Физико-химические аспекты контроля электролита алюминиевого производства
Диссертация
В связи со сложностью определения концентрации фторида кальция исключительно методом РФА рентгенографическую схему анализа дополняют РФС измерением общего содержания кальция. Эти данные, тем не менее, не позволяют учесть вклад фторидов натрия и алюминия, связанных в кальцийсодержащих фазах, в КО. На практике при расчете КО условно полагают, что кальцийсодержащие фазы (ЪГаСаА1Рб и ИагСазАЬР… Читать ещё >
Содержание
- Список сокращений, принятый в рукописи
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Криолитсодержащие физико-химические системы
- 1. 1. 1. Диаграмма состояния системы ЫаР — АШз
- 1. 1. 2. Диаграмма состояния системы ЫаР — АШ3 — СаР
- 1. 1. 3. Диаграмма состояния системы ИаР — АШ3- ЫБ
- 1. 2. Основные компоненты охлажденных проб электролита, их 28 свойства и строение
- 1. 3. Характеристики методов анализа электролита
- 1. 3. 1. Химический анализ
- 1. 3. 2. Кристаллооптический анализ
- 1. 3. 3. Рентгеновский флуоресцентный спектральный анализ
- 1. 3. 4. Рентгеновский дифракционный анализ
- 1. 3. 5. Определение лития в электролите
- 1. 1. Криолитсодержащие физико-химические системы
- 2. 1. Исходные реагенты, материалы и оборудование
- 2. 2. Получение охлажденных проб электролитов
- 2. 2. Синтез индивидуальных соединений
- 2. 3. Физико-химические методы исследования
- 2. 4. Рентгеновские методы количественного определения фазового 58 состава
- 2. 4. 1. Метод обратной калибровки в количественном 58 рентгенофазовом анализе
- 2. 4. 2. Полнопрофильный анализ (метод Ритвельда) 64 рентгенограмм для количественного фазового анализа
- 2. 5. Определение кристаллических структур по данным 69 порошковой дифракции
- 3. 1. Роль контроля состава электролита при электролитическом производстве алюминия
- 3. 2. Фазовый состав проб электролитов промышленных ванн
- 3. 3. Сравнительный анализ рентгенографических данных проб 78 электрлита разных заводов
- 3. 4. Анализ распределения кристаллических фаз в пробе 82 электролита
- 3. 5. Влияние скорости охлаждения электролита на фазообразование 86 кальцийсодержащих фаз в пробе
- 3. 6. Кристаллоструктурный аспект в изменении 91 рентгенографических данных при пробоотборе
- 3. 7. Исследование термических превращений тройных фторидов 94 Ыа2СазА12Р14, ЫаСаА№
- 3. 8. Синтез, структура и термические свойства 106 ИаА1Р
- 3. 9. Литийсодержащие электролиты
- 3. 10. Практическое использование физико-химических данных по кристаллизации расплава электролита для контроля его состава
Список литературы
- Grjotheim К., Welch В. Aluminium Smelter Technology // 2nd Edition Aluminum-Verlag Dusseldorf. 1988. — 283 p.
- Кирик С.Д., Куликова H.H., Якимов И. С., Клюева Т. И., Баранов И. А., Бузунов В. Ю., Голощапов В. Г. Промышленное внедрение дифрактометрического метода контроля электролита в отечественном производстве алюминия // Цветные металлы. 1996. — 9. — С. 75−77.
- Якимов И.С., Кирик С. Д. Результаты ROUND ROBIN технологического контроля состава электролита // Сборник трудов межд. конф. «Алюминий Сибири 2003». Красноярск, 2003. — С. 103−107.
- Baggio S., Massiff G. Calcium Cryolites // J. Appl. Cristallogr. 1985. — P. 537−539.
- Combined XRD/XRF System for Potflux Analysis PW1760/10. Instructional Manual 9499−303−1 711, 840 127. Almelo, The Netherlands.
- Grjotheim K., Krohn C., Malinovsky M., Matiasovsky K. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process // 2nd Edition Aluminum-Verlag Dusseldorf. 1982.
- Thonstad J., Fellner P., Haarberg G. M. Aluminium Electrolysis Fundamentals of the Hall-Herout Process // 3nd Edition Aluminum-Verlag Dusseldorf. 2001.
- Коршунов Б.Г., Сафонов B.B., Дробот Д. В. Фазовые равновесия в галогенидных системах // Справочник. Металлургия. Москва. 1979.
- Howard Е.Н. Some Physical and Chemical Properties of a New Sodium Aluminum Fluoride // J. Am. Chem. Soc. 1954. — 76. — P. 2041−2042.
- Машовец В.П., Белецкий М. С., Саксоиов Ю. Г., Свобода Р. В. О новом соединении в системе NaF-AlF3 // Доклады Академии наук СССР. 1957. -113.-С. 1290−1292.
- Ginsberg Н., Wefers К. ThermochemischeUntersuchungen am System NaF-A1F3 // Zeitschrift fuer Erzbergbau und Metallhuettenwesen. -1967. -20. 4. — P. 156−161.
- Bruno M., Herstad O., Holm J.L. Stability and structure of sodium tetrafluoroaluminate, NaAlF4 // Acta Chemica Scandinavica. 1998. -52. P. 1399−1401.
- Zhuxian Qiu and Jinseng Zhang, Grotheim K., Kvand H. Phase equilibrium studies on the cryolite-aluminum fluoride system // Light metals, 1991 P. 315 320.
- Holm J.L. The Lattice Energy and Thermochemical Properties of the Compound NaAlF4, Sodium Tetraftoraluminate // Acta Chemica Scand. 1973. -27.-P. 1410−1416.
- Phillips N.W., Singleton R.H., Hollingshead E.A. Liquidus Curves for Aluminum Cell Electrolyte // Journal of the electrochemical society. 1955. — V. 102, — № 12.-P. 690−692.
- Grjotheim K. Contribution to the Theory of Aluminium Electrolysis //Klg. Norske Videnskabers Selskab Skrifter Trondheim- 1956.
- Ветюков M.M. Блюштейн M.K. Поддымов В. П. Упругость пара и разложение расплавов системы NaF-AlF3 // Известия вузов. Цветная металлургия. 1956. -6. — С. 126−133.
- Foster Perry A., Jr. Phase Equilibria in the System Na3AlF6-AlF3 // J. American Cer. Soc. -53. 11. — P. 598−600
- Головных H.B., Тупицын A.A., Бычинский В. А., Золотова A.C., Исследование физико-химических и технологических свойств тетрафторалюмината натрия // Известия вузов. Цветная металлургия. -2008.-5.-С. 33−37.
- Chartrand P., Pelton A.D. A Predictive Thermodynamic Model for the Al-NaF-AlF3-CaF2-Al203 System // Light Metals. 2002. -6. — P. 245−252.
- Holm J.L. The Phase Diagram of the System Na3AlF6-CaF2, and the Constitutionof the Melt in the System // Acta Chem. Scand. 1968. — 22. — P 1004−1012.
- Chrencova M., Danek V., Silny A. Solid solutions in the system Na3AlF6-CaF2 // Ninth International Symposium on Light Matais Production. ed. J. Thonstad. -NTNU Trondheim Norway, 1997.
- Craig D.F., Brawn J.Jr. Phase equilibria in the System CaF2-AlF3-Na3AlF6-A1203 and Part of the System CaF2-AlF3-Na3AlF6-Al203 // American Cer. Soc. -1980.-N. 63.-P. 254−261.
- Holm J.L. Phase Equilibria in the System CaF2 -A1F3 // Acta Chem. Scand. -1965, — 19.-P. 1512−1514.
- Ануфриева Н.И., Балашова 3.H., Веретинский B.H. Новые данные по тройным диаграммам состояния систем NaF-AlF3-CaF2 и NaF-AlF3-MgF2 // Цветные металлы. 1985. — 8. — С. 66−71.
- Pfundt H., Zimmermann N. The Quasi Binary System NaF-CaAlF5, an Investigation from the. Ternary Sistem NaF-AlF3-CaF2// Erzmetall. 1972. Bd. 25.-11.-S. 564−567.
- Hemon A., Courbion G. The NaF-CaF2-AlF3 system: Structures of ?-NaCaAlF6 and Na^A^ // J. Solid State Chem. 1990. — 84. — P. 153−164.
- Courbion G., Ferey G. Na2Ca3Al2Fi4: A new example of a structure with «independent F-«—A new method of comparison between fluorides and oxides of different formula// J. Solid State Chem. 1988. — 76. — P. 426−431.
- Le Bail A., Hemond Ribaud A., Courbion G. Structure of a-NaCaAlF6 determinated ab initio from conventional powder diffraction data. // Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1998. — 35. — P. 265−272.
- Ануфриева Н.И., Балашова З. Н., Баранова JI.C., Ключникова Е. Ф., Веретинский В. Н. О диаграмме состояния системы LiF -AIF3 // Сборник Н. Т. Повышение эффективности электрического производства алюминия. Ленинград- 1985.-С. 17−21.
- Garton G., Wanklyn В.М. Some’observationson the tetraftoraluminates of lithium and sodium // J. Inorg.Nucl.Chem. 1965. — 27. — P. 2461−2465.
- Белецкий M.B., Саксонов Ю. Г. Фазы в системе Na3AlF6 Li3AlF6 // Журнал неорганической химии. -1957.-2. -2.-С.413−415.
- Holm J.L., Holm B.J. Phase Investigations in the system Na3AlF6-Li3AlF6 // Acta Chem. Scand. 1970. — 24. — P. 2535−2546.
- Stinton D. P., Brown J. J. Jr. Phase Equilibria in the System LiF-AlF3-Na3AlF6 // J. Amer. Ceram. Soc. Discussions and Notes. — 1975 May-June. -P.257.
- Stinton D. P., Brown J. J. Jr. Phase Equilibria in the System LiF-AlF3-Na3AlF6 // J. of Amer. Ceram. Soc. Discussions and Notes. — 1976. — 59. — 5. -P. 6264−265.
- Ануфриева Н.И., Балашова 3.H., Баранова JI.C., Веретинский B.H., Ключникова Е. Ф. Тройная диаграмма состояний системы NaF-AlF3-LiF // Сборник Н. Т. Повышение эффективности электрического производства алюминия. Ленинград. 1985. — С.8−16.
- Ануфриева Н.И., Балашова З. Н., Веретинский В. Н. Фазовый состав промышленных электролитов алюминиевых электролизеров // Цветные металлы. 1975. — 1. — С.32−33.
- Беляев А.И., Рапопорт М. Б., Фирсанова Л. А. Электрометаллургия алюминия и магния. М.: Металлургия. — 1987. — 320с.
- Brosset C. // Die Kristallstruktur des Chioliths. Zeitschrift fuer Anorganische und Allgemeine Chemie. 1938. — 238.- p. 201−208.
- Морозов И.В., Рыков A.M., Корнеев Ю. М., Прутцков Д. В. Состав насыщенного пара системы криолит-алюминий (часть I) // Расплавы.1990.-4.-С.111−113.
- Морозов И.В., Прутцков Д. В., Рыков А. И., Корнеев Ю. М. Состав насыщенного пара системы криолит-алюминий (часть И) // Расплавы.1991. 2. — С.68−71.
- Abramov S.V., Chilingarov N.S., Borshchevsky A.Ya., Sidorov L.N. Mass spectrometric determination of partial pressures of ions in the saturated vapor over the NaF-Na3AlF6 system//Int. J. of Mass Spectrom. 2004. — 231.-p.31−35.
- Hemon A., Ferey G. Na2Ca3Al2Fi4: A new example of a structure with «independent F-«—A new method of comparison between fluorides and oxides of different formula// Journal of Solid State Chemistry. 1988. — 76. — 2.- P. 426−431.
- Burns, J.H.-Tennissen, A.C., Brunton, G. D The crystal structure of alpha-Li3AlF6 // Acta Crystallographica B. 1968. -24.- P.225−230.
- Strel’tsov V.A., Tsirel’son V.G., Ozerov R.P., Golovanov O.A. Electronic and thermal parameters of ions in CaF2: regularized least squares treatment // Kristallografiya. 1988. — 33. — P. 90−97
- Herron N., Thorn D.L., Harlow R.L., Jones G.A., Parise J.B., Fernandez-Baca J.A., Vogt T. Preparation and structural characterization of two new phases of aluminium trifluoride // Chemistry of Materials. 1995. — 7. — P. 75−83.
- Кирик С.Д., Якимов И. С. Современные аналитические подходы для анализа электролита// Сборник трудов межд. конф. «Алюминий Сибири». -Красноярск, 2001.-С.231−237.
- Patent U. S. 6 639 667 / Gilbert В., Foosnass Т., Huglen. Rl. // Method and apparatus for analysis of chemical constituents in an electrolysis cell. October 28.-2003.
- Patent U. S. 6.183.620. / Verstreken P.C. // Process for controlling the A1F3 content in cryolite melts. February 6, 2001.
- Аналитическая химия кальция под. ред. Коренмана И. М. Серия «Аналитическая химия элементов» // Изд. Наука. Москва. — 1975. -250 с.
- Аналитическая химия фтора под. ред. Серия «Аналитическая химия элементов» // Изд. Наука. Москва. 1975. — 195 с.
- Полуэктов Н.С., Мешкова С. Б., Полуэктова Е. Н. Аналитическая химия лития под. ред. Карякина А. В. Серия «Аналитическая химия элементов» // Изд. Наука. Москва. 1975. -202 с.
- Компаниец М.Ф. Кристаллооптический анализ в алюминиевом производстве// М.: Металлургия. 1959. -180 с.
- Павлова Т.О., Финкелыптейн A.JI. Рентгенофлуоресцентное определение элементов электролита алюминиевых ванн // Аналитика и контроль. 2003. -7. — 1. — С.45−48.
- Feret F.R. Characterization of Bath Electrolyte by X-ray Fluorescence // Light Metals, 1988.-P. 697−702.
- ICDD-JCPDS-File # 25−0772. ICDD (2007). PDF-2. International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, Pennsylvania, USA. http://www.icdd.com.
- ICDD-JCPDS-File # 30−1144. ICDD (2007). PDF-2. International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, Pennsylvania, USA. http://www.icdd.com.
- ICDD-JCPDS-File # 01−084−1651. ICDD (2007). PDF-2. International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, Pennsylvania, USA. http://www.icdd.com.
- ICDD-JCPDS-File # 00−046−0600. ICDD (2007). PDF-2. International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, Pennsylvania, USA. http://www.icdd.com.
- Bj0rseth, O.- Herstad, O.- Holm, J.L. On the Physical and Termodynamic Stability of Solid Sodium Tetrafluroaluminate // Acta Chem. Scandinavica. -A40.- 1986.-P. 566−571.
- X’Pert Industry User’s Guide, www.panalytical.com.
- Методические рекомендации. ВАМИ Методы определения криолитового отношения электролита алюминиевых электролизеров // Ленинград. 1984. — 37 с.
- Zangalis, К.Р. A Standartless Method of quantitative mineral analysis using X-ray and chemical data// Journal of Applied Crystallography. -1991. 24. — P. 197−202.
- Zevin L.S., Kimmel G. QuatitativeX-ray Diffractometry. Springer-Verlag. -New York.-1995.
- Fiala J. // Materials Science Forum. vol.79−82. — 1991. -P.27−34.
- Klug H.P., Alexander L.E. X-ray Diffraction Procedures // 2nd edition. John Wiley and Sons, New York. 1974.
- Кирик С.Д., Зайцева Ю. Н., Якимов И. С., Королев Г. Т. Расширенная методика обратной калибровки в рентгенографическом анализе электролита // Сборник трудов межд. конф. «Алюминий Сибири 2006». г. Красноярск, 2006 г.-С. 144−150.
- Retvield H.M. The Profile refinement method for nuclear and magnetic structure// Journal of Applied Crystallography. -1969. -V. 2. P. 65−71.
- Chung F.H. Quantitative interpritation of X-ray diffraction patterns. Ш. Matrix-flushing method of quantitative multicomponent analysis // J.Appl.Cryst. -7.-1974.-P. 519−525.
- Wiles D.B., Young. R.A. A new computer program for Rietveld analysis of X-ray powder diffraction patterns// J. Appl. Cryst. v.14. — i.2. — 1981. — P.149−151.
- Visser J. W. A fully automatic program for finding the unit cell from powder data // J. Appl. Cryst. 1969. — 2. — P. 89−95.
- Kirik S. D., Borisov S. V., Fedorov V. E. Symmetry independent algoriphm for indexing of X-ray powder pattern // Zh. Strukt. Khim. 1979. — 20. — P. 359 364.
- Altomare A., Cascarano G., Giacovazzo C., Guagliardi A., Burla M. C.- Polidori G., Camalli M. SIR92 a program for automatic solution of crystal structures by direct methods // J. Appl.Cryst. — 1994. — 27. — P.435−436.
- Berg, Grjotheim K. Light Metals, 1976, v. l, pp. 23−47. in Grjotheim K., Krohn C., Malinovsky M., Matiasovsky K. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process // 2nd Edition Aluminum-Verlag Dusseldorf. 1982.
- Патент РФ 2 284 377 C2 / Карнаухов E.H., Рагозин Л. В., Ефимов А. А., Парамонов С. А., Горковенко В. И. // Способ отбора проб электролита из электролизера для производства алюминия, Заявка 05.06.2004.
- Зайцева Ю.Н., Лындина E.H.,. Якимов И. С., Кирик С. Д. Особенности кристаллизации кальцийсодержащих фаз в охлажденных пробах электролита производства алюминия //Журнал СФУ, серия «Химия». 2008 — 1. — 3. — С. 260−268.
- Kirik S.D., Zaitseva J.N. NaAlF4: preparation, crystal structure and thermal stability // J. Solid State Chem. 2010. — 183. — P. 431−436.
- Le Bail A., Jacoboni C., Leblanc M., de Pape R., Duroy H., Fourquet J.L. Crystal structure of the metastable form of aluminum trifluoride (3-A1F3 and the gallium and indium homologs //J. Solid State Chem. 1988. — 77. — P.96−101.
- Herron N., Thorn D.L., Harlow R.L., Jones G.A., Parise J.B. Fernandez-Baca J.A. Vogt T. Preparation and Structural Characterization of Two New Phases of Aluminum Trifluoride // Chemistry of Materials. 1995. — 7. — P. 75−83.
- Кирик С.Д., Зайцева Ю. Н. Синтез и определение кристаллической структуры NaAlF4 // Журнал СФУ. Химия. 2009. — 2. — 2. — С. 187−193.
- Schoonman J., Huggins R. Electrical properties of undoped and doped potassium tetrafluoaluminate: KA1F4 // J. Solid State Chem. 1976. — 16. — P.413−422.
- Mouet J., Pannetier J., Fourquet J.L. The room-temperature structure of potassium tetrafluoroaluminate // Acta Cryst. B. 1981. — 37. — P.32−34.
- Launay J.M., Bulou A., Hewat A.W., Gibaud A., Laval J.Y., Nouet J. Shear transformation in the layered compound KAIF4: low temperature phase structure and transformation mechanism// J. de Physique. 1985. — 46. — P.771−782.
- Bulou A., Leble A., Hewat A.W. NH4AIF4: Determination of the ordered and disordered structures by neutron powder profile refinemen // Mat. Res. Bul. -1982. 17. -P.391−397.
- Pamham E.R., Slawin A.M.Z., Morris R.E. Ionothermal synthesis of {3-NH4AIF4 and the determination by single crystal X-ray diffraction of its room temperature and low temperature phases // J. Solid State Chem. 2007. — 180(1). -¦P. 49−53.
- Richards N.E., Forberg H. The Effectivness of Lithium Fluoride Modified Baths in Aluminum Production // Light metal age, 1995. P.52−57.
- Кувакин M.A. Система Li, Na, A1 //F // ЖНХ. 1969. — 14. — 1. — C.282−285.
- Ануфриева Н.И., Балашова 3.H., Веретинский B.H. Фазоый состав электролита алюминиевых электролизеров, содержащего соединения лития, и его возгонов // Цветные металлы. 1973. — 1. — С.32−36.
- Kirik S.D., Zaitseva J.N., Yakimov I.S., Golovnev N.N. LiNa2AlF6: a powder structure solution // Acta Crystalographica. 2002. — C58. — Part 11. — P. il59-i 160.
- Hawthorne F.C., Ferguson R.B. Refinement of the crystal structure of cryolite // Can. Mineral. 13. — 1975. -P.277−282.
- Morss L.R. Crystal structure of dipotassium sodium fluoroaluminate (elpasolite) // J. Inorg. and Nuclear Chem. 1974. — 36. — P. 3876−3878.