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鋁電解槽中沉淀的形成


發(fā)布者:永裕金屬   發(fā)布時(shí)間:2019-3-27 17:10:53

        冰晶石是氧化鋁的良好溶劑。Al_2O_3在冰晶石溶液中溶解時(shí),形成一種絡(luò)合物(即氟化鋁絡(luò)合物)。Al_2O_3在冰晶石中的溶解可分為兩個(gè)階段:第一步是Al_2O_3晶體的侵蝕,即Al_2O_3(晶體)+6F≤_3O_2~(-(1)_2AlF_3(1),其中O_2~-不是游離的,就是與Al_2O_3離子松散結(jié)合。第二步是氟氧化物配合物離子的形成:O2-(1)+AlF3=A;OF32-(1)或O2-(1)AlF3 2F≤AlOF54-(1)


由于氧化鋁的表面張力(-450 mm/N)較高,可在鋁熔體與冰晶石氧化鋁熔體(2)之間聚集,有利于氧化鋁的溶解。然而,氧化鋁可以克服這種表面張力和下沉以下的熔融鋁層。徐君莉等。采用透明石英槽對氧化鋁在冰晶石熔鹽中的溶解行為進(jìn)行了研究,并對氧化鋁在冰晶石熔鹽中的溶解過程進(jìn)行了照相。氧化鋁的溶解行為更加直觀。電解槽中加入氧化鋁后,電解槽中的氧化鋁先迅速溶解,然后由于電解質(zhì)的凝結(jié)作用而降低溶解速率,并與電解液結(jié)塊。添加到電池中的氧化鋁體積密度為1.0g/cm3(25%氧化鋁中約占空氣的75%)(4.5),因此在如此低的密度下,部分氧化鋁不會立即下沉到電池底部。熔融的冰晶石與之結(jié)塊。隨著電解的進(jìn)行,結(jié)塊可以繼續(xù)溶解,而未溶解的結(jié)塊沉到槽底。


沉淀是指含有沉積在陰極和襯里上的不溶性氧化物電解質(zhì)的沉積物。在電解過程中,由于氧化鋁連續(xù)加入到電解質(zhì)溶液中,添加的氧化鋁不能及時(shí)完全溶解,一些粘附的冰晶石沉積在溝槽壁附近的凹槽底部,這些沉淀物是軟的在開始。隨著時(shí)間的推移,軟沉淀物的量繼續(xù)增加,并逐漸結(jié)晶和硬化,形成堅(jiān)硬的沉淀物。過量的沉淀會改變陽極效應(yīng)系數(shù)并使金屬層不穩(wěn)定,這對電池的操作是不利的。


對沉淀成分的詳細(xì)測定表明,氧化鋁主要是低表面積相。晶體尺寸穩(wěn)定增大,與飽和電解質(zhì)有關(guān)。降水本身很粘稠。因此,運(yùn)行中的電解槽的溶解速度很慢,這是由新鮮電解質(zhì)和沉淀物之間的界面接觸控制的,或者更可能是由新鮮電解質(zhì)本身的接觸控制的。由于鋁金屬液層被電解質(zhì)潤濕,在循環(huán)和密度梯度的共同作用下,存在一薄層電解質(zhì)。大量電解質(zhì)通過液體層進(jìn)入側(cè)殼。


現(xiàn)代電解質(zhì)一般使用低分子比來提高電流效率,但分子比過低,電解質(zhì)對氧化鋁的溶解度會降低,從而增加沉淀的形成,而電解質(zhì)使用殼層,氧化鋁預(yù)熱不足,經(jīng)常破碎結(jié)殼,導(dǎo)致電解質(zhì)熱損失增加,保護(hù)結(jié)殼變形困難,也可能增加沉積作用。電解槽在運(yùn)行過程中,如電解槽的鋁放電、陽極效應(yīng)的消光、陽極的更換、陽極框架的升降等,也會造成氧化鋁的沉淀。鋁含量過高,導(dǎo)致陽極被抬升,槽的熱損失增加,使?fàn)t底溫度降低,也容易發(fā)生沉淀。低溫電解可以達(dá)到更高的電流效率,但這會降低氧化鋁的溶解度。采用低分子比和低溫電解,氧化鋁的溶解范圍僅為1.5<垃圾>-3.5<垃圾>(8)。過量的氧化鋁沉到爐底形成沉淀,大量的沉淀會導(dǎo)致鋁液不穩(wěn)定,進(jìn)而降低目前的效率。


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