Выход по току и удельный расход энергии при электролизе расплавов

При электролизе водных растворов катодный выход по току чаще всего определяется возможным выделением водорода одновременно с получаемым металлом. При электролизе обезвоженных расплавленных сред снижение выхода по току по сравнению с теоретическим значением обусловлено специфическими для расплавов причинами, вследствие которых выход по току в отдельных случаях может быть даже ниже, чем в водных растворах. Основной причиной снижения выхода металла по току является взаимодействие анодных и катодных продуктов электролиза с электролитом и друг с другом с образованием исходных соединений. Существенно снижается выход по току, например, за счет взаимодействия выделившегося на катоде металла с расплавленным электролитом – образуются соединения низшей валентности, так называемые субсоединения, например AlCl, Mg₂Cl₂, AlF.

Субсоединения могут достигать анода и там окисляться. Они могут окисляться, реагируя с образовавшимися на аноде продуктами, например, с растворенным в электролите СО₂. Достигнув поверхности электролита, они могут испаряться или взаимодействовать с окружающей средой, что также снижает выход по току.

Определенное количество металла теряется в виде металлического «тумана» - золя металла, который образуется в результате реакций диспропорционирования или диспергирования катодного металла в электролите.

Растворимость металла в расплаве увеличивается с температурой и иногда достигает весьма больших значений. Взаимодействие продуктов электролиза между собой и с электролитом зависит от плотности тока на катоде.

В практических условиях для проведения электролиза выбирают параметры, зависящие от ряда условий. Между параметрами электролиза – составом электролита, плотностью тока, температурой, межэлектродным расстоянием – и их влиянием на выход по току обычно существует сложная зависимость.

Работу электролизных цехов в первую очередь оценивают показателем, который характеризует расход электроэнергии на единицу массы продукции (кВт·ч/т):

, (14.3)

где U_ср – напряжение на лектролизере, В; C – электрохимический эквивалент, г/(А·ч); e – выход по току, доли единицы.

На практике, например, в производстве алюминия, часто пользуются величиной, обратной удельному расходу и условно называемой выходом по энергии ВЭ. Эта величина измеряется количеством металла, выделяемого при расходе 1 кВт·ч энергии:

ВЭ = 1/W = (14.4)