Способ определения температуры ликвидус расплавов электролитов в рабочей ванне

 

Изобретение относится к области измерения температуры ликвидус расплавов электролитов. Согласно заявленному способу в рабочую ванну с расплавленным электролитом окунают металлический электрод с встроенной внутрь него термопарой. Между замороженным на поверхности электрода электролитом и его жидким расплавом возникает электрохимическая разность потенциалов, которая связана с различной упругостью растворения между твердой и жидкой фазами в приграничном слое и образованием двойного электрического слоя. При плавлении корки уменьшается площадь слоя и вследствие этого уменьшается электрохимическая разность потенциалов. Наибольшее изменение падения разности потенциала происходит вблизи температуры плавления электролита. Технический результат - повышение надежности определения температуры ликвидус расплавов электролитов в рабочей ванне. 2 ил.

Изобретение относится к области измерения температуры ликвидус (температуры плавления) расплавов электролитов. Знание этой температуры особенно важно при промышленном получении материалов. Известно, что температура ликвидус химического соединения во многом определяется различным соотношением образующих его компонентов. По значению температуры ликвидус можно вести контроль за фазовым составом вещества и, путем введения различных добавок, целенонаправленно понижать ее с целью уменьшения энергозатрат.

Известен способ измерения температуры ликвидус (Rolseth S, Verstreken P. and Kobbeltvedt О. Liquidus temperature determination in molten salts. Light metals, 1988, pp. 359-366), который основан на измерении температуры охлаждающегося расплава. В точке фазового перехода жидкость - твердое состояние температура системы не меняется или меняется по иному, чем до и после перехода закону, и такая особенность позволяет определять искомую температуру.

Недостатком такого способа является то, что для его реализации необходим отбор пробы вещества из интересующей области и охлаждение в измерительной ячейке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ измерения температуры ликвидус непосредственно в рабочей ванне (Gan V.R., Gao Z.S., Zhang. A.L. Multifunction sensor for use in aluminum sells. Light metals, 1995, pp. 233-241), основанный на динамическом отслеживании изменения температуры первоначально холодного датчика при его погружении в горячий расплав. В начальный момент погружения на поверхности датчика происходит образование твердой корки из замороженного электролита, которая затем плавится и переходит в жидкое состояние. Этот переход происходит в области температуры ликвидус и регистрируется по излому на кривой изменения температуры датчика от времени.

Недостатком является нечеткость проявления области перехода в таком способе измерений. Это обусловлено тем, что при температурах расплава, близких к ликвидус, скорость ее изменения становится достаточно быстрой, а величина излома - малой по сравнению с температурой расплава. Это приводит к недостаточной надежности определения температуры ликвидус таким способом.

Цель настоящего изобретения - повышение надежности в определения температуры ликвидус расплавов электролитов непосредственно в рабочей ванне.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем погружение холодного датчика в горячий расплав электролита и измерение температуры с течением времени, дополнительно измеряют электрохимическую разность потенциалов и по изменению первой производной от температуры определяют температуру ликвидус.

Способ поясняется графиками, показанными на фиг.1 и 2.

На фиг. 1 приведено изменение величины электрохимического потенциала от температуры погружаемого в раствор глинозема Аl₂О₃, расплавленного в криолите AlF₃•3NaF с добавками, понижающими температуру плавления. На фиг.2 приведен график первой производной изменения потенциала от температуры. Температура расплава равна 1005^oС.

Способ осуществляется следующим образом.

В рабочую ванну с расплавленным электролитом окунают металлический электрод с встроенной внутрь него термопарой. Между замороженным на поверхности электрода электролитом и его жидким расплавом возникает электрохимическая разность потенциалов, которая связана с различной упругостью растворения между твердой и жидкой фазами и образованием двойного электрического слоя. При плавлении корки площадь такого слоя уменьшается, и вследствие этого, уменьшается электрохимическая разность потенциалов. Наибольшее изменение потенциала происходит вблизи температуры плавления электролита. Этот эффект позволяет значительно увеличить надежность в определении температуры ликвидус по сравнению с прототипом.

Для определения температуры ликвидус устанавливается зависимость величины электрохимического потенциала от температуры (фиг.1). При погружении на электроде образуется корка из замороженного электролита, которая вначале увеличивается в объеме с одновременным ростом электрохимического потенциала (не показан), и затем с течением времени корка начинает таять. Наибольшее значение потенциала составляет 530 mV, которое уменьшается одновременно с таянием корки до 7 mV. Наибольшее изменение (до 80%) наблюдается в области температуры ликвидус. Для того, чтобы установить ее значение строится график первой производной изменения потенциала от температуры (фиг.2). Искомая величина устанавливается по значению температуры, соответствующей наибольшей скорости уменьшения потенциала - максимуму (-dU/dT) и составляет 948^oС, что соответствует значению температуры ликвидус данного электролита.

Применение способа определения температуры ликвидус расплавов электролитов позволяет осуществить оперативный контроль за температурой ликвидус непосредственно в рабочей ванне.

Формула изобретения

Способ определения температуры ликвидус расплавов электролитов в рабочей ванне, включающий погружение холодного датчика в горячий расплав электролита и измерение температуры с течением времени, отличающийся тем, что дополнительно измеряют электрохимическую разность потенциалов и строят график первой производной изменения потенциала от температуры (dU/dT), при этом температура ликвидус соответствует температуре, при которой значение (-dU/dT) максимально, т.е. скорость уменьшения потенциала наибольшая.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2