Отримання алюмінію електролізом

Електроліз глинозему проводять в рідкому кріоліті в електролізері (рис.1).

Рис.1. Схема електролізера для отримання алюмінію

Електролізер має катод і анодное пристрою. Катодне пристрій - 1 являє собою ванну в сталевому корпусі, отфутерованную на глибину 400-600 мм зсередини вугільними блоками. До вугільної подине ванни за допомогою сталевих штирів підключені мідні шини для відводу електричного струму. В процесі роботи електролізера на подине ванни, що служить катодом, збирається рідкий алюміній, а під ним розташовується електроліт. Для нормальної роботи електролізера рівень металу над подини повинен бути не менше 25-30 см, а рівень електроліту 17-20 см. Анодное пристрій - 2 складається з вертикально встановленого анода, нижня частина якого занурена в електроліт. До анода підведений постійний електричний струм, який використовується в процесі електролізу, а також підтримує температуру електроліту 950 ... 970 0 С за рахунок джоулева тепла, що розвивається струмом в шарі електроліту між анодом і катодом. Більшість сучасних електролізерів мають один самообжігающіміся безперервний анод. Тіло у анода на деякій висоті укладено в кожух у вигляді прямокутника з листового алюмінію. З нижньої частини кожуха висувається тверда частина анода, що опускається в електроліт, а всередині кожуха анодна маса (вугілля і 28-30% пеку, який служить сполучною) знаходиться спочатку в рідкому стані, а потім самобжігается і твердне. Підйомний механізм - 3 переміщує анод у міру його згоряння внизу, а зверху періодично завантажується сира анодна маса.

Сталеві штирі, що підтримують анод, у міру його пересування вниз, змінюють своє положення. Через штирі до анода підводиться електричний струм від 45000 до 155000 А (для різних ванн). Робоча напруга нормально працюючої ванни 4, 0-4,5 В.

Електроліт складають з кріолітогліноземного розплаву, в якому міститься 8 ... 10% глинозему. Для поліпшення властивостей електроліту в нього додають фтористі з'єднання Al, Na, Ca і хлористий Mg і Na. Найбільш низька температура плавлення електроліту 935 0 С. При 950 0 С щільність електроліту нижче щільності алюмінію.

У ванну електролізера заливають розплавлений електроліт (1500-3000 кг) на попередньо отримані фтористі і хлористі солі. При охолодженні на поверхні електроліту утворюється міцна кірка, на яку завантажують шар глинозему для попереднього підігріву. Деякий час після пуску налагоджується нормальна робота електролізера. При електролізі під впливом налагодженого електричного поля до катода переміщаються катіони Na ​​+. Al 3+. Ca 2+ Mg 2+. але розряджаються на катоді, як найбільш позитивні, тільки катіони алюмінію. До анода переміщаються аніони Al F6 3. F -. Cl - і кислородосодержащие іони. У міру розрядження кисневмісних іонів відбувається окислення вугілля анода.

Утворений в процесі електролізу алюміній збирається на дні ванни електролізера під шаром електроліту, звідки його періодично вибирають за допомогою вакуумного ковша, в якому створюється розрядження 200-250 мм рт. ст. Відбір алюмінію з ванни виробляють через 2-4 доби; на деяких заводах практикують щоденний відбір алюмінію.

Потім в ванну завантажують свіжий кріоліт в порошку і вводять сольові добавки. Глинозем завантажують в процесі роботи після руйнування кірки на поверхні електроліту. Для отримання 1 кг алюмінію витрачається 16500-18500 кВт # 8729; ч. електроенергії.