Лекция 2. Источники питания электролизных производств

Источники питания электролизных производств. Особенности электролизных установок. Типовые схемы источников питания электролизных установок. Коммутирующая аппаратура, токопроводы. Промышленные преобоазователи

В промышленности электролиз применяется в основном для анодного растворения метала и его катодного осаждения из растворов и расплавов.

Вещества, у которых нормальный потенциал больше -1 по отношению к потенциалу нормального водородного электрода, получают путем электролиза растворов (медь, цинк). Металлы с нормальным потенциалом меньшим –1 получить таким способом не удается. Поэтому при их производстве применяют электролиз расплавов солей этих металлов (литий, калий, алюминий, магний).

Если в электролизной ванне процесс происходит с поглощением электрической энергии, ванна называется электролизатором.

Электролиз меди осуществляется в растворах медного купороса с добавлением серной кислоты. Процесс начинается при напряжении на ванне 0,3-0,35 В. Плотность тока колеблется в пределах 180-270 А/м².

В целях выравнивания концентрации ионов меди у электродов и обеспечении необходимой температуры применяется прямая циркуляция электролита, при которой он подается снизу ванны и сливается сверху. Температура электролита поддерживается на уровне 333±3 К (60±3ºС).

Электролиз цинка производят из раствора сернокислого цинка ZnSO₄, который диссоциирует на катионы цинка Zn⁺² и анионы SO₄^2- с добавлением серной кислоты H₂SO₄ диссоциирующей на катионы H⁺ и анионы SO₄^2-.

Во время электролиза на катоде осаждаются металлический цинк, а на аноде выделяется газообразный водород, а в растворе образуется серная кислота.

Электролиз ведут при повышенных плотностях тока (400-600 А/м²) и добавляют в раствор поверхностно-активные вещества, которые препятствуют выделению водорода на катоде. Температура процесса поддерживается на уровне 308-318 К.

Выделение алюминия электролизом производят из расплавленных солей, т.к. потенциал алюминия –1,67 В. Электролитом является раствор оксида алюминия Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₆.

Плотность тока в зависимости от мощности изменяется от 0,65 до 1 А/см² (6500-10000 А/м²).

При нормальной работе напряжение на ванне составляет 4,2 – 4,5 В.

При недостатке глинозема (0,5-1,5%) начинает проявляется анодный эффект. Напряжение на ванне сначала постепенно, а потом резко возрастает до 50-60 В. Эффект сопровождается резким свечением, обильным выделением газа и паров, перегревом электролита. Ток через ванну достигает 100 кА.

Для электролизного производства различных металлов применяются разные способы включения ванны. Катоды и аноды в ваннах включают параллельно, а ванны последовательно (система мультипль). Последовательно включение электродов ванне (система серий) применяется редко.