Влияние катионного состава на физико-химические свойства расплавов для электролитического получения алюминия

• Автор: Аписаров, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Температура ликвидуса и растворимость оксида алюминия в криолитовых расплавах

1.1.1. Диаграммы фазовых состояний и растворимость оксида

алюминия в криолитовых системах

1.1.2. Уравнения для расчета температуры ликвидуса расплавов на

основе криолита и растворимости в них оксида алюминия

1.1.3. Методы определения растворимости и скорости растворения

оксида алюминия в криолитглинозмных расплавах

1.1.3.1. Метод визуального изучения процесса растворения оксида алюминия

1.1.3.2. Аналитические методы

1.1.3.3. Электрохимические методы
1.2. Электропроводность криолитовых расплавов
1.2.1. Температурная зависимость электропроводности криолита
1.2.2. Электропроводность электролитов с различным
криолитовым отношением
1.2.3. Влияние концентрации оксида алюминия на
электропроводность криолита
1.2.4. Влияние солевых добавок
1.2.5. Влияние карбида алюминия
1.2.6. Уравнения для расчета электропроводности расплавленных
смесей на основе криолита сложного состава
1.2.7. Материалы и конструкция измерительных ячеек и электродов
2. Методика эксперимента 3
2.1. Приготовление электролитов 3
2.2. Определение температуры ликвидуса
2.2.1. Метод дифференциального термического анализа
2.2.2. Метод кривых охлаждения
2.3. Определение растворимости и скорости растворения А0з
2.3.1. Метод визуального наблюдения
2.3.2. Метод изотермического насыщения
2.4. Определение электропроводности
2.4.1. Ячейки капиллярного типа
2.4.2. Ячейки с двумя параллельными электродами
3. Исследование физикохимических свойств высокотемпературных криолитглиноземных электролитов С с добавками КГ
3.1. Исследование влияния содержания КР на физикохимические свойства электролитов с КО 3
3.1.1. Влияние содержания КР на температуру ликвидуса расплавов, растворимость и скорость растворения в
их оксида алюминия
3.1.2. Температурная зависимость растворимости и
скорости растворения оксида алюминия
3.1.3. Влияние содержания КР на электропроводность
3.2. Исследование физикохимических свойств модифицированного электролита с КО 2,7
3.2.1. Растворимость и скорость растворения оксида алюминия
в электролите с КО2,7
3.2.2. Электропроводность электролита с КО2,7
3.2.3. Зависимость температуры ликвидуса электролита с
КО2,7 от содержания А0з
Выводы по главе 3
4. Опытнопромышленные испытания высокотемпературных
электролитов с добавками КР
4.1. Испытания модифицированного электролита ИВТЭ
4.2. Испытания модифицированного электролита с КО2,7
Выводы по главе 4
5. Исследование физикохимических свойств низкотемпературных
электролитов Ь0С на основе системы КТ АТз
5.1. Исследование растворимости А0з и скорости его
растворения в расплавах КРАШз и КБАШзЬЙ7 с КО1,3
5.2. Исследование электропроводности расплавов КРАТз,
КТА1Р3А0з, КРАТзЬТ, КТАТзЫРАЬОз с КО1,3
5.3. Электролиз расплавов на основе КРА1Р3А0з
Выводы по главе 5
Заключение
Библиографический список
Приложения
Перечень условных обозначений и сокращений
КО криолитовое отношение, прмкрПдз, мольмоль к.г.р. криолитглинозмный расплав
X удельная электропроводность, Омсм
Я электросопротивление, Ом
К постоянная электрохимической ячейки, см
АГЗ Ачинский глинозмный завод
у объемная плотность тока, Ам
И постоянная Фарадея, Клмоль
УА о скорость растворения оксида алюминия, мольм3с
Т ликв температура ликвидуса, С
МПР межполюсное расстояние, см
л анодная плотность тока, Асм
ВТ выход по току, .
Введение


Испытания модифицированного электролита ИВТЭ
4. КО криолитовое отношение, прмкрПдз, мольмоль к. ВТ выход по току, . В связи с ростом потребления алюминия в современном мире возрастает необходимость наращивания его производства. В свою очередь это требует создания электролизных ванн с повышенной токовой нагрузкой при получении алюминия по классической схеме ЭруХолла либо радикального изменения существующего технологического процесса снижение рабочих температур до С. И в том и в другом случае одной из первостепенных задач является разработка новых составов электролитов. В первом случае увеличение единичной мощности электролизеров ведет к повышению тепловыделения, росту температуры электролита и как следствие ухудшению техникоэкономических показателей процесса. Одним из решений этой проблемы является применение новых составов электролитов с более высокой электропроводностью. Процесс ЭруХолла насчитывает уже более ста лет. Состав электролита за это время не претерпел существенных изменений. Традиционные электролиты, основу которых составляет натриевый криолит с добавками солей А1Р3 6 мае. СаР2 мас. М2 до 1,5 мас. А0з до 7 мас. Основная причина, по которой электролиты, имеющие высокую температуру плавления, до сих пор используются для электролиза высокая растворимость в них оксида алюминия. Известно, что введение в электролит солей лития снижает температуру ликвидуса и увеличивает электропроводность, однако приводит к существенному снижению растворимости и скорости растворения оксида алюминия в расплаве. Скомпенсировать это снижение можно введением в расплав солей калия. Однако, это может негативно сказаться на состоянии катодной подины. Поиски составов низкотемпературных электролитов были начаты ещ создателем процесса Холлом 1 в конце XIX века. Он, в частности, первым опробовал кислые электролиты КО1, т. ЫаРАШз 1. Однако удовлетворительных результатов получить ему не удалось. Тем не менее, реальный прогресс в поиске низкотемпературных ванн для электролиза глинозема возможен при использовании новых конструкционных и электродных материалов, в частности защитных покрытий катодного узла из диборида титана Т1В2. В качестве низкотемпературного электролита для получения алюминия, наиболее пригодна система на основе калиевого криолита КБАШз с криолитовым отношением 1,,5. Физикохимические свойства такого электролита, главными из которых являются удельная электропроводность и растворимость А0з, до сих пор мало исследованы. Исследование влияния катионного состава добавки КБ на температуру ликвидуса, электропроводность электролитов, растворимость и скорость растворения в них оксида алюминия и подбор расплава на основе натриевого криолита с оптимальными технологическими характеристиками. Исследование физикохимических свойств низкотемпературных электролитов на основе системы КРАШз в интервале температур Н0С. Выяснение принципиальной возможности использования данных расплавов для электролитического получения алюминия. Создание научных основ процесса электролиза А, в частности исследование плавкости систем МБ Аз, было начато в России Федотьевым П. П. и Ильинским В. П., а также Путиным и Басковым в годах 1. Федотьевым и Тимофеевым в г. Были впервые исследованы диаграммы плавкости систем КБАШз и ЫБАз 2. Самые Последующие исследования диаграмм плавкости ЫаРА1Р3 и КТА1Р3 лишь уточнили данные Федотьева о составах эвтектик и температурах тройных точек, а также температурах плавления и Ккриолитов 3. Результаты исследований периода годов XX века были систематизированы в книгах Федотьева 4, Машовец 5, Абрамова с соавторами 6, Беляева с соавторами 7, Баймакова 8. На рис. ИаРА1Р3, КТЧАШз и УРА1Р3 согласно 3,9. Рис.