Требования к глинозёму как сырью для электролиза

Глинозем представляет собой белый абразивный, мелкокристаллический порошок, нерастворимый в воде. Типичные производственные требования к глинозёму при электролизе:

- хорошая растворимость в электролите, без образования осадка;

- минимальное содержание вредных примесей, снижающих сорт алюминия;

- хорошая текучесть при возможно меньшем пылении, обеспечивающая транспорт в склады и в бункера АПГ,

- угол естественного откоса 29-32 градуса (важно при загрузке на корку электролита);

- адсорбционная активность для поглощения поверхностью летучих фтористых соединений;

- диапазон содержания фракций – 45 мкм 5–30 % (до 50%); + 150 мкм 1–6 % (до 30%),

- удовлетворительные теплофизические свойства.

В алюминиевом электролизере глинозем выполняет множество функций:

- является основным расходуемым компонентом, который растворяется в электролите и подвергается электролитическому разложению с получением алюминия и анодных газов;

- участвует в образовании корки над электролитом и боковой настыли;

- является тепловой изоляцией и герметизацией ванны, находясь на корке электролита;

- защищает анод от окисления;

- улавливает пары фторидов;

- укрывает обожжённые аноды, предотвращая их окисление

- является адсорбентом газообразных и твёрдых фторидов в сухой газоочистке.

Глинозем выпускают следующих типов в зависимости от гранулометрического состава и содержания α-Al₂O₃:

- мучнистый (пылевидный);

- песчаный (крупнозернистый),

- фторированный (поступает с сухой газоочистки).

К глинозему, используемому для производства алюминия, предъявляются требования по химическому составу в соответствии с ГОСТ 30558–2017. На КрАЗе применяют глинозём всех марок, его практический расход на 1 тонну алюминия ≈ 1925 кг (теоретический 1889 кг). Глиноземы отличаются большим разнообразием свойств, и если их не учитывать, то это может нанести технологии, экономике и экологии серьезный ущерб.

Содержание примесей в глинозёме

Глинозем должен содержать минимально возможное количество оксидов железа, кремния и других более электроположительных, чем алюминий, элементов, так как, выделяясь на катоде с алюминием, они ухудшают его качество.

Нежелательно присутствие в глиноземе оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, поскольку они, вступая во взаимодействие с AlF₃, изменяют состав электролита, что вызывает необходимость его корректировки

3 Na₂О + 2 АlF₃ = 6 NaF + Аl₂О₃ (1.2)

С увеличением содержания оксида натрия возрастает расход фторида алюминия, что видно из следующих данных:

Содержание Na₂O в Al₂O₃, % 0,25 0,3 0,35 0,4 0,6

Расход AlF₃, кг/т Al 10,0 13,8 17,5 24,7 35,3

При содержании Na₂O в глиноземе более 0,33 % начинает нарабатываться излишнее количество электролита, который надо выливать из ванны. Кроме того, оксиды Na и К, проникая в угольную футеровку, снижают срок службы ванны.

Крайне нежелательно присутствие влаги в глиноземе, так как при взаимодействии воды с криолитом и фторидом алюминия образуется фтористый водород HF:

2Na₃AlF₆ + 3H₂O = Al₂O₃ + 6NaF + 6HF↑ (1.3)

2AlF₃ + 3H₂O = Al₂O₃ + 6HF↑ (1.4)

что приводит к дополнительному расходу фторидов и загрязнению воздуха. Как следует из этих реакций, из каждых 18 г воды, попавших в электролит, образуется 56 г HF.