Изучение влияния состава электролита на анодное перенапряжение и растворимость металла с целью повышения производительности электролизеров Эру-Холла

• Автор: Васюнина, Наталья Валерьевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 140 с. : ил.

1 Электролит алюминиевых ванн

1.1 Функции электролита

1.2 Основные свойства электролитов

3.2.1 Температура ликвидуса

3.2.2 Растворимость глинозема

3.2.3 Плотность

3.2.4 Давление паров

3.2.5 Поверхностные свойства

3.2.6 Электропроводность

3.2.7 Вязкость

1.3 Роль электролита в повышении производительности промышленных электролизеров

1.3.1 Повышение плотности тока на современных электролизерах
при сохранении ТЭП
1.3.2 Способы повышения выхода по току на электролизере
1.4 Влияние состава электролита на анодное перенапряжение
1.5 Растворимость алюминия в электролите
1.6 Щелочное расширение угольных блоков в электролитах с различными добавками
1.7 Пути улучшения свойств электролитов
2 Модификация промышленных электролитов с целью повышения плотности тока при сохранении ТЭП
2.1 Выбор исследуемых электролитов с различными добавками
2.2 Определение растворимости алюминия в криолитосодержащих расплавах с различными добавками
2.2.1 Обзор методик по определению растворимости алюминия
2.2.2 Методика определения растворимости алюминия
2.2.3 Результаты определения растворимости алюминия и их
обсуждение
2.3 Определение анодного перенапряжения в криолитосодержащих расплавах с различными добавками
2.3.1 Обзор методик по определению анодного перенапряжения
2.3.2 Методика экспериментов по определению перенапряжения
2.3.3 Экспериментальные данные и их обсуждение
2.4 Основные выводы по главе
3 Применение электролитов на основе литиевого криолита
3.1 Литиевые электролиты (аналитический обзор)
3.2 Определение свойств электролитов на основе литиевого криолита
3.2.1 Растворимость алюминия
3.2.2 Скорость испарения
3.2.3 Щелочное расширение
3.2.4 Анодное перенапряжение
3.3 Электролиз в электролитах на основе литиевого криолита
3.2.1 Обзор методик
3.2.2 Методика лабораторных испытаний электролитического
получения алюминия
3.2.3 Результаты и их обсуждения
Основные выводы
Список используемой литературы

При электролитическом получении алюминия главной задачей является повышение производительности электролизеров, которое может быть достигнуто либо путем повышения плотности тока, либо посредством увеличения выхода по току (ВТ).
Повышение плотности тока означает увеличение работы диссипации, вследствие чего возможно как ухудшение некоторых техникоэкономических показателей (ТЭП), так и появление различных технологических нарушений, связанных с горячим ходом ванны. Для предотвращения негативных последствий необходимо либо более эффективно отводить тепло от электролизера, либо уменьшить работу диссипации путем снижения рабочего напряжения, в том числе за счет снижения анодного перенапряжения, что возможно при использовании анодов с оптимальными физикохимическими свойствами и/или при рациональном выборе состава электролита. Что касается ВТ, то на него наибольшее влияние оказывает общая растворимость алюминия (С41) в расплаве (под С,ц здесь и далее будет пониматься растворимость алюминия, натрия и других щелочных металлов в пересчете на нульвалентный алюминий). Растворимость алюминия зависит от состава расплава и его температуры. Таким образом, одним из способов увеличения производительности ванн является оптимизация состава электролита.
Приемлемыми добавками в криолитоглиноземный электролит являются фториды алюминия, кальция, магния, лития и калия. Поскольку влияние фторида калия на растворимость алюминия не известно, а литературные данные по влиянию других добавок на растворимость алюминия и анодное перенапряжение получены при фиксированных и высоких (около 1000 °С) температурах, актуальной задачей является определение растворимости алюминия и анодного перенапряжения в промышленном диапазоне температур.

литий способен подавлять влияние калия на расширение катодных блоков. Был проведён эксперимент в электролите, который первоначально содержал 5 % масс. 1лБ. После начального периода электролиза добавлялось 5 % масс. КС1. Авторы отметили, что литий с угольными материалами формирует ин-теркаляты, которые предотвращают проникновение калия.
Рапопорт и Мальцева [69] получили, что при введении СаР2, М§Р2 и №С1 в количестве 10 % к криолиту, содержащему 5 % А1203 расширение уменьшается по сравнению с полученным в расплаве без добавок, при этом наибольшее влияние имеет добавка №С1.
В работе Нааса [65] приводятся результаты измерений расширения катодного материала, изготовленного из полуграфита, из-за внедрения щелочных металлов в зависимости от содержания в электролите КР или ЫБ (% мол.), добавленных при постоянном соотношении Епмр/пашз (М = 1л, Ыа, К), равном 2,2. Результаты представлены на рис. 1.23 и 1.24. Фториды кальция и магния не добавлялись. При добавлении 1лР в электролит при 970 °С было получено небольшое уменьшение щелочного расширения. Расчеты показали, что главной причиной этого является то, что ЫБ уменьшает активность натрия. Уменьшение температуры электролиза в электролитах с добавлением Ъ¥ вызывает незначительное увеличение щелочного расширения. Добавление КР до 5 % мол. не оказало никакого влияния на щелочное расширение, тогда как введение КБ свыше 5 % мол. привело к существенному увеличению щелочного расширения.