Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:
А. С. Ясинский, аспирант, эл. почта: ayasinskiykrsk@gmail.com
А. А. Власов, доцент каф. инженерного бакалавриата CDIO
П. В. Поляков, проф.-консультант каф. металлургии цветных металлов
И. В. Солопов, аспирант
Представлены результаты получения алюминия путем электролиза высокотемпературной суспензии глинозема с использованием малорасходуемых анодов и низкоплавкого электролита. При увеличении парциальной плотности глинозема в суспензии (и гидродинамического сопротивления), с одной стороны, следует ожидать затруднения конвективного переноса продуктов электролиза и снижения скорости протекания обратной реакции, а с другой — снижения удельной электропроводности за счет увеличения объема непроводящей фазы (пузырей газа и частиц глинозема). Согласно результатам исследований, проведенных на лабораторной ячейке, в технологии электролиза высокотемпературной суспензии существуют проблемы, требующие решения: затрудненная эвакуация кислорода из прианодного слоя, неравномерное распределение парциальной плотности глинозема в зонах седиментации и газожидкостных потоков. При парциальной плотности глинозема 0,81.103 кг/м3 (25 % (об.) глинозема в суспензии) возникают проблемы высокого газосодержания и удельного электрического сопротивления, увеличивающегося по мере роста плотности тока iа и составляющего ~0,125 Ом·м при iа = 3 кА/м2. Снизить газосодержание в прианодном слое позволит его принудительная эвакуация через тело анода. Сопротивление суспензии может быть снижено путем уменьшения межэлектродного расстояния и добавки фторида лития. Изучение суспензий важно для понимания их роли в образовании конусов.
Статья подготовлена с использованием результатов работ, выполненных в ходе проекта 02.G25.31.0181 «Разработка сверхмощной энергоэффективной технологии получения алюминия РА-550» в рамках Программы реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства, утвержденных постановлением правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 г.
1. Buckingham D. A., Plunkert P. A., Bray E. L. Aluminium statistics / U.S. Geological survey [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/historical-statistics/ds140-alumi.xlsx
2. Ткачева О. Ю. Низкотемпературный электролиз глинозема во фторидных расплавах : дис. … д-ра хим. наук : 05.17.03. — Екатеринбург, 2013. — 245 c.
3. Beck T. R. Production of aluminum with low temperature fluoride melts // Essential Readings in Light metals. 2013. Vol. 2. P. 89–95.
4. Fang Zhao. The resistibility of semi-graphitic cathode to alkali metal (K and Na) penetration // Light metals. 2015. P. 843–848.
5. Efhtymios Balomenos et al. Investigations into Innovative and Sustainable Processes for the Carbothermic Production of GaseousAluminum // Light metals. 2014. P. 771–776.
6. Galasiu I., Galasiu R., Thonstad J. Inert Anodes for Aluminium Electrolysis 1st edition. — Düsseldorf, Germany : Aluminium-Verlag, 2007. — 207 p.
7. Grandfield J., Pawlek R. P. Inert anodes: an update // Light metals. 2014. P. 1309–1313.
8. Shengzhong Bao, Guisheng Liang, Jianhong Yang, Junwei Wang, Zhiming Liu. Aluminum electrolysis tests with inert anodes in KF – AlF3-based electrolytes // Light metals. 2006. Р. 321–326.
9. Пат. 2586183 РФ, МПК С 25 С 3/06 – 22.01.2015. Электролизер для получения жидких металлов электролизом расплавов / Поляков П. В., Попов Ю. Н., Ясинский А. С. ; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (RU), № 2015101950/02 ; опубл. 10.06.2016, Бюл. № 16.
10. Симаков Д. А. Разработка основ технологии получения алюминия электролизом суспензий глинозема во фторидных расплавах с целью улучшения технических и экологических показателей процесса Эру – Холла : дис. … канд. техн. наук. — Красноярск, 2006. — 174 c.
11. Polyakov P. V., Klyuchantsev A. B.,Yasinskiy A. S., Popov Y. N. Conception of «Dream Cell» in aluminium electrolysis // Light metals. 2016. Р. 283–288.
12. Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. Гидромеханика, перемешивание и теплообмен ; пер. с англ. З. П. Шульмана / под ред. А. В. Лыкова. — М. : Мир, 1964. — 217 с.
13. Рейнер М. Реология ; пер. с англ. Н. И. Малинина / под ред. Э. И. Григолюка. — М. : Наука, 1965. — 223 с.
14. Chhabra R. P. Bubbles, drops and particles in non-Newtonian fluids. Second edition. — Boca Raton, London, New York : Taylor & Francis Group, 2007. — 721 p.
15. Sides P. J. Phenomena and effects of electrolytic gas evolution // Modern Aspects of Electrochemistry. 1986. Vol. 18. P. 303–355.
16. Vogt H. Gas-evolving electrode // Comprehensive treatise of electrochemistry. 1983. Vol. 6 : Plenum press. N. Y. and London. P. 445–489.
17. Williams E., Bugnion L., Fischer J.-C. Effect of carbon dust on the electrical resistivity of cryolite bath // Light metals. 2016. P. 587–591.
18. ГОСТ 30558–98. Глинозем металлургический. Технические условия. — Введ. 2000–07–01.
19. Ньюмен Дж. Электрохимические системы. — М. : Мир, 1977. — 463 с.