We wstępie pracy omówiono zjawiska na granicy międzyfazowej aluminium/elektrolit związane z oddziaływaniem ciekłego aluminium z elektrolitem NaF-AlF3-Al2O3 i wpływem rozpuszczonego metalu na wydajność prądową procesu elektrolizy metodą Halla–Heroulta. Następnie przedstawiono wyniki pomiarów przewodnictwa elektronowego elektrolitów kriolitowych techniką elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS – Electrochemical Impedance Spectroscopy). Stwierdzono, że w wyniku kontaktu elektrolitów NaF-AlF3-Al2O3 nas. z ciekłym aluminium następuje wzrost całkowitego przewodnictwa elektrycznego roztworu. Rozpuszczony metal powoduje powstanie składowej elektronowej przewodnictwa i podwyższenie konduktywności elektrolitu. Przewodnictwo elektronowe maleje ze wzrostem zawartości nadmiaru AlF3 (zmniejszanie liczby kriolitowej – LK) oraz przy obniżaniu temperatury. Dodatki fluorków CaF2, LiF i MgF2 powodują obniżenie przewodnictwa elektronowego elektrolitów w całym zakresie badanych temperatur. Najsilniejsze działanie obniżające składową elektronową ma dodatek LiF. Istnienie w przestrzeni międzyelektrodowej pomiędzy anodą a katodą gradientu rozpuszczonego metalu wymagało zastosowania modelu przybliżającego warunki panujące w elektrolizerze przemysłowym, w celu oceny wpływu przewodnictwa elektronowego na wydajność prądową (CE) procesu elektrolizy. Uzyskano bardzo realistyczne wartości w porównaniu z wynikami badań laboratoryjnych i przemysłowych, jakkolwiek model nie uwzględnia innych, poza przewodnictwem elektronowym, czynników powodujących straty CE. Wydajność prądowa rośnie wraz ze spadkiem temperatury, wzrostem zawartości AlF3 (obniżaniem LK), wzrostem gęstości prądowej i odległości międzyelektrodowej. Stwierdzono istnienie związku przyczynowo-skutkowego pomiędzy przewodnictwem elektronowym a CE, polegającego na tym, że zwiększenie zawartości AlF3 powoduje zmniejszenie rozpuszczalności metalu w elektrolicie i spadek aktywności sodu, w wyniku czego obniża się przewodnictwo elektronowe, a w ostatecznym efekcie następuje wzrost wydajności prądowej. Wyniki obliczeń zużycia energii elektrycznej oraz związanych z nią kosztów produkcji aluminium wskazują, że przewodnictwo elektronowe w elektrolicie prowadzi do niekorzystnego (nawet kilkuprocentowego) wzrostu tych istotnych w procesie elektrolizy parametrów. W celu zmniejszenia przewodnictwa elektronowego należy prowadzić proces elektrolizy przy jak najniższych temperaturach, w elektrolitach o możliwie najniższych (z punktu widzenia technologii) liczbach kriolitowych i z kilkuprocentowymi dodatkami fluorków CaF2, MgF2 oraz LiF.
Wydawnictwa nie prowadzą sprzedaży książek z serii "Rozprawy Monografie". Zainteresowanych prosimy o kontakt z ich autorami.
- Spis treści
-
Streszczenie 17
Summary 18
1. Wprowadzenie 11
2. Oddziaływanie pomiędzy aluminium i elektrolitem – przegląd literaturowy zagadnienia 13
2.1. Zjawiska na granicy międzyfazowej aluminium/elektrolit 15
2.2. Rozpuszczalność aluminium w elektrolicie 20
2.3. Przewodnictwo elektronowe w roztworach kriolitowych 28
2.4. Wpływ rozpuszczonego metalu na wydajność prądową elektrolizy 40
2.4.1. Mechanizm i kinetyka strat aluminium 50
2.4.2. Modele rozkładu stężenia rozpuszczonego metalu w przestrzeni międzyelektrodowej 56
3. Cel pracy 60
4. Badania przewodnictwa elektronowego w roztworach NaF-AlF3-Al2O3-Al 61
4.1. Część doświadczalna 61
4.1.1. Metodyka i aparatura pomiarowa 61
4.1.2. Materiały do badań 76
4.2. Wyniki pomiarów i ich omówienie 85
5. Ocena wpływu przewodnictwa elektronowego na wydajność prądową procesu elektrolizy 131
5.1. Założenia modelu matematycznego 131
5.2. Wyniki obliczeń i ich omówienie 136
6. Wnioski 159
Literatura 161