Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
лизер, диаметр 100 мм, высота 100 мм (380 А): 1 - глиноземная засыпка; 2 - анод; 3 - шамотное кольцо; 4 - токоподводящая шина из жаростойкой стали; 5 - коксовая засыпка; 6 - графитовый стакан; 7 - токоподводящий анододержатель; 8 - токоподвод к криптолу
В отличие от ранее применявшихся лабораторных ячеек электролизер на 380 А имеет существенные преимущества. Сравнительно большой анод (~1000 г), а также значительное количество электричества, проходящее через электролизер за один опыт (в пределах 2200 А•ч), позволяют достичь расхода анода 300-320 г против 15-20 г в ячейке на 30-35 А. При этом анод расходуется на глубину до 2 диаметров максимального зерна. Открытая ячейка и увеличенное расстояние от анода до боковой стенки графитового стакана обеспечивают сгорание угольной пены, исключают замыкание анода с катодом через пену и связанное с этим искажение результатов опыта. Расход углерода на электролиз рассчитывается после извлечения анода из ячейки с учетом пропитки его электролитом (по приросту зольности). Остаток анода взвешивается, определяется потеря массы углерода и пересчитывается на 1 А•ч.
Известен также метод контроля электрохимической устойчивости анодов электролизом в растворе щелочи [18]. В качестве анода используется цилиндрический образец (диаметр 30 и высота 40 мм), а катодом служит стальное кольцо из коррозионностойкой стали, погруженное в электролит. Образец на стальном анододержателе размещается в центре кольца. Продолжительность электролиза 6 ч, сила тока 8,5 А, электролит - 4Н щелочь NaOH. Впервые этот метод применен Т. Ватанабе (Япония) для оценки качества различных видов связующего материала в анодной массе.
Следует подчеркнуть исключительную простоту этого метода и высокую степень воспроизводимости результатов. Причем, кроме удельного расхода углерода, можно рассчитать и селективность окисления при электролизе. В связи с этим, была сделана попытка установить корреляцию между удельным расходом углерода при электролизе в криолитоглиноземном расплаве в лабораторном электролизере (см. рис. 1.18) и удельным расходом при электролизе в растворе щелочи. Полученные данные (рис. 1.19) свидетельствуют о высоком уровне корреляционной зависимости (r= 0,90) результатов анализа для этих методов. К сожалению, метод электролиза в растворе щелочи незаслуженно забыт и не нашел отражения при разработке стандартных систем контроля качества анодов [18].
Рисунок 1.19-Корреляция удельного расхода углерода при электролизе в криолитоглиноземном расплаве от удельного расхода при электролизе в растворе щелочи
1.2 Техническое описание экспериментальной установки и методика работы на ней
электролит алюминий анод обожженый
Исследования по влиянию состава электролита на удельный расход анода проводились на установке, структурная схема которой представлена на рис. 1.20.
Основными узлами данной установки являются печь сопротивления (5) с помещенной в неё герметично закрытой электролитической ячейкой (4).
Печь сопротивления (5) служит для нагревания электролита до плавления и дальнейшего поддержания температуры на постоянном уровне 960 оС, с помощью регулятора. Поддержание температуры на строго определенном уровне обусловлено следующими факторами:
необходимость получения результатов по расходу углерода при определенной температуре;
наиболее точное соответствие условиям в промышленных электролизерах;
обеспечение такого перегрева электролита, при котором он имеет достаточную жидкотекучесть и небольшое давление насыщенного пара.
Рисунок 1.20-Общий вид установки: 1- блок управления с регулятором МИНИТЕРМ 400.31; 2-источник постоянного тока; 3-амперметр; 4-ячейка; 5-печь; 6-сосуд Дрекселя с раствором хлорида кадмия; 7-U-образная трубка с хлоридом кальция; 8-термометр; 9-газоанализаторы КЕДР-М 32 (СО) и КЕДР-М 30 (СО2); 10-манометр;11-водоструйный насос; 12-монитор; 13-компьютер; 14-баллон с аргоном; 15-регулятор расхода газа El-Flow; 16-блок управления регулятором расхода газа.
Для выполнения данных условий печь сопротивления подключена к устройству высокоточного контроля и регулирования температуры - регулятор микропроцессорный МИНИТЕРМ 400.31 (1), который позволяет автоматически регулировать технологические параметры работы печи (рис 1.21).
Рисунок 1.21 - Звенья экспериментальной установки: а) - блок управления с регулятором МИНИТЕРМ 400.31; б) - печь сопротивления
В ходе электролиза продолжительностью около 12 часов, выделяющиеся анодные газы вытесняются аргоном из ячейки и поступают в газовую линию.
Подача аргона осуществляется с помощью регулятора расхода газа El-Flow (16), который соединен с баллоном аргона (14) резиновым шлангом.
Скорость потока аргона, подаваемого в ячейку, регулируется при помощи блока управления регулятором расхода газа (16) (рис. 1.22). Погрешность регулятора расхода газа составляет +/- 0,5 %.
Рисунок 1.22 - Регулятор расхода газа El-Flow: 1 - блок управления регулятором расхода газа; 2 - регулятор расхода газа
Использование аргона объясняется двумя причинами:
) аргон - является инертным газом, и при подаче его в ячейку не происходит горение анода на воздухе;
) это тяжёлый газ и при подаче его в электролитическую ячейку происходит