Влияние факторов на выход по току

 

На выход по току при электролизе криолито-глиноземных расплавов оказывают влияние следующие факторы: температура электролита, междуполюсное расстояние, плотность тока, состав электролита, качество обслуживания ванн.

1 Влияние температуры

Температура электролита является важным фактором, влияющим на выход по току. Повышение температуры на каждые 10° понижает выход по току в заводских условиях на 3-4%. При 960°С выход по току достигает максимального значения. При повышении температуры как и понижение ее приводит к снижению выхода по току. Эти результаты были получены в лабораторных условиях. Аналогичные результаты дает исследование зависимости выхода по току от температуры электролита и на промышленных ваннах. Это объясняется тем, что происходит интенсивное взаимодействие металла с электролитом, усиливается его растворение в электролите, электролит начинает сильнее циркулировать, вынося растворенный алюминий в при анодное пространство, где он окисляется анодными газами, потери увеличиваются и выход по току падает. При снижении температуры приводит к увеличению вязкости расплава и запутывания в нем металла.

Отсюда следует, что процесс электролиза следует вести при возможно низкой температуре, не допуская перегрева электролита. Оптимальная температура электролита 940-970° С. Дальнейшее снижение температуры электролита может привести к нарушению нормальной работы электролизёра.

2 Влияние междуполюсного расстояния

В электролизёре расстояние между нижней поверхностью анода и зеркалом металла на катоде называют междуполюсным расстоянием (МПР).

3ависимость выхода по току от междуполюсного расстояния при постоянной плотности тока 1 А/см² и температурой 1000 °С приведена на рис.2, на котором видно, что с увеличением междуполюсного расстояния выход по току возрастает приближаясь к 100%. Наоборот, сильное уменьшение междуполюсного расстояния (до 3 см и ниже) приводит к резкому уменьшению выхода по току т. к. происходит сильное окисление выделившегося алюминия. При увеличение междуполюсного расстояния увеличивается путь движения растворенного алюминия к месту окисления, потери снижаются выход по току растет.

                                                                               

Однако, от величины междуполюсного расстояния зависит также падение напряжения в электролите, которое может быть выражено так:

U= p _* D _эл* l

где р - удельное электро сопротивление электролита, Ом*см;

D_эл - плотность тока в электролите, А/см²;

l - междуполюсное расстояние, (МПР) см.

Согласно этому выражению, с увеличением междуполюсного расстояния увеличивается падение напряжения в электролите и, следовательно, увеличивается расход электроэнергии. Поэтому, чтобы расход электроэнергии был меньшим, следует работать с малым междуполюсным расстоянием. Обычно работают с междуполюсным расстоянием 5 – 5,5 см.

3 Влияние плотности тока

3ависимость выхода по току от плотности тока при постоянном междуполюсном расстоянии 5 см и температуре 1000°С

Выход по току, как видно на рис. 3, возрастает с повышением плотности тока. При малой плотности тока выход по току мал т.к. недостаточно электронов для полного разряда ионов алюминия и процесс идет постепенный разряд ионов AI⁺³ + ē = AI⁺²  + 2ē =AI⁰ на что затрачивается время. При повышении плотности тока появляется необходимое количество электронов для полного и быстрого разряда ионов и выход потоку увеличивается, но до определенной плотности тока, выше которой появляются избыточные электроны и начинается снижение выхода по току из-за совместного разряда ионов натрия и алюминия на катоде.

Следует иметь в виду, что чем выше плотность тока (при данной величине тока), тем меньше размеры ванны и ниже стоимость их сооружения. Но с увеличением плотности тока увеличивается напряжение на ванне. Поэтому главной задачей найти оптимальные параметры, обеспечивающие высокий выход по току при наименьших затратах электроэнергии.

 В современной практике анодная плотность тока в зависимости от конструкции ванн и технологического режима лежит в пределах 0 7-1,0 А/см². Практика последних лет показала возможность значительного увеличения силы тока на действующих ваннах. Это вместе с усовершенствованием технологии процесса электролиза позволило значительно увеличить производительность действующих заводов и улучшить основные показатели процесса (выход по току и выход по энергии).

4 Влияние состава электролита

Большое влияние на выход по току оказывает состав электролита и, прежде всего, криолитовое отношение электролита.

Избыток фтористого алюминия уменьшает вероятность разряда ионов натрия на катоде, снижает растворимость алюминия в электролите и температуру плавления электролита. Все это оказывает благоприятное влияние на выход по току.

Переход к работе с более кислыми электролитами в сочетании с изменением ряда других технологических параметров (изменение уровней металла и электролита в ваннах, уменьшение количества и продолжительности анодных эффектов, изменение режима обработки) позволил повысить анодную плотность тока на ряде заводов и тем самым значительно увеличить производительность действующих электролизеров без ухудшения основных технологических показателей.

Однако работа на сильнокислых электролитах имеет и существенные недостатки, так как A1F₃ уменьшает электропроводность и летучесть электролита и снижает растворимость в нем глинозема.

 Добавки улучшают физико-химические свойства электролита, что благоприятно влияет на выход по току и по энергии. MgF₂ и CaF₂ снижают температуру плавления электролита и его летучесть и уменьшают потери алюминия вследствие его растворения. Отрицательное влияние их - в уменьшении электропроводности электролита, увеличении его плотности и снижении растворимости в нем глинозема. Добавки NaC1 и MgC1₂ также снижают температуру плавления электролита, повышают его электропроводность и снижают вязкость. Кроме того, хлористые соли позволяют снизить расход фтористых солей и анодной массы. Однако при применении электролитов, содержащих хлористые соли, значительно снижается растворимость глинозема в электролите и происходит коррозия анодной ошиновки под действием газообразных хлоридов.

5 Влияние качества обслуживания

Необходимое условие достижения высоких показателей при электролизе - тщательное соблюдение технологического режима. Любое нарушение нормальной работы ванны может привести к снижению выхода по току.

 

Контрольные вопросы:

1. Почему в качестве электролита используют только фтористые соли?.

2.Назначение криолита

3.Назвать характерную особенность фтористого А1

4.Почему сушку криолита ведут при 130^0, AlF_{3 --} 300-400 градусах?

5.Почему температуру электролита нужно уменьшать?

6.Почему нельзя заметно понизить температуру электролита введением только фтористого А1?

7.Почему нельзя работать на щелочном электролите?

8.Почему ограничивается содержание фтористого Са?

9. На что расходуется энергия равная папряжению разложения     

10. Почему используем только угольные аноды?

11.Что показывает электрохимический эквивалент А1, его значение.

12.Выход по току составляет 85%, что это означает?

13.Единицы измерения удельного расхода эл.энергии его физический смысл

14.Производительность электролизера это......................... и она зависит от...............

15ему температуру электролита нужно уменьшать?

6.Почему нельзя заметно понизить температуру электролита введением только фтористого А1?

7.Почему нельзя работать на щелочном электролите?

8.Почему ограничивается содержание фтористого Са?

9. На что расходуется энергия равная папряжению разложения     

10. Почему используем только угольные аноды?

11.Что показывает электрохимический эквивалент А1, его значение.

12.Выход по току составляет 85%, что это означает?

13.Единицы измерения удельного расхода эл.энергии его физический смысл

14.Производительность электролизера это......................... и она зависит от...............

15.Какие условия необходимы для получения высококачественного металла.