озплаві в перенесенні електрики беруть участь іони Al3 +, Na +, Ca2 +, Mg2 +, AlF, F-, AlO, AlO +, O2 -.
Однак на електродах будуть розряджатися іони, що володіють найбільш позитивними (катіони) і найбільш негативним (аніони) потенціалами розряду. До таких належать іони Al3 + і O2 -.
Внаслідок цього на катоді буде протікати електродна реакція:
Al3 + + 6e=2Al (51)
На аноді буде протікати процес розряду іонів кисню. Утворений газоподібний кисень буде реагувати з вуглецем графітового анода з утворенням оксидів СО і СО2:
О2- - 4е + С=СО2 (52)
О2- - 2е + С=СО (53)
Тоді в електролізері буде протікати хімічна реакція:
Al2O3 + 2C=2Al + CO + CO2 (54)
Можна вважати на електродах і в електролізері протікають паралельні реакції.
На катоді
Аl3 + + 12e=4Al (55)
на аноді
О2- - 12е=3О2 (56)
О2 + 3С=3СО2 (57)
і в електролізері
Al2O3 + 3C=4Al + 3CO2 (58)
І на катоді
Аl3 + + 6e=2Al (59)
на аноді
О2- - 6е=1.5О2 (60)
і в електроліті
Al2O3 + 3C=2Al + 3CO (61)
Отже, у процесі електролізу з усіх компонентів розплаву буде витрачатися тільки глинозем. Розряд інших іонів можливий тільки при порушенні технології процесу електролізу.
Взаємодія виділяється на вугільному аноді кисню з вуглецем буде приводити до згорянню анода і його витраті в процесі електролізу.
.6 Анодний ефект
При електролізі іонних розплавів з використанням графітових і металевих електродів може виникнути явище, що отримало назву анодного ефекту або спалаху. Це явище характеризується наступними ознаками:
) Напруга на ванні різко зростає з 4,5- 5,0 В до 30-40, а іноді до 120 В.
) Між катодом і анодом в електроліті з'являється світлова смуга, що характеризується жовтим або фіолетовим кольором і складається з дрібних іскор.
) На аноді припиняється утворення бульбашок газ.
) Меніск електроліту в електролізері стає з увігнутого опуклим.
) На кордоні розплаву з анодом виникає тонка газова плівка, і електроліт виявляється як би відтісненого від поверхні анода.
Поява анодного ефекту характеризується критичною щільністю струму. Вище цієї щільності на аноді постійно підтримується стан анодного ефекту.
Величина критичної щільності струму залежить від складу кріолітно-глиноземного розплаву і в першу чергу від вмісту в ньому глинозему:
iкр. =А (62)
де iкр.- критична щільність струму, А/см2;
Р- Зміст глинозему в розплаві,%;
А - постійна.
Зі збільшенням концентрації глинозему в електроліті критична щільність струму зростає. Так при 1000оС ця залежність характеризується наступними величинами, наведеними в таблиці 1.
Таблиця 1 Вплив вмісту Al2O3 в розплаві на iкр.
% Al2O301,02.03.05.07.010iкр, А/см20,432,023,084,447,58,910,5
Критична щільність струму залежить також від природи розплавлених солей, температури і природи матеріалу електродів.
Для розплавлених хлоридів критична щільність струму вище, ніж для фторидів. Для розплавів лужних металів вона також вище, ніж для розплавів лужно-земельних металів.
З підвищенням температури критична щільність струму зростає.
Для вугільних електродів критична щільність струму менше, ніж для металевих електродів.
Причиною виникнення анодного ефекту погана змочуваність анода розплавом. При поганій смачиваемости виділяються на аноді бульбашки газу зливаються в суцільну плівку, яка відтісняє розплав від поверхні електрода (Малюнок 10).
- виділення бульбашок газу на аноді при нормальному ході електролізу; 2-освіта газової плівки, що викликає анодний ефект
Малюнок 10 Освіта газової плівки на вугільному аноді при анодному ефекті
У свою чергу, змочуваність анода електролітом визначається величиною поверхневого натягу. Чим більше поверхневий натяг електроліту, тим більше кут змочування, тим гірше поверхню електрода змочується електролітом, тим нижче критична щільність струму. Тому всі чинники, що знижують поверхневий натяг електроліту, сприяють хорошому змочуванню поверхні електрода і підвищенню критичної щільності струму.
Анодний ефект є небажаним явищем, як підвищує витрату енергії через стрибок потенціалу, знижує продуктивність електролізера через пониження сили струму, викликає перегрів ванни, і сприяє зниженню виходу по струму для алюмінію.
Для ліквідації анодного ефекту найбільш ефективним є підвищення концен...
