А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Концентрація - глинозем

Концентрація глинозему в електроліті значно впливає на швидкість процесу розчинення: чим вище концентрація, тим нижче швидкість розчинення. При періодичної пробиванні кірки концентрація коливається в широких межах. Найбільшого значення концентрація глинозему досягає незабаром після обробки електролізера і потім поступово знижується, досягаючи мінімального значення перед наступною обробкою.

концентрація глинозему в електроліті і його склад, який оцінюється значенням КО, не залишаються постійними в часі - концентрація глинозему максимальна після обробки ванни і мінімальна перед настанням анодного ефекту. Склад же електроліту, тобто його КО (яке визначають крісталлооптічеськие методом не рідше 1 - 2 разів на тиждень), також не постійний у часі. При пуску електролізера це відбувається за рахунок інтенсивної просочення футерування фторидом натрію, а в процесі експлуатації - через сублімації AIF3 освіти і випаровування HF та ін.

При концентрації глинозему в електроліті вище 1 - 2% напруга на ванні зазвичай не перевищує 4 - 4 3 В. Однак зниження вмісту А12О3 нижче 1% веде до виникнення анодного ефекту, що характеризується різким зростанням напруги на ванні до 30 - 40 В і підвищенням витрат електроенергії . Внаслідок розігріву електроліту швидше починають витрачатися аноди і інтенсифікується випаровування складових електроліту. Добавка нових порцій глинозему припиняє анодний ефект.

Залежність напруги, опору і зворотного ЕРС від концентрації глинозему. Підтримка концентрації глинозему в оптимальних межах дозволяє знизити ймовірність виникнення анодних ефектів. Як показує зарубіжний досвід, частота анодних ефектів на добу на сучасних ваннах підтримується в межах 0 1 - 015 проти 2 - 3 на вітчизняних ваннах, що дозволяє різко знизити витрату електроенергії.

Зміна складу анодних газів при анодному ефекті. При незмінній концентрації глинозему і підвищенні щільності струму (лабораторні умови) анодний ефект обумовлений тим, що кількість бульбашок зростає і при критичній щільності струму вони зливаються в суцільний шар - настає анодний ефект.

При зниженні концентрації глинозему в електроліті нижче критичної позначки (1 5 - 2%) виникає анодний ефект (спалах), під час якого напруга на ванні різко зростає через погіршення змочування анода електролітом і збільшення електричного опору на кордоні анод - електроліт.

При підвищенні концентрації глинозему анодное перенапруження зменшується, але вище 5 вагу. Перенапруження виділення алюмінію на рідкому катоді за даними М. М. Веткжова, визначається в основному замедленностью дифузії алюминийсодержащих іонів до катода і при промислових щільності струму близько до нуля.

У промислових електролітах концентрація глинозему коливається від 2 до 6% (травні. 
У міру ходу електролізу концентрація глинозему в кріоліті зменшується. Недолік глинозему в ванні супроводжується явищем анодного ефекту, зовнішньою ознакою якого є різкий стрибок напруги на ванні (з 4 5 - 5 0 до 30 - 40 в і вище), що відзначається більш-менш яскравим горінням сигнальної лампи розжарювання.

Схема електролізної ваніи для отримання алюмінію. У міру зниження в електроліті концентрації глинозему смачиваемость анода розплавом погіршується і газові бульбашки починають закріплюватися на поверхні розділу його з (розплавом. Електроопір на кордоні розділу стрибкоподібно зростає.

На 52% електролізерів підтримка концентрації глинозему в електроліті виробляється в автоматизованому режимі.

RNa, збільшується лінійно з підвищенням концентрації глинозему на 8 мовляв.

З ростом щільності струму і падінням концентрації глинозему частка дифузійної складової перенапруги зростає. Таким чином, перехід від розряду кисневмісних іонів до спільного їх розряду з фторвмісними іонами слід пояснювати дифузійним перенапруженням, а критична щільність струму є граничною щільністю струму дифузії. У цьому переконують дані про підвищення критичної щільності струму при обертанні і коливаннях анода, які знімають транспортні труднощі.

Для ліквідації анодного ефекту необхідно підвищити концентрацію глинозему в електроліті для чого електролітна кірка зламуються на довжині до 1 - 1 5 м і в пробитий отвір вводиться дерев'яна жердина. Утворені при цьому гази викликають барботаж електроліту, і спалах гасне. При тьмяною або середньої спалаху анод піднімають до виникнення ясною спалаху і тільки потім її гасять.

Боксити утворюються в болотно-озерних умовах в результаті концентрації глинозему рослинами.

Ізотерми щільності розплавів KCI - NaCl - (а і Nap - A1F3 - А12О3 (б. Зниження щільності розплаву відбувається в міру збільшення в системі концентрації глинозему.

Тенденція до часткового розпаду твердих розчинів, що підсилюється з підвищенням концентрації глинозему, може пояснюватися ослабленням сил хімічного зв'язку катіон-кисень зі зменшенням вмісту в них кремнезему, і при досягненні його концентрації в 47.7 вага.

Діаграма має простий евтектичних характер з температурою евтектики 961 С і концентрацією глинозему 19 7% (мол. При рівноважної кристалізації в доевтектичний області первинно кристалізуються зерна криолита кубічної модифікації, потім по межах зерен - евтектична суміш кріоліту і а-глинозему, а в заевтектичних - а-глинозем.

Технологічні параметри кожного пристрою - междуполюсного відстань (МПР), температура електроліту, концентрація глинозему в електроліті і кріолітовий ставлення, рівні металу і електроліту в шахті ванни, частота виникнення анодних ефектів - вирішальним чином впливають на вихід за струмом і отже, на продуктивність електролізера і витрата електроенергії. Тому розглянемо докладніше вплив основних технологічних параметрів на показники роботи ванни і оцінимо можливість використання їх для автоматизації роботи електролізера.

Величина перенапруги залежить від температури і складу електроліту, щільності струму на аноді і концентрації глинозему в електроліті.

З цього співвідношення видно, що зниження активності іонів кисню, пов'язане зі зменшенням концентрації розчиненого глинозему, призводить до зрушення потенціалу анода в позитивну сторону.

Зниження електропровідності кріолітогліноземних розплавів під впливом глинозему пов'язано зі зростанням в'язкості цих розплавів при підвищенні концентрації глинозему. Останнє ж, як ми зазначили вище (§ 12), відбувається за рахунок появи в розплаві об'ємистих іонів А1О2 - і А1О, кількість яких має зростати зі збільшенням вмісту в розплаві глинозему.

Концентрація глинозему в електроліті і його склад, який оцінюється значенням КО, не залишаються постійними в часі - концентрація глинозему максимальна після обробки ванни і мінімальна перед настанням анодного ефекту. Склад же електроліту, тобто його КО (яке визначають крісталлооптічеськие методом не рідше 1 - 2 разів на тиждень), також не постійний у часі. При пуску електролізера це відбувається за рахунок інтенсивної просочення футерування фторидом натрію, а в процесі експлуатації - через сублімації AIF3 освіти і випаровування HF та ін.

Ізотерми в'язкості гетерогенних рас плавів NaCl KCI уА12О. На рис. 52 видно, що ізотерми в'язкості цієї системи зростають все більше помітно у міру збільшення в розплаві концентрації глинозему.

Флюс АН-43 відрізняється від флюсів АН-17 і АН-17М насамперед зниженою основностью за рахунок зменшення вмісту MgO і підвищення концентрації глинозему. Тому в даному випадку слід очікувати меншої активності FeO на кордоні розділу фаз шлак - метал в зоні плавлення.

При введенні в розплавлений кріоліт глинозему в'язкість монотонно зростає (див. Рис. 311 б)[20]і особливо різко при концентраціях глинозему вище 20% (мол.

Застосування централізованої роздачі глинозему ЦРГ в поєднанні з автоматизованим його введенням в електролізер АПГ дозволить різко знизити його витрата і крім того, стабілізуючи концентрацію глинозему в електроліті знизить електроопір, витрата електроенергії і , як наслідок, собівартість алюмінію.

Тому передова технологія виробництва алюмінію базується в даний час на електролізерах з ОА на силу струму 280 - 300 кА, для яких визначальними параметрами є: оптимальна конструкція ошиновки, що мінімізує шкідливий вплив магнітних полів на процес електролізу; стабілізація струму серії і МПР; підтримку заданого значення концентрації глинозему в електроліті. В даний час провідними фахівцями в області автоматизації електролізу алюмінію[16-18]розглядаються питання модернізації діючих на вітчизняних заводах систем і вдосконалення блок-схем майбутніх систем АСУТП.

Ізотерми системи А. 2О3 - - Na2O - Н2О. Між гілками ізотерм знаходиться область ненасичених розчинів. Концентрація глинозему в цих розчинах нижче рівноважної, тому вони стійкі при даній температурі.

Ця залежність особливо різко проявляється у електролізерів, харчування глиноземом яких здійснюється шляхом руйнування кірки електроліту. Після чергової обробки ванни концентрація глинозему в електроліті різко зростає, а потім монотонно падає до наступної обробки або до виникнення анодного ефекту. При цьому опір електроліту, а отже, і падіння напруги в ньому спочатку швидко знижується, потім змінюється з невеликою швидкістю і при значному збідненості електроліту глиноземом - різко зростає аж до виникнення анодного ефекту, при якому опір ванни збільшується в десятки разів. Зрозуміло, що це призведе до погіршення якості регулювання.

Флюс ФЦЛ-1 відрізняється від флюсу ФЦЛ-2 пониженим вмістом кремнезему. За рахунок цього підвищена концентрація глинозему і введена двоокис титану. Останнє дозволило К. В. Любавський отримати дещо меншу активність флюсу по кремнію в порівнянні з ФЦЛ-2. Присутність двоокису титану трохи змінює властивості шлаку. Наприклад, тітаністого шлаки мають більш низьку (на 100 - 150 С) температуру різкого зростання в'язкості в порівнянні зі шлаками, що не містять оксидів титану.

Цикл процесу Байєра в системі А12О - Na2O - НДО. При декомпозиції розчин охолоджується до температури близько 50 С і виявляється в області пересичених глиноземом розчинів. Пересичений розчин гидролитически розкладається, що супроводжується зниженням концентрації глинозему в ньому і підвищенням каустического модуля. Лінія ДЕ називається лінією декомпозиції.

При зміні криолитового відносини вихід по струму має максимум при КО 2 4 - 2 6 що повністю відповідає даним рис. 416. При таких кріолітовий відносинах спостерігається мінімум розчинності металу, а отже, мінімум втрат і максимум виходу за струмом. Однак слід мати на увазі що підвищення концентрації глинозему вище 6 - 7% небажано, так як з ростом концентрації глинозему в електроліті знижується швидкість його розчинення. При харчуванні ванн глинозем не встигає розчинятися і потрапляє в осад, що порушує нормальний перебіг електролізу.

Ізотерми системи А. 2О3 - - Na2O - Н2О. Вся діаграма може бути розділена на ряд областей. Вище лівих гілок ізотерм знаходиться область пересичених (метастабільних) розчинів, концентрація глинозему в яких перевищує рівноважну. Тому розчини, що знаходяться в цій області нестійкі і розкладаються з виділенням гідроксиду алюмінію.

Доставка глинозему на ванни і його роздача на кірку практично повністю механізовані на всіх типах ванн. На деяких серіях електролізерів з БТ працюють системи автоматичної подачі глинозему (АПГ), але на них відсутній контроль концентрації глинозему в електроліті що, як буде показано нижче, різко знижує її ефективність. Незважаючи на неодноразові і безперервні спроби створення АПГ для електролізерів з ВТ, вони поки не увінчалися успіхом, але з'явилися обнадійливі результати. У той же час на всіх заводах, обладнаних електролізерами з ОА, системи АПГ не тільки забезпечують доставку глинозему на ванни, але і дозволяють регулювати концентрацію глинозему в електроліті що різко знижує частоту анодних ефектів, економить витрати праці і знижує витрату електроенергії.

Ізотерми системи А12О3 - К2О - Н2О.

Слід розрізняти теоретично стійкі і практично стійкі алюмінатних розчини. Практично стійкими називають такі розчини, які можуть існувати без видимого розкладання протягом достатнього для виробничих цілей часу, хоча концентрація глинозему в них може бути і вище рівноважної. Обумовлено це тим, що алюмінатний розчин, навіть будучи пересиченим, розкладається дуже повільно.

При зміні криолитового відносини вихід по струму має максимум при КО 2 4 - 2 6 що повністю відповідає даним рис. 416. При таких кріолітовий відносинах спостерігається мінімум розчинності металу, а отже, мінімум втрат і максимум виходу за струмом. Однак слід мати на увазі що підвищення концентрації глинозему вище 6 - 7% небажано, так як з ростом концентрації глинозему в електроліті знижується швидкість його розчинення. При харчуванні ванн глинозем не встигає розчинятися і потрапляє в осад, що порушує нормальний перебіг електролізу.

Зміна концентрації вуглецю і кремнію в рідкому чавуні при різних режимах нагріву в печі ІЧТ-6. | Залежність температури шлакообразования від вмісту вуглецю в розплаві. Вміст кремнезему в шлаку підвищується при одночасному відновленні марганцю з оксидів і переведення його в метал. Оскільки в процентному відношенні з усім сплавом марганець становить малу частину, то підвищення його змісту в металі досить незначно. Збільшення концентрації глинозему в шлаку обумовлено руйнуванням футерування.

Концентрація глинозему в електроліті значно впливає на швидкість процесу розчинення: чим вище концентрація, тим нижче швидкість розчинення. при періодичної пробиванні кірки концентрація коливається в широких межах. Найбільшого значення концентрація глинозему досягає незабаром після обробки електролізера і потім поступово знижується, досягаючи мінімального значення перед наступною обробкою.

На підставі цього Вайна зробив висновок, що вуглецевий матеріал взагалі не змочується електролітом будь-якого складу при відсутності кисню в газовій фазі. Коли ж концентрація глинозему в електроліті стає нижче певної величини, анодними газами є вже CF4 і СО. Контакт між вугільним анодом і електролітом порушується, і на кордоні електроліт - анод виникають дрібні іскристі розряди.

Основою сучасного промислового електроліту, використовуваного в усьому світі є система кріоліт - глинозем (Na3AlF6 - A12O3), компоненти якої плавляться відповідно при 1100і2050 С. Збільшення вмісту глинозему від 0% до евтектичною точки знижує температуру плавлення сплаву. Подальше навіть незначне підвищення концентрації глинозему викликає різке підвищення плавкости бінарного електроліту.

Це призводить до поступового витрачання анода. Газові бульбашки при хорошому змочуванні анода електролітом як би змиваються циркулює розплавом. У міру зниження в електроліті концентрації глинозему смачиваемость анода розплавом погіршується, і газові бульбашки починають закріплюватися на поверхні розділу його з розплавом. Електроопір на кордоні розділу стрибкоподібно зростає.

Це властивість може з'явитися через входження тривалентного алюмінію в тетраедричних грати кремнезему і довгий час вважалося причиною кислотності твердої речовини. Напівпровідникові властивості можуть, крім того, з'явитися в разі якщо недолік електронів буде змінним. Провідність поступово зростає зі збільшенням концентрації глинозему в кремнеземному каталізаторі.

Останнім часом встановлено[34], Що поряд з утворенням істинного розчину металу в електролізері відбувається утворення грубо - або тонкодисперсної суспензії металевої фази в електроліті тобто має місце розпорошення металу. У пробах електроліту промислових електролізерів знаходяться частинки алюмінію розміром до 20 мкм. Зміст диспергированного алюмінію швидко зростає при концентрації глинозему нижче 2% (травні. Зниження концентрації глинозему супроводжується зниженням міжфазного натягу і щільності фаз. В результаті зростає питома поверхня емульсії метал - розплав завдяки зменшенню розмірів крапель дисперсної фази. Ці процеси спостерігаються під час виникнення анодного ефекту, який характеризується практично миттєвим зростанням напруги від 4 1 - 4 3 В при нормальному стані процесу електролізу до 35 - 60 В. при цьому на кордоні дотику анода з електролітом виникають дрібні іскристі розряди. Виникнення анодного ефекту пов'язано зі зниженням концентрації глинозему, так як при розчиненні його в електроліті анодний ефект припиняється.

Основою сучасного промислового електроліту, використовуваного в усьому світі є система кріоліт - глинозем (Na3AlF6 - А12О3), компоненти якої плавляться відповідно при 1100і2050 С. Збільшення вмісту глинозему від нуля до евтектичною точки знижує температуру плавлення сплаву. Подальше, навіть незначне, підвищення концентрації глинозему викликає різке підвищення плавкости бінарного електроліту.

Останнім часом встановлено[34], Що поряд з утворенням істинного розчину металу в електролізері відбувається утворення грубо - або тонкодисперсної суспензії металевої фази в електроліті тобто має місце розпорошення металу. У пробах електроліту промислових електролізерів знаходяться частинки алюмінію розміром до 20 мкм. Зміст диспергированного алюмінію швидко зростає при концентрації глинозему нижче 2% (травні. Зниження концентрації глинозему супроводжується зниженням міжфазного натягу і щільності фаз. В результаті зростає питома поверхня емульсії метал - розплав завдяки зменшенню розмірів крапель дисперсної фази. Доставка глинозему на ванни і його роздача на кірку практично повністю механізовані на всіх типах ванн. на деяких серіях електролізерів з БТ працюють системи автоматичної подачі глинозему (АПГ), але на них відсутній контроль концентрації глинозему в електроліті що, як буде показано нижче, різко знижує її ефективність. Не дивлячись на неодноразові і безперервні спроби створення АПГ для електролізерів з ВТ, вони поки не увінчалися успіхом, але з'явилися обнадійливі результати. У той же час на всіх заводах, обладнаних електролізерами з ОА, системи АПГ не тільки забезпечують доставку глинозему на ванни, але і дозволяють регулювати концентрацію глинозему в електроліті що різко знижує частоту анодних ефектів, економить витрати праці і знижує витрату електроенергії.