Физико-химические свойства электролитов

Плотность расплава

С ростом концентрации глинозема и фтористого алюминия плотность расплава понижается. Холодные добавки (CaF₂ и MgF₂) увеличивают плотность.

Потери электролита:

1. Идет пропитка угольной футеровки и анодов не только в период пуска электролизеров после кап. ремонта, но и в процессе эксплуатации.

2. Потери со съемом угольной пены.

3. В настыля и гарнисажи (С175» 8т, С255» 12т.).

4. Испарение на вспышках.

5. Влага:               AlF₃+H₂O=Al₂O₃+HF­.

 

Вязкость

Максимальная вязкость электролита, когда избыточное процентное содержание AlF₃»25% (кислый электролит). И с увеличением температуры и КО вязкость электролита понижается.

Для того чтобы лучше отделялась пена необходимо дождаться вспышки, вязкость при этом уменьшится. С увеличением концентрации глинозема вязкость электролита также увеличивается.

Оптимальная вязкость при КО=2.3-2.5.

На кислых электролитах существуют сложные комплексы в расплавах (HF₆^-3), которые с увеличением температуры распадаются.

 

Теплопроводность

Теплопроводность системы уменьшается с увеличением концентрации глинозема в электролите.

 

Электропроводность

Электропроводность зависит от структуры расплава, поскольку перенос тока обусловлен движением ионов, а следовательно природой и взаимодействием между ними. С увеличением содержания AlF₃ электропроводность постепенно уменьшается. В основном в передаче электрических зарядов в электролизе участвуют ионы натрия, поэтому щелочные электролиты более электропроводны, кислые – менее. С ростом концентрации глинозема в электролите идет прямолинейное уменьшение его электропроводности. Холодные добавки (CaF₂ и MgF₂) в равной степени снижают электропроводность.

Электропроводность чистого алюминия зависит от степени его чистоты, к числу примесей, которые сильно снижают электропроводность алюминия относятся Mn, Cr, Ti и V (тяжелые примеси), для того чтобы перевести их в осадок в электролит дают борную кислоту (H₃BO₃). Электропроводность алюминия в 15 тыс. раз больше электропроводности электролита.

 

Холодные добавки

MgF₂ – уже не дается.

CaF₂ – содержится в электролите 4.5-6.5%.

Основное их назначение – понижение температуры процесса.

Недостатки: повышают плотность электролита, снижают электропроводность, увеличивают вязкость, понижают растворимость глинозема в электролите.

 

Фтористый алюминий

Главное его назначение снижение температуры процесса и снижение растворимости алюминия в электролите.

Достоинства: снижает плотность электролита, кислые электролиты не смачивают угольную пену, выталкивая ее на поверхность.

Недостатки: уменьшается растворимость глинозема в электролите, снижается электропроводность, также AlF₃ очень дорогой.

 

Карбонат лития (Li₂ CO₃)

Достоинства:

1. увеличивается электропроводность (можно увеличивать межполюсное расстояние)

2. 2% LiF в электролите снижает на 5⁰ температуру процесса и на 25⁰ температуру ликвидуса.

ликвидус – начало кристаллизации компонентов.

солидус – конец кристаллизации

Выход по току увеличивается при применении литиевых электролитов на 1.5%.

Недостатки:

1. высокая цена (2500$/т)

2. литий загрязняет электролит, на сплавах не применяется

3. литий снижает растворимость глинозема в электролите.

 

Анодный эффект

Причины возникновения: либо от холода, либо от голода.

АЭ возникает при снижении концентрации глинозема в электролите до 1.5-2% (рабочая концентрация 3-4%), а глинозем является поверхностно активным веществом и помогает электролиту смачивать поверхность анода и способствует выделению газа из-под анода.

При снижении концентрации до 1.5-2% смачиваемость уменьшается, образуя поверхностную пленку и газ не может оторваться, на нормальном электролизере пленка 0.2мм, а при АЭ она возрастает до 5-6мм, а плотномть тока увеличивается с 0.7А/см² до 11.7А/см².

Газовая пленка увеличивает сопротивление и напряжение возрастает до 25-40В

Вспышки бывают:

Тусклые – 12В и ниже

Средние – 12-25В

Ясные – 25В и выше.

Назначение вспышки:

Ясная – чтобы контролировать процесс электролиза

Средняя – информация к размышлению

Тусклая – ванна плохо работает, необходимо искать причину.

Положительные стороны АЭ:

1. на вспышках шлифуется подошва анода до зеркальной

2. после вспышки лучше отделяется пена, уменьшается вязкость

3. контроль за технологией.

Отрицательные стороны АЭ:

1. в целом теряется металла на вспышках до 15кг, повышается температура процесса, ванна работает не производительно

2. температура под анодом доходит до 1000⁰С и идет испарение электролита

3. разложение фтор солей с выделением на аноде C₂F₆-1%, C₂F₄-30%

4. ухудшается экологическая обстановка, объем газов на вспышках возрастает на 30-31%

5. идет электролиз натрия, разряжаются ионы натрия, которые внедряясь в поры угольной футеровки уменьшают срок службы подины

6. увеличивается скорость сгорания анодов

7. расход жердей

8. резко возрастает расход электроэнергии

9. напрямую сгорает 2-3кг металла.

При холодном ходе ванны (не хватает тепла) происходит изменение состава электролита, в настыль уходит NaF и электролит холодной ванны закисает, теряется его уровень, растворимость глинозема в электролите резко снижается и практически он весь идет в осадок.

Способы гашения АЭ:

1. традиционный – деревянной рейкой

2. с помощью сжатого воздуха (вводится под анод)

3. замыканием анодного массива на металл.