Сущность процесса электролиза криолитоглиноземного расплава

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Сущность процесса электролиза криолитоглиноземного расплава

1.2 Виды сырья для получения алюминия и требования к ним

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Свойства и состав промышленного электролита

2.2 Влияние факторов и примесей

3. КПВО

3.1 Корректировка электролита CaF₂

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Основные направления улучшения использования основных фондов

и производственных мощностей

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

5.1 Санитарно-гигиенические характеристики условий труда

5.2 Электробезопасность

5.3 Техника безопасности при обслуживание ванн

6. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Таблица. Влияние МПР на корректировки, на свойства электролита

6.2 Схема. Требования к электролиту

7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Сущность процесса электролиза криолитоглиноземного расплава

Современное произв6дство алюминия основано на электро­литическом разложении глинозема (Al₂0)) с выделением на катоде металлического алюминия, а на аноде - газообразных продуктов электролиза. Процесс электролиза криолитоглиноземных расплавов можно произвести в электролитической ячейки.

Все содержимое ячейки размещается в керамическом тигле. Со стороны дна установлена графитовая пластина, к которой подведен отрицательный полюс от источника постоянного тока (ка­тод). В верхней части ячейки помещается угольный анод, к которо­му подведен положительный полюс источника тока. Анод погружа­ется в расплавленный электролит, роль которого заключается, во-первых, в образовании токопроводящей среды между катодом и анодом, во-вторых, в растворении глинозема.

Последний фактор весьма важен, т.к. он позволяет раство­рить порошковый оксид алюминия в жидкой фазе, где становится возможным его электролитическое разложение. В электролите Al₂0) диссоциируют на положительные ионы алюминия (катионы) и отри­цательные кислородсодержащие ионы (анионы). Ниже слоя элек­тролита размещается расплавленный алюминий, фактически вы­полняющий роль катода.

Присоединим ячейку к положительному и отрицательному полюсам источника тока и в цепи появится прямой электрический ток, т.е. поток электрических зарядов. В металлических проводниках и графите ток переносится за счет электронов (проводники 1-ro ро­да), а в жидких электропроводящих средах (электролитах) - за счет ионов (проводники Н-го рода). Проводники 1-гo рода, подводящие ток к электролитам, называют электродами.

Электрический ток, проходящий через электролит, вызывает в электролите химические изменения. Этот процесс носит название электролиза. В нашей ячейке на катоде появляются избыточные электроны, которые захватываются катионами алюминия и при­водят к его восстановлению по реакции

AI3+ + 3е-= Аl

На аноде происходит поглощение электронов от отрицатель­но заряженных анионов. В суммарном виде анодная реакция может быть записана в следующем виде:

Образовавшийся на катоде алюми­ний, будучи по удельному весу тяжелее электролита, накапливается на дне ячейки и в последующем выполняет функции катода. Углекислый газ за счёт взаимодействия с углеродом анода частично восстанавливает­ся по реакции С0₂ + С = 2СО и свободно удаляется от анода в систему газоотсоса.

Образовавшийся на катоде алюми­ний, будучи по удельному весу тяжелее электролита, накапливается на дне ячейки и в последующем выполняет функции катода. Углекислый газ за счёт взаимодействия с углеродом анода частично восстанавливает­ся по реакции С0₂ + С = 2СО и свободно удаляется от анода в систему газоотсоса.

Добавим к этому, что в качестве электролита алюминиевой ячейки повсеме­стно используется криолит, имеющий фор­мулу смеси двух солей 3NaF· AIF3 или в суммарном виде NазАlF₆

Криолит в расплавленном состоянии хорошо растворяет и достаточно электропроводен для использования в элек­тролизе. Электролит по удельному весу легче металла, поэтому он находится над поверхностью алюминия в виде расплавленного слоя.

В таком виде способ производства алюминия электролизом глинозема в расплаве криолита был изобретен одновременно двумя ерами П.Эру (Франция) и Ч.Холлом (США) в 1886г. и до на д настоящего времени в принципе сохраняется неизменным.

Агрегат для промышленного производства алюминия носит название алюминиевого электролизера или алюминиевой ванны. В инструкцию электролизера заложены те же основные принципы, что в элементарной ячейке. Содержимое электролизера - расплавленный электролит и алюминий находятся в ванне, ограниченн­ый угольной подиной и бортовой футеровкой. Ниже подины размещена футеровка из огнеупорного и термоизоляционного материалов. Ток в подину проводится с помощью стальных стержней (блюмсов), соединенных с катодной ошиновкой. Через анодную ошиновку ток проводится к анодному устройству и непосредственно к угольным анодам. Анод находится в полупогруженном состоянии в электролите, расстояние между анодом и расплавленным алюминием носит название междуполюсного расстояния (МПР)