натрію Na2SiF6:
H2SiF6 + Na2CO3=Na2SiF6 + H2O + CO2 (29)
Осад солі Na2SiF6 відфільтровують, а очищений від кремнію розчин обробляють стехиометрическим кількістю гидрооксида алюмінію для отримання фтороалюмініевой кислоти:
6HF + Al (OH) 3=H3AlF6 + 3H2O (30)
Отриманий розчин фтороалюмініевой кислоти обробляють содою для отримання кріоліту:
2H3AlF6 + 3Na2CO3=2Na3AlF6 + 3СО2 + 3Н2О (31)
Кріоліт практично не розчинний у воді і випадає в осад. Осад кріоліту відфільтровують і сушать.
Фтористий алюміній отримують нейтралізацією плавикової кислоти надмірною кількістю Al (OH) 3:
3HF + Al (OH) 3=AlF3 + 3H2O (32)
Дію содою на плавиковий кислоту, отримують фтористий натрій:
2HF + Na2CO3=2NaF + CO2 + H2O (33)
4.2 Фізико-хімічні властивості кріолітно- глиноземні розплавів
Для отримання алюмінію використовується кріолітно- глиноземний розплав, який повинен відповідати наступним вимогам:
він не повинен містити іони більш електропозитивних металів, ніж алюміній;
повинен добре розчиняти глинозем;
являтися щодо легкоплавким;
його щільність повинна бути менше щільності алюмінію, для виключення контакту рідкого алюмінію з киснем повітря;
він повинен бути жидкотекучим, що сприяє виділенню газів і вирівнюванню складу розплаву;
він не повинен взаємодіяти з вуглецевої футеровкою, анодом і катодом;
він повинен володіти достатньо високою електропровідністю;
він не повинен бути гігроскопічний;
він повинен мати малої летючість при температурі процесу електролізу.
Цим вимогам відповідає розплав кріоліту з вмістом 3-5% СаF2, 4-5% MgF2, 1,3 - 8% Al2O3.
Однією з основних характеристикою складу розплаву є його кріолітное ставлення, що характеризує молярне відношення в розплаві. Для чистого кріоліту це відношення дорівнює 3. Такий розплав вважається нейтральним. Якщо кріолітное ставлення lt; 3, то такий розплав вважається кислим, якщо gt; 3, то такий розплав називають лужним. У промислових електролізерах кріолітное ставлення підтримується в межах 2,6-2,8.
Домішки N2O, H2O, CaO і SiO2 які завжди присутні в кріоліті і глиноземі розкладають в розплаві кріоліт і підвищують кріолітное ставлення:
Na3AlF6 + 3Na2O=Al2O3 + 12NaF (34)
Na3AlF6 + 3CaO=Al2O3 + 3CaF2 + 6NaF (35)
Na3AlF6 + 3SiO2=Al2O3 + 12NaF + 3SiF4 (36)
Na3AlF6 + 3H2O=Al2O3 + 6NaF + 6HF (37)
У цьому випадку в розплав додають AlF3 для зниження кріолітного відносини.
В інших випадках, як наприклад, через поглинання вугільної футеровкою ванни NaF, кріолітное ставлення може знижуватися. Тоді для підтримки потрібного кріолітного відносини в розплав додають NaF. Таким чином, фтористі натрій і алюміній необхідні для регулювання кріолітного відносини в розплаві.
Температура плавлення чистого кріоліту становить 1000оС. Додавання в розплав CaF2 та MgF2 знижує температуру плавлення розплаву. Тому процес електролізу алюмінію проводять при температурах 930-950оС.
Знаходження Al2O3 в розплаві в розчиненому стані істотно полегшує процес електролізу. Величина розчинності глинозему в кіолітно-глиноземного розплаві в першу чергу залежить від кріолітного відносини, яке складним чином впливає на розчинність глинозему. Збільшення кріолітного відносини до 13 підвищує розчинність глинозему. Подальше збільшення кріолітного відносини знижує розчинність глинозему в розплаві.
Додавання до розплаву СaF2 і MgF2 знижує розчинність глинозему. Крім того, вони знижують швидкість розчинення глинозему. Тому в розплаві підтримують оптимальний вміст фторидів кальцію і магнію. Їх сумарний вміст в розплаві зазвичай не перевищує 10%. Це забезпечує достатню зниження температури плавлення розплаву і досить високу розчинність глинозему. На практиці зміст глинозему в розплаві підтримують у межах 8%.
З усіх компонентів розплаву найбільшою в'язкістю володіє чистий кріоліт. Додавання до розплаву CaF2 та MgF2 сприяють підвищенню в'язкості розплаву. Однак визначальну роль у зміні в'язкості розплаву грає глинозем. Так збільшення в розплаві концентрації розчиненого Al2O3 до 10% збільшує в'язкість розплаву на 23%, в порівнянні з в'язкістю чистого кріоліту при 1000оС.
В'язкість промислових електролітів при 1000оС становить порядку 3,25-3,40 спз.
.3 Поверхневий натяг
При електролізі глінозёмно- кріолітних роз...
