Для электролиза окиси алюминия применяют электролизные ванны — электролизеры. На рис. 34 приведена схема ванны для мектролиза алюминия с непрерывным самообжигающимся анодом. Анод 1 снабжен кожухом 3 из алюминиевых листов толщиной 7 мм. Кожух постепенно наращивают коробами 2 высотой 1 м,которые вставляют один в другой.
Рис. 34. Схема электролизной алюминиевой ванны с непрерывным самообжигающимся анодом: 1 — анод; 1 — коробка; 3 — кожух; 4— бункеры; 5 — площадка; 5 — окись алюминия; 7 — вакуумный ковш; 8 — труба; 9 — шина катода; 10 — шина анода; 11 — стальные штыри; 12 — медные ленты; 13 — корка электролита; 14 — углеродистые блоки; 15 — расплавленный электролит; 16 — расплавленный алюминий
Подвод тока к аноду в современных ваннах может быть осуществлен сверху и
сбоку. На рис. 34 показан подвод тока сбоку. В анод забивают стальные штыри 11
диаметром 60 мм и длиной 700—800 мм под углом 15—20º по отношению к
горизонтальной плоскости. Штыри при помощи гибких медных лент 12 соединяют с
шиной анода 10. Анод укрепляется на жесткой раме из швеллеров, которая снабжена
механизмом для опускания и подъема анода. Закрепляется анод с подъемной рамой
при помощи забиваемых штырей. Горизонтальная площадка 5 предназначена для
обслуживания анода, наращивания коробок 2, загрузки анодной массы, засыпки
порошка окиси алюминия в бункеры 4.
Ванна закрывается шторным кожухом. Газы
улавливают для извлечения HF.
В кожух анода загружают анодную массу в виде брикетов А; по мере опускания и нагрева эта масса расплавляется, переходит в полутвердое состояние Б. В нижней части, где развиваются высокие температуры, анодная масса спекается в прочный монолит В.
Ванну электролизера 14 выкладывают обожженными углеродистыми блоками, к которым подведены катодные шины 9. На дне ванны собирается жидкий алюминий 16. По мере накопления алюминий из ванны удаляют вакуумными котлами 7 через трубу 8, опускаемую в расплавленный алюминий. Часть электролита затвердевает и образует корку 13. На корку периодически засыпают из бункеров 4 окись алюминия 6.
Напряжение при электролизе составляет 4,5—5 в, сила тока на одну ванну достигает 100 000 а. Необходимая температура ванны (950—1000°) поддерживается сопротивлением электролита, общий расход материалов не 1 т алюминия составляет 1,92—1,98 т глинозема и 0,08—0,09 т криолита. Механизм электролиза глиноземистых расплавов является очень сложным физико-химическим процессом, в результате которого на катоде происходит разряд ионов алюминия, и он собирается на дне электролизной ванны, а ионы кислорода отдают электроны аноду и соединяются с углеродом, образуя углекислый газ.
Когда весь глинозем, находящийся в расплаве, восстановится, напряжение в ванне повышается. Это явление называют анодным эффектом. Его обнаруживают по накаливанию лампочки. В этот момент пробивают корку 13 и опускают глинозем 6 в расплавленный электролит 15 (рис. 34).
Электролизная ванна, сила тока в которой 50 000 а, дает около 350 кг алюминия в сутки. В современной практике расход электроэнергии на 1 т алюминия достигает 17 500—18 500 квт-ч.
Полученный алюминий электролитически рафинируют, разливают в изложницы на чушки и классифицируют по содержанию алюминия на марки согласно ГОСТу. Содержание алюминия в них колеблется от 98 до 99,9 %.
