Состав и плавкость электролита алюминиевой ванны

29.01.2017

Алюминий в ряду напряжений находится среди весьма электроотрицательных металлов. Поэтому при электролитическом получении алюминия приходится в качестве электролита использовать не водные растворы его соединений, а расплав, состоящий в основном из криолита и растворенного в нем глинозема.
Криолит (Na3AlF6) имеет следующие свойства:
1) не содержит в себе более положительных металлов, чем алюминий;
2) в расплавленном состоянии хорошо растворяет глинозем, из которого при электролизе криолито-глиноземного расплава и получают алюминий;
3) плавится (совместно с глиноземом) при сравнительно невысокой температуре (930—1000°С) и обладает сравнительно хорошей электропроводностью;
4) не взаимодействует химически с угольным анодом и футеровкой ванны;
5) при температуре электролиза химически не разлагается, достаточно жидкотекуч и улетучивается мало.
Так как удельный вес криолита меньше, чем у расплавленного алюминия, для электролитического его получения можно применять электролизеры сравнительно простой конструкции.
Совокупность всех этих качеств у криолито-глиноземных расплавов оказалась наиболее благоприятной (по сравнению с другими предлагавшимися расплавами), поэтому именно криолито-глиноземные расплавы и применяют в качестве электролита при промышленном производстве алюминия.
Однако криолит и глинозем являются лишь основными, главными компонентами электролита Кроме них, в небольших количествах в электролит обычно вводятся фтористый алюминий и фтористый кальций, предлагаются и другие добавки (фтористый магний и т. п.). Основной цепью ввода добавок является снижение температуры плавления электролита
Таким образом, электролит современной алюминиевой ванны состоит из четырех основных компонентов; Na3AlF6 (до 80% по весу и более), AlF3 (порядка 4—8%), глинозема (до 8—10%) и фтористого кальция (от 1—2 до 6—8%).
Необходимо отметить, что в технике под «криолитом» подразумевают не только химическое соединение Na3AlF6, но и его сплавы с AlF3, NaF. Для характеристики состава такого сплава (т. е. технического криолита) служит криолитовое отношение, или криолитовое число. Последнее представляет собой молярное отношение NaF:AlF3 в данной смеси, сплаве (электролите).
Нетрудно видеть, что для криолита как химического соединения криолитовое число равно трем. Если же расплав обогащен фтористым алюминием (так называемые кислые электролиты), то оно меньше трех, а если обогащен фтористым натрием (так называемые щелочные электролиты), то больше трex.
Перейдем к рассмотрению системы NaF—AlF3, на диаграмме плавкости которой четко видно образование химического соединения Na3AlF6.