Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Вязкость криолитоглиноземных расплавов промышленного состава

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-6-4-11

Полный текст:

Аннотация

Проведены исследования вязкости криолитоглиноземных расплавов промышленного состава NaF–AlF3–CaF2–Al2O3 с криолитовым отношением КО = 2,3 в зависимости от содержания CaF2, Al2O3 и температуры. Вязкость образцов криолитоглиноземных электролитов, приготовленных в лабораторных условиях, и образцов электролитов промышленных электролизных ванн измеряли ротационным методом с использованием реометра FRS 1600 («Anton Paar», Австрия). Область ламинарного течения расплава, определенная по зависимости вязкости от скорости сдвига при постоянной температуре, составила 10–15 с–1 для всех исследованных образцов. Измерения температурной зависимости вязкости криолитоглиноземных расплавов проводили при скорости сдвига 12 ± 1 с–1 в температурном интервале от ликвидуса до 1020 °С. Показано, что изменение вязкости всех образцов в исследуемом температурном интервале (50–80 °С) можно описать линейным уравнением.

Средний температурный коэффициент линейных уравнений, описывающих вязкость криолитоглиноземных электролитов, приготовленных в лабораторных условиях, составил 0,005 мПа·с/°С, что в 2 раза меньше, чем у электролитов промышленных ванн. Таким образом, изменение вязкости электролитов промышленных ванн с повышением температуры – более существенное. Добавки как глинозема, так и фторида кальция повышают вязкость криолитового расплава. Вязкость приготовленных образцов промышленного состава NaF–AlF3–5%CaF2–4%Al2O3 (КО = 2,3) равна 3,11 ± 0,04 мПа·с при рабочей температуре электролиза 960 °С, а вязкость электролитов промышленных ванн с таким же криолитовым отношением выше на 10–15 % и лежит в интервале 3,0–3,7 мПа·с в зависимости от состава.

Об авторах

А. В. Руденко
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН
Россия

 науч. сотрудник

620066 г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20



А. А. Катаев
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН
Россия

 канд. хим. наук, науч.   



О. Ю. Ткачева
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН; Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

 докт. хим. наук, вед. науч. сотрудник, профессор кафедры технологии электрохимических производств

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Ю. П. Зайков
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН; Уральский федеральный университет (УрФУ) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

докт. хим. наук, науч. руководитель, зав. кафедрой 



А. А. Пьяных
ООО «Объединенная компания РУСАЛ. Инженерно-технологический центр»
Россия

 канд. техн. наук, менеджер отдела математического моделирования и измерений

660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37 



Г. В. Архипов
ООО «Объединенная компания РУСАЛ. Инженерно-технологический центр»
Россия

 канд. техн. наук, директор проекта «Энергосберегающие конструкции электролизеров»



Список литературы

1. Oye H.A., Mason N., Peterson R.D., Richards N.E. Aluminium: Approaching the new millennium. J. Metals. 1999. Vol. 51. P. 29—42.

2. Hua J., Rudshaug M., Droste C., Jorgensen R., Giskeodegard N.-H. Modelling of metal flow and metal pad heaving in a realistic reference aluminum reduction cell. Light Metals. 2016. P. 339—344.

3. Arkhipov A., Alzarooni A., Al Jasmi A., Potocnik V. Improving the understanding of busbar design and cell MHD performance. Light Metals 2017: The Minerals, Metals & Materials Series (Ed. A.P. Ratvik). 2017. P. 671—677.

4. Bardet B., Foetisch T., Renaudier S., Rappaz J., Flueck M., Picasso M. Alumina dissolution modelling in aluminium electrolysis cell considering MHD driven convection and thermal impact. Light Metals 2016: The Minerals, Metals & Materials Series (Ed. E. Williams). 2016. P. 315—319.

5. Zhan S., Li M., Zhou J., Yang J., Zhou Y. CFD simulation of dissolution process of alumina in an aluminum reduction cell with two-particle phase population balance model. Appl. Thermal. Eng. 2014. Vol. 73. P. 805—818.

6. Bojarevics V. Dynamic modelling of alumina feeding in an aluminium electrolysis cell. Light Metals 2019: The Minerals, Metals & Materials Series (Ed. C. Chesonis). 2019. P. 675—682.

7. Пьяных А., Архипов Г., Третьяков Я. Математическая модель магнитной гидродинамики и теплообмена в алюминиевом электролизере. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. No. 6. С. 23—33.

8. Zhang H., Ran L., Liang J., Li T., Sun K., Li J. Study on 3D full cell ledge shape calculation and optimal design criteria by coupled thermos-flow model. Light Metals 2018: The Minerals, Metals & Materials Series (Ed. O. Martin). 2018. P. 587—596.

9. Pianykh A.A., Bogovalov S.V., Tronin I.V., Tkacheva O.Y., Radzyuk A.Y. 3-D numerical modeling of MHD flows in an aluminum reduction cell. IOP. Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 537. No. 6. Art. 62071.

10. Silny A., Chrenkova M., Danek V., Vasiljev R., Nguyen D.K., Thonstad J. Density, viscosity, surface tension, and interfacial tension in the systems NaF(KF) + AlF3. J. Chem. Eng. Data. 2004. Vol. 49. P. 1542—1545.

11. Robelin C., Chartrand P. A viscosity model for the (NaF + + AlF3 + CaF2 + Al2O3) electrolyte. J. Chem. Thermodynam. 2011. Vol. 43. P. 764—774.

12. Korenko M. Density, viscosity and electrical conductivity of the molten cryolite electrolytes (Na3AlF6—SiO2) for Solar grade silicon (Si—SoG) electrowinning. Silicon. 2015. Vol. 7. P. 261—267.

13. Solheim A. Some aspects of heat transfer between bath and sideledge in aluminum reduction cells. Light Metals. 2011. P. 381—386.

14. Severo D., Gusberti V. A modeling approach to estimate bath and metal heat transfer coefficient. Light Metals. 2009. P. 557—562.

15. Иванова А.М., Архипов П.А., Руденко А.В., Ткачева О.Ю., Зайков Ю.П. Формированиe гарнисажа и настыли в алюминиевом электролизере. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. No. 5. С. 23—31.

16. Tkacheva O., Arkhipov P., Zaykov Yu. Solid phase formation during aluminium electrolysis. Electrochem. Commun. 2020. Vol. 110. Art. 106624.

17. Jianfei Z., Dupuis M., Feiya Y., Xiaobing Y., Jun H. Depth analysis and potentiality exploitation on energy-saving and consumption-reduction of aluminum reduction pot. Light Metals. 2012. P. 601—606.

18. Абрамов Г.А., Ветюков М.М., Гупало И.П. Теоретические основы электрометаллургии алюминия. М.: Металлургиздат, 1953.

19. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1970.

20. Votava I., Matiasovsky K. Measurement of viscosity of fused salts. I. Method of measurement. Viscosity of Li3AlF6 and Na3AlF6. Chem. Zvesti. 1973. Vol. 27. No. 2. P. 172—182.

21. Watanabe K. Viscosity and dissociation mechanism of a cryolite flux, Na3AlF6, during the growth of corundum single crystals. Bull. Chem. Soc. Japan. 1993. Vol. 66. No. 4. P. 1098—1103.

22. Tkacheva O., Arkhipov P., Kataev A., Rudenko A., Zaykov Yu. Electrolyte viscosity and solid phase formation during aluminium electrolysis. Electrochem. Commun. 2021. Vol. 122. Art. 106893.

23. Ly X., Chen C., Han Z. Shear viscosities and thermal conductivity of NaF—AlF3 molten salts: A non-equilibrium molecular dynamics study. J. Fluor. Chem. 2021. Vol. 241. Art. 109675.

24. Grjotheim K., Krohn C., Malinovsky M., Matiasovsky K., Thonstad J. Aluminum electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult process. 2-nd ed. Dusseldorf: Aluminium-Verlag, 1982.

25. Hertzberg T., Torklep K., Oye H. Viscosity of NaF—AlF3—Al2O3 melt mixtures. In: Essential Readings in Light Metals (Eds. Bearne G., Dupuis M., Tarcy G.). Springer, 2016. P. 19—24.

26. Solheim A., Rolseth S., Skybakmoem E., Stoen L., Sterten A., Store T. Liquidus temperature and alumina solubility in the system Na3AlF6—AlF3—LiF—CaF2—MgF2. In: Essential Readings in Light Metals (Eds. Bearne G., Dupuis M., Tarcy G.). Springer, 2016. Р. 73—82.

27. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. М.: Колос, 2003.


Рецензия

Для цитирования:


Руденко А.В., Катаев А.А., Ткачева О.Ю., Зайков Ю.П., Пьяных А.А., Архипов Г.В. Вязкость криолитоглиноземных расплавов промышленного состава. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;27(6):4-11. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-6-4-11

For citation:


Rudenko A.V., Kataev A.A., Tkacheva O.Yu., Zaykov Yu.P., Pyanykh A.A., Arkhipov G.V. Viscosity of conventional cryolite-alumina melts. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2021;27(6):4-11. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-6-4-11

Просмотров: 68


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)