1Теоретическая часть.

1.1Общие сведения.

Электролиз криолито – глиноземных расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

В 1886 году П. Эру и Ч. Холл почти одновременно положили начало, современному способу производства алюминия, предложив получать его электролизом глинозема, растворенного в расплавленном электролите.

Электролиз криолито – глиноземных расплавов осуществляется в электролизерах, футерованных углеродистыми материалами, на подине находится слой расплавленного алюминия (нижний слой), верхний слой – электролит: криолито - глиноземный расплав. Сверху в ванну опущен угольный анод, который частично погружен в электролит.

Электролит представляет собой сложную химическую систему, основные компоненты которой это: расплавленный криолит с небольшим избытком , в котором растворен глинозем. А также добавки , , , , , .

Процесс электролиза основан на электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите, при прохождении электрического тока. На катоде, роль которого выполняет находящийся на подине слой расплавленного алюминия, разряжаются ионы алюминия. На аноде происходит разрядка , в результате окисляется угольный анод и образует смесь и .

Суммарная реакция процесса получения алюминия, происходящая в электролизере может быть представлена:

Теоретически при электролизе должны расходоваться глинозем, угольные аноды, и необходимое количество электроэнергии, которое расходуется для электрохимического процесса, а также для поддержания рабочей температуры процесса электролиза .

На самом деле расходуется и некоторое количество криолита и других фтор солей, которые испаряются, а также впитываются в футеровку.

Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное содержание примесей более электроположительных, чем алюминий (железо, кремний, медь), поскольку эти примеси при электролизе практически полностью переходят в металл.

1.2Свойства и строение электролита.

Электролиз алюминия ведется в криолито – глиноземном расплаве. Промышленный электролит имеет примерно следующий состав:

- %(по массе)

- %

- %

- %

-

и другие добавки ( , , …)

Основными компонентами электролита являются криолит ( ), фторид алюминия ( ) и глинозем ( ), т.е. в первом приближении электролиты по своему составу соответствуют расплавам тройной системы - - . В практике электролиза алюминия электролит характеризуется криолитовым отношением – мольным отношением фторида натрия к фториду алюминия. Если чистый криолит имеет криолитовое отношения равное 3, то криолитовое отношение промышленных электролитов составляет 2,2 – 2,85.

В действительности состав электролита более сложен. В нем присутствуют % фторида кальция, поступающего в электролизер как примесь в исходных материалах (в глиноземе, криолите, анодах и др.). Кроме того, иногда специально вводят в ванну для понижения температуры плавления электролита и уменьшения потерь алюминия. Для этих же целей наряду с фторидом кальция применяются добавки фторида магния. В электролит алюминиевых электролизеров также иногда вводят хлорид натрия и фторид лития (или литиевый криолит), который снижает удельное электросопротивление. Суммарное количество добавок, как правило, не превышает 10 – 12 % .

Кроме основных компонентов в электролите всегда присутствуют примеси ( и др.), которые поступают в электролизер с исходными материалами. Примеси удаляются из электролита различными путями (разряд на электродах, извлечение с “пеной” и т.д.). Температура начала кристаллизации промышленных электролитов определяется содержанием в них окиси алюминия. Для отечественных электролитов с К.О. = 2,4 – 2,8, температура начала кристаллизации находится около .