Поиск и анализ актуальной научно-технической литературы по теме «Электролит алюминиевого электролизёра». Систематизировать информацию о влиянии состава электролита на показатели электролиза алюминия.

1 ОБЗОР ПО ТЕМЕ «ЭЛЕКТРОЛИТ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА»
1.1 Актуальность исследования системы

Прошло более 130 лет с момента изобретения процесса Холла-Эру для электролитического производства алюминия [1], однако поиск и разработка новых энергоэффективных методов все еще является актуальной темой ис-сследований. Одним из перспективных направлений является электролитиче-ское производство алюминия при низкой температуре в ячейках с вертикаль-ным или горизонтальным электродами [2–4]. Вертикальные электроды могут повысить производительность промышленных клетей, тогда как низкие тем-пературы позволяют ученым использовать инертные катоды и аноды, выделя-ющие кислород при электролизе [5–8].
Несмотря на то, что низкая температура и использование кислород-выделяющих анодов увеличивают напряжение на ванне, разработанные мето-ды кажутся перспективным в силу экономической эффективности и экологич-ности. Результаты лабораторных испытаний электролиза при силе тока до 1000 А подтверждают этот вывод [9–12].
Возможность использования электролитов на основе KF-AlF3 и пред-ложенных кислородно-выделяющие аноды для производства алюминия около ста лет назад. В частности, проведены электролизные испытания с использо-ванием металлов (Fe, Cu, Ni) в качестве анода и графита в качестве катодов.


1.2 Состояние исследования

Многие описанные в литературе методы не перспективны из-за разру-шения таких анодов при традиционном электролизе с графитовыми катодами в низкотемпературном KF-AlF3 расплаве. Производство алюминия с исполь-зованием электролиза легкоплавких электролитов активно изучается с 1990-х годов из-за прогресса материаловедения и новых экологических требований для промышленных технологий.
Рассмотрим наиболее перспективный процесс. В результате многочис-ленных лабораторных исследований были выбраны KF-AlF3 и KF-NaF-AlF3 электролиты с относительно высокой растворимостью Al2O3. Смачиваемый катод TiB2 (или C-TiB2) и аноды, выделяющие кислород (сплавы CuFe-Ni и Cu-Al, композиты на основе оксидов металлов) выбраны как наиболее подхо-дящие электродные материалы. В ряде работ описано влияние анодной [13] и катодной [19] плотности тока на устойчивость электролиза и качество полу-чаемого алюминия.
Кроме того, увеличение катодной плотности тока выше 0,45–0,5 А см–2 при 750 °С приводило к образованию твердой соли отложения на катодах и значительному снижению выхода по току (CE). Для выбора требуемых пара-метров стабильного электролиза в легкоплавких электролитах необходимо всесторонне изучить кинетику электродных процессов и изменение физико-химические свойства расплава в приэлектродных слоях при электролизе. В частности, процессы массопереноса в расстояние анод-катод (ACД) должно быть изучено более подробно.
Интерес к этим расплавам можно объяснить и тем, что они одинаково хорошо подходят как для алюминия, так и для производства алюминиевых лигатур, а также для переработки отработанного катализатора. В ходе прове-дения практики рассмотрены процессы, происходящие на электродах и в про-цессе массопереноса в расстоянии анод-катод при электролизе низкотемпера-турных расплавов на основе KF-AlF3. Имеющиеся данные как по электрод-ным процессам, так и по физико-химическим учитывают свойства исследуе-мых расплавов.


1.3 Электролизные испытания.
В ходе прохождения практики я рассмотрел результаты нескольких различных испытаний, связанных с низкотемпературным электролизом алю-миния. Роль массообменных процессов в анодно-катодном пространстве яв-ляется наиболее значимой при электролизе в низкотемпературных расплавах на основе KF-AlF3 и NaF-AlF3. Методы стационарной поляризации и вольт-амперометрии применены для изучения кинетики электродных процессов на графитовом и металлическом электродах в системе KF-AlF3 -Al2O3 расплавов, также подобраны параметры электролиза. На основе электрохимических ис-пытаний предложены схемы электродных процессов, проанализированы по-токи веществ в промежутке анод-катод и выявлены основные причины сни-жения катодного выхода по току при низкотемпературном электролизе в си-стеме KF-AlF3-Al2O3 и расплавы KF-NaF-AlF3-Al2O3. Выявлено, что катодная плотность тока не должна превышать 0,4–0,55 А·см– 2 при электролизе при 750–800 °С.


2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Осаждение алюминия из расплавленной соли
Современная электролизная ячейка появилась в процессе длительного развития. Схематическое изображение ячейки показано на рис. 1.

Рисунок 1. Вид электролизера алюминия, в котором (1) алюминий со-бирается в виде жидкого металла на дне электролизера (2) на угольном като-де, (3) регулируемые по высоте графитные аноды реагируют с оксидом алю-миния с образованием CO/ CO 2 , (4 и 5) контактные рейки рассчитаны на то-ки до 180 000 А, (6) зарядка производится конструкцией в середине ячейки, и (7) жидкий алюминий регулярно отсасывается.

Электролиз проводят при напряжении 4–5 В и силе тока от 100 000 до 180 000 А. Для производства 1000 кг алюминия требуется 13,5 МВт·ч элек-троэнергии.
В расплаве часть криолита диссоциирует на Na3AlF6↔3Na++AlF63−
Оксид алюминия и ионы в криолитовом расплаве образуют оксифто-ридные комплексы, например,
Al2OF62,Al2OF84−,Al2OF106−, or Al2O2F42−
Из кинетических экспериментов был выведен следующ