1.2 Токов изход, фактори, влияещи върху работата на клетката
Производителността на електролизата е масата на алуминия, произведена за определен период от време, съгласно закона на Фарадей, ефективността се определя от:
където j е електрохимичният еквивалент на алуминий, 0,335 kg / (kA * h);
I - сила на тока, kA;
- токов изход, части от единица.
Основният фактор, определящ производителността на клетката, е силата на тока и мощността на тока. Стойността на силата на тока се задава на електролизера и е непроменена за целия период на работа, промяната на силата на тока не е допустима, тъй като от това зависи не само масата на натрупания алуминий, но и топлинното равновесие, т.е. режимът на работа на ваната.
Текущата мощност е отношението на действително използваното количество електроенергия към теоретично необходимото, изразено като процент.
Основните фактори, от които зависи текущото производство са; температура на електролита, плътност на тока, разстояние между електродите (междуполярно разстояние), състав на електролита.
Температура на електролита (фиг. 1. а)
Разтвореният метал се отвежда по-бързо в анодното пространство и се окислява там, тъй като с повишаване на температурата се увеличава разтворимостта на алуминия, ускорява се процесът на йонна дифузия и се увеличава преносът на маса в електролита. Следователно не е необходимо стопилката да се прегрява над оптималната температура от 950-960 ° C, тъй като това намалява ефективността на тока, а оттам и енергийната ефективност. Опитът показва, че прегряването на криолитно-алуминиевата стопилка с 10 ° води до намаляване на ефективността на тока с 2-3%. Твърде силното понижаване на температурата обаче също е нежелателно, тъй като това значително увеличава вискозитета на електролита и води до заплитане на метални капки в него, а оттам и до неговите загуби.
На практика, за да направи стопилката по-топима и да намалитемпература на процеса на електролиза, към него се добавят до 10% (CaF2 + MgF2), както и LiF. Най-ефективното добавяне на литиеви соли, но използването на литий е ограничено поради недостига на неговите соли.
Влияние на плътността на тока (фиг. 1. b)
Правете разлика между катодната и анодната плътност на тока и средната стойност в електролита, представляваща средноквадратичната стойност на първите две. С увеличаване на плътността на тока на катода, ефективността на тока на алуминия се увеличава до определена граница и след това започва да намалява.
Наличието на разтваряне на алуминий води до факта, че при липса на ток количеството катоден метал непрекъснато намалява. Когато токът е включен, този процес се наслагва от електроотлагане на метал, което протича с толкова по-голяма скорост, колкото по-голяма е плътността на катодния ток. При известна скорост i, разтварянето и освобождаването на алуминия стават равни по маса. По-нататъшното увеличаване на плътността на тока води до увеличаване на изходния ток, който варира експоненциално, клонейки към 100%. Въпреки това, при определена плътност на тока на катода, започва изхвърлянето на по-електроотрицателен метал, натрий, което води до намаляване на токовия добив на алуминий.
Влиянието на междуполюсното разстояние (фиг. 1. c)
Междуполюсното разстояние е разстоянието между долната повърхност (дъното) на анода и повърхността (огледалото) на разтопения алуминий на дъното на ваната.
В съвременната алуминиева промишленост обикновено се спазва плътност на аноден ток от 0,7 - 1 A / cm 2 и междуполюсно разстояние от 3 -5 см. Известно е, че с увеличаване на междуполюсното разстояние ефективността на тока се увеличава. В същото време обаче спадът на напрежението в електролита се увеличава, което води до увеличаване на консумацията на енергия. При междуполюсно разстояние по-малко от 3 см ефективността на тока рязко намалява в резултат на увеличаване на интензитетавторични процеси. Необходима мярка за увеличаване на изходния ток е увеличаване на междуполюсното разстояние, като се вземат предвид всички критерии.
В заключение трябва да се отбележи, че токът и енергийната ефективност в индустриалните алуминиеви вани също се влияят значително от нивото и обема на електролита във ваната, както и от конструктивните характеристики на електролизерите. При електролитни клетки с висока мощност се проявява отрицателното влияние на електромагнитните полета, които причиняват кривина на повърхността на течния алуминий, което води до намаляване на ефективността на тока.
Влияние на електролитния състав (фиг. 1. d)
Съотношението на криолит има голямо влияние върху ефективността на тока. Както беше отбелязано по-горе, минималната загуба на алуминий се наблюдава при K.O = 2,7 и следователно този състав отчита максималния текущ добив на алуминий. На свобода К.О. процесът на екскреция на метален натрий се развива, при по-ниска K.O. – образуване на алуминиев субфлуорид. Увеличаването на концентрацията на алуминий в електролита води до увеличаване на ефективността на тока, тъй като разтворимостта на алуминия в този случай намалява.
Традиционните добавки към електролита до известна степен повишават текущата ефективност на алуминия. Всички добавки понижават точката на топене на електролита и следователно позволяват работа при по-ниски температури. Индиферентните добавки имат положителен ефект върху ефективността на тока поради ефекта на разреждане на алуминиевия разтворител.
Фигура 1. Зависимостта на изходния ток по време на електролиза. a - температура, b - плътност на тока, c - полярно разстояние, d - състав на електролита.