Электрохимическое и химическое окисление анода

Угольный анод алюминиевого электролизера окисляется за счет кислорода воздуха и углекислого газа, содержащегося в анодных газах, а также в результате электрохимической реакции, протекающей на аноде. Химическое окисление анода кислородом воздуха и углекислым газом происходит на боковой поверхности анода, выше уровня электролита, и является одним из существенных источников перерасхода анода. На электролизе­рах с верхним анодным токоподводом возможно химическое окисление пробок, образующихся под штырями. Это также увеличивает расход анода. И электрохимическое окисление анода, связанное с прохождением электрического тока через анод и электролит происходит со значительным перерасходом углерода.

Таким образом, перерасход анода за счет химичес­кого окисления его относительно велик. Большая часть углерода окисляется после того, как частицы анода осыпятся при его электрохимическом окислении; меньшая часть — вследствие окисления неполяризованного анода: его боковых поверхностей и пробок под штырями на электролизерах с верхним токоподводом (“вторичный анод”).

Потери анода за счет осыпания частиц углерода при электролизе составляют значительную величину и объ­ясняются тем, что реакционная способность кокса, образующегося при коксовании связующего вещества, как правило, значительно больше, чем реакционная способность кокса-заполнителя, и поэтому происходит преимущественное окисление кокса связующего, в то время как зерна кокса-заполнителя осыпаются и накапливаются в электролите. Кроме увеличения расхода анода и анодной массы, это ухудшает технологию электролиза вследствие, уменьшения электропроводности электролита.

Вследствие различия в реакционной способности и напряжении разложения отдельных частиц анода он сгорает неравномерно, что вызывает осыпание частиц кокса-заполнителя. Неравномерность сгорания и осыпаемость анода уменьшаются при увеличении плотности тока вследствие того, что при этом повышается перена­пряжение на аноде, а также напряженность электрического поля в электролите, и различия в напряжении разложения различных коксов относительно уменьшаются.

Механизм и кинетика химического окисления различных видов коксов достаточно хорошо изучены, и по этому вопросу в литературе имеется много данных. Правда, в большинстве случаев исследования проводились при относительно высокой температуре, чем пековый. Реакционная способность кокса уменьшается с увеличением температуры его прокалки.

В результате испытания добавок окиси бора в анодную массу промышленных электролизеров удельный pacход массы уменьшился на 6—8%. Однако увеличилось количество снимаемой угольной “пены”, что можно объяснить уменьшением скорости сгорания осыпавшихся частиц углерода вследствие ингибирующего действия окиси бора. Содержание примесей ванадия и титана в алюминии опытных ванн уменьшилось в 3 и 5 раз сравнению с рядовыми электролизерами. Экономический расчет показывает целесообразность применения окиси бора в качестве ингибитора горения при производстве анодной массы.