Кінетичні властивості

Кінетичні властивості пов’язані з переміщенням частинок рідини під дією зовнішніх полів (електричного, теплового та ін.) Або під дією різниці концентрації всередині рідини. Ці властивості на відміну від термодинамічних не є адитивними, т. Е. Для ідеальних сумішей їх ізотерми – непрямі лінії. У той же час кінетичні властивості здебільшого надзвичайно чутливі до структурних змін рідини.

В’язкість
Поняття про коефіцієнт в’язкості (внутрішнього тертя) рідини випливає із закону Ньютона: якщо два шари рідини рухаються паралельно і ламінарно, то сила тертя між ними f, Н прямо пропорційна поверхні зіткнення S і градієнту швидкості по нормалі до напрямку потоку dυ / dx: f = ηSdυ / dx; тут коефіцієнт пропорційності η – в’язкість рідини. Вона має розмірність Па ∙ с. Для розплавлених солей застосовують мПа ∙ с. У більшості випадків в’язкість сольових розплавів становить кілька мПа ∙ с.

Визначають в’язкість капілярними, крутильно-маятниковими або електровібраціоннимі віскозиметрами.

Температурна залежність в’язкості сольових розплавів досить добре передається рівнянням Френкеля:

де Aη- множник, що має значення величини в’язкості при нескінченно високій температурі, Па ∙ с; Uη- енергія активації в’язкості, кДж / моль.

В’язкість кріоліту-глиноземних розплавів визначали крутільно-маятниковими віскозиметрами. В системі NaF-AlF3 в’язкість має максимум, що відповідає складу кріоліту (рис. 11, а). Це є одним з головних доказів існування громіздких кри-олітових комплексів AlF63_ в розплаві. З ростом температури максимум згладжується, що свідчить про розпад комплексів на більш прості AlF4_. Енергія активації в’язкості також має максимум над кріоліто.

Коефіцієнт дифузії вимірюється в метрах квадратних в секунду (м2 / с) або в сантиметрах квадратних в секунду (см2 / с). Величини коефіцієнтів дифузії безпосередньо пов’язані зі структурою розплавленої солі: чим більші частки складають розплави, тим менш вони рухливі і тим менше коефіцієнти дифузії. З численних методів вимірювання коефіцієнтів дифузії для іонних розплавів найбільш зручний хронопотенціометріческій, сутність якого полягає у визначенні перехідного часу, т. Е-часу, протягом якого на електроді відбувається перехід від одного електрохімічного процесу до іншого, причому перший процес протікає в режимі дифузійної кінетики . Цим способом визначаються коефіцієнти дифузії іонів. Інший спосіб – обертового диска: за кількістю розчинилося в розплаві речовини, що становить матеріал диска, можна судити про коефіцієнт дифузії цієї речовини.

У процесі дифузії беруть участь не всі частинки рідини, а тільки ті, які мають достатню енергію для подолання потенційного бар’єру, навколишнього частинку. Оскільки за законом розподілу число таких частинок зростає з підвищенням температури по експоненті, то і коефіцієнт дифузії підпорядковується експоненціальним законом:

D = D0e-UD / RT,

де D0- множник, що має розмірність коефіцієнта дифузії і представляє собою цей коефіцієнт при нескінченно високій температурі; UD- енергія активації дифузії, кДж / моль.

Для розплаву NaF при 1049 ° С коефіцієнти дифузії іонів складають близькі величини:

DNa + = 9,80 ∙ 10-5 см2 / c і DF- = 9,67 ∙ 10-5 см2 / с

Для розплаву кріоліту при тій же температурі: DNa + = 9,30 ∙ 10-5 см2 / с і DF- = 5,63 ∙ 10-5 см2 / с. Коефіцієнт дифузії іонів Na + майже не змінюється при переході від фтористого натрію до кріоліту, в той час як DF- істотно зменшується. Це відбувається внаслідок того, що більша частина іонів F- входить до складу комплексів AlF4- і AlF63-.

Коефіцієнт дифузії глинозему в кріоліто-гли-ноземних розплавах був визначений методом розчинення обертового диска із спеченого Аl2O3 (Ролен). При 1050 ° С і вельми малій концентрації глинозему DAl2O3 = 2,7 ∙ 10-5 см2 / с, при концентрації глинозему 16% (по масі) Dai2o3- 1,4 ∙ 10-5 см2 / с. Це зменшення відбувається за рахунок укрупнення диффундирующих частинок розплаву.

Теплопровідність
За законом Фур’є, тепловий потік в спочиваючої середовищі прямопропорционален градієнту температури: q = – λdT / dx, (9)

де q – тепловий потік, Вт / м2; dT / dx – градієнт температури, ° С / м; λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт / (м ∙ ° С).

Коефіцієнт теплопровідності розплавлених солей є характеристикою, необхідної для розрахунку процесів теплопередачі в електролізерах. Крім того, ця характеристика дає інформацію про тепловому русі частинок рідини і про взаємодію їх між собою.

В основі визначення теплопровідності лежить рівняння (9). Тепловий потік визначають методом коаксіальних циліндрів, виготовлених з високо теплопровідні матеріалів. Внутрішній циліндр має нагрівач, що створює певний тепловий потік; розплавлена ​​сіль знаходиться між циліндрами, причому для придушення конвективного переносу тепла відстань між циліндрами роблять малим – всього 1 -2 мм. Знаючи температури стінок циліндрів і розміри приладу і визначивши по електричних характеристиках нагрівача тепловий потік, можна визначити по рівнянню (9) коефіцієнт теплопровідності розплаву. У одержувану величину входять дві складові – радіаційна і кондуктивна (власне теплопровідність). Є методи для розрахунку першої складової і для виділення з експериментальної величини другий доданок.

Посилання на основну публікацію