Отримання вторинного алюмінію - студопедія
Найважливішою областю застосування вторинних сплавів є виробництво алюмінієвого фасонного лиття. У DIN тисячі сімсот двадцять п'ять, лист 2 поряд зі стандартними марками сплавів наведено численні марки сплавів, вироблених ливарними заводами. Перелік сплавів, що випускаються цими заводами, містить, крім стандартних, деякі нестандартні сплави.
Бездоганне приготування алюмінієвого скрапу в найрізноманітніших пропорціях можна здійснювати тільки на спеціально обладнаних плавильні-них заводах. Подання про складне робочому процесі на такому заводі дає рис. 5.
Відходи переплавляють після грубої попередньо-котельної сортування. З-держа-щіеся в цих відх-дах залізо, нікель або мідь, точка плавлення ко-торих вище точки плавлення алюмінію, при плавці в плавильної по-роговий печі залишаються в ній, а алюміній виплав-ляется. Для видалення з відходів неметалевих включень типу оксидів, нітриду, карбідів або газів застосовують обра-лення розплавленого ме-Таллах солями або (що більш раціонально) продування газом - хлором чи азо-том.
Для видалення метал-вих домішок з розплаву відомі раз-особисті методи, наприклад присадка магнію і вакуум-умірованіе - метод Бекша (Becksche); при-садка цинку або ртуті з наступним вакуумуванням - субгалогенний метод. Видалення магнію обмежується введенням в розплавлений метал хлору. Шляхом введення добавок, точно визначених складом розплаву, отримують заданий ливарний сплав.
Виробництво алюмінію технічної чистоти
Електролітичний спосіб - єдиний застосовується в усьому світі для виробництва металевого алюмінію технічної чистоти. Всі інші способи (цінкотерміческій, карбідотерміческій, субхлорідний, нітрідний і ін.), За допомогою яких алюміній може бути вилучено з алюмінієвих руд, розроблялися в лабораторному і дослідно-промислових масштабах, од-нако поки не знайшли практичного застосування.
В цілому отримання алюмінію електролітичним способом включає в себе виробництво глинозему (окису алюмінію) з алюмінієвих руд, виробництво фтористих солей (кріоліту, фтористого алюмінію і фтористого натрію), виробництво вуглецевої анодної маси, обпалених вугільних анодних і катод-них блоків і інших футеровочних матеріалів, а також власне електро-літичної виробництво алюмінію, яке є завершальним етапом сучасної металургії алюмінію.
Характерним для виробництва глинозему, фтористих солей і углеродіс-тих виробів є вимога максимальної ступеня чистоти цих ма-лов, так як в кріолітогліноземних розплавах, що піддаються електролізу, не повинні міститися домішки елементів, більш електропозитивні, ніж алюміній, які, виділяючись на катоді в першу чергу, забруднювали б метал.
Найважливіша алюмінієва руда, з якої витягають глинозем, боксит. У боксі алюміній присутній у формі гідроксиду алюмінію. У Радянському Союзі, крім бокситу, для отримання глинозему застосовують нефелінових породу - алюмосилікат натрію і калію, а також алунітовую породу, в якій алюміній знаходиться в вигляді його сульфату. Сировиною для виготовлення анодної маси і обпалених анодних блоків служать вуглецеві чисті матеріали - нафтовий або пековий кокс і кам'яновугільний пек як сполучна, а для виробництва кріоліту та інших фтористих солей - фтористий кальцій (плавиковий шпат).
При електролітичному отриманні алюмінію глинозему Al2 O3. розчинений в розплавленому кріоліті Na3 AlF6. електрохімічних розкладається з розрядом катіонів алюмінію на катоді (рідкому алюмінії), а кисневмісних іонів (іонів кисню) - на вуглецевих аноді.
За сучасними уявленнями, кріоліт в розплавленому стані дисоціюють на іони і. . а глинозем - на комплексні іони і. . які знаходяться в рівновазі з простими іонами:. .
Основним процесом, що відбувається на катоді, є відновлення іонів тривалентного алюмінію: Al 3+ + 3e → Al (I).
Поряд з основним процесом можливий неповний розряд тривалентних іонів алюмінію з утворенням одновалентних іонів: Al 3+ + 2e → Al + (II) і, нарешті, розряд одновалентних іонів з виділенням металу: Al + + e → Al (III).
При певних умовах (відносно велика концентрація іонів Na +. Висока температура і ін.) Може відбуватися розряд іонів натрію з виділенням металу: Na + + e → Na (IV). Реакції (II) і (IV) обумовлюють зниження виходу алюмінію по струму.
На вугільному аноді відбувається розряд іонів кисню: 2O 2 - 4e → O2. Однак кисень не виділяється у вільному вигляді, так як він окисляє вугіллі-род анода з утворенням суміші CO2 і CO.
Сумарна реакція, яка відбувається в електролізері, може бути представ-лена рівнянням Al2 O3 + x C ↔ 2Al + (2x -3) CO + (3-x) CO2.
У виробництві алюмінію застосовують електролізери з самообжігающіміся вугільними анодами і бічним або верхнім підведенням струму, а також електролізери з попередньо обпаленими вугільними анодами. Найбільш перс-тивні конструкція електролізерів з обпаленими анодами, що дозволяє збільшити одиничну потужність агрегату, знизити питомі витрати електро-енергії постійного струму на електроліз, отримати більш чистий метал, послабшають шити санітарно-гігієнічні умови праці і зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу.
Основні технічні параметри і показники роботи алюмінієвих елек-тролізеров різного типу наведено в табл. 1.3.
Основні технічні параметри і ПОКАЗНИКИ РОБОТИ АЛЮМІНІЄВИХ електролізерів
Параметри і показники
З самообжігающіміся анодами
Основним джерелом надходження металевих мікродомішок в алю-міній є глинозем, який в залежності від виду вихідної сировини мо-же містити галій, цинк, калій, фосфор, сірку, ванадій, титан і хром. Вуглецеві матеріали (анодна маса, обпалені аноди, катодні виро-лія) служать джерелом таких мікродомішок, як, наприклад, ванадій, титан, марганець, цинк.
Електролізом кріоліту-глиноземних розплавів за умови застосування чистих вихідних матеріалів (в першу чергу глинозему і вуглецевих матеріалів) вдається отримати алюміній-сирець марок А85 і А8 (99,85 і 99,80%). Найбільша частка металу цих марок (60-70% від загального випуску) напів-чає на електролізерах з обпаленими анодами, а також на електролізерах з бічним підведенням струму (до 70% від загального виробництва). На електролізерах з самообжігающіміся анодами і верхнім струмопідведення випуск алюмінію-сирцю марки А8 невисокий (становить 1-3%), а метал марки А85 отримати не вдається через значні домішок заліза, що надходить в алюміній з несировинних джерел (анодні штирі, чавунні секції газосборніков , тих-технологічного інструмент, катодний вузол).
Розплавлений первинний алюміній, витягнутий з електролізерів з по-міццю вакуумного ковша, надходить в ливарне відділення для рафінування від неметалевих і газових домішок і подальшої переробки в товарну продукцію (чушки, циліндричні і плоскі злитки, катанку і т. П.). Перед розливанням алюміній-сирець витримують у розплавленому стані в елек-тричних печах опору (міксерах) або в газових відбивних печах. У цих печах не тільки проводять раціональну шихтовку різних за складом порцій рідкого алюмінію, але і частково очищають від неметалічних включень, окисних плівок і натрію.
Розлив алюмінію з міксера в чушки проводиться за допомогою літей- них машин конвеєрного типу; циліндричні і плоскі злитки изготавли-ють методом напівбезперервного лиття, а для отримання катанки застосовують спеціальні агрегати суміщеного лиття і прокатки.
На вітчизняних алюмінієвих заводах при лиття злитків алюміній, по-ступає з міксера в кристалізатор ливарної машини, піддають прос-Тейша увазі рафінування - фільтрації розплаву через склосітки з комірок-ками розміром від 0,6 × 0,6 до 1,7 × 1, 7 мм. Цей метод дозволяє очищати алюміній тільки від дуже грубих окисних включень; більш досконалий метод фільтрації розплаву через склосітки у висхідному потоці. При такому способі фільтрування частки окисних включень, стикаючись з сіткою, не захоплюються потоком розплаву, а осідають на дні ливарного жолоби.
Витрата електроенергії на виробництво 1 т товарного алюмінію з метал-ла-сирцю при використанні електропечей складає 150-200 кВт # 1 468; ч; безвоз-Вратна втрати металу на ливарному переділі рівні 1,5-5% залежно від виду товарної продукції.