Состав и свойства электролита

Состав электролита. Диаграмма состояния NaF- AIF₃

Электроли з – процесс выделения металла на катоде в водных растворах или солевых смесях. Среда, в которой происходит электролиз называется электролитом. (может быть раствором или расплавом (расплавленной смесью солей)) и представляет собой смесь ионов обуславливающих прохождение электрического тока.

Процесс разложение молекул вещества на ионы называется электролитической диссоциацией. В результате образуются ионы: (+) катионы, (-) анионы

Чтобы осуществить разряд иона, нужно создать на катоде избыток электронов, т.е. для каждого элемента (металла) используется определенное количество электронов, участвующих в разряде.

Последовательное расположение элементов в зависимости от потенциала их выделения называется - электрохимическим рядом напряжения.

Li

K

Ca

Mg

Al

Si

Fe

H

Cu

Высокий электроотрицательный характер алюминия не позволяет использовать для его получения электролиз водных растворов. На практике используют многокомпонентные электролиты- расплавы фтористых соединений щелочных и щелочноземельных металлов. Электролит алюминиевых электролизеров работают в жестких условиях, поэтому должны соответствовать определенным требованиям.

Требования к электролитам.Электролит должен:

   1. В своем составе не содержать более электроположительных металлов, чем    алюминий, которые выделяясь на катоде, могли бы его загрязнять.

2.В расплавленном состоянии хорошо растворять глинозем.

3.Образовывать с глиноземам сплавы с температурой плавления близкой к температуре плавления алюминия. (660 ^ОС)

4.Обладать меньшей плотностью, чем расплавленный алюминий (меньше потери метала)

5.Обладать достаточной жидкой текучестью, что способствует выделению из электролита газов и выравниванию состава электролита.

6.Обладать высокой электропроводностью, что даст· иметь меньше падение напряжения в электролите, следовательно и меньше расход энергии.

  7.Химически не разлагаться, слабо улетучиваться

  8.Химически не взаимодействовать с угольной футеровкой и угольным анодом.

  9.Электролит должен быть не гигроскопичен.

Промышленные электролиты состоят: криолит, фториды натрия, алюминии, кальция.

Криолит плавится при 1010^OC является растворителем глинозема и попытки его заменить не увенчались успехом. Криолит имеет такие недостатки:

 а) криолитовые электролиты очень агрессивны, и в них устойчивы лишь углеродистые материалы;

б) электролиз в таких электролитах сопровождается выделением газообразного фтористого водорода и фторсодержащей пыли (ядовитых веществ);

в) фтористые соли являются дорогими и дефицитными материалами, что сказывается на себестоимости алюминия и вызывает необходимость изыскания мероприятий по сокращению из расхода.

Промышленные электролиты имеют избыток фторида алюминия против криолита. Основной характеристикой электролита является криолитовое отношение –это молярное отношение фторида натрия к фториду алюминия КО = NaF / AlF₃

По величине КО электролиты разделяются:

КО = 3 нейтральный электролит, состоит из чистого криолита

 КО > 3 – щелочной электролит с добавкой NaF

КО < 3 – кислый электролит, имеет избыток AlF₃ относительно криолита

На практике используют кислые электролиты с КО =2.3-2.5

Кроме перечисленных фторидов Na₃AlF₆, NaF, AIF₃ в электролит вводят добавки СаF₂,LiF, MgF_2,  NaCL или в него попадают примеси.

                                      Диаграмма состояния NaF- AIF₃

В данной системе криолит кристаллизуется при 25 % (мол.) AIF_3, в вершине ярко выраженного мах, что говорит о химической прочности данного соединения При 37.5 % AIF_3, образуется другое химическое соединение – хиолит - 5NaF_*3AlF₃, меющий температуру плавления 725⁰С. Он образуется в вершине скрытого мах и является химически не прочным соединением и при Т⁰_пл разлагается на криолит и AIF_3. При более высоком содержании более 40 % AIF₃ происходит сильное испарение фторида алюминия и диаграмма не изучена. Таким образом, согласно диаграмме при 960⁰ С в промышленных электролитах находятся только криолит и фториды натрия и алюминия.