Поведение примесей, попадающих в электролит

Вместе с исходными материалами – глинозёмом, фтористыми солями, золой анодов, а также из-за разрушения отдельных элементов ванны в электролит попадают примеси: Na₂O, CaO, SiO₂, TiO₂, H₂O, соединения железа и другие.

Ведут они себя при электролизе по-разному. Одни из них вызывают загрязнение получаемого металла, другие вступают в химическое взаимодействие с криолитом. При этом изменяется состав электролита и образуются фтористые газообразные соединения, что вызывает потери фтора и загрязнение атмосферы цеха.

Таблица 3.1 – Поведение примесей

Примесь	Причина попадания	Действие	Влияние
Na2O	С глинозёмом и фторсолями	Химическое взаимодействие с криолитом	2Na3AlF6+3Na2O=12NaF+Al2O3 Электролит обогащается фтористым натрием и нарушается криолитовое отношение
CaO	С глинозёмом и фторсолями	Химическое взаимодействие с криолитом	2Na3AlF6+3CaO=6NaF+Al2O3+3CaF2 Появляется фтористый кальций. Но так как он вводится специально для улучшения свойств электролита, то примесь окиси кальция не считается вредной
SiO2	С глинозёмом, фторсолями и золой анода	1. Металлотермически восстанавливается алюминием 2. Образует карбид кремния SiC     3. Химическое взаимодействие с криолитом	1. Восстановленный кремний переходит в жидкий алюминий и загрязняет его 3SiO2+4Al=3Si+2Al2O3 2. Карбид откладывается на подине электролизёра, увеличивая её омическое сопротивление 3SiO2+Al4C3=2Al2O3+3SiC        или  Si+C=SiC 3. Образовавшийся четырёхфтористый кремний обладает высокой упругостью паров и улетучивается из ванны, вызывая потери фтора и обогащение электролита фтористым натрием (увеличивается КО) 3SiO2+4Na3AlF6= ↑3SiF4+12NaF+2Al2O3
TiO2	С глинозёмом	1. Металлотермически восстанавливается алюминием 2. Химическое взаимодействие с криолитом	1. Восстановленный титан загрязняет алюминий 3TiO2+4Al=3Ti+2Al2O3 2. Образовавшийся четырёхфтористый титан улетучивается из ванны, вызывая потери фтора и обогащение электролита фтористым натрием 3TiO2+4Na3AlF6= ↑3TiF4+2Al2O3+12NaF
H2O (наиболее вредная примесь)	С глинозёмом и фторсолями, (поэтому их засыпают на корку, где они подсушиваются и подогреваются)	1. Химическое взаимодействие с криолитом     2.Электролитическое разложение	1. Электролит обогащается фтористым натрием. Выделяется газообразный фтористый водород, который отравляет атмосферу цеха и вызывает потери фтора. 2Na3AlF6 +3H2O = 6NaF+Al2O3 +­6HF 2. На катоде выделяется водород, он не взаимодействует с расплавленным Al, но растворяется и загрязняет его
Сульфаты (в виде  Na2SO4)	С глинозёмом и фторсолями	Химическое взаимодействие с криолитом в присутствии углерода	1. Электролит обогащается фтористым натрием и выделяется вредный сернистый газ в атмосферу 3Na2SO4+2Na3AlF6+3C=12NaF+3CO+3SO2+Al2O3
Fe (в виде окислов Fe2O3, FeO)	1. При растворении рабочих инструментов и отдельных элементов ванны. 2. Со всеми видами сырья	Металлотермически восстанавливается алюминием	Восстановленное железо полностью переходит в катодный алюминий, загрязняя его.
Cu, Zn	1. Со всеми видами сырья 2. При зачистке контактов ошиновки.	Металлотермически восстанавливается алюминием	Более электроположительные металлы, чем алюминий, поэтому они восстанавливаются и переходят в расплавленный металл, загрязняя его.
Окислы Р, V, Мn и др. многовалентные элементы	С глинозёмом (P2O5, V2O5)	Металлотермически восстанавливаются алюминием	1. На восстановление этих многовалентных элементов расходуется электричество, что снижает выход по току алюминия. 2.Восстановленные ванадий и марганец переходит в алюминий, загрязняя его. 2 Восстановленный фосфор улетучивается из электролизера в атмосферу корпуса

 

Таким образом, практически все примеси, попадающие в электролит, оказывают отрицательное влияние на процесс электролиза. Это заставляет предъявлять очень высокие требования к чистоте исходных материалов и тщательно соблюдать технологию, чтобы не допустить попадания примесей в электролит и металл.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое электронный газ, в какой среде он существует?

2. Электролитическая диссоциация – это ……

3. Привести примеры диссоциации кислот, щелочей, солей.

4. Вещества при растворении способны диссоциировать на ……

5. В чём отличие ионной и электронной проводимости?

6. Что определяет электрохимический ряд напряжений?

7. Взаимодействует ли расплавленный алюминий с водородом, кислородом, парами воды, СО, СО₂?

8. Какие металлы более электроотрицательны или более электроположительны, чем алюминий?

9. Возможно ли добавлять в электролит фторсоли Fe, Cu, или например, SiF₄?

10. Что уменьшает электропроводность электролита?

11. Почему электролит не должен химически взаимодействовать с футеровкой?

12. Чем плох гигроскопичный электролит?

13. Как называются промышленные электролиты по составу?

14. Перечислить катионы промышленного электролита.

15. Основная реакция диссоциации глинозёма.

16. Почему образуются кислородосодержащие анионы алюминия, а не ионы кислорода?

17. Перечислить анионы промышленного электролита.

18. Какие катионы в первую очередь будут разряжаться на катоде?

19. Какие анионы в первую очередь будут разряжаться на аноде?

20. Какие ионы переносят ток к какому электроду?

21. Что такое диффузия?

22. Причины растворения алюминия в электролите.

23. Влияние состава электролита на растворимость алюминия.

24. Написать реакцию разряда ионов алюминия на катоде.

25. Назвать условия, при которых возможен разряд ионов натрия на катоде.

26. Когда происходит образование карбида алюминия?

27. В чём заключается отрицательное влияние карбидов алюминия и кремния?

28. Что называется напряжением разложения? Его численное значение для Al₂O₃.

29. Написать реакцию, протекающую при электролизе на аноде.

30. Чем объясняется перенапряжение на аноде?

31. Назвать основную причину возникновения анодного эффекта.

32. В чём заключается положительное и отрицательное влияние анодного эффекта?

33. Какие требования предъявляются к исходному сырью по содержанию примесей?

34. Какие примеси влияют на качество металла?

35. Перечислить свойства криолитоглинозёмных расплавов.

36. От чего зависит растворимость глинозёма в электролите?

37. Роль поверхностного натяжения при электролизе.