氧化铝在电解质中溶解与行为.ppt

氧化铝在电解质中的溶解及寞  铝电解的主要原料是氧化铝,它能否顺畅地溶解进入电解质关系 到铝电解槽的生产能否顺利进行,生产过程是否平稳,是否产生沉淀 以及是否产生病槽等问题,相应地影响到电流效率、电能消耗和物料 消耗。 氧化铝的溶解同氧化铝的品种和性质、电解质的性质及状况以及 加料方式密切相关 加入电解质的氧化铝主要有三个去向,即:(1)溶解;(2)结成面 壳和炉帮;(3)沉落到槽底,生成沉淀  向电解质加入冷的氧化铝时,氧化铝进入熔体后,细 散颗粒的外层会生成一薄层凝固电解质,如果氧化铝 经过预热达到足够的温度则不出现凝固的外壳,这些 氧化铝在缓慢降落的过程中,一面吸热,使本身的温 度达到电解质的温度,一面逐渐溶解。氧化铝的溶解 过程是一个强烈的吸热过程,根据计算,为了溶解1 %氧化铝,电解质的温度将会下降14℃(如果所需的 热全部由电解质提供),大约有一半这样的热量提供 给加热用,另一半则提供给溶解所需的热量。  工业上采用的氧化铝其粒度一般在40~50μm,还有-部分更细 的颗粒,这部分应该低于10%,以减少加料时的飞扬损失。除粒度 外,纯度、α-Al2O3的含量、体积质量、流动性、吸附HF的能力 面壳生成的能力等性质也十分重要。工业用氧化铝-般有面粉状和砂 状 现代预焙电解槽要求采用砂状氧化铝,因为它的溶解性质和其他 的性质更符合现代铝电解生产的要求。 氧化铝的物理性质  多年来,已有众多的学者进行了这方面的工作 细分散氧化铝的溶解是指成颗粒状的氧化铝,当加入熔体中并强烈搅拌时 这些分散的颗粒很快就溶解了,例如毎批加入%的氧化铝,用目测观察到氧 化铝的溶解少于10s。一些研究者指出,氧化铝在溶解时,溶解过程由传质 所控制。当颗粒外生成电解质薄壳,而后再融化时,这个加热过程是溶解过 程为传热控制的依据,并且提出了传热和传质的系数,借此估计了氧化铝颗 粒外层结壳完全融化所需的时间为2.3s;对于更大些的颗粒(3mm左右的 聚集体)所需的时间为13.4s, Thonstad等根据文献上传热和传质系数估 算了溶解时的传热效果,在氧化铝达到电解质温度后,溶解过程受传质控制 而不是受传热控制,而且还算出了界面的温度T,仅为0.5~2℃,个别氧 化铝颗粒的溶解时间估算为4.1s(粒径50μm)和16.4s(粒径100μm) 这个结果同试验数据很一致,表明氧化铝一旦分散在熔体中,它就能很快溶 解。—般认为,氧化铝是很难溶解在冰晶石熔体中的,这是由于多数是形成 了较大的块体,而不是形成细分散的颗粒 氧化银溶解的实验室研究 细分散氧化铝的溶解  (1)氧化铝在电解质中的沉降速度。在给定时问内,氧化铝溶解在电解质 中的数量不仅与温度有关,而且与其在电解质中存留的时间有关,也就是说 同氧化铝在电解质中的沉降速度有关。 由于a-Al2O3的密度大于Y-Al203,因而a-A2O3在电解质中的沉降速 度要比γ-Al203快。氧化铝在电解质中的沉降速度不仅取决于氧化铝(及其 结块)的密度、电解质黏度和温度,而且也取决于氧化铝被湿润的情况(在铝 电解的实践中,有一些氧化铝被熔融电解质湿润不好,这种氧化铝就会被电 解质所“排斥”,难于较快地溶解到电解质中去) 干因素对氧化铝在冰晶石熔体中溶解的影  (2)搅拌。试验采用了两种氧化铝,一种是实验室制备的100%的α Al2O3,另一种是工业氧化铝(面粉状)。试验温度1035℃,采用 了空气搅拌和机械搅拌。 采用空气搅拌熔体时,氧化铝的颗粒由0.85mm减少到 0.063mm,这时溶解速度加快了14.5倍。 用机械搅拌,氧化铝的颗粒为0.075mm时,其溶解速度也加快 了 (3)电解质温度。提髙熔体的温度能加快氧化铝的溶解,例如,熔 体温度提高70℃,即从1010℃提高到1080℃,氧化铝的溶解速度 提高了7倍。因此,在工业条件下,氧化铝经过预热更有利于溶解。  4)氧化铝的物相组成。研究指出,a-Al203要比γ Al2O3溶解情况要差,约比后者慢1/3,工业氧化铝含有 20%~75%的a一A2O3这种氧化铝的溶解速度居中。 在不同的烧结温度下得到的氧化铝,它的溶解速度也 不同,主要受A203的相态所支配。 别里亚耶夫的研究指出,许多添加剂都会延长氧化铝 的溶解时间冰晶石熔体分别含有不同的添加剂时,随着 这些添加剂的增多,氧化铝的溶解时间增加,特别是摩尔 比降低时,氧化铝溶解时间延长。例如摩尔比由3降至 2.5,溶解时间增加1.5倍。  由于加入电解槽的氧化铝,在接触电解质后本身在加热过程中经常会形成 块体,所以很多研究者就以部分聚集状态的氧化铝作为对象,研究其