Влияние состава электролита на кинетику восстановления двуокиси циркония   

   Как известно, содержание глинозёма в электролите электролизной ванны изменяется в пределах 1,0 – 0,8% (по массе), в связи с этим были проведены исследования по изучению влияния концентрации Al₂O₃ в криолите на скорость процесса восстановления двуокиси циркония. В опытах использовался электролит с криолитовым отношением 2,8, а температура поддерживалась на уровне 1060⁰С. Как видно из рис.4.2:

   Рис. 4.2. Влияние содержания Al₂O₃ в электролите на скорость

восстановления двуокиси циркония:

1 – Na₃AlF₆ – ZrO₂ – Al₂O₃

2 – Na₃AlF₆ – ZrO₂

   Присутствие Al₂O₃ в электролите снижает скорость восстановления двуокиси циркония, хотя и в незначительной степени. В настоящей работе исследовались расплавы, содержащие 1,0; 5,0; 8,0% по массе Al₂O₃. Отсутствие резкого изменения скорости процесса восстановления двуокиси циркония с увеличением содержания глинозёма в электролите связано с тем, что вязкость расплавов для указанных концентраций Al₂O₃ изменяется в пределах от 2,8 до 3,0 м Н.с/м².

   В процессе получения алюминий – циркониевых лигатур в промышленном масштабе количество двуокиси циркония, вводимой в единицу времени в электролит, может зависеть от целого ряда условий технологического и организационного характера. Так, например, возможно локальное повышение концентрации двуокиси циркония в электролите выше расчетной (0,6 – 0,7%), а также работа при более низких исходных концентрациях из – за неравномерности разрушения корки электролита по периметру ванны. Для выяснения характера процесса восстановления ZrO₂ в зависимости от начальной концентрации были взяты электролиты с криолитовым отношением 2,8, содержащие 0,3; 0,5; 0,8% циркония, что соответствует концентрации двуокиси циркония 0,404; 0,675; 1,08% по массе. Температура эксперимента составляла 1060⁰С.

   Рис.4.3. Изменение содержания циркония в электролите в зависимости

    от начальной концентрации циркония (% по массе)

    1 – 0,3;    2 – 0,5;    3 – 0,8.

   Из рис.4.3 видно, что в пределах исследуемой области концентрация двуокиси циркония характер изменения кривых содержания циркония в электролите совпадает. Необходимо отметить, что остаточная концентрация циркония в электролите колеблется в пределах 0,002 – 0,007% (по массе), это свидетельствует о практически полном извлечении циркония в жидкий алюминий.

   Одним из важных параметров, определяющих технологические особенности процесса получения алюминия, является криолитовое отношение. В связи с этим был проведен ряд экспериментов по определению влияния криолитового отношения на процесс восстановления двуокиси циркония. Для опытов были выбраны электролиты со следующими криолитовыми отношениями: 2,0; 2,5; 2,8; 3,0; 3,5, т.е. исследовались как кислые, так и щелочные электролиты. При подготовке экспериментов электролиты шихтовались из расчёта на содержание циркония в электролите 0,5% по массе, что соответствует 0,67% по массе двуокиси циркония. Для каждого криолитового отношения производились серии опытов при одной и той же температуре – 1060⁰С. Полученные данные представленные в табл.4.1,  позволили построить зависимость изменения содержания циркония в электролите при различных криолитовых отношениях, рис.4.4 :

   Рис.4.4. Зависимость содержания циркония в электролите от времени

    восстановления при различных криолитных отношениях

    1 – 3,0;    2 – 2,8;    3 – 3,5;   4 —  2,5;   5 –2,0

   Как видно из представленных данных, изменение концентрации циркония в электролите для различных криолитовых отношений описывается сходными уравнениями, при этом средняя относительная ошибка находится в допустимых пределах, а индекс корреляции достаточно высок.

   Используя полученные уравнения для периодов времени 3, 5 и 10 минут от начала восстановления, была построена зависимость изменения содержания циркония от криолитового отношения (рис.4.5).

   Рис.4.5. Влияние криолитного соотношения на текущую

    концентрацию циркония в электролите

    1 – вязкость;

    2, 3, 4  — текущая концентрация циркония в электролите,

    соответственно при времени восстановления 3, 5, 10 мин.

   Сопоставляя кривые 2, 3 и 4, характеризующие зависимость остаточного содержания циркония от состава электролита при определённом времени восстановления с кривой 1, показывающей изменение вязкости электролита от криолитового отношения, можно сделать вывод о том, что процесс восстановления двуокиси циркония, растворённой в криолитовом расплаве, жидким алюминием с повышением вязкости электролита замедляется.