Физико-химические аспекты контроля электролита алюминиевого производства

• Автор: Зайцева, Юлия Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 156 с.

Оглавление
Введение

Список сокращений, принятый в рукописи

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Криолитсодержащие физикохимические системы.

1.1.1 Диаграмма состояния системы ЫаР А1Р3.

1.1.2. Диаграмма состояния системы 3 А1Р3 СаР2.

1.1.3. Диаграмма состояния системы Р А1Р3 ЫИ.

1.2. Основные компоненты охлажденных проб электролита, их свойства и строение.

1.3. Характеристики методов анализа электролита.

1.3.1. Химический анализ.

1.3.2. Кристаллооптический анализ
1.3.3. Рентгеновский флуоресцентный спектральный анализ
1.3.4. Рентгеновский дифракционный анализ
1.3.5. Определение лития в электролите.
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Исходные реагенты, материалы и оборудование.
2.2. Получение охлажденных проб электролитов.
2.2. Синтез индивидуальных соединений
2.3. Физикохимические методы исследования.
2.4. Рентгеновские методы количественного определения фазового состава.
2.4.1. Метод обратной калибровки в количественном
рентгенофазовом анализе.
2.4.2. Полнопрофильный анализ метод Ритвельда
рентгенограмм для количественного фазового анализа
2.5. Определение кристаллических структур по данным
порошковой дифракции
Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1. Роль контроля состава электролита при электролитическом производстве алюминия.
3.2. Фазовый состав проб электролитов промышленных
3.3. Сравнительный анализ рентгенографических данных проб
электрлита разных заводов.
3.4. Анализ распределения кристаллических фаз в пробе
электролита.
3.5. Влияние скорости охлаждения электролита на фазообразование кальцийсодержащих фаз в пробе
3.6. Кристаллоструктурный аспект в изменении
рентгенографических данных при пробоотборе
3.7. Исследование термических превращений тройных фторидов Ыа2Са3АР,4,СаЛ1Р6
3.8. Синтез, структура и термические свойства
3.9. Литийсодержащие электролиты.
3 Практическое использование физикохимических данных по 2 кристаллизации расплава электролита для контроля его состава.
3. Заключение.
Выводы.
Список литературы


Работа проводилась в соответствии с планами научноисследовательских работ института химии и химической технологии СО РАН. Работа отмечена стипендией Красноярского краевого фонда науки, грант в6. Глава 1. В литературном обзоре рассмотрены диаграммы состояний систем ЫаРА1Гз, ЫаРА1РзСаР2, ЫаРА1Р31лР, на которых основано электролитическое получение алюминия. Особенностью этих систем является кристаллизация в них криолита основного компонента для высокотемпературного растворения глинозема. Криолиг при плавлении дает в расплав высоко заряженные анионы октаэдрической формы с составом А1Р6. Такие анионы, обладая низкой поляризуемостью и высоким зарядом, взаимодействуют с поверхностью оксида алюминия, захватывая с приповерхностного слоя фрагменты типа А. Последние локализуются на гранях алюминийфторидного октаэдра и в этой форме переносятся но расплаву. Интересно, отметить, что ди, три алюминий фторидные полианионы в силу меньшего заряда практически не участвуют в растворении глинозема, так же как и ионы Г 9. В фокусе настоящей работы процессы, связанные с кристаллизацией электролита, которые описываются с помощью диаграмм состояния физикохимических систем. Выясняется, что криолитсодержащис системы, несмотря на более чем столетний период их применения в промышленности, имеют неизученные области, которые располагаются в зонах, отвечающих за важные свойства электролита, например, за расход фтористых солей. В связи с направленностью работы в литературном обзоре изложены современные сведения по диаграммам состояния основных криолитсодержащих систем, описаны методы, которые применяются для анализа состава электролита, приведены кристаллографические характеристики фаз, которые могут реализовываться при кристаллизации электролита, описаны методы количественного РФА в применении для анализа состава электролита. Состояние электролита в электролизерах для получения алюминия описывается диаграммой состояния системы ЫаРА1Р3. Диаграмма фазовых равновесий этой системы была впервые изучена в начале прошлого века Федотьевым и Ильинским и в дальнейшем неоднократно уточнялась другими исследователями 8. Современное устоявшееся представление о системе КаРА1Р3, сформулированное в 9, фиксирует при нормальном давлении наличие двух соединений Ыа3А1Р6 мол. АШз конгруэнтно плавящегося при С и Ыа5АР4 ,5 мол. А1Р3 инконгруэнтно плавящегося при 79С. Вместе с тем, многие исследователи, сообщают о существовании еще одного соединения тетрафторалюмината натрия ЫаА1Р4 , , , , , . Это соединение было впервые получено в году конденсацией паров образующихся при прокаливании КАР ,. Система АаРМаА1Рб рассматривается как простая эвтектическая. Точка эвтектики расположена при 28С ,8,8 мол. А1Р3 , , . Твердые растворы в системе о тсутствуют. Ситема МаРЛ1Г3. А1Р4 внесено в диаграмму ЫаРА1Р3 с конгруэнтным характером плавления ГС. При температурах 50С соединение ЫаЛ1Р4 распадается на хиолит и фтористый алюминий. Гинсбергом и Веферсом методами ДТА, РФ А, высокотемпературным РФА исследована система ЫаРА1Р3. По их данным в системе ИаРА1Р3 имеется две перитектики при 7С ,2 масс. А1Р3 и при 0С, одна эвтектика при 0С масс. А1Р3 и одно эвтектоидное превращение при 0С рисунок 1. КаА1Р4т 15 Ка5АРт 25 А1Р3г. Рисунок 1. Холмом методами ТА, ДТА микроскопии закаленных образцов, РФА исследована система 1аРА1Р3. Диаграмма состояния системы ЧаРАРз приведена на рисунке 1. НаРАП 8. МаР илсс. Рисунок 1. Филипсом с соавт. ЫаР, ЫаС1, А1Рз методом визуального наблюдения первоначальной кристаллизации при охлаждении расплава. Для системы Ка3А1Р6А1Рз установлена перитектика при 4С масс. А1Р3 и эвтектика при 3С масс. А1Р3. Перри и Фостером методом закаливания расплавов, с последующим микроскопическим исследованием, РФА и ДТА исследовано фазовое равновесие в системе 3А1РбА1Рз. Определены области первичной кристаллизации для криолита, хиолита и фторида алюминия. Установлена перитектика при 1С масс. А1Р3, эвтектика мри 4С масс. А1Р3. Соединение НаА было обнаружено при закаливании расплавов, соответствующих составу ЫаРА1Р311.