Алюминийді электролиттік әдіспен алудың теориялық негіздері

Алюминий астауларының электролиті ретінде криолит қолданылады.

Ол криолиттің құрамында таза криолиттің (3NaF·AlF₃) құрамына қарғанда артық мөлшерде (AlF₃ ) бар.

Электролиттердің қасиеттерін арттыру үшін оларға CaF₂, MgF₂, NaCl, LiF сияқты тұздардың қоспаларын қосады.

Электролиздеу үшін электролиттің балқуы, тұтқырлығы, тығыздығы,электрөткізгіштік қасиеттері және алюминий тотығын еріте алатындығы өте маңызды рөл атқарады.

Электролиттің балқу қасиеті оның құрамына тәуелді. Таза криолитпен салыстырғанда қышқылдық және сілтілік электролиттердің балқу температуралары төменірек болып келеді.

Әйткенмен де бұл қоспалар электролиттегі алюминий тотығының еруін нашарлатады, сондықтан оларды аз мөлшерде (6-8%) енгізеді.

Электролиттің тығыздығы төмендеген сайын электролит пен металдың тығыздық айырмашылықтары жоғарлап, алюминидің жоғалымдарының төмендеуіне қолайлы жағдай туғызады.

Электролиттің тұтқырлығы оның маңызды қасиеттерінің бірі болып саналады. Оған электролит компонентерінің диффузия жылдамдығы, одан металдың толық бөлінуі, анодтық газдарды шығару және басқа да электролиздеуде бірге жүретін процестер тәуелді.

Электролиттің тұтқырлығы төмендеген сайын электролиздің көрсеткіштері жоғарлайды.

Электролиттің тұтқырлығына алюминий тотығының концентрациясы маңызды әсер етеді. Криолитке 10% Al₂O₃ қосса оның тұтқырлығы 23% жоғарлайды.

Әлемнің барлық алюминий өндіретін елдерінде алюминийді ерітілген алюминий тотығын (Al₂O₃) балқытылған криолитте (Na₃AlF₆ немесе 3NaF·AlF₃) электролиздеу арқылы алады.

Электорлиздеу кезінде алюминий тотығы таза алюминий өндірісінің негізгі шикізаты бола отырып, үздіксіз шығынданып, төмендегі реакция үлгісі бойынша ыдырап, таза алюминий катодта, ал оттегі анодта бөлініп отырады

Al₂O₃ 2Al +1,5O₂ – Q (2)

Егер электролиз процессін инертті түрде жүргізсе, мысалы платиналық анодпен, онда оттегі анодпен химиялық әректтесуге түспей, оның беткі жағынан өз бетімен босайды.

Өндірісте алюминиді электролиттік жолмен алғанда көмірлі анодтарды қолданады, олар бөлінген оттегімен өзара әрекеттесіп, СО₂ немесе СО газдарын түзеді.

Осыған байланысты алюминий тотығының ыдырауы шамамен мынадай теңдеулер арқылы жазылады

2Al₂O₃ +3C 4Al +3CO₂+Q₁ (3)

2Al₂O₃ +3C 2Al +3CO + Q₂(4)

Электролиз процесі кезінде балқыған криолит оң зарядталған 3Na⁺ мен теріс оқтамдалған AlF₆ ^3- иондарына диссоциалынады.

Na₃AlF₆3 Na⁺ + AlF₆ ^3- (5)

Алюминий тотығы Al³⁺ және О^2- иондарына, ал AlF₃ - Al³⁺ және F^- иондарына ыдырайды.

Al³⁺, Na⁺, F^- және О^2- иондары балқымада өзара әрекеттесіп, AlF₆^-, AlO₂, AlO⁺сияқты комплексті иондар құрайды.

Барлық иондар тоқты тасмалдауға қатысады, бірақ мімкіндік қуаттарының дәрежесінің көрсеткіштеріне сәйкес электродтарда Al³⁺ және О^2- иондары оқтамдалынады.

Катодта: 2Al³⁺ + 6е Алюминийді электролиттік әдіспен алудың теориялық негіздері - student2.ru 2Al, (6)