Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Электролиз расплавленных солей




 

В случаях электролиза металлов, имеющих наиболее электроотрицательные электродные потенциалы (алю­миний, магний, натрий и др.), использовать в качестве электролиза водные растворы их солей не представля­ется возможным, так как на катоде будет выделяться в основном водород и содержащиеся в электролите и аноде примеси. В этом случае прибегают к получению металлов электролизом из расплавленных соединений их солей. Такие расплавленные соединения обычно име­ют высокую электропроводность, т. е. являются хорошо диссоциированными электролитами, подчиняющимися тем же законам электрохимии, как и водные растворы. Отсутствие воды упрощает ход электролиза, однако усложняющим фактором является высокая температура расплава, что приводит к резкому возрастанию скорости химических реакций между электролитом, продуктами электролиза, электродами, футеровкой и воздухом. Это предъявляет дополнительные требования к материалам и конструкции электролизных ванн.

Производство алюминия. Алюминий получил широкое распространение, особенно в авиастроении, автомоби­лестроении, транспортном машиностроении, электро­технике, металлургии, химии, строительстве, предметах домашнего обихода.

Содержащие алюминий руды встречаются во многих местах — это бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Так как во всех рудах кроме А1203 содержится большое количество других материалов то все они проходят специальную обработку для выделения из них глинозема. Однако глинозем имеет чересчур высокую температуру плавления (2050° С); кроме того, он не электропроводен, поэтому в качестве электролита используют смесь окиси алюминия с криолитом Na3AlF6, в котором она раство­ряется. В результате температуру процесса удается сни­зить до 950° С.

Высокая температура процесса заставляет в качест­ве материалов для анодов и футеровки применять уголь или графит. Схематически процесс электролиза можно представить себе как выделение на катоде металлического алюминия и окисление угольного анода, на котором выделяется кислород.

Большие объемы производства алюминия вызывают увеличение производительности электролизеров, что при­водит в свою очередь к увеличению рабочего тока ванн до 200 000—250 000 А.

Имеется несколько конструкций электролизеров — с обожженными и самоспекающимися угольными ано­дами, с боковым и верхним токоподводом. На рис. 4.3 показана конструкция электролизера с самообжигаю­щимся анодом и боковым токоподводом. Он состоит из мощного кожуха, футерованного внутри шамотным кир­пичом и угольными плитами (стены) и блоками (поди­на). Сверху в открытую . шахту ванны подвешивают анод, состоящий из алюминиевого каркаса, заполняе­мого брикетами из угольной массы. В верхних частях анода масса находится в размягченном состоянии; по мере опускания ее при сгорании анода она постепенно спекается за счет выделяемой в электро­лизере теплоты. Для подвода тока в анод заби­вают стальные штыри, соединяемые гибкими лентами с проходящими вдоль электролизера по обоим бокам анода анодными шинами. Катодом является скаплива­ющийся на дне ванны жидкий алюминий, над ним на­ходится слой расплавленного электролита. В зазоре между анодом и шахтой электролизера, а также у сте­нок последнего электролит застывает, образуя гарнисаж. Последний предохраняет футеровку и снижает тепловые потери ванны, особенно потери через зазор. Окись алюминия добавляется засыпкой из бункеров на слой застыв­шего электролита в зазоре. Так как из электролизера вы­деляется много газов, в частности СО и СO2 от сгорания анода, над зазором между шахтой и анодом устанавли­вают газоотсос.

Рис. 4.3. Электролизёр для получения алюминия с самообжигающимся анодом и боковым токопроводом.

1 – шамотная футеровка; 2 – чугунная заливка; 3 – токопровод к катоду; 4 – угольные блоки; 5 – гарнисаж; 6 – угольные плиты; 7 – спёкшийся анод; 8 – ребро жёсткости; 9 – стойка для анодов; 10 – рама анода; 11 – жидкая анодная масса; 12 – тестообразная анодная масса; 13 – медная шина; 14 – штырь; 15 – гибкие шины.

 

Современные электролизеры для получения алюми­ния работают с анодными плотностями тока 7 000— 10000 А/м2. Дальнейшее повышение плотности тока при­водит к увеличению падения напряжения на ваннах и резкому увеличению удельного расхода электроэнергии. Нор­мально напряжение на ваннах должно составлять 4,2— 4,5 В, выход металла по току 95 – 96 %, расход электро­энергии на тонну алюминия 14 000—16000 кВт-ч.

Накапливающийся на подине электролизера алюми­ний удаляют 1 раз в 1—2 сут с помощью вакуум-ковша: в металл опускают соединенную с ковшом трубку, и при создании в ковше разрежения алюминий засасывается в ковш. На подине оставляют слой жидкого металла вы­сотой 0,25—0,35 м.

В электролизерах для получения алюминия наблю­дается так называемый анодный эффект. Он выражается в том, что процесс электролиза на одной из последова­тельно включенных ванн прерывается, так как выделяющиеся на аноде газы перестают уходить вверх вдоль анода, обволакивая его в виде газовой пленки; между анодом и электролитом появляется газовый разряд в виде множества искр. В результате этого напряжение на ванне резко поднимается в 6—10 раз, повышается рас­ход электроэнергии и возрастает температура расплава. Такой эффект появляется неожиданно и быстро то в од­ном, то в другом из работающих нормально электроли­зеров и объясняется обеднением их электролита глино­земом. Поэтому для ликвидации его необходимо загру­зить в электролизер дополнительную порцию глинозема и перемешать электролит. Для сигнализации о наступле­нии анодного эффекта обычно используют включение параллельно ванне низковольтной лампочки, которая вспыхивает при повышении напряжения на электроли­зере.

Вторым эффектом, наблюдаемым в ваннах для элек­тролиза алюминия, является искривление поверхности жидкого металла под действием магнитных полей, об­разуемых протекающим через электролизер током. В результате этого явления в металле возникают циркуля­ционные потоки, размывающие гарнисаж и снижающие срок службы электролизера. Для того чтобы снизить вли­яние этого явления, желательно осуществлять двусторонний подвод тока к аноду, как это показано на рис 4.3. В этом случае на поверхности алюминия в центре сече­ния электролизера появляется симметричный выпуклый мениск, вредное влияние которого меньше. Обслужива­ние электролизеров для получения алюминия обычно механизировано; наиболее тяжелые операции — пробив­ка корки электролита, загрузка глинозема, наращивание самоспекающегося анода, забивка и вытаскивание токо-подводящих штырей — осуществляются специальными механизмами. В последние годы управление этими ме­ханизмами, а также самим процессом электролиза авто­матизируется.

В настоящее время изготавливаются также электро­лизеры для получения магния, рассчитанные на ток 120— 130 кА при напряжении 5,0—6,0 В и плотности тока 0,4—0,5 А/см2. Расход электроэнергии на тонну магния составляет 14 000—13 500 кВт-ч. Методом электролиза расплавленных соединений получают натрий, калий, кальций, а также ряд тугоплавких металлов.

 


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 85; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2022 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты