Sản xuất nhôm bằng phương pháp
điện phân
điện phân
• Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý bể điện phân
• Cực dương; 2- Cực âm; 3- Al2O3; 4- Chất điện phân; 5- Nhôm lỏng
Hàm lượng của các thành phần chủ yếu trong chất điện phân dao động trong phạm vi, %: Na3AlF6 75-90; AlF3 5-12; CaF2 2-10; Al2O3 1-10.
Chất điện phân nóng chảy ở trạng thái làm việc là chất có thành phần phức tạp, gồm nhiều ion tạo thành khi điện ly các thành phần của chất điện phân. Tương ứng với các giá trị thế điện cực, trong quá trình điện phân, các ion Al3+ và O2-
được tạo thành khi điện ly nhôm oxit hòa tan trong criolit, phóng điện trên các điện cực. Quá trình điện hóa có thể xảy ra theo các phản ứng sau:
Criolit phân ly theo sơ đồ sau:
• Na3AlF6 3Na+ + AlF⇄ 63- (3.21)
Nhôm oxit bị phân ly thành các ion Al3+ và O2-:
• Al2O3 2Al⇄ 3+ + 3O2- (3.22)
Như vậy, khi có tác dụng của dòng điện một chiều thì các ion Al3+ và Na+ dịch chuyển về phía cực âm. Nhưng vì thế điện cực khác nhau cho nên chỉ có các ion Al3+ được phóng điện và tiết ra nhôm kim lọai:
• 2Al3+ + 6e → 2Al (3.23)
Các ion âm AlF63-, O2- di chuyển về cực dương nhưng chỉ có ion oxi phóng điện tạo ra oxi nguyên tử :
• 3O2- -6e → 3O (3.24)
Oxi nguyên tử giải phóng trên cực dương lại tác dụng với than của cực dương để tạo hợp chất trung gian cacbon oxit (CxO) không bền vững, sau đó phân hóa tạo thành CO và CO2.
Thao tác bể điện phân gồm những vấn đề chính sau: cho nhôm oxit vào bể; thao tác cực dương; điều chỉnh chất điện phân; ra nhôm và đúc thỏi.
• Hình 3.12. Các dạng bể điện phân
• a- Bể cực dương tự thiêu cọc xiên; b- Bể cực dương tự thiêu cọc đứng;
• c- Bể nhiều cực dương thiêu trước; d- Bể cực dương thiêu trước liên tục;
• 1- Cực âm; 2- Cực dương; 3- Cọc cực dương;