ледяной камень”, так как по внешнему виду сходен со льдом. Естественный криолит в природе распространён ограниченно. Единственное в мире промышленное месторождение криолита находится в Гренландии. Весь криолит для электролиза алюминия получают искусственным путём. Искусственный криолит готовят обычно с избытком AlF₃ против его теоретической формулы, вплоть до состава 5NaF*3AlF₃ (или Na₅Al₃F₁₄), что соответствует составу природного минерала хиолит с молекулярным отношением NaF/AlF₃ = 1, 66.

Искусственный криолит – серовато-белый порошок, плохо растворим в воде. Плотность при 20 °С равна 2, 95 г/см³. Плавится при t =1008 °С, плотность расплавленного криолита 2, 09 г/см³, электропроводность 2, 67 Ом^-1*см^-1 (См/см).

Молярное отношение NaF/AlF₃ называют криолитовым отношением (КО)

Для чистого криолита КО =

Фтористый алюминий AlF₃ – бело-розоватый порошок с плотностью 2, 88 г/см³, плохо растворим в воде. Кристаллический AlF₃ при нагревании не плавится, а сублимирует и при t = 1260 ^оС упругость его паров равна атмосферному давлению. Является наиболее летучим компонентом электролита алюминиевой ванны.

Фтористый натрий NaF – кристаллическая соль, ядовитое вещество, плохо растворим в воде. При 20 °С имеет плотность 2, 73 г/см³. Плавится при t = 992 ^оС, кипит при t = 1695^оС, плотность при 1000 ^оС равна 1, 942 г/см ³.

Чтобы получаемый алюминий был необходимой чистоты, криолит и фтористые соли должны содержать минимум примесей в виде соединений элементов с более электроположительным потенциалом, чем потенциал алюминия. А для лучшего протекания процесса электролиза, фторсоли должны содержать минимальное количество влаги и сульфатов, приводящих к разложению криолита в расплавленном состоянии. Эти требования, предъявляемые алюминиевой промышленностью к искусственному криолиту и фторсолям, регламентируются техническими условиями:

-  На криолит искусственный технический ГОСТ 10561-80.

-  На алюминий фтористый технический ГОСТ 19181-78.

-  На натрий фтористый технический ТУ 113-08-586-86.

-  На соду ГОСТ 5100-85.

Исходный криолит может быть получен кислотным или щелочным способами, а также из отходов газов суперфосфатного производства.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: