Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Технология производства алюминия

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 04.11.2012. Сдан: 2012. Страниц: 7. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Технология  производства алюминия
Технология производства алюминия
Как получают алюминий?
Как производят алюминий?
Алюминий повсюду –  двести пятьдесят минералов содержат его. Но не из всякого минерала, не из всякой глины выгодно его добывать. Если одна десятая часть глины – алюминий, то возиться не стоит. Слишком дорого его освобождать. А вот если из двух килограммов глины можно добыть килограмм соединенного с кислородом алюминия – это другое дело. Такие глины (иногда и камни), богатые алюминием, есть. И у нас в стране их много. Они называются БОКСИТЫ
Из бокситов надо прежде всего извлечь окись алюминия. У окиси алюминия есть еще и другое название — глинозем.
Некоторые виды глинозема  вы знаете. Например, наждак, которым чистят ножи. Это крупинки на редкость твердого камня — корунда. Им пользуются, чтобы натачивать стальные инструменты, ножи. А корунд — это глинозем, окись алюминия.
Добывать из бокситов глинозем — сложный и долгий труд. Его  выполняют в химических цехах  алюминиевых заводов. Но добыть глинозем — это только полдела. Чтобы получить алюминий, надо еще выгнать из глинозема кислород. Для этого высыпают в сделанные из графита ванны расплав глинозема и пропускают сквозь него сильный электрический ток. Тока нужно очень много. Поэтому заводы для получения алюминия строят всегда около мощных электростанций.
Одна весьма сомнительная легенда рассказывает, что однажды к римскому императору Тиберию (42 г. до н. э. — 37 г. н. э.) пришел человек с металлической, небьющейся чашей. Материал чаши якобы был получен из глинозема (Al2O3) и, следовательно, должен был представлять собой алюминий. Опасаясь, что такой металл из глины может обесценить золото и серебро, Тиберий на всякий случай приказал отрубить человеку голову. Разумеется, этому рассказу трудно поверить: самородный алюминий в природе не встречается, а во времена Римской империи не могло быть технических средств, которые позволили бы извлечь алюминий из его соединений.
По распространенности в  природе алюминий занимает первое место  среди металлов; его содержание в земной коре составляет 7,45%. Однако, несмотря на широкую распространенность в природе, алюминий до конца XIX века принадлежал к числу редких металлов. В чистом виде алюминий не встречается вследствие своей высокой химической активности. Он преимущественно встречается в виде соединений с кислородом и кремнием – алюмосиликатов.
Рудами алюминия могут  служить лишь породы, богатые глиноземом (Al2O3) и залегающие крупными массами на поверхности земли. К таким породам относятся бокситы, нефелины — (Na, K)2O ? Al2O 3 ? 2SiO2, алуниты — (Na, K)2SO4 ? Al2(SO4)3 ? 4Al(OH)3 и каолины (глины), полевой шпат (ортоклаз) — K2O ? Al2O3 ? 6SiO2.
Основной рудой для  получения алюминия являются бокситы. Алюминий в них содержится в виде гидроокисей Al(OH), AlOOH, корунда Al2O3 и каолинита Al2O3 ? 2SiO2 ? 2H2O. Химический состав бокситов сложен: 28-70% глинозема; 0,5-20% кремнезема; 2-50% окиси железа; 0,1-10% окиси титана. В последнее время в качестве руды стали применять нефелины и алуниты.
Крупные месторождения бокситов находятся на Урале, в Тихвинском районе Ленинградской области, в  Алтайском и Красноярском краях.
Нефелин (K ? Na2O ? Al2O3 ? 2SiO2) входит в состав апатитонефелиновых пород (на Кольском полуострове).
Впервые в свободном виде алюминий был выделен в 1825 г. датским  физиком Эрстедом путем воздействия  амальгамы калия на хлорид алюминия. В 1827г. немецкий химик Велер усовершенствовал способ Эрстеда, заменив амальгаму  калия металлическим калием: AlCl3 + 3K > 3KCl + Al (Реакция протекает с выделением тепла).

В 1854 г. Сент-Клер Девиль во Франции  впервые применил способ Велера для промышленного производства алюминия, использовав вместо калия более дешевый натрий, а вместо гигроскопичного хлорида алюминия — более стойкий двойной хлорид алюминия и натрия. В 1865 г. русский физико-химик Н. Н. Бекетов показал возможность вытеснения алюминия магнием из расплавленного криолита. Эта реакция в 1888 г. была использована для производства алюминия на первом немецком заводе в Гмелингене. Производство алюминия этими так называемыми «химическими» способами осуществлялось с 1854 г. по 1890 г. В течение 35 лет с помощью этих способов, было получено в общей сложности около 20 т алюминия.
В конце 80-х годов позапрошлого столетия химические способы вытеснил электролитический способ, который  позволил резко снизить стоимость  алюминия и создал предпосылки к  быстрому развитию алюминиевой промышленности. Основоположники современного электролитического способа производства алюминия Эру  во Франции и Холл в США независимо друг от друга подали в 1886 г. почти  аналогичные заявки на патентование способа получения алюминия электролизом глинозема, растворенного в расплавленном  криолите. С момента появления патентов Эру и Холла и начинается современная алюминиевая промышленность, которая более чем за 115 лет своего существования выросла в одну из крупнейших отраслей металлургии.
Технологический процесс  получения алюминия состоит из трех основных стадий:
1). Получение глинозема  (Al2O3) из алюминиевых руд;
2). Получение алюминия  из глинозема;
3). Рафинирование алюминия.
Получение глинозема из руд.
Глинозем получают тремя  способами: щелочным, кислотным и  электролитическим. Наибольшее распространение  имеет щелочной способ (метод К. И. Байера, разработанный в России в  конце позапрошлого столетия и применяемый  для переработки высокосортных  бокситов с небольшим количеством (до 5-6%) кремнезема). С тех пор техническое  выполнение его было существенно  улучшено. Схема производства глинозема  по способу Байера представлена на рис. 1.
Сущность способа состоит  в том, что алюминиевые растворы быстро разлагаются при введении в них гидроокиси алюминия, а оставшийся от разложения раствор после его  выпаривания в условиях интенсивного перемешивания при 169-170оС может вновь  растворять глинозем, содержащийся в бокситах. Этот способ состоит из следующих основных операций:
1). Подготовки боксита,  заключающийся в его дроблении  и измельчении в мельницах;  в мельницы подают боксит, едкую  щелочь и небольшое количество  извести, которое улучшает выделение  Al2O3; полученную пульпу подают на выщелачивание;
2). Выщелачивания боксита  (в последнее время применяемые  до сих пор блоки автоклав  круглой формы частично заменены  трубчатыми автоклавами, в которых  при температурах 230-250°С (500-520 К) происходит  выщелачивание), заключающегося в  химическом его разложении от  взаимодействия с водным раствором  щелочи; гидраты окиси алюминия  при взаимодействии со щелочью  переходят в раствор в виде  алюмината натрия:
AlOOH+NaOH > NaAlO2+H2O
или
Al(OH)3+NaOH > NaAlO2+2H2O;
содержащийся в боксите  кремнезем взаимодействует со щелочью  и переходит в раствор в  виде силиката натрия:
SiO2+2NaOH > Na2SiO3+H2O;
в растворе алюминат натрия и силикат натрия образуют нерастворимый  натриевый алюмосиликат; в нерастворимый  остаток переходят окислы титана и железа, предающие остатку красный  цвет; этот остаток называют красным  шламом. По окончании растворения  полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи при одновременном  понижении температуры на 100°С;
3). Отделения алюминатного  раствора от красного шлама  обычно осуществляемого путем  промывки в специальных сгустителях;  в результате этого красный  шлам оседает, а алюминатный  раствор сливают и затем фильтруют  (осветляют). В ограниченных количествах  шлам находит применение, например, как добавка к цементу. В  зависимости от сорта бокситов  на 1 т полученной окиси алюминия  приходится 0,6-1,0 т красного шлама  (сухого остатка);
4). Разложения алюминатного  раствора. Его фильтруют и перекачивают  в большие емкости с мешалками  (декомпозеры). Из пересыщенного  раствора при охлаждении на 60°С (330 К) и постоянном перемешивании  извлекается гидроокись алюминия  Al(OH)3. Так как этот процесс протекает медленно и неравномерно, а формирование и рост кристаллов гидроокиси алюминия имеют большое значение при ее дальнейшей обработке, в декомпозеры добавляют большое количество твердой гидроокиси — затравки:
Na2O ? Al2O3+4H2O > Al(OH)3+2NaOH;
5). Выделения гидроокиси  алюминия и ее классификации;  это происходит в гидроциклонах  и вакуум-фильтрах, где от алюминатного  раствора выделяют осадок, содержащий 50-60% частиц Al(OH). Значительную часть гидроокиси возвращают в процесс декомпозиции как затравочный материал, которая и остается в обороте в неизменных количествах. Остаток после промывки водой идет на кальцинацию; фильтрат также возвращается в оборот (после концентрации в выпарных аппаратах — для выщелачивания новых бокситов);
6). Обезвоживания гидроокиси  алюминия (кальцинации); это завершающая  операция производства глинозема;  ее осуществляют в трубчатых  вращающихся печах, а в последнее  время также в печах с турбулентным  движением материала при температуре  1150-1300оС; сырая гидроокись алюминия, проходя через вращающуюся печь, высушивается и обезвоживается; при нагреве происходят последовательно  следующие структурные превращения:
Al(OH)3 > AlOOH > ?-Al2O3 > ?-Al2O3

В окончательно прокаленном  глиноземе содержится 30-50% ?-Al2O3 (корунд), остальное ?-Al2O3.
Этим способом извлекается 85-87% от всего получаемого глинозема. Полученная окись алюминия представляет собой прочное химическое соединение с температурой плавления 2050 оС.
Получение алюминия из его  окиси
 
Электролиз окиси алюминия
Электролитическое восстановление окиси алюминия, растворенной в расплаве на основе криолита, осуществляется при 950-970°С в электролизере. Электролизер состоит из футерованной углеродистыми  блоками ванны, к подине которой  подводится электрический ток. Выделившийся на подине, служащей катодом, жидкий алюминий тяжелее расплава соли электролита, поэтому собирается на угольном основании, откуда его периодически откачивают (рис. 2). Сверху в электролит погружены  угольные аноды, которые сгорают  в атмосфере выделяющегося из окиси алюминия кислорода, выделяя  окись углерода (CO) или двуокись углерода (CO2). На практике находят применение два типа анодов:
а) самообжигающиеся аноды  Зедерберга, состоящие из брикетов, так называемых «хлебов» массы Зедерберга (малозольный уголь с 25-35% каменноугольного пека), набитых в алюминиевую оболочку; под действием высокой температуры  анодная масса обжигается (спекается);
б) обожженные, или «непрерывные», аноды из больших угольных блоков (например, 1900?600?500 мм массой около 1,1 т).
Сила тока на электролизерах составляет 150 000 А. Они включаются в сеть последовательно, т. е. получается система (серия) — длинный ряд электролизеров.
Рабочее напряжение на ванне, составляющее 4-5 В, значительно выше напряжения, при котором происходит разложение окиси алюминия, поскольку в процессе работы неизбежны потери напряжения в различных частях системы. Баланс сырья и энергии при получении 1 т алюминия представлен на рис. 3.

Электролиз хлорида алюминия (метод фирмы Алкоа)
В реакционном сосуде окись  алюминия превращается сначала в  хлорид алюминия. Затем в плотно изолированной ванне происходит электролиз AlCl3, растворенного в расплаве солей KCl, NaCl. Выделяющийся при этом хлор отсасывается и подается для вторичного использования; алюминий осаждается на катоде.
Преимуществами данного  метода перед существующим электролизом жидкого криолитоглиноземного расплава (Al2O3, растворенная в криолите Na3AlF6) считают: экономию до 30% энергии; возможность применения окиси алюминия, которая не годится для традиционного электролиза (например, Al2O3 с высоким содержанием кремния); замену дорогостоящего криолита более дешевыми солями; исчезновение опасности выделения фтора.
Восстановление хлорида  алюминия марганцем (Toth — метод)
При восстановлении марганцем  из хлорида алюминия освобождается  алюминий. Посредством управляемой  конденсации из потока хлорида марганца выделяются связанные с хлором загрязнения. При освобождении хлора хлорид марганца окисляется в окись марганца, которая  затем восстанавливается до марганца, пригодного к вторичному применению. Сведения в имеющихся публикациях  весьма неточны, так что в данном случае придется отказаться от оценки метода.
Получение рафинированного  алюминия
Для алюминия рафинирующий электролиз с разложением водных солевых растворов невозможен. Поскольку для некоторых целей степень очистки промышленного алюминия (Al 99,5 — Al 99,8), полученного электролизом криолитоглиноземного расплава, недостаточна, то из промышленного алюминия или отходов металла путем рафинирования получают еще более чистый алюминий (Al 99, 99 R). Наиболее известен метод рафинирования — трехслойный электролиз.
Рафинирование методом трехслойного электролиза
Одетая стальным листом, работающая на постоянном токе (представленная на рис. 4) ванна для рафинирования состоит из угольной подины с токоподводами и теплоизолирующей магнезитовой футеровки. В противоположность электролизу криолитоглиноземного расплава анодом здесь служит, как правило, расплавленный рафинируемый металл (нижний анодный слой). Электролит составляется из чистых фторидов или смеси хлорида бария и фторидов алюминия и натрия (средний слой). Алюминий, растворяющийся из анодного слоя в электролите, выделяется над электролитом (верхний катодный слой). Чистый металл служит катодом. Подвод тока к катодному слою осуществляется графитовым электродом.

Ванна работает при 750-800°С, расход электроэнергии составляет 20 кВт ? ч на 1 кг чистого алюминия, т. е. несколько выше, чем при обычном электролизе алюминия.
Металл анода содержит 25-35% Cu; 7-12% Zn; 6-9% Si; до 5% Fe и незначительное количество марганца, никеля, свинца и олова, остальное (40-55%) — алюминий. Все тяжелые металлы и кремний при рафинировании остаются в анодном слое. Наличие магния в электролите приводит к нежелательным изменениям состава электролита или к сильному его ошлакованию. Для очистки от магния шлаки, содержащие магний, обрабатывают флюсами или газообразным хлором.
В результате рафинирования  получают чистый алюминий (99,99%) и продукты сегрегации (зайгер-продукт), которые содержат тяжелые металлы и кремний и выделяются в виде щелочного раствора и кристаллического остатка. Щелочной раствор является отходом, а твердый остаток применяется для раскисления.
Рафинированный алюминий имеет обычно следующий состав, %: Fe 0,0005-0,002; Si 0,002-0,005; Cu 0,0005-0,002; Zn 0,0005-0,002; Mg следы; Al остальное.
Рафинирование путем алюмоорганических  комплексных соединений и зонной плавкой
Алюминий степени чистоты  выше марки A1 99,99 R может быть получен рафинирующим электролизом чистого или технически чистого алюминия с применением в качестве электролита комплексных алюмоорганических соединений алюминия. Электролиз проходит при температуре около 1000°С между твердыми алюминиевыми электродами и в принципе схож с рафинирующим электролизом меди. Природа электролита диктует необходимость работать без доступа воздуха и при низкой плотности тока.
Этот вид рафинирующего  электролиза, применяемым сначала  лишь в лабораторном масштабе, уже осуществляется в небольшом производственном масштабе — изготовляется несколько тонн металла в год. Номинальная степень очистки получаемого металла 99,999-99,9999%. Потенциальными областями применения металла такой чистоты являются криогенная электротехника и электроника.
Возможно применение рассмотренного метода рафинирования и в гальванотехнике.
Еще более высокую чистоту  — номинально до A1 99,99999 — можно получить последующей зонной плавкой металла. При переработке алюминия повышенной чистоты в полуфабрикат, лист или проволоку необходимо, учитывая низкую температуру рекристаллизации металла, принимать особые меры предосторожности. Примечательным свойством рафинированного металла является его высокая электропроводность в области криогенных температур.
Получение вторичного алюминия
Переработка вторичного сырья  и отходов производства является экономически выгодной. Получаемыми при этом вторичными сплавами удовлетворяется около 25% общей потребности в алюминии.
Важнейшей областью применения вторичных сплавов является производство алюминиевого фасонного литья. В  DIN 1725, лист 2 наряду со стандартными марками сплавов приведены многочисленные марки сплавов, производимых литейными заводами. Перечень сплавов, выпускаемых этими заводами, содержит, кроме стандартных, некоторые нестандартные сплавы.
Безупречное приготовление  алюминиевого скрапа в самых разнообразных  пропорциях можно осуществлять только на специально оборудованных плавильных заводах. Представление о сложном рабочем процессе на таком заводе дает рис. 5.

Отходы переплавляют после  грубой предварительной сортировки. Содержащиеся в этих отходах железо, никель или медь, точка плавления которых выше точки плавления алюминия, при плавке в плавильной пороговой печи остаются в ней, а алюминий выплавляется. Для удаления из отходов неметаллических включений типа окислов, нитридов, карбидов или газов применяют обработку расплавленного металла солями или (что рациональней) продувку газом — хлором или азотом.
Для удаления металлических примесей из расплава известны различные методы, например присадка магния и вакуумирование — метод Бекша (Becksche); присадка цинка или ртути с последующим вакуумированием — субгалогенный метод. Удаление магния ограничивается введением в расплавленный металл хлора. Путем введения добавок, точно определяемых составом расплава, получают заданный литейный сплав.
Производство алюминия технической  чистоты
Электролитический способ —  единственный применяющийся во всем мире для производства металлического алюминия технической чистоты. Все  другие способы (цинкотермический, карбидотермический, субхлоридный, нитридный и др.), с  помощью которых алюминий может  быть извлечен из алюминиевых руд, разрабатывались  в лабораторном и опытно-промышленных масштабах, однако пока не нашли практического применения.
Для получения алюминиево-кремниевых сплавов успешно применяется  электротермический способ, впервые  разработанный и осуществленный в промышленном масштабе в СССР. Он состоит из двух стадий: на первой стадии получают первичный алюминиево-кремниевый сплав с содержанием 60-63 % Al путем прямого восстановления алюмо-кремнистых руд в рудно-термических электрических печах; на второй стадии первичный сплав разбавляют техническим алюминием, получая силумин и другие литейные и деформируемые алюминиево-кремниевые сплавы. Ведутся исследования по извлечению из первичного сплава алюминия технической чистоты.
В целом получение алюминия электролитическим способом включает в себя производство глинозема (окиси  алюминия) из алюминиевых руд, производство фтористых солей (криолита, фтористого алюминия и фтористого натрия), производство углеродистой анодной массы, обожженных угольных анодных и катодных блоков и других футеровочных материалов, а также собственно электролитическое производство алюминия, которое является завершающим этапом современной металлургии алюминия.
Характерным для производства глинозема, фтористых солей и  углеродистых изделий является требование максимальной степени чистоты этих материалов, так как в криолитоглиноземных расплавах, подвергающихся электролизу, не должны содержаться примеси элементов, более электроположительных, чем алюминий, которые, выделяясь на катоде в первую очередь, загрязняли бы металл.
В глиноземе марок Г-00, Г-0 и Г-1, которые преимущественно  используются при электролизе, содержание SiO2 составляет 0,02-0,05%, a Fe2O3 — 0,03-0,05%. В криолите в среднем содержится 0,36-0,38% SiO2 и 0,05-0,06% Fe2O3, во фтористом алюминии 0,30-0,35% (SiO2 + Fe2O3). В анодной массе содержится не более 0,25% SiO2 и 0,20% Fe2O3.
Важнейшая алюминиевая руда, из которой извлекают глинозем, боксит. В боксите алюминий присутствует в форме гидроокиси алюминия. В  Советском Союзе, кроме боксита, для получения глинозема применяют  нефелиновую породу — алюмосиликат натрия и калия, а также алунитовую породу, в которой алюминий находится  в виде его сульфата. Сырьем для  изготовления анодной массы и  обожженных анодных блоков служат углеродистые чистые материалы — нефтяной или  пековый кокс и каменноугольный  пек в качестве связующего, а для  производства криолита и других фтористых  солей — фтористый кальций (плавиковый шпат).
При электролитическом получении  алюминия глинозема Al2O3, растворенный в расплавленном криолите Na3AlF6, электрохимически разлагается с разрядом катионов алюминия на катоде (жидком алюминии), а кислородсодержащих ионов (ионов кислорода) — на углеродистом аноде.
По современным представлениям, криолит в расплавленном состоянии  диссоциирует на ионы и : , а глинозем — на комплексные ионы и : , которые  находятся в равновесии с простыми ионами: , .
Основным процессом, происходящим на катоде, является восстановление ионов  трехвалентного алюминия: Al3+ + 3e > Al (I).
Наряду с основным процессом  возможен неполный разряд трехвалентных  ионов алюминия с образованием одновалентных  ионов: Al3+ + 2e > Al+ (II) и, наконец, разряд одновалентных ионов с в ыделением металла: Al+ + e > Al (III).
При определенных условиях (относительно большая концентрация ионов Na+, высокая температура и др.) может происходить разряд ионов натрия с выделением металла: Na+ + e > Na (IV). Реакции (II) и (IV) обусловливают сниж ение выхода алюминия по току.
На угольном аноде происходит разряд ионов кислорода: 2O2– – 4e > O2. Однако кислород не выделяется в свободном виде, так как он окисляет углерод анода с образованием смеси CO2 и CO.
Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением Al2O3 + xC - 2Al + (2x–3)CO + (3–x)CO2.
В состав электролита промышленных алюминиевых электролизеров, помимо основных компонентов — криолита, фтористого алюминия и глинозема, входят небольшие количества (в сумме до 8-9%) некоторых других солей — CaF2, MgF2, NaCl и LiF (добавки), которые улучшают некоторые физико-химические свойства электролита и тем самым повышают эффективность работы электролизеров. Максимальное содержание глинозема в электролите составляет обычно 6-8%, снижаясь в процессе электролиза. По мере обеднения электролита глиноземом в него вводят очередную порцию глинозема. Для нормальной работы алюминиевых электролизеров отношение NaF: AlF3 в электролите поддерживают в пределах 2,7-2,8, добавляя порции криолита и фтористого алюминия.
В производстве алюминия применяют  электролизеры с самообжигающимися  угольными анодами и боковым  или верхним подводом тока, а также  электролизеры с предварительно обожженными угольными анодами. Наиболее перспективна конструкция электролизеров с обожженными анодами, позволяющая увеличить единичную мощность агрегата, снизить удельный расход электроэнергии постоянного тока на электролиз, получить более чистый металл, улучшить санитарно-гигиенические условия труда и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу. 
Первичный алюминий, извлекаемый из электролизеров (алюминий-сырец), содержит ряд примесей, которые можно подразделить на три группы: неметаллические (фтористые соли, ?- и ?-глинозем, карбид и нитрид алюминия, угольные частицы, механически увлекаемые при выливке металла из электролизера); металлические (железо, кремний), переходящие из сырья, угольных материалов и конструктивных элементов электролизера; газообразные — преимущественно водород, который образуется в металле в результате электролитического разложения воды, попадающей в электролит с сырьем.
Из металлических примесей, помимо железа и кремния, содержится наибольшее количество галлия, цинка, титана, марганца, натрия, ванадия, хрома, меди.
Основным источником поступления  металлических микропримесей в  алюминий является глинозем, который в зависимости от вида исходного сырья может содержать галлий, цинк, калий, фосфор, серу, ванадий, титан и хром. Углеродистые материалы (анодная масса, обожженные аноды, катодные изделия) служат источником таких микропримесей, как, например, ванадий, титан, марганец, цинк.
Электролизом криолито-глиноземных  расплавов при условии применения чистых исходных материалов (в первую очередь глинозема и углеродистых материалов) удается получить алюминий-сырец марок А85 и А8 (99,85 и 99,80%). Наибольшая доля металла этих марок (60-70 % от общего выпуска) получается на электролизерах с обожженными анодами, а также на электролизерах с боковым подводом тока (до 70 % от общего производства). На электролизерах с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом выпуск алюминия-сырца марки А8 невысок (составляет 1-3%), а металл марки А85 получить не удается из-за значительных примесей железа, поступающего в алюминий из несырьевых источников (анодные штыри, чугунные секции газосборников, технологический инструмент, катодный узел).
Расплавленный первичный  алюминий, извлеченный из электролизеров с помощью вакуумного ковша, поступает в литейное отделение для рафинирования от неметаллических и газовых примесей и дальнейшей переработки в товарную продукцию (чушки, цилиндрические и плоские слитки, катанку и т. п.). Перед разливкой алюминий-сырец выдерживают в расплавленном состоянии в электрических печах сопротивления (миксерах) или в газовых отражательных печах. В этих печах не только проводят рациональную шихтовку различных по составу порций жидкого алюминия, но и частично очищают от неметаллических включений, окисных пленок и натрия.
Разливка алюминия из миксера  в чушки производится с помощью  литейных машин конвейерного типа; цилиндрические и плоские слитки изготавливают методом полунепрерывного литья, а для получения катанки применяют специальные агрегаты совмещенного литья и прокатки.
На отечественных алюминиевых  заводах при литье слитков  алюминий, поступающий из миксера в кристаллизатор литейной машины, подвергают простейшему виду рафинирования — фильтрации расплава через стеклосетку с ячейками размером от 0,6?0,6 до 1,7?1,7 мм. Этот метод позволяет очищать алюминий только от очень грубых окисных включений; более совершенен метод фильтрации расплава через стеклосетку в восходящем потоке. При таком способе фильтрования частицы окисных включений, сталкиваясь с сеткой, не захватываются потоком расплава, а осаждаются на дне литейного желоба.
Для одновременной очистки  алюминия, как от неметаллических  примесей, так и от водорода успешно  применяется метод фильтрации через  флюсовый фильтр в сочетании с  продувкой азотом. В качестве флюса  можно использовать кислый электролит алюминиевых электролизеров. В результате такой очистки содержание водорода в алюминии снижается с 0,22 до 0,16 см3 на 100 г металла.
В первичном алюминии, используемом для производства сплавов системы  Al—Mg, содержание натрия не должно превышать 0,001 %. Это связано с тем, что присутствие натрия в этих сплавах ухудшает механические и другие эксплуатационные свойства изделий, применяемых в ряде отраслей народного хозяйства.
Наиболее эффективным  методом одновременного рафинирования  алюминия от натрия, водорода и неметаллических  примесей является продувка расплавленного металла газовой смесью азота с 2-10% хлора, вводимой в расплав в виде мелких пузырей с помощью специальных устройств. Этот способ рафинирования позволяет снизить содержание натрия в алюминии до 0,0003—0,001% при расходе газовой смеси от 0,8 до 1,5 м3/т металла.
Расход электроэнергии на производство 1 т товарного алюминия из металла-сырца при использовании электропечей составляет 150-200 кВт ? ч; безвозвратные потери металла на литейном передел е равны 1,5-5 % в зависимости от вида товарной продукции.
Получение алюминия высокой  чистоты
Для получения алюминия высокой  чистоты (марок А995—А95) первичный  алюминий технической чистоты электролитически рафинируют. Это позволяет снизить в алюминии содержание металлических и газообразных примесей и тем самым значительно повысить его электропроводность, пластичность, отражательную способность и коррозионную стойкость.
Электролитическое рафинирование  алюминия осуществляют электролизом расплавленных  солей по трехслойному способу. Сущность способа заключается в следующем. В рафинировочном электролизере  имеются три расплавленных слоя. Нижний, наиболее тяжелый, лежит на токопроводящей подине и служит анодом; он называется анодным сплавом и представляет собой сплав рафинируемого алюминия с медью, которую вводят для утяжеления слоя. Средний слой — расплавленный электролит; его плотность меньше плотности анодного сплава и выше плотности чистого рафинированного (катодного) алюминия, находящегося над электролитом (верхний, третий жидкий слой).
При анодном растворении  все примеси более электроположительные, чем алюминий (Fe, Si, Ti, Cu и др.), остаются в анодном сплаве, не переходя в электролит. Анодно растворяться будет только алюминий, который в форме ионов Al3+ переходит в электролит: Al – 3e > Al3+.
При электролизе ионы алюминия переносятся к катоду, на котором  и разряжаются: Al3+ + 3e > Al. В результате на катоде накапливается слой расплавленного рафинированного алюминия.
Если в анодном сплаве присутствуют примеси более электроотрицательные, чем алюминий (например, Ba, Na, Mg, Ca), то они могут электрохимически растворяться на аноде вместе с алюминием и в виде ионов переход
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.