Криолиті – глинозёмды балқыманың физика-химиялық қасиеттері

Алюминий алу үшін криолиті – глинозёмды балқыма қолданылады, ол келесі талаптарға сай болу керек:

- онда алюминиге қарағанда электртерістігі артық метал болмау керек;- глиноземды жақсы ерітуі керек;- жеңіл балқуы керек;

- сұйық алюминий ауадағы оттегімен қатынаспау үшін балқыманың тығыздығы алюминидің тығыздығынан кем болу керек;

- сұйық кезінде жақсы аққыш болу керек;- көміртекті шегендеумен, анодпен және катодпен әрекеттеспеу керек;

- электрөткізгіштігі жеткілікті жоғары болу керек;- гигроскопиялы болмау керек;- электролиз үрдісі температурасы кезінде ұшқыштығы аз болу керек.

Бұл талаптарға, құрамында 3-5% СаF₂, 4-5% MgCl₂, 1,3 -8% Al₂O₃ бар, криолитті балқыма сай келеді. Балқыма құрамының нрегізгі сипаттамаларының бірі криолиттік қатынас, ол балқымадағы молярлық қатынасы. Таза криолитте бұл қатынаы 3-ке тең. Мұндай балқыма бейтарап деп саналады. Егер криолиттік қатынас < 3 болса, балқыма қышқыл, ал > 3 болса, балқыма сілтілік деп саналады. Өндірістік электролизерлерде криолиттік қатынас 2,6-2,8 аралығында ұсталады. Криолит пен глиноземде үнемі болатын қоспалар Nа₂O, H₂O, CaO және SiO₂ балқымадағы криолитті ыдыратып, криолиттік қатынасты жоғарылатады:

2Na₃AlF₆ + 3Na₂O = Al₂O₃ + 12NaF

2Na₃AlF₆ + 3CaO = Al₂O₃ + 3CaF₂ +6NaF

4Na₃AlF₆ + 3SiO₂ = Al₂O₃ + 12NaF + 3SiF₄

2Na₃AlF₆ + 3H₂O = Al₂O₃ + 6NaF + 6HF

Бұл жағдайда криолиттік қатынасты төмендету үшін балқымаға AlF₃ қосады. Басқа жағдайларда, мысалы былаудың көмірлі шегені NaF-ды сіңірсе, криолиттік қатынас төмендейді. Бұл кезде криолиттік қатынасты керекті шамада ұстап тұру үшін балқымаға NaF қосады. Сонымен фторлы натрий мен фторлы алюминий балқымада криолиттік қатынасты реттеу үшін қажет.

Таза криолиттің балқу температурасы 1000⁰С. Балқымаға CaF₂ және MgF₂ қосқанда оның балқу температурасы төмендейді. Сондықтан алюминиді электролиздеу үрдісін 930-950⁰С температурада жүргізеді. Балқымада еріген түрдегі Al₂O₃ электролиз үрдісін көп жеңілдетеді. Криолитті-кремнеземды балқымада глиноземнің еру мөлшері глиноземның еруіне қүрделі жолмен әсер ететін кролиттік қатынасқа байланысты. Криолиттік қатынасты 13-ке дейін көтергенде глиноземның ерігіштігі артады. Ал одан жоғары көтеру балқымада глиноземның ерігіштігін азайтады.Балқымаға СaF₂ және MgF₂ қосқанды глиноземның ерігіштігі азаяды. Сонымен қатар олар глиноземның еру жылдамдығын да азайтады. Сондықтан олардың жалпы мөлшері 10% дан аспау керек. Бұл жағдай балқыманың балқу температурасын төмендетіп, глиноземның ерігіштігін жеткілікті жоғары деңгейде болуын қамтамасыз етеді. Өндірісте балқымадағы глиноземнің мөлшерін 8% шегінде ұстайды.

Барлық компоненттердің ішінде криолиттің тұтқырлығы ең жоғары. Балқымаға CaF₂ және MgF₂ қосу оның тұтқырлығын арттырады. Бірақ балқыманың тұтқырлығының өзгеруіне глиноземның әсері жоғары. 1000⁰С температурада балқымаға 10% Al₂O₃ қосқанда оның тұтқырлығы таза криолиттің тұтқырлығымен салыстырғанда 23% артады. 1000⁰С температурада өндірістік электролиттердің тұтқырлығы 3,25-3,40 спз болады.

Алюминийді алудың электролиттік әдісінің негізі (Электродтардағы негізгі электрохимиялық реакциялар, катодтық процесс, анодтық эффект. Әртүрлі факторлардың алюминийдің ток бойынша шығымына әсері).