На головну

Частина 3. Металургія кольорових металів | Фізико-хімічні властивості і області застосування | Сировинні джерела титану | Відновлювальна плавка ільменітових концентратів. | Запорізький титано - магнієвий комбінат »(м.Запоріжжя). | Продукція: тітансодержащіх шлак, титанова губка, ферротитан, титанове лиття. Магній проводиться для внутрішнього споживання. | Виробництво пігментного діоксиду титану | Виробництво кольорових металів | Зниження виробництва продукції | Технологічні схеми процесу МЕП |

Переробка титанової губки в товарну продукцію

  1. L Ціни на продукцію громадського харчування
  2. Аналіз положення на товарних ринках і попиту на продукцію, що випускається
  3. Залежно від співвідношення цін на продукцію
  4. В яких випадках материнської компанії вигідно занижувати ціни на поставлену своєї дочірньої компанії продукцію
  5. г) забій і первинна переробка птиці
  6. Губки я тягну, тягну,
  7. Гуманістична переробка християнської етики

При переробці титанової губки (криці і гарніссажной частини) в першу чергу відокремлюють більш якісний метал від менш якісного. При розбиранні блоку губки від Крічний (центральної частини блоку) відокремлюють низ і верх блоку. Завдяки такому методу сортування вдається отримати частину металу вищих сортів, в яких вміст домішок менше, ніж в середньому по блоку.

Крім поділу блоку губки на відповідні частини, якість покращують за допомогою розсівання губки після дроблення по фракціям крупності. У найдрібніші фракції губки (менше 2 мм) потрапляє найбільш крихкий метал.

В технологічну схему переробки блоків губчастого титану в товарну продукцію входять наступні основні операції:

1) підрізування гарніссажной частини губки в реакторах;

2) виїмка губки з реторти;

3) очищення блоку губки від поверхневих плівок і забруднень;

4) руйнування блоків губки на шматки з доведенням їх крупності до необхідного обсягу товарної продукції;

5) розсівання з виділенням товарних фракцій;

6) сортування товарних фракцій з витяганням некондиційних шматків, збагачених домішками;

7) усереднення товарного губчастого титану;

8) пробовідбір;

9) комплектація товарної партії губчастого титану, розподіл губки однієї крупності і одного хімічного складу по пакувальним місцях і затарювання.

Перед витяганням блоку губки з реактора звільняють його прохідний перетин від гарніссажной губки, для чого використовують відбійні молотки або спеціалізовані механізми.

Блоки губки з реторт витягають за допомогою виштовхують пресів (рис), вібровстряхівающіх машин або механічних захоплень.


Мал. 76. Прес для виштовхування блоків губки з реторт:

1 гідроциліндр; 2 - шток; 3 - блок губки; 4 - гарніссажная губка; 5 -

реторта; 6 -ложное днище; 7 - опорне кільце; 8 - Самоустановлювальні

п'ята; 9- рухомий люнет; 10 - приймальня платформа; 11 - регульовані опори

 

 Оброблення блоку проводиться за допомогою різних механізмів. На рис. представлені прессножніци.

Мал. 77. Прессножніци для руйнування блоків губчастого титану: 1 - станина; 2 -рама з поперечиною; 3 - клиновидний ніж; 4 -режущая кромка; 5 - блок губки; 6 - рухомий стіл; 7 - плунжерний привід рами; 8 - гідроциліндри; 9- двосторонній клапан

Ці преси доцільно використовувати для отримання шматків губки

розміром не менше 300 мм. Кусковий матеріал крупністю менше 300 мм подрібнюють на дробарках різних конструкцій. Найбільш продуктивно подрібнення в дробарках ударної дії. У щекових і конусних дробарках може бути досягнута велика ступінь подрібнення,

Роздроблену губку розсіюють на барабанних або вібраційних грохотах для сортування по фракціях

3.2.7. Плавка титану і його сплавів

Висока реакційна здатність, схильність до активної хімічної взаємодії з киснем, азотом, вуглецем і іншими елементами не дозволяють плавити титан і його сплави в звичайних металургійних печах. Плавку титану необхідно проводити в умовах, що оберігають рідкий метал від насичення газами та іншими шкідливими домішками. Технічно чистий титан має порівняно низьку міцність, тому в промисловості використовують головним чином сплави титану.

Висока температура плавлення титану (~ 1660 ° С) в поєднанні з високою хімічною активністю створює великі труднощі при плавці і лиття сплавів на основі титану. Щоб титан не став крихким в результаті забруднення газами, плавку і лиття проводять в високому вакуумі або в атмосфері інертного газу високої чистоти, а також не допускають зіткнення металу з вогнетривкими матеріалами.

В даний час розроблено декілька методів отримання титану, що запобігають забрудненню металу газами або вогнетривкими матеріалами:

1) вакуумна дугова плавка;

2) плавка в печі з гарніссажем;

3) плавка в електрошлаковою печі;

4) плазменно - дугова плавка;

5) індукційна плавка в графітовому тиглі.

6) електронно - променева плавка.

Для всіх видів плавок, за винятком індукційної, при плавленні титану застосовують для формування злитка мідний водоохолоджуваний кристаллизатор, а при гарніссажной плавці - також графітовий тигель.

У електрошлаковою плавці джерелом нагрівання служить джоулево тепло, що виділяється при проходженні струму через шар флюсу (фториду кальцію), який є елементом опору. Процес здійснюється за схемою витрачається електрода. При цьому плавці параметри плавленні легко регулюються, поверхня злитків виходить такий, що їх можна використовувати для подальших переділів без обточування. Крім того, можна отримувати злитки плоского і квадратного перетину, що дуже зручно для прокатки.

Спосіб плазменно-дугового плавки дозволяє переплавити сипучу шихту з добавкою будь-якої кількості відходів. Джерелом тепла в цьому процесі є потік іонізованого газу-плазми, що подається в зону плавки спеціальними пристроями - плазмотронами. При плазмової плавки, яка може здійснюватися також і за схемою витрачається електрода, підвищується безпека процесу, поверхня злитків краще, ніж при дугового плавці.

Спосіб індукційної плавки передбачає використання головним чином графітового тигля, при цьому весь переплавляє метал знаходиться в розплавленому вигляді на відміну, наприклад, від вакуумно-дугового плавки, коли формування злитка з рідкої ванни.

Мал. 19. Схема вакуумно-дугового печі з електродом, що витрачається:

1 - електрод, що витрачається; 2 - охолоджується водою кристалізатор; 3 - злиток титану; 4 - розплавлений метал; 5 - мідний охолоджуваний піддон; 6 - вакуумна камера; 7 - токоподвод

Виплавку злитків першого і другого переплавок виробляють і однотипних печах. Схема вакуумної дугового печі приведена на рис. 19, Основні вузли печі Виливниці, піддон, Електродотримачі, робоча камера, вакуумна система.

Виливниці - найважливіша частина печі. У ній відбувається горіння дуги, плавлення електрода, кристалізація злитка. Виливниці складається з мідного кристаллизатора, зазвичай циліндричної форми, і корпусу, виготовленого з корозійностійкої сталі. При роботі печі в кільцевої зазор між кристалізатором і корпусом статі вода під тиском для охолодження кристал і затору. Висока теплопровідність і пластичність міді забезпечує тривалу роботу кристаллизатора в умовах термічних напружень, що виникають при впливі рідкого металу і випромінювання дуги. На корпус виливниці намотують соленоїд, який створить всередині кристалізатора поздовжнє магнітне поле. При взаємодії електричної дуги з магнітним полем воно стабілізує горіння дуги і обертає ванну рідкого металу, покращуючи умови перемішування рідкої ванни.

Інший важливий вузол - піддон. Він закриває кристаллизатор знизу і в початковий період плавки відчуває великі теплові навантаження. Піддон виготовляють з міді і також охолоджують водою, яка подається під тиском.

Електродотримачі призначений для вертикального переміщення витрачається електрода в печі і подачі напруги на дугу. Його зазвичай виготовляють зі сталі. Він являє собою дві коаксіально розташовані труби, але у внутрішню подається вода для охолодження. Електродотримачі вводять в робочий простір через кільцеве ущільнення. Знизу до зовнішньої трубі приварений хвостовик з різьбленням. На хвостовик нагвинчують титановий юнак, який служить для кріплення (припарки) витрачається електрода.

Робоча камера призначена для розміщення частини витрачається електрода, який зазвичай довше кристаллизатора, і для з'єднання кристаллизатора з вакуумною системою. У верхній частині камери розташовані оглядові вікна, через які за допомогою перископів ведуть візуальне спостереження за ходом плавки. Камеру виготовляють з корозійностійкої сталі, вона відчуває відносно невеликі теплові навантаження,

Вакуумна система складається з вакуумних насосів, вакуумпровода, запірної арматури і приладів контролю. Система повинна забезпечувати швидку відкачку повітря з печі перед планкою до тиску 13,3 Па і підтримку під час плавки тиску <26,6 Па. Для відкачування використовують один або кілька механічних форвакуумних насосів типу ВН-6Г і механічних бустерпих насосів типу 2ДВН-150о або 2ДВН-ЗООО.

Плавлення металу відбувається під дією тепла, що виділяється електричною дугою, яка горить між електродом, що витрачається і поверхнею ванни рідкого металу. Для планки титану використовують постійний струм: негативним полюсом є електрод, що витрачається, позитивним - наплавляється злиток. Як джерела живлення використовують машинні генератори або вентильні кремнієві випрямлячі. У сучасних промислових печах використовують силу струму до 37,5 кА при напрузі 30-80 В.

Плавлення зливків відбувається наступним чином. Електрод, що витрачається поміщають в піч і зварюють з недопалком. Потім, піднявши електрод, запалюють дугу між нижнім торцем електрода і піддоном. При виплавці великих злитків другою переплавки на піддон зазвичай кладуть Темплете з того ж сплаву для захисту піддону від прямого впливу дуги. Кінець електрода розігрівається дугою до температури, що перевищує температуру плавлення, на торці утворюються краплі рідкого металу. Коли маса краплі перевищить сили поверхневого натягу, крапля відривається і падає на піддон. Поступово електрод подають вниз, а злиток наростає вгору, при цьому у верхній частині злитка утворюється ванна рідкого металу. Таким чином, одночасно йдуть плавлення і кристалізація злитка.

Мал. Вид расплавного тигля і верхнього злитка титану

Для отримання сплавів титану з алюмінієм, марганцем, ванадієм, хромом та іншими металами легуючі добавки домішують до губці, що надходить на виготовлення електрода для першої плавки.

Продукція виробів з титану і його сплавів.

титанове лиття

титанове лиття

титанові вироби

Мал. Види титанової продукції

3.3. виробництво міді

3.3.1. Властивості міді та області споживання

Мідь є найдавнішим металом, значення якого і в даний час важко переоцінити.

Мідь - м'який, в'язкий і ковкий метал червоного кольору. Він легко прокочується в тонкі листи і дріт. Широке застосування міді пов'язане з хорошою електропровідністю і теплопровідністю, високою пластичністю і здатністю утворювати технологічні сплави, які відмінно обробляються і мають гарні механічні властивості.

Мал. мідь

Температура плавлення міді 1083 ° С, кипіння 2360 ° С. Межа міцності чистої міді не дуже високий і становить 220 МПа (22 кгс / мм2). Щільність міді 8,93 г / см3, А твердість майже в 2 рази менше, ніж у заліза.

При звичайній температурі сухе повітря і волога окремо не діють на мідь, але у вологому повітрі, що містить СО2, Мідь окислюється і покривається зеленою плівкою основного карбонату (CuCO3* Cu (OH)2), Що є отруйною речовиною.

У розчинах кислот, як соляна і сірчана, за відсутності окислювача мідь не розчиняється. У азотної, гарячої концентрованої сірчаної кислоти мідь розчиняється легко. У присутності кисню і при нагріванні мідь добре розчиняється в аміаку.

При температурі червоного розжарювання мідь окислюється з утворенням Cu2 O, CuO.

C сірої мідь утворює два сульфіду: сірчисту (СuS) і полусерністую (Cu2S) мідь.

Мідь здатна сплавлятися з багатьма металами, утворюючи численні сплави.

Основними споживачами міді та її сполук є:

1) Електротехніка та електроніка (дроти, кабелі, обмотки електродвигунів, струмопровідні шини, деталі радіоелектронних приладів, фольга для друкованих схем і ін.);

2) Машинобудування (теплообмінники, зрошувальні установки та ін.);

3) Транспорт (деталі і вузли залізничних вагонів, автомобілів, літаків, морських та річкових суден, тракторів і т. Д.);

4) Будівельні матеріали (покрівельні листи, деталі декоративних

5) архітектурних прикрас);

6) хімічна промисловість (виробництво солей, фарб, каталізаторів);

7) Вироби і прилади побутового призначення (деталі годин, посуд, скобяниеізделія, деталі холодильників, пральних машин і побутових електроприладів, декоративні вироби та прикраси та ін.);

8) сільське господарства (отрутохімікати).

3.3.2 Мідні руди і схема їх переробки

В даний час найголовнішим джерелом для отримання міді (~ 80% світового видобутку) служать сульфідні руди, що містять найчастіше халькопирит (CuFeS2), Званий мідним колчеданом, або інші сірчисті мінерали міді, наприклад, халькозин (CuS) і ін. У цих рудах зазвичай знаходиться багато піриту (FeS2) І сульфідів цинку, свинцю, нікелю, а нерідко срібло і золото.

Мал. 1. Мінерал Купрій

халькопирит

Мал. 2. Мінерал малахіт

Мал. 3. Самородна мідь

Рис.4. малахіт

Мал. 5. халькозин

Мал. 6. Куприт

Іншим джерелом для отримання міді є окислені мідні руди, що містять мідь у вигляді купріта (Cu2O) або азуриту (2СuСО3* Сu (ОН)2). Зустрічаються також змішані сульфидно-окислені мідні руди.

Зміст міді в комплексних рудах незначно (часто 1-2%), перед їх переробкою майже завжди піддають збагаченню, яке дозволяє виділити з руди окремо мідний концентрат, що містить 11-35% Сu, і цинковий піритні концентрат.

Для отримання міді з руд можна використовувати пірометалургічні способи (плавка на штейн, відновна плавка) і гідрометалургійні способи, наприклад, вилуговуванням сірчаною кислотою.

Зразковий склад мідного концентрату,%: Cu-13,5; Zn-0,5; Fe- 36,5; S- 39? 0; SiO2 - 2,7; Al2O3- 3,4; CaO- 0,5.

Розглянемо один з найбільше поширених способів вилучення міді з сульфідних концентратів - плавку на штейн (рис. 7).

Мал. 7. Спрощена схема отримання міді з сульфідних руд пірометаллургічним способом

3.3.3. Отримання мідних штейн з концентратів

Мета плавки на штейн - відділення сірчистих сполук міді та заліза від містяться в руді домішок, присутніх в ній у вигляді окислених з'єднань. Процес здійснюється при високій температурі 1550оЗ, що призводить до плавлення матеріалів і утворення рідких штейну і шлаку.

У міру нагрівання шихти починаються реакції часткового відновлення вищих оксидів заліза і міді, окислення сірки і шлакоутворення. наприклад,

Сульфід міді розплавляючись формує штейн.

Штейн в застиглому вигляді - це сплав сульфідів, головним чином міді і заліза (зазвичай 80 - 90%) і сульфідів цинку, свинцю, нікелю. Вони добре розчиняють в собі золото і срібло, і, тому, майже повністю концентруються в штейн.

Одним із способів переробки мідних концентратів є плавка в відбивних печах з отриманням Штейна, шлаку і газів. Відбивні печі (рис. 8) зазвичай бувають довжиною 35 - 40, шириною 7 - 10 і висотою 3,5 - 4,5 м. Стіни і під викладають з динасового або магнезитової цегли.

Відбивні печі опалюють мазутом, вугільним пилом або газом, вдихаючи паливо форсунками (4 - 10 шт.) (5) через вікна, наявні в торці печі. Максимальна температура в головній частині печі 1550 ° С, в хвостовій частині зазвичай 1250 - 1300 ° С. Шихту в ці печі завантажують через отвори в склепінні (1), розташовані уздовж печі у бічних стінок. При завантаженні шихта лягає схилами вздовж стін, оберігаючи кладку від прямого впливу шлаків і газів.


Мал. 8. Відбивна піч для плавки мідних концентратів:

1 - завантажувальні отвори; 2 - вікно для зливу шлаку; 3 - димохід; 4 - шпурові отвори для випуску штейну; 5 - отвори для паливних форсунок

Штейн, який має щільність ~ 5 г / см3, Збирається на поду печі, шлак утворює другий верхній рідкий шар (щільність ~ 3,5 г / см3); його випускають у міру нагромадження через шлакові вікно (2), розташоване в хвостовій частині печі. Отвори для випуску штейну (зазвичай два) (4) знаходяться в одній з бічних стінок печі. Випуск штейну роблять у міру його освіти і потреби в ньому подальшого конвертерного переділу.

Штейн містять 23 -28% S, 16 - 60% Сі і 50 - 15% Fe. Склад шлаків змінюється в широких межах, але головними його складовими завжди є кремнезем (45 - 30%) і закис заліза (25 - 45%).

3.3.4. Переробка мідного штейну

Переробка мідного штейну здійснюється методом конвертації. Основна мета процесу - отримання чорнової міді за рахунок окислення заліза і сірки і деяких супутніх компонентів.

Переробка штейну протікає в два періоди. У конвертер завантажують кусковий кварц, заливають розплавлений штейн і продувають його повітрям. Повітря, енергійно перемішуючи штейн, окисляє сульфіди міді і заліза:

2 FeS + 3 O2 = 2 FeO + 2 SO2

2 CuS + 3 O2 = 2 Cu2O + 2 SO2

при цьому закис міді, завдяки обмінній взаємодії, знову перетворюється в сульфід:

Тому в першому періоді йде практично окислення тільки заліза, а закис заліза шлакується кварцом:

2 FeO + SiO2 = 2 FeO * SiO2

Набули поширення циліндричні бочкоподібні конвертери (рис. 9). Зовнішній діаметр конвертера зазвичай 2,3 - 4 м, довжина 4,3 -10 м. Повітря в конвертер подається через ряд фурм, розташованих по котра утворює циліндра. Циліндр спирається двома міцними бандажами на чотири пари роликів, що дозволяє повертати його на необхідний кут для заливки штейну в горловину і випивки продуктів плавки. Усередині конвертер футерован магнезитовим і хромомагнезитового цеглою.


Мал. 9. Конвертер для отримання чорнової міді

1 Горловина; 2 - вікно для завантаження флюсів; 3 - повітряний колектор; 4 фурми

Тут виробляють мідь

Утворений шлак періодично зливають і в конвертер додають свіжі порції мідного штейну і кускового кварцу. Температура процесу від 1200 до 1280 о С.

Перший період закінчується, коли в продувається штейн окислиться сірчисте залізо. Після цього ретельно видаляють шлак і продовжують продування без добавки Штейна і кварцу. Повітря окисляє тепер тільки Cu2S, і утворилася закис міді сприяє появі в конвертері металевої міді по реакції:

Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2

Другий період закінчується, коли в конвертері весь штейн перетворюється в мідь, на що зазвичай іде 2 -3 ч. У конвертері і в другому періоді утворюється невелика кількість багатого міддю шлаку, який залишається в ньому після виливання чорнової міді і переробляється в наступному циклі. Конвертерні шлаки першого періоду направляють для переробки в відбивні печі.

Конвертерні гази містять 12 - 17% SO2, І після очищення від пилу їх використовують для отримання сірчаної кислоти.

Чорнову мідь після закінчення процесу, нахиляючи конвертер, випускають в ківш і розливають у виливниці. Отриману в конвертері мідь називають чорновою, т. Е. Ще не готовою міддю, так як в ній міститься 1 - 2% заліза, цинку, нікелю, миш'яку, сурми, кисню, сірки та інших домішок; в ній також розчинені благородні метали, що раніше знаходилися в штейн.

3.3.5. рафінування міді

3.3.5.1. вогняне рафінування

Чорнова мідь завжди піддається рафинированию для видалення з неї домішок, що погіршують її властивості, а також для вилучення з неї золота і срібла. У сучасній практиці рафінування проводять послідовно двома принципово різними методами: пірометаллургічним і електролітичним.

вогневе (Пірометалургійного) рафінування міді проводять в відбивних печах. На відміну від відбивних печей для отримання Штейна ці печі менших розмірів (ширина 5 м, довжина 12 - 15 м, глибина ванни 0,9 м).


Рис.10. Відбивна піч для рафінування міді:

1 - стовпчастий фундамент; 2 - подина; 3 - газохід; 4 -распорно-підвісний звід; 5 - пальник; 6 - робоче вікно з заслінкою; 7 - шлакове вікно; 8 - щілинна вічка

Весь цикл вогневого рафінування складається з операцій: завантаження і розплавлення, окислення домішок, видалення газів, розкислення міді і розливання; він займає зазвичай 12 - 16 год. Домішки в чорнової міді окислюють повітрям, який вдувають через сталеву трубку діаметром 20 - 40 мм, футерованную вогнетривами і занурюється в розплавлену мідь.

Мідь після вогневого рафінування подають на розливні машини для відливання анодів, квадратних плит з вушками, що мають товщину 40 - 50 мм, довжину і ширину - ~ 1 м. Зазначені аноди направляють на електролітичне рафінування. Анодна мідь містить 99,4 - 99,6% міді, решта домішки, в тому числі золото, срібло, селен і телур. В середньому в 1 т міді міститься 30 - 100 г золота і до 1000 г срібла. Таку мідь обов'язково піддають рафінування методом електролізу.

3.3.5.2. Електролітичне рафінування міді

Анодна мідь містить 99,4 - 99,6% Сu; решта припадає на частку залишилися після вогневого рафінування домішок, включаючи золото, срібло, селен і телур. В середньому в 1 т анодної міді міститься 30 - 100 г золота і до 1000 г срібла.

Одним з методів очищення від домішок є електролітичне рафінування, засноване на відмінності потенціалів виділення з розчинів різних елементів.

Отже електролітична комірка складається з катода, анода і електроліту, рис. 11.


Мал. 11. Схема електролітичного рафінування міді: 1 катод; 2 - катодна штанга; 3 - анод; 4 - струмопровідні шини

Електроліт - водний розчин сульфату міді (160 - 200 г / л) і сірчаної кислоти (135 - 200 г / л). Анод - лита чорнова мідь; катод - матриця - тонкі лист з електролітний міді

У чорнової міді елементи поділяються на елементи мають різний потенціал виділення по відношенню до водню:

1. Електронегативний - Fe, Ni, Co, Zn, Sn, Pb, які практично повністю розчиняються на аноді, можуть потрапити в розчин і виділитися на катоді спільно з міддю, якщо їх концентрація стає вище певної межі. Для уникнення їх виділення необхідно не допускати підвищення їх концентрації вище певної межі або попередньо від них очищатися іншими методами;

2. Близькі потенціали виділення до міді - As, Sb, Bi. Їх перехід в катодний метал найбільш імовірний. Для уникнення їх виділення електроліт періодично виводиться з циклу і піддається регенерації;

3. електропозитивний - Au, Ag. В умовах електролізу не розчиняються і залишаються в анодному шламі.

4. Домішки хімічних сполук - Cu2S, Cu2Se, Cu2Te. Внаслідок електрохімічної нейтральності і малої розчинності в електроліті переходять в шлам спільно з благородними металами.

Механізм електролітичного рафінування міді включає наступні елементарні стадії:

1) електрохімічне розчинення міді на аноді з відривом електронів і утворенням катіона:

Сu -2 е > Сu 2+;

2) перенесення катіона через шар електроліту до поверхні катода;

3) електрохімічне відновлення катіона міді на катоді:

Cu 2 + 2 e > Cu;

4) впровадження утворився атома міді в кристалічну решітку катода (зростання катодного осаду).

Електролітичне рафінування міді проводять в ваннах, наповнених розчином сірчанокислої міді, підкисленим сірчаною кислотою. Розміри ванн залежать від розмірів і числа електродів. У ваннах встановлюють до 45 катодів і 44 анода. Корпуси ванн виготовляють з бетону або дерева, стінки ванни всередині покривають вініпластом, свинцем або іншим кислототривким матеріалом. Аноди з'єднують з позитивним полюсом джерела постійного струму (рис. 12).

Іони міді з розчину відновлюються і щільними кристалами осідають на катодних засадах.

Мал. 12. Електролізна ванна для рафінування міді:

1 - дерев'яний корпус ванни; 2 - аноди; 3 - катоди; 4 - отвір для видалення шлаку

Катоди, витягнуті з ванн, ретельно промивають водою, а потім їх направляють для переплавки або виробництва сплавів в електричних або відбивних печах.

сульфатна мідь

У електролізному цеху (електролітична ванна)

3.3.6. мідні сплави

Найбільш поширеними і відомими сплавами міді є латуні і бронзи.

Латунями називають групу сплавів міді з цинком, що отримала найбільш широке застосування в техніці. До групи латуні входять томпак (90% міді і більш, решта - цинк) і багато інших, не тільки подвійних, а й більш складних сплавів. Механічна міцність латуней вище, ніж міді, і вони добре обробляються різанням. Латуні широко застосовують в приладобудуванні, в загальному і хімічному машинобудуванні

Широко відомі сплави міді з оловом, звані бронзами. З бронзи ще в давнину робили зброю та інструменти, судини і прикраси, так як ці сплави більш міцні і корозійностійкої, ніж мідь. Завдяки відмінним ливарним якостям з цих сплавів в більш пізній час стали відливати гармати і дзвони. Малий коефіцієнт тертя і стійкість до зношування робить їх незамінними при виготовленні вкладишів підшипників, черв'яків і черв'ячних коліс, шестерень і інших деталей відповідальних і точних приладів.

мідь прокатна

мідні труби

Прокатний мідний стан

3.4. металургія алюмінію

3.4.1. Загальні відомості про алюміній

Алюміній - другий (після заліза) метал сучасної техніки. Один з легких конструкційних матеріалів, його щільність дорівнює 2,7 г / см3, Т. Е. Алюмінії майже в 3 рази легше заліза. Алюміній має гарну електричну провідність (34 * 104 Ом -1 * См -1), Складова 57% електричної провідності міді. Температура плавлення алюмінію 660 ° С, температура кипіння ~ 2500 ° С.

Крім того, алюміній має високу теплопровідність і теплоємність, хімічно стійок проти органічних кислот і добре чинить опір впливу «холодної» азотної кислоти. При нагріванні алюміній легко розчиняється в розбавлених азотної та сірчаної кислотах. Алюміній добре розчиняється в лугах з утворенням алюмінатів. він дуже швидко окислюється на повітрі, покриваючись тонкою плівкою окису, яка, на відміну від окису заліза, не пропускає кисень в товщу металу. Однак присутність навіть невеликих кількостей магнію, кальцію, натрію, кремнію і міді істотно знижує захисні властивості поверхневої плівки оксиду алюмінію.

Багато фізичні властивості алюмінію суттєво залежить від його чистоти. Так, чим чистіше алюміній, тим вище його температура плавлення і електропровідність і нижче - щільністю Однак ряд властивостей алюмінію (міцність, оброблюваність, ливарні властивості і ін.) Можна значно поліпшити легирующими добавками магнію, кремнію, міді, цинку, марганцю.

Алюміній має велику хімічну активність по відношенню до кисню, галогенів, сірки і вуглецю, що має велике практичне значення в металургії.

Механічні властивості алюмінію невисокі. Межа міцності при розриві становить 90 -180 МПа (9 -18 кгс / мм2), Твердість Нв (за Бринелю) становить всього 20 - 40 одиниць. Він дуже пластичний, що дозволяє прокатувати його в тонкі листи і фольгу. Однак чистий алюміній важко обробляється різанням, а також має значну лінійну усадку (1,8%).

Внаслідок високого спорідненості до кисню алюміній відновлює оксиди багатьох металів до металевого стану. Це дозволяє застосовувати алюміній як відновник (алюмотермія)

Для поліпшення цих властивостей в алюміній уводять різні добавки.

Поєднання фізичних, механічних і хімічних властивостей алюмінію визначає його широке застосування практично у всіх областях техніки, особливо у вигляді його сплавів з іншими металами.

Найважливішими споживачами алюмінію і його сплавів є авіаційна і автомобільна промисловості; залізничний та водний транспорт, електроніка, хімічна промисловість, машинобудування, промислове і цивільне будівництво, виробництво предметів домашнього ужитку.

В електротехніці алюміній успішно замінює мідь, особливо у виробництві масивних провідників, наприклад, в повітряних лініях, високовольтних кабелях, шинах розподільних пристроїв, трансформаторах, і він більш ніж в три рази легше міді; при поперечному перерізі, що забезпечує одну і ту ж провідність, маса проводів з алюмінію вдвічі менше мідних.

Надчистий алюміній вживають у виробництві електричних конденсаторів і випрямлячів, дія яких заснована на здатності окисної плівки алюмінію пропускати електричний струм тільки в одному напрямку. Надчистий алюміній, очищений зонної плавкою, застосовується для синтезу напівпровідникових сполук, що застосовуються для виробництва напівпровідникових приладів.

Чистий алюміній використовують у виробництві різного роду дзеркал відбивачів. Алюміній високої чистоти застосовують для запобігання металевих поверхонь від дії атмосферної корозії (плакування, алюмінієва фарба). Володіючи відносно низьким перетином поглинання нейтронів, алюміній застосовується як конструкційний матеріал в ядерних реакторах.

У алюмінієвих резервуарах великої місткості зберігають і транспортують рідкі гази (метан, кисень, водень і т. Д.), Азотну і оцтову кислоти, чисту воду, перекис водню і харчові олії. Алюміній широко застосовують і обладнанні та апаратах харчової промисловості, для упаковки харчових продуктів (у вигляді фольги), для виробництва різного роду побутових виробі. Різко зросло споживання алюмінію для обробки будівель, архітектурних, транспортних і спортивних споруд.

У металургії алюміній (крім сплавів на його основі) - одна з найпоширеніших легуючих добавок в сплавах на основі Сu, Mg, Ti, Ni, Zn і Fe. Застосовують алюміній також для розкислення стали перед заливкою її в форму, як добавку легуючих в жаротривкі стали, при термитной зварюванні, в процесах отримання деяких металів методом алюминотермии. На основі алюмінію методом порошкової металургії створено САП (спечені алюмінієвий порошок), що володіє при температурах вище 300 ° С великий жароміцністю.

Значна кількість алюмінію витрачається на отримання численних сплавів (сілумін- сплав алюмінію з кремнієм, сплави АЛ7, АЛ19 - міді. АЛ8 і АЛ27 - магнієм, дуралюміни -сплави з міддю, магнієм і марганцем).

Силуміни відрізняються високими ливарними властивостями і добре піддаються зварюванні. З силумінових сплавів отримують фасонні виливки будь-якої конфігурації. Відомі також підшипникові сплави алюмінію на основі систем з залізом, нікелем, міддю.

Алюміній використовують у виробництві вибухових речовин (амонал, алюмотол). Широко застосовують різні сполуки алюмінію.

Порошок плавленого оксиду алюмінію (корунду) використовують в якості вихідного матеріалу при виготовленні шліфувальних кругів, шкурки та інших абразивних виробів. З чистого оксиду алюмінію виготовляють жароміцні тиглі і труби, вогнетриви, штучні рубіни, високоякісні зубні цементи.

Виробництво і споживання алюмінію безперервно зростає, значно випереджаючи за темпами зростання виробництво сталі, міді, свинцю, цинку.

Для розвинених промислових країн споживання алюмінію по окремих галузях виражається наступними цифрами,% від загального споживання: транспорт - 35- 39; тара і упаковка - 27- 12; будівництво - 19- 14; електротехніка - 5 - 7; маштном \ будова - 6 12.

3.4.2. Сировина для отримання алюмінію

Алюміній - найбільш поширений метал в земній корі (8,05%, в перерахунку на Al2O3 - ~ 15%); в чистому вигляді він не зустрічається, зате мінералів, що містять алюміній, дуже багато, їх більше 250. Найбільш поширені в природі сполуки з киснем

Найбільш поширеними, що мають промислове значення або перспективних в майбутньому є такі, табл. 1.

Таблиця 1. Найбільш поширені мінерали алюмінію

 мінерал  Формула  Al2O3,%
 Корунд  Al2O3  100,0
 Діаспор, беміт  Al2O3* H2O  85,0
 Гідраргіліт  Al2O3* 3 H2O  71,0
 кіаніт  Al2O3* SiO2  63,0
 каолініт  Al2O3 * 2SiO2* 2 H2O  39,5
 алуніт K2SO4* Al2(SO)4* 4Al (OH)2  37,0
 нефелін  (Na, K)2O * Al2O3* 2SiO2  32,3 - 35,9
     

Корунд, нефелин, алуніт

каолинит

Основною сировиною для отримання алюмінію служать боксити.


Боксити (Al2O3 * N H2O) - складна гірська порода, яка містить алюміній у вигляді гидроокисей. Крім того, в боксити завжди присутні окису і гідроксиду заліза, кремнезем у вигляді кварцу, каолініту, а також карбонат кальцію, окис титану і ін. Зовнішній вигляд і хімічний склад бокситів дуже непостійний. Якість бокситів визначається кількістю окису алюмінію і змістом кремнезему, шкідливої ??домішки, що утрудняє отримання алюмінію.

Мал. 1. Боксит

Хімічний склад бокситів змінюється в дуже широких межах, так вміст оксиду алюмінію (глинозему) коливається від 35 до 60%; оксиду кремнію (кремнезему) від десятих часток до 25%, оксиду заліза від 2 до 40%, оксиду титану від слідів до 11%. За зовнішнім виглядом боксити схожі на глину. Вони можуть мати різні кольори від білого до темно-червоного. Щільність в залежності від їх пористість коливається від 1200 до 3500 кг / м3. Найважливішими характеристиками, визначальними якість бокситів, є відношенням вмісту оксиду алюмінію до вмісту оксиду кремнію. Чим вище кремінний модуль, т. Е. Чим більше вміст оксиду алюмінію і менше оксиду кремнію, тим вище якість бокситу.

На Україні якісного гліноземсодержащего сировини вельми мало. Тому алюмінієва промисловість базується на імпортних, в основному Гвінейської боксити.

Для отримання алюмінію недостатньо мати тільки алюмінієву руду; потрібно ще інший вид сировини - плавиковий шпат для отримання кріоліту та інших фтористих солей, необхідних у виробництві алюмінію.

Потрібні також чисті вуглецеві матеріали для отримання анодної маси і інших електродних виробів, без яких неможливо електролітичне виробництво алюмінію. Не можна його здійснити і без великої витрати електричної енергії. Таким чином, сучасне виробництво алюмінію складається з чотирьох самостійних процесів:

виробництва глинозему,

отримання кріоліту,

електродного виробництва

електролітичного отримання алюмінію.

Частина електролітичного алюмінію піддають додатковому рафинированию.

На рис. 2 наведена схема отримання чистого алюмінію: є типовою і лежить в основі практично всієї світової алюмінієвої промисловості.

Рис.2. Принципова технологічна схема отримання алюмінію

3.4.3. виробництво глинозему

Як видно зі схеми на рис. 1, для виробництва алюмінію спочатку потрібно отримати чисту окис алюмінію. Сучасна алюмінієва промисловість використовує використовують два способи переробки:

спосіб Байєра;

спосіб спікання.

3.4.3.1. Отримання глинозему за способом Байєра

Спосіб Байєра отримав найбільш широке поширення в світовій практиці. Він був запропонований в кінці 19 століття австрійським хіміком К. М. Байєром, які працювали в Росії. На ім'я автора цей процес був названий способом Байєра.

Спосіб Байєра відноситься до лужним гідрохімічними процесам. В основі методу лежить оборотна хімічна реакція

В умовах обробки (вилуговування) вихідної руди розчином їдкого натру ця реакція йде вправо, т. Е. Алюміній переходить в розчин у формі алюмінату натрію.

При розкладанні (декомпозиції) отриманих розчинів рівновагу реакції зсувається в зворотну сторону і відбувається гідроліз алюмінатного розчину з утворенням кристалічного осаду гідроксиду алюмінію.

У способі Байера технологічний цикл по лугу замкнутий. Витрачена на вилуговування луг звільняється при декомпозиції і повертається в голову процесу на обробку нових порцій руди.

Спосіб Байєра зазвичай застосовують для переробки високоякісних бокситів з відносно низьким вмістом кремнезему. На рис. 3 наведена схема отримання окису алюмінію за способом Байєра. Відповідно до цієї схеми вихідний боксит дроблять і потім подрібнюють в середовищі концентрованого оборотного розчину лугу.

боксит

Змішання < NaOH

Обробка в автоклаві

2500З, 40 ат

Алюмінат натрію + червоний шлам

< Червоний шлам Згущення Випаровування

> Лужний алюмінат

декомпозиція

охолодження

Розчин їдкого натрію +

гідроокис алюмінію

(Al (OH)3)

Запал Фільтрація Повернення

Al (OH)3 NaOH

гідроокис алюмінію

Al (OH)3

кальцинація

13000С

Al2O3

Мал. 3. Схема виробництва глиноземупо способу Байєра

Далі пульпу витравлюють з метою переведення оксиду алюмінію в розчин.

Al2O3 * N H2O + 2 NaOH - 2 NaAlO2 + (N + 1) H2O

Одночасно з природними гидроксидами алюмінію з лугом взаємодіють вільний кремнезем і різні алюмосилікати. Цей процес йде спочатку з утворенням силікату натрію по реакції

Силікат натрію реагує потім з алюмінатом натрію з утворенням нерозчинного в лужних розчинах натриевого гідроалюмосіліката:

Освіта великих кількостей нерастворимого гідроалюмосіліката натрію при вилуговування бокситів неприпустимо, так як веде до неминучих втрат луги і до зниження вилучення в розчин алюмінію. З цієї причини боксити з підвищеним вмістом кремнезему переробляти способом Байєра недоцільно.

Для вилуговування бокситів і особливо бокситів, що містять алюміній в формі моногідроксіда, потрібні температури не нижче 180 -240 ° С. Вилуговування бокситів проводять в спеціальних апаратах - автоклавах, що працюють під тиском, рис. 4.

Вертикальний автоклав діаметром 1,6 - 2,5 м і висотою 13,5 -17,5 м, являють собою сталеві посудини 1, що працюють при тисках до 3 МПа і температурі до 250 ° С. Обігрів автоклавів може проводитися гострою парою, вдувати безпосередньо в пульпу через барботер 7, або за допомогою обігріваються змійовиків.

Він забезпечений трубою передавливания для розвантаження пульпи 2. Завантажують пульпу в автоклав через штуцер в верхньому днище. Апарат встановлюють на несучу конструкцію за допомогою чотирьох опор 8, приварених до корпусу.

Вилуговування бокситів в автоклавах можна проводити як в періодичному, так і в безперервному автоматизованому режимах.

При періодичному вилуговування пульпу з початку до кінця обробляють в одному автоклаві. Воно включає наступні операції: завантаження пульпи, нагрів її до необхідної температури, вилуговування і розвантаження автоклава. Тривалість процесу при цьому становить близько 3 год, в тому числі на вилуговування витрачається 1,5 - 2 ч.

Мал.4. Автоклав для вилуговування бокситів:

1 - корпус; 2 - завантажувальний штуцер; 3 - труба передавливания (розвантажувальна); 4 - штуцер здування; 5 - штуцер для підключення контрольно-вимірювальних приладів: 6 - люк; 7 - барботер; 8 - опори

Періодичне вилуговування в даний час втратило своє практичне значення.

Безперервний процес здійснюється в автоматизованих автоклавних батареях (рис. 5), які об'єднують в залежності. від технологічних вимог по 6 - 10 автоклавів.

Бокситовая пульпа з мешалок 1 за допомогою поршневого насоса 3 нагнітається в теплообмінники 4, де нагрівається сепараторним паром I ступені сепарації. З теплообмінника пульпа надходить в гріють реакційних автоклавів 6, в яких протікає і завершується процес вилуговування. З останнього автоклава пульпа вводиться в сепаратори I і 11 ступенів 7,8, де тиск знижується до атмосферного (відповідно знижується і температура до 80 - 900 Савтоклави 5 і далі передавлюється послідовно через батарею


Мал. 5. Схема безперервного вилуговування бокситів в автоматизованій батареї:

1 мешалка; 2 - повітряний компенсатор; 3 - поршневий насос; 4 - теплообмінник; 5 - гріють автоклави; 6 реакційні автоклави; 7 - сепаратор пульпи I ступеня; 6 - сепаратор пульпи II ступеня; 9 - мішалка розведення; 10 -самоіспарітель конденсату; 11 - розподільник; 12 - бак з конденсатной водою

Внаслідок різкого зниження тиску пульпа в сепараторі I ступені закипає, що утворився в ньому пар направляють в підігрівачі первинного нагріву 4 вихідної пульпи. Низькотемпературний пар сепаратора другого ступеня використовують для підігріву води, необхідної для промивання шламу.

Час перебування пульпи в автоклавах становить близько 2 год. З сепаратора пульпа, що складається з алюмінатного розчину і червоного шламу, надходить на розведення в мішалку 9, а потім до відділення згущення і промивання червоного шламу. Згущення пульпи проводять найчастіше в однокамерних згущувачах діаметром 30 - 40 м.

Випущений з сгустителей шлам піддають багаторазової промиванні за принципом протитечії, що дозволяє більш повно відмити його від залишків алюмінатного розчину і отримати промивні води більш високої концентрації. Промитий червоний шлам відкачують в сховище. Вихід шламу в залежності від виду і якості, що переробляється бокситу становить 20-50% від початкової маси. Зразковий склад червоного шламу наступний,%: 12-15 А1203; 45-50 Fe2O3; 6 -11 SiO2.

На Миколаївському глиноземному заводі впроваджено нову технологію високотемпературного трубчастого вилуговування, що дозволяє підвищити витяг глинозему з на 1,5%, підвищити продуктивність на 140 тис. Т глинозему на рік і знизити капітальні витрати на будівництво на 10 - 15%. Особливість процесу полягає в тому, що вилуговування трудновскриваемих бокситів проводять при температурі 270 0З і нагрів пульпи проводять глухим паром з використанням кожухотрубних теплообмінників спеціальної конструкції, розрахованих на високий тиск з площею теплообміну F = 100 м2; і в перспективі 400 м2, Що працюють в режимі «глухого» нагрівання.

Мал. Установка високотемпературного вилуговування на ТОВ МГЗ

Мал. Модель установки високотемпературного вилуговування

Алюмінатний розчин після згущення обробляють на фільтрах, що працюють під тиском або під вакуумом. Розчин після фільтрації повинен містити Fe2O3 не більше 10 г / м3 і SiO2 не більше 5 -6 г / м3. Температура розчину близько 90 ° С. Далі розчин піддають декомпозиції (розкладання).

Процес декомпозиції, який отримав назву «викручування». заснований на оборотної реакції:

Його мета - кристалізація з розчину А1 (ОН)3. Для того щоб здійснити процес розкладання алюмінатного розчину, т. Е. Зрушити рівновагу реакції вправо, необхідно розбавити розчин, охолодити його, ввести «затравки» (раніше отримані дрібні кристали гідроксиду алюмінію) і перемішувати пульпу протягом 50 - 90 год, щоб виростити досить крупні кристали.

Викручування алюмінатних розчинів проводять в апаратах, званих декомпозери рис. 6 і 7, з механічним або пневматичним (повітряним) перемішуванням в періодичному або безперервному режимах

Мал. 6. декомпозери механічною перемішуванням:

1 - вал; 2 - лопать; 3 - ланцюг; 4 - волокуша; 5 - сифон

Декомпозери з механічним перемішуванням (рис. 6) являє собою сталевий бак висотою і діаметром по 8 м, всередині якого обертається ланцюгова мішалка 3, що складається з вала з лопатями і вільно підвішених на них ланцюгів з волоками 4.

Декомпозери з повітряним перемішуванням (рис. 7) є найбільш досконалими і великими апаратами 1 місткістю до 3000 м3. Для перемішування пульпи, що забезпечує хорошу циркуляцію затравки, служить циркуляційний Аероліфт (пневмопідйомника) 2. Він складається з двох концентрично встановлених вертикальних труб. По внутрішній трубі зверху в конічну частину декомпозери, де осідає кристалізується гідроксид алюмінію, подають стиснене повітря. Виходячи з центральної труби, повітря сприяє утворенню повітряно-пульповой суспензії, яка, має значно меншу щільність, спрямовується в кільцевої зазор аероліфтом і, піднімаючись, зливається через верхній відкритий кінець зовнішньої труби.


Мал. 7. Схема декомпозери з повітряним перемішуванням:

1 - корпус; 2 - Аероліфт для перемішування; 3 - транспортний Аероліфт;

4 - бічна барботажна трубка; 5 - водяні сорочки; 6 - люк; 7 - розвантажувальний клапан; 8 - витяжна труба

Крім циркуляційного аероліфтом в пневматичному декомпозери є транспортний Аероліфт, за допомогою якого осущечтвляется перетікання пульпи з одного декомпозери в інший.

Після декомпозиції пульпа надходить в згущувачі, де гидрооксид відокремлюють від розчину.

Отриманий гидрооксид в Гідросепаратори поділяють на фракції з розміром частинок - 40 100 мкм і дрібну фракцію (розміром менше 40 мкм), яку використовують в якості затравки при декомпозиції. Велику фракцію промивають, фільтрують і направляють на кальцинації.

Мета кальцинації - зневоднення гідроксиду алюмінію по реакції:

2 Al (OH)3 > Al2O3 + 3 H2O

Це досягається сушінням і прогартовує гідроксиду при температурі ~ 12000С. При цьому отримують негігроскопіческій ? - глинозем.

На більшості заводів кальцинації глинозему здійснюють в трубчастих обертових печах довжиною 35 - 110 м і діаметром 2,5 - 4,5 м Прожарений глинозем охолоджують в трубчастих холодильниках довжиною 25- 50 м і діаметром 2, 5 - 3,5 м. Конструктивна суть установки для кальцинації аналогічна для спікання гліноземсодержащего сировини, розглядається пізніше.

Мал. Печі прокалкі глинозему

Мал. Глинозем металургійний; кристали гідроксиду алюмінію, дрібнодисперсний глинозем

3.4.3.2. Отримання глинозему способом спікання.

Спосіб застосовують для отримання глинозему з висококремнистих

(Більше 6 - 8% діоксиду кремнію) бокситів з кремнієвим модулем менше 5 - 7. Спосіб придатний також для переробки будь-якого алюмінієвого сировини.

Суть методу полягає в отриманні твердих алюмінатів натрія шляхом їх спікання при високих температурах (1250 - 1300 0С) і подальшим вилуговування спека.

Основні стадії цього процесу:

підготовка до спікання;

спікання;

вилуговування спека;

знекремнювання алюмінатного розчину;

відділення алюмінатного розчину від червоного шламу;

карбонізує алюмінатного розчину з отриманням гідроксиду алюмні;

відділення гидрооксида алюмінію від содового розчину;

кальцинації гідроксиду алюмінію.

При проведенні процесу спікання гліноземсодержащего сировини крім лужного реагенту, в якості якого використовують соду, в шихту додають вапно, мета добавки якої полягає в зв'язуванні оксиду кремнію в малорозчинний в содовому розчині кальцієві силікати по реакціях:

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

2 CaCO3 + SiO2 = 2 CaO * SiO2 + 2 CO2

Орієнтовна схема спікання боксито - содово - вапняної шихти, рис. 8.

Сода Боксит Вапняк

ДРОБЛЕННЯ ДРОБЛЕННЯ

МОКРЕ ПОДРІБНЮВАННЯ

пульпа

спікання

спік Гази

ДРОБЛЕННЯ Вода

вилуговування

Алюмінатний розчин Червоний шлам

Збезкремнювання У відвал

Білий шлам карбонізації

гидратная пульпа

ВІДДІЛЕННЯ І ПРОМИВАННЯ ГІДРОКСИДУ АЛЮМІНІЮ

Матковий розчин і промвод Al (OH) 3

випарювання кальцинація

Содовий розчин Глинозем

Мал. 8. Схема виробництва глинозему з бокситів за способом спікання

Спікання ведуть в трубчастих обертові печі, що мають довжину 80 -185 м і діаметр 2,5 - 5 м (рис. 9). Отриману пульпу подають в холодний кінець печі, де вона зустрічається з тими, що сходять грубними газами, що мають температуру ~ 400 ° С. В результаті волога випаровується; висохла шихта переміщається в гарячу зону, в якій температура досягає 1250 - 13000С. У міру нагрівання в шихті протікають раніше зазначені реакції. Отриманий в печі спік охолоджують, подрібнюють і піддають вилуговування, сутність якого полягає у впливі на спік слабких розчинів соди. В результаті вилуговування з спека в розчин переходить алюмінат натрію (Na2O * Al2O3 або NaAlO2), А нерастворившаяся частина, звана червоним шламом, що містить оксиди заліза, кремнію, кальцію і частково алюмінію відправляється у відвал.

Мал. 9. Трубчата обертається піч:

1 - труба; 2 - форсунка; 3 - розвантажувальна головка; 4 - венцових шестерня; 5 - опорні бандажі; 6 - завантажувальна головка; 7 - редуктор

Незважаючи на те, що основна маса кремнію переходить в розчин у вигляді розчинної двукальціевого силікату, в розчин переходить трохи кремнію у вигляді гідросилікатів, в зв'язку з чим розчин піддають обескремніюваний.

Знекремнювання алюмінатного розчину здійснюють в батареї автоклавів тривалої (близько 2,5 год) витримкою при температурі 150 - 170 0С. В цих умовах виростають кристали нерозчинного у воді сполуки Na2O * Al2O3* 2SiO2* 2 H2O (іноді до розчину додають вапно, в цьому випадку утворюються кристали CaO * Al2O3* 2 SiO2* 2H2O). З автоклавів виходить пульпа, що складається з алюмінатного розчину і осаду - білого шламу. Далі розчин відокремлюють від білого шламу шляхом згущення, а розчин направляють на карбонізацію.

Призначення операції карбонізації - виділення з розчину гідроксиду алюмінію, що не забрудненої іншими речовинами; її проводять в циліндричних баках з мішалками, в яких вуглекислий газ (зазвичай очищені пічні гази) продувають через розчин. Під дією СО2 алюмінатний розчин розкладається, з нього випадає білий осад - гідрат окису алюмінію, який відокремлюється від розчину соди фільтрацією:

Що залишився оборотний розчин соди після додавання в нього деякої кількості свіжої соди повертається на підготовку шихти для чергового спікання, а гідрат окису алюмінію прожарюється (кальцинація) в трубчастих обертових печах аналогічно процесу кальцинації способу Байєра.

На практиці кальцинації глинозему здійснюють в трубчастих обертових печах, футерованих шамотною цеглою (рис. 10). Печі для кальцинації мають нахил 2,5 - 3% до довжини, довжину 35 - 110 м, діаметр 3 - 4 м.

 Мал. 10. Схема кальцинації гідроксідаалюмінія: 1 - бункер; 2 - шнековий живильник; 3 - трубчаста обертається піч; 4 -трубчаста холодильник; 5 - камерний насос; 6 - батарейні циклони; 7- електрофільтр

Швидкість обертання печі 1 - 2 об / хв. Охолодження прокаленного глинозему проводять в зрошуваних водою трубчастих холодильниках довжиною 25 - 50 м, діаметром 2,3 - 3,5 зі швидкістю обертання 2 - 3 об / хв. Холодильник за своєю конструкцією аналогічний трубчастим обертовим печей. Відмінність полягає у відсутності футерування на нижньому разгрузочном кінці барабана.

3.4.3.3. Електролітичне виробництво алюмінію

Отримати алюміній з водного розчину, як це, наприклад, робиться для міді та деяких інших металів, методом електролізу неможливо, з огляду на те що алюміній має більш негативний потенціал виділення, ніж водень.

Алюміній отримують шляхом електролітичного розкладання глинозему, розчиненого в розплавленому електроліті (кріоліті - Na3AlF6 ).

Розплавлений кріоліт дисоціює за наступною схемою:

Na3AlF6 - 3 Na+ + AlF36

Глинозем, розчинений в розплавленому кріоліті, дисоціює на алюміній і кисень іони. Дисоціацію глинозему можна представити у вигляді такої схеми:

Al2 O3 - 2 Al 3+ + 3 O2

Якщо через розплавлений електроліт пропустити постійний струм, то на різних полюсах електроподводящіх електродів буде відбувається: виділення алюмінію - на негативному електроді (катоді), кисню - на позитивних пластинах (аноді).

На катоді в першу чергу розряджаються іони А13 +, Так як в електроліті немає інших більш електропозитивних іонів (а іони натрію мають більш негативний потенціал).

Процес електролізу проводять в електролізері, рис. 11.

Електролізер складається з сталевого корпусу, футерованого всередині вугільними блоками 9, в подову частина якого за допомогою шин 7 і токоподводящих стрижнів підведений негативний полюс джерела струму.

Для того щоб захистити токоподводящие стрижні від руйнування на подину укладають вугільні блоки 9.

Над корпусом підвішені вугільні аноди 3, до яких за допомогою шин 2 підведений позитивний полюс. Якщо в електролізер залити розплав 10, що складається з кріоліту і глинозему, опустити в цей розплав аноди і пропускати через розплав постійний струм великої сили і необхідного напруги, то через певний час на дні електролізера можна виявити розплавлений алюміній 8 під шаром розплавленого електроліту 10, що складається з криолита Na 3AIF6, В якому при температурі, близькій до 1000 ° С, зазвичай розчинено 1-10% глинозему.

Мал. 11. Схема алюмінієвого електролізера з верхнім підведенням струму до самообжігающіміся анода:

1 - струмопровідні стрижні; 2 - анодні шини; 3 - анодний вугільний блок; 4 - газоотсосная система; 5 - шар глинозему; 6 - гарнісажу; 7 - катодні шини; 8 - рідкий алюміній у катода; 9 - вугільний катод; 10 - рідкий електроліт; 11 - чавунний збірник анодних газів; 12 - твердорідких анодна маса

Процес електролізу зводиться до розряду іонів Al3 + + Про2 -, З яких складається безперервно витрачається глинозем. Криоліт не береться безпосередньому електролізу і витрачається мало.

В результаті чого на дні ванни утворюється шар металевого алюмінію 8. На аноді 3 переважно розряджаються іони кисню, який негайно окисляє вугільний анод, утворюючи СО і СО2.

Для того щоб не відбувалося руйнування бічних графітових блоків футерування виробляють нарощування гарніссажа 6 з застиглого електроліту і глинозему.

Електроліт підтримується в розплавленому стані тільки за рахунок теплоти, що виділяється при проходженні через нього електричного струму, тому частина електроліту завжди настивает на холодних стінках і утворює тверду застиглу кірку, на яку зверху насипають порошкоподібну окис алюмінію 5.

Алюміній витягують з електролізера, пробиваючи кірку електроліту і опускаючи на дно футерованную вогнетривом сталеву трубку, через яку алюміній відкачують в вакуумний ківш.

У міру вилучення алюмінію поступово опускають анод і ретельно регулюють напругу і межполюсние відстань електролізера. Оскільки нижня частина анода згорає і він поступово опускається, його необхідно нарощувати у верхній частині. В кожух анода систематично завантажують анодний масу, яка поступово коксується на гарячому конусі анода за рахунок теплоти, що виділяєтьсязванни. Струмопровідні сталеві штирі поступово опускаються з анодом і щоб уникнути їх розплавлення і



Магнієтермічеський отримання титану з тетрахлориду титану | Запорізький алюмінієвий комбінат (г. запорожье)
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати