11.3 Корректировка состава электролита

В России принято оценивать состав электролита молярным соотношением основных компонентов криолита NaF/AlF₃, которое называют криолитовым отношением (КО). За рубежом часто используют массовые отношения этих компонентов.

Криолитовое отношение определяет такие важные параметры электролита, как температуру его кристаллизации, растворимость в нем глинозема, электропроводность и другие параметры. Следовательно, поддержание КО на заданном уровне — одна из основных задач технологического персонала.

В течение многих лет считалось, что наиболее экономически выгодным значением КО является 2,6—2,8. Однако в последние годы большинство зарубежных заводов работают на "кислых" электролитах с КО = 2,4—2,6, что позволило им резко поднять технико-экономические показатели электролиза и снизить расход электроэнергии. Этот положительный опыт, теоретические основы которого изложены в гл. 4, активно внедряется и на отечественных заводах.

Рассмотрим причины изменения криолитового отношения. Как известно, основу электролита составляет криолит Na₃AlF₆, представляющий двойную соль NaF и A1F₃. Молярное отношение фторида натрия к трифториду алюминия равно 3, а у промышленного электролита поддерживается в пределах 2,4—2,8. Состав электролита (КО) непостоянен во времени, так как при пуске ванны футеровка интенсивно пропитывается фторидом натрия, при этом значение КО падает, а электролит закисляется. В такой период для доведения КО до заданных значений в электролит добавляют фторид натрия. В процессе эксплуатации идет интенсивная возгонка трифторида алюминия с образованием HF, что приводит к повышению КО. Для компенсации потерь трифторида алюминия в заводской практике используют криолит с модулем не более 1,8.

Для расчета количества трифторида алюминия С_фа (кг), необходимого для корректировки состава электролита, пользуются формулой И.П. Гупало:

С_фа = 2m(К₁ - К₂)/с(2 + K₁)K₂,

где K₁ и К₂ — КО электролита соответственно до и после корректировки; т — масса корректируемого электролита, кг; с — содержание A1F₃ в промышленном трифториде алюминия, доли ед. Масса электролита т обычно известна для каждого типа ванн.

Трифторид алюминия насыпают на корку электролита, прикрывают глиноземом, который адсорбирует фтор, выделяющийся при возгонке A1F₃, и погружают в электролит при очередной обработке ванны.

Для быстрого наплавления электролита применяют флотационный и регенерационный криолит, который по своему составу близок к электролиту, поэтому его широко используют и на пуске ванн, и в процессе нормальной эксплуатации. Фторид натрия, как и трифторид алюминия, насыпают на корку и прикрывают глиноземом, но при слабых настылях фторид натрия лучше загружать у борта ванны. Обычно фторид натрия используют при пуске ванны, а при нормальной эксплуатации его специально не вводят, так как натрий содержится в виде примесей в сырье.

Как уже отмечалось выше, на ряде заводов используют фторглиноземную шихту, применение которой упрощает корректировку электролита.

При работе на низком криолитовом отношении для корректировки электролита применяют не криолит, а трифторид алюминия, который, взаимодействуя с оксидом натрия Na₂O, неизбежно присутствующим в глиноземе, образует фторид натрия.