Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:

Ю. Г. Михалев, профессор кафедры физической и неорганической химии, эл. почта: y.mihalev@bk.ru

Н. Ю. Жаринова, доцент кафедры географии

При поляризации жидких металлических электродов в расплавленных солях вследствие подвижности межфазной границы электрода с электролитом могут быть реализованы различные условия (или режимы) переноса массы. В результате при получении металлов электролизом расплавов с жидкими металлическими электродами величина выхода по току может изменяться в достаточно широких пределах. Выход по току при электролитическом получении металлов в расплавленных солях при заданных плотности тока или потенциале определяется в основном растворимостью металлов в расплавах и значениями потоков растворенных металлов (субионов металлов) от катода к аноду. Поток субионов зависит от интенсивности массопереноса у поверхности катода, характеризуемой коэффициентом массопереноса, который может изменяться на порядки величин в зависимости от условий или режима переноса массы у межфазной границы электрода с электролитом. Получены уравнения связи между выходом по току при электролитическом получении металлов в расплавах и интенсивностью массопереноса для потенциостатических и гальваностатических условий электролиза. Уравнения позволяют оценить выход по току при разных коэффициентах массопереноса при заданных плотностях катодного тока или перенапряжениях и растворимостях в расплаве получаемого металла и металла фонового электролита. Анализ полученных уравнений и оценка по ним выхода по току показывают, что в потенциостатических условиях электролиза потери металла не зависят от интенсивности массопереноса, а определяются лишь величиной перенапряжения и концентрациями субионов получаемого металла и металла фонового электролита у границы электрод – расплав. В гальваностатических условиях электролиза выход по току сильно зависит от режима массопереноса у межфазной границы электрода с электролитом: он уменьшается с увеличением интенсивности массопереноса.

1. Михалев Ю. Г. Диссипативные структуры и массоперенос в высокотемпературной электрохимической кинетике : автореф. дис. … докт. хим. наук. — Екатеринбург, 2000. — 43 с.
2. Solheim А., Gudbrandsen H., Osen K. S., Kongstein O. E., Skybakmoen E. Current efficiency in Hall-Héroult cells: the role of mass transfer at the cathode // Light Metals. 2018. P. 605–609.
3. Solheim A. Polyvalent impurities and current efficiency in aluminium cells: a model concerning electrochemical short circui ting // Light Metals. 2016. P. 371–376.
4. McIntosh G. J., Metson J. B., Lavoie P., Niesenhaus T., Reek T., Perander L. The impact of alumina quality on current efficiency and energy efficiency in aluminum reduction // Light Metals. 2016. P. 417–422.
5. Al-Mejali J. A., Haarberg G. M., Bensalah N., Ben-Aissa Benkahla, Lange H. P. The role of key impurity elements on the performance of aluminium electrolysis – current efficiency and metal quality // Light Metals. 2016. P. 389–394.
6. Côté P., Martin O., Allano B., Dassylva-Raymond V. Predicting instability and current efficiency of industrial cells // Light Metals. 2017. P. 623–629.
7. Solheim A. Sodium in aluminium as a cell performance indicator: a quantitative framework // Light Metals. 2017. P. 633–639.
8. McIntosh G. J., Wijayaratne H., Agbenyegah G. E. K., Hyland M. M., Metson J. B. Impacts of sodium on alumina quality and consequences for current efficiency // Light Metals. 2018. P. 533–539.
9. Jun-qing Wang, Chang-lin Li, Deng-peng Chai, Yun-feng Zhou, Bin Fang, Qiang Li. Relationship between aluminium electrolysis current efficiency and operating condition in electrolyte containing high concentration of Li and K // Light Metals. 2018. P. 621–626.
10. Grjotheim K., Kvande H. Introduction to aluminium electrolysis. Understanding the Hall – Heroult process. — Dusseldorf : Aluminium-Verlag, 1993. — 260 p.
11. Лебедев О. А. Производство магния электролизом. — М. : Металлургия, 1988. — 286 с.
12. Solheim A. Current efficiency in aluminium reduction cells: theories, models, concepts, and speculations // Light Metals. 2014. P. 753–758.
13. Ветюков М. М., Цыплаков А. М., Школьников С. Н. Электрометаллургия алюминия и магния. — М. : Металлургия, 1987. — 320 с.
14. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. — М. : Гостехтеориздат, 1959. — 699 с.
15. Бухбиндер А. И. Теория потоков. — Л. : ЛПИ, 1973. — 218 с.
16. Смирнов М. В. Электродные потенциалы в расплавленных хлоридах. — М. : Наука, 1973. — 247 с.
17. Делимарский Ю. К., Зарубицкий О. Г. Электролитическое рафинирование тяжелых металлов в ионных расплавах. — М. : Металлургия, 1975. — 248 с.
18. Wang X., Peterson R. D., Richards N. E. Dissolved metals in cryolitic melts // Light Metals. 1991. P. 323–330.