Растворимость глинозема в электролите

Скорость растворения в электролите – важнейший показатель качества глинозёма, определяющий стабильность работы электролизеров и их технико-экономические показатели. Такие технологические параметры работы ванн, как расход сырья и электроэнергии, образование осадков, качество криолитоглиноземной корки, частота анодных эффектов, автоматизация подачи глинозема и трудовые затраты на обработку алюминиевых ванн определяются скоростью растворения глинозёма в электролите.

Растворимость глинозема увеличивается с повышением температуры и интенсивности перемешивания расплава.

Очень важное значение имеет соотношение в глиноземе α- и γ-структур. Технический глинозем представляет собой смесь α– и γ– глинозема. Максимальная скорость растворения и минимальное количество осадка глинозема соответствует γ-Al₂O₃, но при погружении в электролит γ-Al₂O₃ практически мгновенно переходит в α-Al₂O₃, т.е. состав глинозема не оказывает заметного влияния на скорость его растворения.

Промышленный опыт показывает, что частицы песчаного глинозёма +45-100 мкм с содержанием α-Al₂O₃ не более 10% (остальное γ-Al₂O₃), хорошо смачиваются электролитом и быстро растворяются. Это можно объяснить, во-первых, высокой скоростью перехода γ-Al₂O₃ в α-Al₂O₃ с образованием мелких частиц с неустойчивой химической решеткой, что увеличивает суммарную поверхность его контакта с расплавом. Во-вторых, γ-Al₂O₃ имеет развитую ультрапористую структуру, достаточно большую удельную поверхность (60-80 м²/г) и большое химическое сродство к фтору, что проявляется в повышенной растворимости в электролите. В-третьих, теплота растворения γ-Al₂O₃ в электролите 125—134 кДж/моль, что меньше на 33,6 кДж/моль, чем для α-Al₂O₃.

Не менее важным свойством глинозёма является его способность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц хорошо пропитывается электролитом и легче поддаётся разрушению при ударе пробойника АПГ.

Концентрация глинозема в электролите значительно влияет на скорость растворения: чем выше концентрация, тем ниже скорость растворения Al₂O₃. Содержание глинозема поддерживают 2,5—3,5 %, что обеспечивается системой автоматического питания глиноземом (АПГ). Наибольшего значения концентрация глинозема достигает после обработки электролизера и затем постепенно снижается, достигая минимального значения перед следующей обработкой.

Заметное влияние на скорость растворения глинозема оказывает способ его загрузки в электролит. Так, при быстрой загрузке скорость растворения песчаного глинозема выше, чем у мучнистого, а при медленной загрузке невозможно выявить разницу в интенсивности растворения. Увеличение содержания влаги на 0,1 % при быстрой загрузке повышает скорость растворения глинозема на 4 %, а в случае медленной загрузки увеличение удельной поверхности способствует росту скорости растворения на 6 %.