Расчет электролизера для получения алюминия
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
о формуле:
(56)
кВт*ч/т
Выход по энергии г/кВт*ч
(57)
г/(кВт*ч)
2. Описательная часть
2.1 Поведение примесей при электролизе
В процессе электролиза содержание примесей относительно постоянно и изменяется во времени на незначительную величину, как и содержание добавок к электролиту. Введение различных добавок в промышленные электролиты необходимо для снижения температуры его плавления и улучшения его других физико-химических свойств. Отрицательным свойством всех добавок и примесей является значительное снижение растворимости глинозема в электролите, что осложняет обслуживание электролизеров.
Вместе с исходными материалами - глинозёмом, фтористыми солями, золой анодов, а также вследствие разрушения отдельных элементов ванны в электролит попадают примеси: Na2O, CaO, SiO2, TiO2, H2O, соединения железа и другие.
Ведут они себя при электролизе по-разному. Одни из них вызывают загрязнение получаемого металла, другие вступают в химическое взаимодействие с криолитом. При этом изменяется состав электролита и образуются фтористые газообразные соединения, что вызывает потери фтора и загрязнение атмосферы цеха.
1) Na2O попадает в электролит с глинозёмом и фторсолями, в результате электролит обогащается фтористым натрием и нарушается криолитовое отношение
2Na3AlF6+3Na2O=12NaF+Al2O3
2)CaO тоже попадает с глинозёмом и фторсолями, химически взаимодействует с криолитом
2Na3AlF6+3CaO=6NaF+Al2O3+3CaF2
Появляется фтористый кальций. Так как он вводится специально для улучшения свойств электролита, то небольшая примесь окисей кальция не считается вредной
3) SiO2 попадает с глинозёмом, фторсолями и золой анода. Действие:
а) металлотермически восстанавливается алюминием. Восстановленный кремний переходит в жидкий алюминий и загрязняет его:
3SiO2+4Al=3Si +2Al2O3
б) образует карбид
Карбид кремния образовавшийся в результате реакций:
SiO2+Al4C3=2Al2O3+3SiC или+C=SiC
откладывается на подине электролизёра, увеличивая её омическое сопротивление.
в) химически взаимодействует с криолитом
3SiO2 + 4Na3AlF6 = ^3SiF4 + 12NaF + 2Al2O3
Образовавшийся четырёхфтористый кремний обладает высокой упругостью паров и улетучивается из ванны, вызывая потери фтора и обогащение электролита фтористым натрием (увеличивается КО).
) TiO2 появляется в электролите с глинозёмом. Действие:
а) металлотермически восстанавливается алюминием
3TiO2+4Al=3Ti+2Al2O3
восстановленный титан загрязняет алюминий
б) химически взаимодействует с криолитом
TiO2+4Na3AlF6= ^3TiF4+2Al2O3+12NaF
Образовавшийся четырёхфтористый титан улетучивается из ванны, вызывая потери фтора и обогащение электролита фтористым натрием.
) H2O наиболее вредная примесь попадаетс глинозёмом и фторсолями, поэтому их засыпают на корку, где они подсушиваются и подогреваются. Действие:
а) химическое взаимодействие с криолитом. Электролит обогащается фтористым натрием. Выделяется газообразный фтористый водород, который отравляет атмосферу цеха и вызывает потери фтора.
2Na3AlF6 +3H2O = 6NaF+Al2O3 + ^6HF
б) электролитическое разложение. На катоде выделяется водород, растворяется в катодном металле и загрязняет его
) Сульфаты (в виде сульфата натрия) попадают с глинозёмом и фторсолями, химически взаимодействуя с криолитом в присутствии углерода. Влияние: электролит обогащается фтористым натрием и выделяется вредный сернистый газ в атмосферу
Na2SO4+2Na3AlF6+3C=12NaF+3CO+ ^3SO2+Al2O3
7) Fe (в виде окислов Fe2O3, FeO) попадает в электролит со всеми видами сырья, в результате растворения рабочего инструмента и отдельных элементов ванны. Металлотермически восстанавливается алюминием и полностью переходит в катодный алюминий, загрязняя его.
8) Cu, Zn попадают в электролит со всеми видами сырья при зачистке контактов ошиновки ванны. Они более электроположительны, чем алюминий, поэтому восстанавливаются алюминием и переходят в расплавленный металл, загрязняя его.
9) Окислы Р, V, Мn (P2O5, V2O5 и др) попадают с глинозёмом, и металлотермически восстанавливаются алюминием. На восстановление этих многовалентных элементов расходуется электричество, что снижает выход по току алюминия. Восстановленные ванадий и марганец переходят в алюминий, загрязняя его. Восстановленный фосфор улетучивается из электролизера в атмосферу корпуса.
Таким образом, практически все примеси, попадающие в электролит, оказывают отрицательное влияние на процесс электролиза. Это заставляет предъявлять очень высокие требования к чистоте исходных материалов и тщательно соблюдать технологию, чтобы не допустить попадания примесей в электролит и металл.
2.2 Атомно-эмиссионный спектральный анализ
Атомно-эмиссионным спектральным анализом называется метод определения химического состава, основанный на изучении атомных спектров вещества, возбуждаемых в горячих источниках света. Спектр-излучение, разложенное по длинам волн, заключает в себе информацию о качественном и количественном составах анализируемого объекта.
На металлургических предприятиях до 70% всех анализов проводят этим методом. Такое широкое распространение атомно-эмиссионного анализа обусловлено его универсальностью, возможностью определения многих элементов одновременно, высокой чувствительностью. Современные варианты спектрального анализа имеют хорошие метрологические характе?/p>