Главная | Обратная связь

Газоулавливающие устройства

Назначение газоулавливающих устройств как составной части электролизера—сбор выделяющихся в процессе электролиза газов (максимально достижимой концентрации) на месте их возникновения и последующая эвакуация газов в газоочистную систему. Выбор конструкции устройства для газоулавливания во многом зависит от типа электролизера. Наилучшей конструкцией является укрытие всего электролизера.

Электролизеры с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом оборудованы навивными шторными укрытиями, полностью закрывающими рабочее пространство электролизера. Эти укрытия открывают только на время, необходимое для обслуживания анодного узла или подачи очередной порции глинозема. Основным недостатком такой системы является большое разбавление улавливаемых газов из-за трудности герметизации.

Для электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом практически невозможно применение устройств для газоулавливания, предусматривающих полное укрытие электролизера, так как их очень трудно обслуживать, а полную герметизацию осуществить практически невозможно. Для электролизеров данного типа широкое распространение получила так называемая колокольная конструкция газоулавливания (см. рис. 102). Основным преимуществом этой конструкции является улавливание концентрированных газов и возможность дожигания летучих составляющих, образующихся при коксовании анода, а также дожигания СО до CO2 в специальных устройствах — горелках.

“Колокольное” устройство представляет собой набранную из отдельных секций конструкцию, опоясывающую по периметру анод на уровне нижнего края анодного кожуха. Недостатком такой системы является неполное улавливание (до 70%) отходящих от электролизера газов.

Наиболее просто решается проблема улавливания и эвакуации ' газов на электролизерах с предварительно обожженными анодами . В связи с тем что электролизеры этого типа имеют относительно небольшую высоту, легко создать конструкцию, полностью укрывающую рабочую зону и исключающую подсосы воздуха. Относительно небольшой объем отсасываемых газов позволяет получить их в более концентрированном виде, чем у конструкции электролизеров с самообжигающимися анодами и боковыми токоподводом. Учитывая, что предварительно обожженные аноды не выделяют летучих веществ, сопутствующих процессу коксования самообжигающихся анодов, этот тип электролизера наиболее полно отвечает требованиям охраны труда и окружающей среды.

1.3 Катодный процесс при электролизе.

Катодный процесс в алюминиевом электролизере осложняется двумя явлениями: растворением получаемого алюминияв электролите и разрядом натрия совместно с алюминием.

Получающийся в процессе электролиза металлический алюминий находится в электролизере в соприкосновении с агрессивным карнолитовым расплавом при 950-960 °с. Поэтому следует ожидать определенной растворимости алюминия в электролите. Раствори­мость металлов в электролите, несмотря на то, что он находится под катодным потенциалом, особенно при электролизе расплавленных солей, существенно влияет на потери металла.

Растворение алюминия может сопровождаться протеканием следующих реакций:

1) взаимодействием алюминия с собственной расплавленной солью с образованием соединений низшей валентности - субсоединенинй:

2) алюминотермическим восстановлением натрия из его соли с образованном алюминиевой соли исходного состава:

В первом случае (реакция 18) процесс связан с тем. что атомы металлов при определенных условиях теряют не все валентные электроны и образуют соединения низшей валентности. Во внешнем слое атома алюминия имеются три электрона: два на За орбите и один на Зр-орбите. Потенциал ионизации первого Зр электрона значи­тельно меньше, чем у остальных валентных электронов, что и приводит к образованию в определенных условиях нона А Г Образование субфторида алюминия происходит преимущественно в кислых электролитах и растет при увеличении концентрации (активности) фторида алюминия.

Во втором случае процесс определяется большой величиной свободной энергии реакции образования фторида алюми­ния при высоких температурах. Образование металлического натрия преобладает в нейтральных н щелочных электролитах, причем натрий растворяется в электролите и алюминии.

Растворимости алюминия и натрия в электролите невелики и на­ходятся в пределах 0,05-0,15 % каждого Металла при 1000 °С. Растворением металлов в их расплавленных соей, в частности алюминия в криолито-глиноземных расплавах, обусловливаются потери этих металлов при электролизе. Переходя в солевой расплав, металл, независимо от очень малой его концентрами, окисляется углекислотой анодных газов по реакции:

Это нарушает предел насыщения солевого расплава так как новые порции его переходят в расплав, приводя к значительным потерям выделившегося на катоде алюминия.

Большое практическое значение имеет зависимость потерь алю­миния от состава электролита алюминиевой ванны Показано , что потери алюминия зависят от криолитового отношения электролита. Из этих данных следует, что минимальные потери алюминия приходятся на расплав для щелочных электролитов потери алюминия определяются в основном реакцией вытеснения для кислых электролитов.

Потери алюминия в карнолито-глинозёмных расплавах (985 °С)

потери обусловливаются реакцией образования субфторида алюминия по реакции При вытеснение натрия алюминием не происходит, а избыток AlF₃ не столь велик, чтобы получать

заметное развитие реакция образования AlF.

При введении в электролит добавок CaF₂ и особенно MgF₂ потери алюминия уменьшаются. При увеличении содержания глинозема в электролите потери алюминия уменьшаются и особенно резко - при появлении в электролите избыточного (нерастворимого) глинозема.

Повышение температуры приводит к сдвигу реакций , а следовательно, потери алюминия растут.

Другое осложнение катодного процесса – это разряд натрия совместно с алюминием. Происходит ли разряд алюминия на катоде непосредственно из комплексных анионов типа AIOF,» или эти ионы в двойном электрическом слое распадаются с образованием простых ионов Al³⁺ сказать однозначно нельзя. Ток обмена алюминиявкриолито-глниозёмных расплавах при температуре электролиза – порядка 10+20 А/см^г, т.е. перенапряжение перехода (торможение ив стадии протекания электрохимической реакции) практически отсут­ствует. Однако факт существования диффузионного перенапряжения (торможение на стадии доставки ионов к поверхности электрода) в настоящее время экспериментально установлен. На катодных поляри­зационных кривых обнаруживаются площадки предельных токов разряда алюминий содержащих ионов. Следовательно, при работе с катодными плотностями тока, превышающими предельные плотности тока, происходит совместный разряд ионов алюминия и натрия. Несмотря на значительную разницу в напряжениях разложения фторидов натрия и алюминия, процесс совместного разряда облегча­ется деполяризацией сплавообразовання благодаря небольшой растворимости натрия в алюминий (0,45 % при 1223 К).

Интенсивное движение электролита и металла значительно уменьшает диффузионное перенапряжение, и поэтому полагают, что алюминиевый катод в условиях промышленного электролиза работает в равновесных условиях. Таким образом, при электролизе карнолито-глиноземных расплавов натрий в катодный металл может переходить в результате алюминотермического и электрохимического восстановления его ионов из электролита Повышение температуры и карнолитового отношения способствует выделению натрия. Выделившийся на алюминии натрий растворяется в электролите и окисляется анодными газами, а также проникает в угольную футеровку электролизера и постепенно разрушая его.

Специальная часть.