Nhằm mục đích góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực luyện kim màu, tăng cường năng lực nghiên cứu, tiến tới làm chủ công nghệ điện phân kim loại trong dung dịch muối nóng chảy nói chung và nhôm nói riêng…

Study on electrolyse of aluminium in home-made equipment

Trương Ngọc Thận và Vũ Chất Phác
Đại học Bách Khoa Hà Nội

TÓM TẮT

   Điện phân nhôm là một công nghệ phức tạp và hoàn toàn mới mẻ đối với các nhà luyện kim nước ta. Bằng thiết bị tự thiết kế và chế tạo, đã thử nghiệm thành công điện phân nhôm trong dung dịch muối nóng chảy cryolit- alu- min (Na3AlF6 – Al2O3 ) với các thông số công nghệ sau:

Hàm lượng alumin  Al 2O3 trong dung dịch muối nóng chảy :
10 %
Nhiệt độ điện phân :
960°C
Điện áp :
7,5 V
Mật độ dòng catốt :
1,51 A/cm2
Khoảng cách điện cực :
2,5 cm
Nhôm điện phân đạt độ sạch :
98,5 %

 

ABSTRACT

   Electrolyse of aluminium is a complicated technology and still completely new for Vietnamese metallurgists. For the first time at HUT has been succesfully realized the electrolyse of the aluminium in cryolit – alumina (Na3AlF6 – Al2O3) melting solution by a home-made electrolyser with following conditions : 

Alumina content [Al2O3] in melting solution : 10 %
Electrolyse temperature : 960°C
Cell voltage : 7,5 V
Cathode current density : 1,51 A/cm2
Distance between electrodes : 2,5 cm
The purity of electrolytic aluminium : 98,5 %

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

   Nguồn bauxit-gipxit với trữ lượng lớn và chất lượng trung bình ở khu vực phía Nam là tiền đề quan trọng cho việc xây dựng nền công nghiệp nhôm trong một tương lai gần ở nước ta.

   Trừ một lượng rất nhỏ được sản xuất bằng phương pháp hoàn nguyên hoá học trong thời gian 1854-1888, ngay từ đầu, nhôm được sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng điện phân. Khác với điện phân Cu, Ni, Sn…, điện phân nhôm thực hiện trong dung dịch muối nóng chảy cryolit (Na3AlF6)– alumin (Al2O3) ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nhôm (658°C). Đây là công nghệ rất phức tạp và hoàn toàn mới mẻ đối với các nhà luyện kim Việt Nam trước năm 2004.

   Nhằm mục đích góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực luyện kim màu, tăng cường năng lực nghiên cứu, tiến tới làm chủ công nghệ điện phân kim loại trong dung dịch muối nóng chảy nói chung và nhôm nói riêng, với sự phối hợp của Viện nghiên cứu Mỏ – Luyện kim, tập thể khoa học bộ môn Vật liệu kim loại màu & Compozit đã tiến hành thử nghiệm điện phân nhôm trong thiết bị tự thiết kế, chế tạo.

2. CƠ CHẾ ĐIỆN PHÂN MUỐI NÓNG CHẢY CRYOLIT-ALUMIN

   Cho đến nay, vẫn chưa có sự thống nhất quan điểm về thành phần phân tử của hỗn hơp muối nóng chảy cryôlit-alumin và cơ chế điện phân của hỗn hợp này. Tuy nhiên, có thể nêu ra đây một trong những thuyết giúp chúng ta hình dung được một cách đơn giản nhất về quá trình điện phân nhôm.

   Trong muối nóng chảy, sự phân ly cryôlit không chỉ ở mức thành các muối natri và nhôm florua (NaF và AlF3) mà còn tạo ra các ion theo phản ứng:

Na3AlF6 = 3Na+ + AlF6 3- (1)

Alumin cũng bị phân ly:

Al2O3 = Al3+ + AlO3 3- (2)

   Như vậy, trong dung dịch muối nóng chảy tồn tại các cation Na+, Al3+ và các anion AlF6 3- , AlO3 3- . Dưới tác dụng của dòng điện một chiều, xảy ra các phản ứng điện cực sau đây :

Trên cực âm (catôt) Al 3+ + 3e = Al (3)

   Trên cực dương (anôt)

2AlO3 3- – 6e = Al2O3 + 1,5O2 (4)

   Các phản ứng (3) và (4) cho thấy, trên catôt sẽ tiết ra nhôm kim loại, còn trên anôt ôxi sẽ ôxy hoá cacbon của cực dương để tạo ra khí CO và CO2 trong quá trình điện phân.

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>