Электропроводимость электролита

Электропроводимость электролита – одно из важнейших свойств, она прямо влияет на расход электроэнергии. Электропроводимость промышленных электролитов зависит от температуры, состава электролита, пузырьков газа, присутствия растворенного металла и твердых частиц углерода (пены):

- уменьшается с увеличением концентрации Al₂O₃;

- уменьшается от добавок CaF₂ и в большей степени MgF₂;

- линейно возрастает с повышением температуры расплава;

- NaCl существенно увеличивает электропроводность и снижает температуру плавления электролита;

- LiF повышает электропроводность и снижает температуру плавления, но снижает растворимость Al₂O₃;

- чем меньше примесей, тем электропроводность выше.

При прохождении постоянного тока через электролит, содержащий угольные частицы, на их поверхности, обращенной к катоду, возникает анодная поляризация, а на противоположенной поверхности – катодная. Поскольку размеры частиц малы, а поляризация (особенно анодная) значительна, то постоянный ток практически не течет через угольные частицы и присутствие их в расплаве приводит к падению электропроводимости. Чем мельче частицы пены и чем дольше они удерживаются в объеме расплава, тем сильнее эффект понижения электропроводимости. Кроме пены, в промышленных электролитах есть частицы нерастворившегося глинозема, карбида алюминия и пузырьки газа. Это также приводит к снижению электропроводимости. В результате, омическое падение напряжения в слое электролита составляет около 30% общего напряжения электролизера, при этом образуется джоулево тепло, необходимое для поддержания требуемой температуры.

Электропроводимость – свойство, обратное электросопротивлению. Для расчётов используют величины удельной электропроводимости (ϰ) или удельного электросопротивления (УЭС). Удельная электропроводимость имеет размерность См/м (100 См/м = 1 Ом^-1*см^-1) и определяется в расплавах движением наиболее подвижных частиц - катионов, имеющих меньшие размеры, чем анионы.

Наибольшей удельной электропроводностью обладает NaF, с добавлением AlF₃ электропроводность падает линейно. Эти данные получены в лабораторных условиях для чистых солей: при 1000 °С удельная электропроводность,: для NaF – 4,46, для криолита – 2,67, а при 40% AlF₃ менее 2.

ϰ

NaF Na₃AlF₆ AlF₃

Рисунок 2.4 – График зависимости электропроводности расплава от его состава

Для промышленных электролизеров всегда приходится считаться с присутствием в электролите пены, газа и добавок. Для промышленных электролитов ϰ ≈ 2 Ом^-1см^-1.

На производстве увеличивают электропроводимость добавками LiF, Li₃AlF₆ (литиевый криолит), снижая содержание CaF₂и MgF₂ и тщательно очищая электролит от угольной пены.