鋁電解槽中沉淀的形成
冰晶石是氧化鋁的良好溶劑。Al_2O_3在冰晶石溶液中溶解時览濒,形成一種絡(luò)合物(即氟化鋁絡(luò)合物)。Al_2O_3在冰晶石中的溶解可分為兩個階段:第一步是Al_2O_3晶體的侵蝕包各,即Al_2O_3(晶體)+6F≤_3O_2~(-(1)_2AlF_3(1),其中O_2~-不是游離的靶庙,就是與Al_2O_3離子松散結(jié)合问畅。第二步是氟氧化物配合物離子的形成:O2-(1)+AlF3=A;OF32-(1)或O2-(1)AlF3 2F≤AlOF54-(1)
由于氧化鋁的表面張力(-450 mm/N)較高轻樟,可在鋁熔體與冰晶石氧化鋁熔體(2)之間聚集趴国,有利于氧化鋁的溶解泣虚。然而舟门,氧化鋁可以克服這種表面張力和下沉以下的熔融鋁層。徐君莉等坠痒。采用透明石英槽對氧化鋁在冰晶石熔鹽中的溶解行為進(jìn)行了研究锅星,并對氧化鋁在冰晶石熔鹽中的溶解過程進(jìn)行了照相。氧化鋁的溶解行為更加直觀选阔。電解槽中加入氧化鋁后家统,電解槽中的氧化鋁先迅速溶解,然后由于電解質(zhì)的凝結(jié)作用而降低溶解速率坎扰,并與電解液結(jié)塊曹均。添加到電池中的氧化鋁體積密度為1.0g/cm3(25%氧化鋁中約占空氣的75%)(4.5),因此在如此低的密度下物虑,部分氧化鋁不會立即下沉到電池底部纤悉。熔融的冰晶石與之結(jié)塊。隨著電解的進(jìn)行鲤遥,結(jié)塊可以繼續(xù)溶解沐寺,而未溶解的結(jié)塊沉到槽底。
沉淀是指含有沉積在陰極和襯里上的不溶性氧化物電解質(zhì)的沉積物盖奈。在電解過程中混坞,由于氧化鋁連續(xù)加入到電解質(zhì)溶液中,添加的氧化鋁不能及時完全溶解钢坦,一些粘附的冰晶石沉積在溝槽壁附近的凹槽底部究孕,這些沉淀物是軟的在開始。隨著時間的推移爹凹,軟沉淀物的量繼續(xù)增加厨诸,并逐漸結(jié)晶和硬化懈涛,形成堅硬的沉淀物。過量的沉淀會改變陽極效應(yīng)系數(shù)并使金屬層不穩(wěn)定泳猬,這對電池的操作是不利的批钠。
對沉淀成分的詳細(xì)測定表明,氧化鋁主要是低表面積相得封。晶體尺寸穩(wěn)定增大了岸,與飽和電解質(zhì)有關(guān)。降水本身很粘稠奈揩。因此造蒋,運(yùn)行中的電解槽的溶解速度很慢,這是由新鮮電解質(zhì)和沉淀物之間的界面接觸控制的效蝎,或者更可能是由新鮮電解質(zhì)本身的接觸控制的篱辫。由于鋁金屬液層被電解質(zhì)潤濕,在循環(huán)和密度梯度的共同作用下腰燕,存在一薄層電解質(zhì)彪珍。大量電解質(zhì)通過液體層進(jìn)入側(cè)殼。
現(xiàn)代電解質(zhì)一般使用低分子比來提高電流效率衔帚,但分子比過低屿拴,電解質(zhì)對氧化鋁的溶解度會降低,從而增加沉淀的形成浴魏,而電解質(zhì)使用殼層笤茴,氧化鋁預(yù)熱不足,經(jīng)常破碎結(jié)殼文宜,導(dǎo)致電解質(zhì)熱損失增加涕癣,保護(hù)結(jié)殼變形困難,也可能增加沉積作用前标。電解槽在運(yùn)行過程中坠韩,如電解槽的鋁放電、陽極效應(yīng)的消光候生、陽極的更換同眯、陽極框架的升降等,也會造成氧化鋁的沉淀唯鸭。鋁含量過高须蜗,導(dǎo)致陽極被抬升,槽的熱損失增加目溉,使?fàn)t底溫度降低明肮,也容易發(fā)生沉淀。低溫電解可以達(dá)到更高的電流效率,但這會降低氧化鋁的溶解度柿估。采用低分子比和低溫電解循未,氧化鋁的溶解范圍僅為1.5<垃圾>-3.5<垃圾>(8)。過量的氧化鋁沉到爐底形成沉淀撰绕,大量的沉淀會導(dǎo)致鋁液不穩(wěn)定岩哥,進(jìn)而降低目前的效率。
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