Властивості розплавлених електролітів

Багато розплавлені з'єднання (солі та гідроксиди) добре проводять електричний струм, будучи про-водників 2-го роду - електролітами.

Електроліз розплавлених середовищ підкоряється в основному тим же законам, що і електроліз водних ра-створів.

Розплав електроліту повинен бути таким, щоб його щільність була більше щільності виділяється метал-ла, якщо метал повинен збиратися на поверхні електроліту (наприклад, Mg, Na) і, навпаки, якщо він соби-рается під електролітом (наприклад, А1).

У електроліті необхідно підтримувати високу концентрацію солі виділяється металу, інакше процес буде порушуватися. Для запобігання цьому в електро-літ безперервно додають солі осідає, металу.

Необхідно, щоб виділяється на катоді метал хо-рошо змочував його і відкладається у вигляді компактного шару. В іншому випадку одержуваний метал виділяється в не-суцільному вигляді (у вигляді окремих частинок), що увеличи-кість його зіткнення з електролітом і розчини-ність в ньому; при цьому відбувається зменшення виходу за струмом.

Електроліз з рідким катодом використовують в техніці для отримання товарних сплавів, наприклад потрійного сплаву РЬ - Na - К, або для отримання проміжних сплавів, з яких потім вакуумної разгонкой напів-ють потрібний метал. У техніці так отримують металеві-ний кальцій і калій.

Процеси електролізу розплавлених середовищ відбувається із-дять як з розчинними, так і з нерозчинними анода-ми. Розчинні аноди застосовують в електрометаллур-гии при рафінуванні і отриманні чистих металів (наприклад, рафінування Al, Mg). Основні процеси електролізу розплавлених середовищ здійснюються з нера-створімимі вугільними або графітовими анодами.

Для кожного електроліту існує анодная пліт-ність струму (критична), вище якої виникає анодний ефект, що полягає в підвищенні напруги-ня і падінні сили струму. Ця критична щільність за-висить від природи електроліту, домішок в ньому, темпера-тури і матеріалу анода. Наявність оксидів у ванні запобігає анодний ефект.

Електроліз розплавлених середовищ у порівнянні з ги-дроелектрометаллургіей характеризується крім вка-заних рядом інших технологічних і температурних особливостей. Однією з них є проведення процес-са при підвищеній температурі, яка підтримується або зовнішнім підігрівом, або за рахунок джоулева теплоти, що викликається струмом електролізу, що найчастіше і здійснюється.

Для зменшення теплових втрат електролізера повинна бути здійснена хороша теплова ізоляція, Друга особливість - це вибір і застосування для виготов-лення обладнання матеріалів, стійких в умовах електролізу розплавлених середовищ.

Електролітичне отримання алюмінію. Поєднання легкості і міцності, високої корозійної стійкості з відмінною електро- і теплопровідністю зробило алю-міній і сплави на його основі найважливішими конструкційними матеріалами сучасності. Активне роз-нення отримав електролітичний спосіб виробництва алюмінію в другій половині XIX ст. Велике значення в розробці технології його отримання мали роботи українських та радянських вчених П. П. Федотьева, Ю. В. Баймакова і ін.

Початковою сировиною для отримання алюмінію служать боксити, нефеліни, алуніти і каоліни. Найважливішою ру-дою є боксити, що містять від 30 до 60 - 70% А12 О3. Боксити подрібнюють і обробляють найчастіше в розчині лугу, отримуючи водорозчинний алюмінат натрію NaAlO.2, відділити від нерозчинного осаду (натрієвий алюмосилікат), що є відходом про-ництва. Розкладанням розчинів алюмінату натрію виділяють гідроксид алюмінію, який при подальші-щем прожаренні перетворюється в А12 О3 (глинозем).

Отримання алюмінію зводиться до електролізу розплився-ва А12 О3. температура плавлення якого близько 2093 ° С. Зниження високої температури плавлення виявилося можливим в результаті застосування криолита Na3 AlF6. в якому розчиняється А12 О3 (до 10% по масі). При цьому температура плавлення знижується до 960 ° С.

Процес електролізу зводиться до виділення на сталь-ном катоді електролізера, Футеровані вугільними блоками, металевого алюмінію і згорянню вугільно-го анода в результаті виділення на ньому кисню. Схе-ма електролізера з самообжігающіміся анодом показана на рис. 6.1. Щільність алюмінію більше щільності розплився-тичних електроліту, в результаті чого він накопичується на піддоні електролізера, звідки відкачується з по-міццю спеціальних вакуум-ковшів один раз в 1 - 2 діб. Електроліз ведуть при температурі 950-960 ° С ^ _ напруги-ванні 4,2 ​​- 4,5 В, з виходом по току 85-90%. На 1 т алюмінію витрачається 1,92-1,94 т глинозему, 40 - 50 кг кріоліту, 20 - 25 кг фториду алюмінію, 0,52 - 0,6 т анод-ної маси, витрата електроенергії становить 14000-16000 кВт-год .

Експлуатація електролізерів складається з наступних технологічних операцій: введення глинозему, регулюються-вання напруги, витяг алюмінію, обслужива-ня самообжігающіміся анодів або заміна обпалених анодів. Анодні гази містять оксиди вуглецю, фто-Рісто водень, а також смолисті речовини і частки глинозему і кріоліту. Ці речовини забруднюють атмо-сферу, а при безвідходному виробництві їх переробка дає цінні продукти промисловості.