Предпосылки получения лигатуры алюминий-цирконий в электролизных ваннах и постановка задачи исследования (часть 1)
Производство цирконийсодержащих алюминиевых лигатур в электролизе может быть осуществлено двумя способами: введением в электролизёр металлического циркония или его галоидных или окисных соединений. В первом случае электролизная ванна выполняет только функции плавильного агрегата, в котором под слоем электролита происходит растворение легирующего металла в алюминии. Во втором случае процесс получения лигатуры более сложен и будет зависеть от взаимодействия вводимого легирующего компонента с криолитом и жидким алюминием. Немаловажное значение будет иметь также влияние продуктов взаимодействия на электрохимические процессы получения алюминия. Кроме того, изменение состава электролита и катодного металла, которое имеет место в процессе получения лигатуры, может оказывать значительное влияние на такие показатели работы электролизёра как срок службы, процессы осадкообразования и формирования гарниссажей, скорость сгорания анода, температуру процесса, расходы материальных и энергетических ресурсов.
Довольно тщательно исследовано влияние на процесс электролиза криолитглинозёмных расплавов влаги, окислов магния, кальция, кремния, фосфора, лития и др. По мнению большинства авторов загрузка в электролизёр сырья, содержащего в повышенных количествах примеси, является одной из причин снижения выхода по току, нарушения режима работы анодного узла, потерь фторсолей, ухудшения качества металла, загрязнения атмосферы цеха вредными компонентами (сульфиды, сульфаты). Наличие более электроположительных примесей приводит к потерям алюминия при восстановлении последних из их окислов (ЭО) или галогенидов (ЭГ) по возможным реакциям:
3ЭО + 2Al = Al2O3 + 3Э (1.1)
3ЭГ + Al = AlГ3 + 3Э (1.2)
Введение в электролизную ванну каких-либо добавок вызывает изменения целого ряда свойств электролита, таких как: электропроводность, плотность, вязкость. Кроме того, меняется характер протекания катодного и анодного процессов, скорость растворения глинозёма, поведение углерода в электролите. Однако влияние добавок может быть как отрицательным, так и положительным. Об этом свидетельствует то, что в процессе электролитического производства алюминия используются такие компоненты, как CaF2, MgO, NaCl.
Анализ данных о получении лигатуры в алюминиевых электролизёрах свидетельствует о перспективности данного способа, однако существенные различия в режиме процесса, способе введения легирующих компонентов, влияние последних на работу электролизёра требуют тщательного исследования индивидуальных особенностей производства каждого вида лигатур.
Особенно важным вопросом в постановке задачи производства лигатур указанным способом является изучение условий, при которых алюминиевый электролизёр может эксплуатироваться, прежде всего, в режиме получения алюминия. Поэтому при разработке технологического процесса производства лигатур в промышленном масштабе необходимо учитывать те технологические и организационно – экономические требования, которые обусловлены существующим оборудованием и условиями его эксплуатации.