Получение алюминия из глинозема

Алюминий получают электролизом из глинозема, растворенного в расплавленном криолите (Na₃AlF₆), в специальных ваннах (электролизерах). Ванна имеет стальной кожух, внутри футерованный теплоизоляцион­ным шамотный кирпичом, а подина и стенки выложены угольными блоками. В подине ванны смонтированы ка­тодные шины. Сверху в ванну с расплавленным криоли­том, содержащим 8 – 10 % глинозема и до 10% MgF₂, CaF₂ и NaCl, опущен анод, который частично погружен в электролит.

Современные ванны обычно применяются (одноанод­ные) с самообжигающимся анодом. Непре­рывный самообжигающийся анод устроен следующим образом. Внутрь прямоугольной алюминиевой обечайки загружают угольную анодную массу (нефтяной или смоляной кокс или каменноугольный пек). В верхних слоях масса находится при 100 - 140 °С в жидком состоянии, затем ниже она переходит при 360 °С в тестообразное состояние, при 400 - 950 °С спекается в твердую анодную массу. Перемещение анодов по вертикали производится с помощью электродвигателей. Перед пуском в работу электролизера производят обжиг анодов и подогрев ван­ны в течение 6 - 8 суток, потом заливают жидкий элек­тролит из другой действующей установки и уже затем приступают к электролизу. Постепенно сгорающие аноды опускают в ванну, а сверху загружают анодную массу. Обедняющийся глиноземом электролит периодически пополняется новыми порциями и, таким образом, обес­печивается непрерывность процесса. Электролизер рабо­тает непрерывно 2 - 3 года.

Постоянный электрический ток к аноду подводится от шин, расположенных сверху над ванной, а к катоду через шины, заделанные в подине ванны. Ток использу­ется как для электрохимического процесса, так и для на­грева электролита. В процессе электролиза поддержива­ют температуру криолита 950 – 970 °С, рабочее напряже­ние 4 - 5 В и силу тока около 75000 А. В современных цехах осуществлена непрерывная подача глинозема в ванны, и процесс электролиза алюминия автоматизирован.

При электролизе имеют место следующие процессы. Расплавленный криолит под действием электрического тока диссоциирует на ионы.

Положительно заряженные ионы Al³⁺ переносятся электрическим током к подине (катоду), где происходит катодный процесс (разряд ионов алюминия и выделение металлического алюминия в жидком виде).

В результате этого алюминий накапливается на дне ванны под слоем электролита, откуда его удаляют обыч­но с помощью сифонного устройства или путем вычерпывания ковшом через трое или четверо суток.

Отрицательно заряженные анионы AlO₃^3- переносятся током к аноду (угольному электроду). Выделяющийся при этом кислород окисляет углерод анода с образованием СО и СО₂, которые удаляются с помощью вентиляционных устройств.

При электролизе расходуется глинозем и углерод анодов, а получаются алюминий и окислы углерода.

При электролизе для производства 1 т алюминия рас­ходуется около 2 т глинозема, 0,1 т криолита и других фторидов, 0,7 т анодной массы и 17000 - 18000 кВт-ч электроэнергии. Электроэнергия составляет более 30 % стоимости получаемого алюминия.

Рафинирование алюминия

Полученный электролизом алюминий содержит ряд примесей: металлических (Si, Fe, Zn и др.), неметалличе­ских (А1₂О₃, С и др.) и газообразных (H, N, СО, СО₂ и др.), которые ухудшают его свойства. Для получения чистого алюминия его подвергают рафинированию путем хлорирования или электролитическим способом. Метод хлорирования заключается в продувке алюминия хлором в ковше, в специальной камере при температуре 750 – 760 °С в течение 10 - 12 мин. При этом образуется газо­образный хлористый алюминий который, проходя через жидкий металл, способствует всплыванию неметаллических примесей и удалению га­зов, растворенных в алюминии. Образующиеся хлори­стые соединения: NaCl, MgCl₂ и CaCl₂ также всплывают на поверхность. При хлорировании теряется часть алю­миния до 1,0 %, а расход хлора составляет около 0,1 % от массы металла. После рафинирования хлором алюми­ний разливают на чушки. Чистота полученного алюминия составляет 99,5—99,85%.

Для получения алюминия более высокой чистоты при­меняют электролитический способ рафинирования. Для электролита используют фтористые и хлористые соли с температурой плавления несколько выше температуры плавления алюминия. В расплавленном электролите алю­миний подвергают анодному растворению и электролизу. Более высокие электроположительные свойства алюминия в сравнении с Na, Ca, Mg позволяют осаждать его на катоде (катодом служит чистый алюминий). Электролитическим рафинированием получают алюминий чистотой 99,996% и выше.

Общие понятия о литейном производстве

Литейным производством называется отрасль машиностроения, произ­водящая металлические изделия или заготовки путем заливки расплавлен­ного металла в форму. После затвердевания, металла в форме получается литая деталь (отливка). Отливка может быть или вполне законченным изделием, или заготовкой, которую подвергают в дальнейшем механиче­ской обработке.

Литейные формы изготовляют чаще всего из формовочной смеси, основными составляющими которой являются песок и глина. Такая форма служит только один раз и разрушается при извлечении из нее отливки. В отдельных случаях для изготовления отливок применяют металлические формы, которые могут быть использованы многократно. Применяют в литейном производстве формы и из других материалов.

Литые детали изготовляют из стали, чугуна, медных, алюминиевых, магниевых и других сплавов. Вес отливки может быть самым различ­ным — от нескольких граммов (детали приборов) до сотен тонн (станины станков).

Методом литья можно изготовлять изделия весьма сложной конфигу­рации, которые при помощи других видов обработки (механической обра­ботки, ковки, штамповки, сварки) получить или значительно труднее, или невозможно. Стоимость литой детали, как правило, оказывается меньше по сравнению с деталью, изготовленной другими методами.

При современном уровне развития литейногопроизводства литыедетали получаются весьма высокого качества.

Методом литья изготовляют ответственные детали, как, например, авто­мобильные блоки цилиндров, поршни и поршневые кольца, паровозные рамы, цилиндры, колеса, всевозможные станины и т. д. В общем в совре­менном машиностроении более 60% (по весу) всех деталей машин изго­товляется методом литья.

По мере роста достижений в различных отраслях литейного производ­ства непрерывно увеличиваются прочность получаемых отливок, их точ­ность и чистота поверхности. В соответствии с этим в современном маши­ностроении и других отраслях техники имеется тенденция к еще более широкому применению литых изделий, что увеличивает значение литей­ного производства для народного хозяйства.

Общие сведения

Литые детали (отливки) изготовляют в литейном цехе. Последователь­ность операций изготовления отливки приведена на рисунке 14.

В модельном цехе по чертежу детали изготовляют модель и стержневой ящик (если изготовляемая отливка не имеет полости, то стержневой ящик, как правило, не нужен). Модель по внешнему виду в большинстве случаев соответствует наружной форме отливаемой детали. При изготовлении модели вначале вычерчиваютчер­теж отливки, размеры которой увеличены на припуск Δ для механической обработки. По чертежу отливки изготовляют чертеж модели; размеры модели увеличивают на величину усадки металла. В модели предусматривается изготовление знаков.

Рис.14.Схема последовательности операций изготовления отливки

Стержневыми знаками называют выступающие на моделях части, не образующие непосредственно конфигурацию отливки, а служащие для обра­зования углублений в форме, в которые устанавливают стержни при сборке формы. Модели для удобства формовки чаще изгото­вляют разъемными.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: