Фактори, що визначають витрату вуглецю

Перевитрата вуглецю проти теоретичного залежить від ряду факторів, пов’язаних як зі структурою вугільного анода, так і з плином електрохімічного процесу на ньому.

Якість анода.

Перевитрата вуглецю в основному обумовлений опаданням частинок вуглецю в електроліт з утворенням вугільної «піни». Цей процес пояснюється неоднаковістю структури двох видів коксу, з яких складається анод.

Вище зазначалося, що в структурі анода чітко помітні зерна коксу-наповнювача і більш активного коксу з сполучного. Останній внаслідок власної усадки та розширення зерен коксу-наповнювача схильний напруженням, що призводить до утворення безлічі пір. В процесі окислення (незалежно тому, хімічне воно чи електрохімічне) зерна коксу-наповнювача не встигають повністю окислитися і переходять в електроліт у вигляді «піни». Чим більше розходження в хімічній активності цих двох складових анода, тим більше утворюється «піни» і вище витрата вуглецю. Якщо анод виготовлений з однорідного матеріалу – скловуглецю, витрата вуглецю виявляється рівним теоретичному (Сіна Габор).

Найбільш загальною характеристикою якості анода є його реакційна здатність, т. Е. Кількість вигорілого вуглецю з одиниці площі електрода в одиницю часу, причому під вигорілим мається на увазі не тільки окислів, а й обсипався вуглець. В якості газу-окислювача при лабораторних визначеннях вживають СО2 і окислення проводять у циліндричному каналі.

Між реакційною здатністю різних електродних матеріалів і витратою вуглецю при електролізі спостерігається кореляційний зв’язок, висловлюване прямою лінією (пряма 1 на рис. 24). Разом з тим показано, що чим нижче реакційна здатність і

менше витрата вуглецю при електролізі, тим вище е.р.с. поляризації (крива 2 на рис. 24). Тут грають роль два чинники. Перший – зростання реакційної здатності, пов’язаний зі збільшенням реакційної поверхні, що при електролізі призводить до падіння фактичної анодної щільності струму і зменшенню анодного перенапруги. Другий – сили зв’язку між атомами вуглецю в електродному матеріалі: чим вони більші, тим вище перенапруження реакції, оскільки тим важче відбувається відрив атомів вуглецю при окисленні, але це ж викликає і сповільненість горіння, т. Е. Знижує реакційну здатність.

Оскільки реакційна здатність і витрата вуглецю при електролізі в значній мірі визначаються різницею в активностях коксу-наповнювача і коксу з сполучного, то один із шляхів зниження витрати вуглецю полягає в зближенні цих активностей. Слід уникати занадто високих температур прокалки коксу для приготування анодного маси, оскільки при цьому активність коксу-наповнювача сильно знижується. Разом з тим непрожарений кокс не годиться, тому що при цьому підвищується електроопір анода.

Підвищення температури розм’якшення пеку (застосування так званих високотемпературних пеков) дає при коксуванні пеку більше сполучного вуглецю і знижує загальну реакційну здатність коксу з сполучного, т. Е. Сприяє зменшенню витрати

вуглецю. Інший шлях у цьому напрямку – підбір раціонального гранулометричного складу коксу-наповнювача (так звана суха шихта). Заводськими випробуваннями показано, що збільшення максимального розміру великої фракції з 4 до 10 мм призводить до зменшення частки сполучного і знижує витрату вуглецю при електролізі.

Для зменшення витрати вуглецю при електролізі ефективно також застосування інгібіторів реакції окислення вуглецю. Інгібітор зосереджується в основному в сполучному і, зменшуючи активність коксу через сполучного, сприяє зближенню реакційної здатності обох видів коксів. Найбільш сильне Інги-бірующее дію надає оксид бору (В2О3). Більш слабким інгібітором є фтористий алюміній, але його застосування не ускладнюється деякими додатковими обставинами, як у випадку оксиду бору (висока вартість, важке відділення піни й ін.). Якщо вважати в першому наближенні, що ця різниця не залежить від щільності струму, то з виразу (48) випливає, що між щільністю струму і висотою нерівностей на поверхні анода повинна бути обернено пропорційна залежність. Прийнявши, що перевитрата анода на осипання у вигляді «піни» прямо пропорційний висоті виступів, отримаємо зв’язок між витратою анода qc, г / (А · год), і щільністю струму ia, А / см2 (Холліндшед і Браунварц) (рис. 25, пряма 3):

c = a + b / ia. (49)

Значення постійних а = 0,116 г / (А · год), b = 0,08 г · см2 / (А2 · год).

Для промислових умов реалізується тільки початкова ділянка залежності qс-ia. При високих щільності струму витрата вуглецю починає підвищуватися і крива проходить через мінімум при щільності струму 0,9-0,7 А / см2 (Коробов і Дмитрієв). Пояснюється це тим, що при високих Iа зростає теплове навантаження анода, підвищується його температура, умови випалу самообжігающіеся анода погіршуються, анод виходить менш високої якості і витрачається більше. Крім того, підвищення температури бічних граней анода, виступаючих з електроліту, призводить до більшого окисленню їх, що підвищує втрати вуглецю.

Добавки в електроліт хлоридів (NaCl, MgCl2 та ін.) Призводять не тільки до помітного зниження витрати вуглецю в процесі електрохімічного окислення, але і до зменшення вигоряння бічних граней анода, змочених електролітом (Щербаков). Передбачається, що іони Сl- будучи поверхнево активними, адсорбуються на активних місцях поверхні анода, що ускладнює розряд іонів кисню на них. У результаті розряд переноситься на менш активні зерна коксу-наповнювача, електрохімічне окислення відбувається більш рівномірно, і витрата вуглецю зменшується. Процес окислювання бічних граней анода, змочених електролітом, гальмується за рахунок зменшення осипання анода.

Посилання на основну публікацію