Электролит для получения алюминия.

Al₂O₃ – T_пл = 2050°С, Na₃AlF₆ – T_пл = 1010°С ­­– основные компоненты

Сам глинозём не электропроводен, поэтому его необходимо растворить в криолите

Судя по этой диаграмме, в криолит добавляют 10-15% глинозёма и проводят электролиз при 950-960°С. Для улучшения электропроводности ещё добавляют AlF₃, для улучшения смачиваемости электродов – NaF. Электролит готовят таким образом, чтобы d_Al > d_{электролита} ~10%. Это предотвращает всплывание Al и его последующее окисление.

Таким образом, в расплаве имеются Na₃AlF₆, Al₂O₃, AlF₃, NaF; происходит диссоциация:

Na₃AlF₆ 3Na⁺ + AlF₆^3-

NaF Na⁺ + F^-

Al₂O₃ Al³⁺ + AlO₂^3-

2Al₂O₃ Al³⁺ + 3AlO₂^-

AlF₃ Al³⁺ + 3F^-

При 1000°С напряжение разложения составляет для NaF = 4,6-4,9В, для AlF₃ = 3,4-3,7В, для Al₂O₃ = 2,2В. Наименьшее напряжение разложения у Al₂O₃, поэтому протекает следующий процесс на электродах:

К “-“ : Al³⁺ + 3ē → Al (из глинозёма)

А “+” : 2AlO₃^3- – 6ē → Al₂O₃ + 1,5O₂↑

2AlO₂^- – 2ē → Al₂O₃ + 0,5O₂ ↑

Затем

С + O₂ = СO₂

С + СO₂ = 2CO↑

2F^- – 2ē = F₂↑

В основном расходуется глинозём, поэтому его периодически добавляют. Образующийся Al отсасывают вакуум-ковшами.

Схема электролизёра:

Понижение выхода по току происходит вследствие побочных процессов:

1. растворение Al в электролите: Al³⁺ + 2Al 3Al⁺;

2. окисление Al: 4Al + 3O₂ = Al₂O₃;

3. образование карбида: 4Al + 3C = Al₄C₃;

4. выделение на катоде примесей (Si, Na, Ti, Fe и других).

На 1 тонну Al расходуется 16200 кВт∙ч электроэнергии, причём ~80% на сырьё. Al извлекают из электролизёра и подвергают рафинированию.

1) Продувание Cl₂ через расплав.

Образуется AlCl₃, он адсорбирует примеси и всплывает на поверхность.

2) Электрохимическая ячейка.

Электролит BaCl₂ + NaF + AlF₃

на “–“ Al³⁺ + 3ē = Al

на “+” Al – 3ē = Al³⁺

Более электроотрицательные Ме растворяются в первую очередь и накапливаются в электролите, более электропо­ложительные (Si, Fe, Cu) – оседают на аноде