Взаимодействие AIN и высокоглиноземистых бетонов с расплавом KF-AIF3

• Автор: Чуйкин, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1.1. Проблемы применения угольных материалов в алюминиевых электролизерах

1.1.1. Механизм разрушения углеграфитовой подииьг.

1.1.2. Влияние солей калия на разрушение углеграфитовой подины

1.2. Взаимодействие оксидных материалов с расплавами.

1.3. Взаимодействие неоксидных материалов с солевыми расплавами

Глава 2. Методика исследований.

2.1. Термогравиметрическая установка.

2.2. Гравиметрические исследования.

2.2.1. Окисление материалов на воздухе.

2.2.2. Взаимодействие материалов с солевыми расплавами.

2.3. Испытание материалов в условиях электролиза.

Глава 3. Взаимодействие компактного материала на основе нитрида алюминия с расплавом калиевого криолита
3.1. Характеристики исходных материалов
3.1.1. Приготовление образцов
3.1.2. Приготовление соли.
3.2. Изучение кинетики и механизма коррозии компактного материала
3.2.1. Кинетика окисления на воздухе.
3.2.2. Взаимодействие с расплавом КГА1Гз
3.2.2.1. Влияние температуры расплава на скорость взаимодействия
3.2.2.2. Влияние растворнного в расплаве глинозма и газовой фазы над расплавом
Выводы но главе
Г лава 4. Взаимодействие оксидных керамических композиционных материалов с расплавом калиевого криолита
4.1. Приготовление исходных образцов.
4.2. Изучение кинетики и механизма коррозии компактного материала
4.2.1. Влияние состава материала.
4.2.2. Влияние температуры расплава и концентрации растворенного в нм глинозма
4.2.3. Влияние температуры предварительной термообработки материалов.
Выводы по главе
Глава 5. Электролиз алюминия в ванне с использованием композиционного материала
5.1. Параметры электролизной ячейки ванны и режимы испытаний
5.2. Результаты и обсуждение.
Выводы по главе
Заключение.
Библиографический список.
Приложения
Перечень условных обозначений и сокращений
1 плотность тока, Асм
I ток, А
кь скорость окисления на участке с линейным законом изменения массы, гсмч
кР скорость окисления на участке с параболическим законом изменения массы, гсм ч ш масса, г
О количество электричества, Ач
Б площадь, см
Т температура, С
Ь время, с и напряжение, В
ВГБ высокоглинозмистый бетон
ВГЦ высокоглинозмистый цемент
ДСК дифференциальная сканирующая калориметрия
ИСМАН Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук к.г.р. криолитглиноземный расплав
КВБ корундовый высокоглинозмистый бетон
КО криолитовое отношение, ПИарКрпА1КЗ мольмоль
МПР межполюсное расстояние, см
МРСА микроструктурный рентгеновский спектральный анализ
РФА рентгенофазовый анализ
ТО термообработка
УГП установка горячего прессования
УТГМ установка термогравимстрическая.
Введение


Однако промышленные углеродные материалы изза их пористости имеют низкую стойкость к проникновению электролита, которая, в свою очередь, приводит к деградации свойств и разрушению катодной подины и бортовой футеровки алюминиевого электролизра 1 4. Начиная с х годов XX века, и по сегодняшний день исследователи всего мира занимаются изучением взаимодействия материалов с расплавленными средами. В последние годы опубликованы работы, посвященные так называемым низкотемпературным технологиям электролиза алюминия с применением электролитов на основе или с добавками фтористых солей калия 5, 6. Целями настоящего обзора являются а анализ методов исследований взаимодействия тугоплавких огнеупорных оксидных и бескислородных композиционных материалов с расплавами б анализ и систематизация имеющихся литературных данных но изучению системы конструкционный материал фторидный солевой расплав иили алюминий. Одной из главных причин преждевременного выхода из строя алюминиевых электролизров является разрушение углеродной подины изза образования трещин, сопровождающееся протечкой электролита в огнеупорную футеровку, а затем и сквозь днище электролизра, которая приводит к аварийной остановке электролизра. Кроме того, с периодичностью лет необходимо производить замену отработавших графитовых катодных блоков и бортовой футеровки, т. Проникновение криолитглинозмного расплава к. Этот процесс пропитки графита электролитом значительно ускоряется после включения тока электролиза. При этом контактный угол смачивания графита при С уменьшается за 1 минуту контакта со 6
без тока до при плотности тока 1 Асм и криолитовом отношении КО2, за 5 минут контакта он снижается вплоть до 5. Причиной улучшения смачивания является явление интеркаляции натрия в графит. А1Ж , i 1. Проникновение натрия в угле графитовые блоки увеличивается изза открытой пористости углеродных блоков. При температуре выше 0 С происходит процесс интеркаляционного проникновения натрия в межгшоскостное пространство графитовой структуры . Известно, что в системе натрий углерод при высоких температурах не образуются стехиометрические соединения карбиды, а образуются межслойные соединения , которые в зависимости от количества внедренного натрия имеют формулы от 2. Этот ингеркаляционный процесс происходит в течение всего срока службы угольной футеровки. В связи с проникновением ионов натрия в тело катодного материала, наблюдается его расширение на макроскопическом уровне на 0,1 0,2 отн. Возникающие напряжения в объеме катодного материала приводят, в конце концов, к сквозным трещинам и изломам поверхностного слоя и разрушению углеродного блока. В литературе приводятся два основных механизма проникновения натрия в кристаллическую решетку углерода. М.В. Исследования показали, что натрий внедряется в тело катода на участках, где открытая пористость имеет наибольшие значения и где температура превышает температуру кипения натрия. Коэффициент диффузии ионов натрия в различных угольных материалах определен в интервале от МО5 до см2с . Проникновение расплавленного электролита в сообщающиеся поры и трещины углеграфитовой подины продолжается в течение всего периода эксплуатации электролизра 3. Появление новых продуктов взаимодействия в порах и трещинах подины приводит к расширению диаметра и длины заполненных трещин в графитовых блоках в направлении сверху вниз. Это провоцирует развитие трещин в подине вплоть до образования сквозных трещин, по которым расплав протекает до огнеупорной футеровки, что в конечном итоге приводит к преждевременному выходу из строя всего электролизра. Кроме натрия и его соединений в электролите алюминиевой ванны могут находиться ионы калия. Они попадают в электролит с примесями К2О, содержащимися в глиноземе, извлекаемом из алунитов кислотными методами и из нефелинов методом спекания , или в виде добавок могут сознательно вводиться в электролит. В работах и указывается на то, что ионы калия, накапливаясь в электролите, оказывают отрицательное влияние на состояние угольной подины. Подобного рода неблагоприятное влияние калиевых соединений обнаружил А. ХаЛ1Р6 СО ЗЛС 0,ЫаАЮг 4,5Р 1,5С А0 СОг 2ЛзС 2. Ыа3А1Р6 ЪЫа2С ЛОч 3С .