Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1-75.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
2.53 Mб
Скачать

1.4.1. Руди алюмінію

У чистому вигляді алюміній у природі не існує через свою високу хімічну активність. Сполуки алюмінію входять до скла­ду близько 250 мінералів. До найпоширеніших руд алюмінію належать боксити, нефеліни, алуніти й каоліни.

Боксити — найважливіші із руд алюмінію. За зовнішнім виглядом боксити — це глиноподібна, часто кам'яниста порода від білого до темно-червоного кольору. Свою назву боксити отри­мали від французького міста Бо, де є їх великі поклади. У бокси­тах алюміній перебуває у вигляді глинозему А1203, гідроксидів А1(ОН)3 і АЮ(ОН) та каолініту Al2Cy2Si02 -2H20. До складу бо­кситів входить ЗО... 70 % глинозему (в перерахунку з гідрок­сидів). Якість бокситів прямо пропорційно залежить від вмісту кремнезему.

Промислове значення мають алуніти K2SCyAl2(S()4)3-4Al(OH)3 і нефеліни (К, Na)20 Al2Cy Si02. Нефеліни є побічним продук­том у виробництві мінеральних добрив, наприклад апатитів.

Виробництво алюмінію має три основні стадії: отримання глинозему з руди, електроліз глинозему та рафінування алю­мінію.

1.4.2. Виробництво глинозему

Найпоширеніший лужний спосіб виробництва глинозему, який складається з таких операцій:

  1. Подрібнення руди (переважно бокситу) на дробарках з подальшим мокрим меленням у кульових млинах.

  2. Вилуговування бокситу у водяному розчині лугу NaOH в автоклавах при температурі 230...250 °С, під тиском 2,5... 5,0 МПа з метою отримання алюмінату натрію. Для нагріван­ня використовують водяну пару. В автоклаві відбуваються такі реакції:

2А1(ОН)3 + 2NaOH = Na20 -А1203 + 4Н20, (1.4.1)

2А10(ОН) + 2NaOH = Na20 -A1208 + 2Н20. (1.4.2)

Утворений під час реакцій алюмінат натрію Na,0 A1203 доб­ре розчиняється у воді й переходить у розчин, а нерозчинні в

лузі оксиди заліза й титану випадають в осад. Кремнезем Si02, що входить до складу бокситу, також розчиняється лугом з утво­ренням силікату натрію Na2Si03, який реагує з алюмінатом на­трію й водою, утворюючи Na20 -Al203-2Si02- лН20, що теж випа­дає в осад. Тому зі збільшенням Si02 в бокситі зменшується частка глинозему, що потрапляє в розчин.

  1. Відокремлення від осаду водяного розчину алюмінату на­трію шляхом відстоювання й подальшого фільтрування.

  2. Розкладання (викручування) пересиченого водяного роз­чину алюмінату натрію в спеціальних апаратах, в яких під час повільного перемішування виділяється кристалічний А1(ОН)3:

Na20 А1203 + 4Н20 = 2NaOH + 2А1(ОН)3. (1.4.3)

Під час розкладання, яке триває 75...90 год, в осад випадає гідроксид алюмінію А1(ОН)3.

  1. Вилучення з розчину кристалів А1(ОН)3 в гідроциклонах і вакуум-фільтрах.

  2. Зневоднювання гідроксиду алюмінію в обертальних пе­чах і поступове його нагрівання до температури 1200 °С, щоб отримати А1203:

2А1(ОН)3 = А1203 + ЗН20. (1-4.4)

1.4.3. Електроліз глинозему

Для виробництва алюмінію використовують глинозем, кріо­літ і вугільні аноди. Ванна для електролізу глинозему склада­ється зі сталевого кожуха 2 (рис. 1.4.2), викладеного футерів-кою 11 із шамотної цегли, вугільних стін 3, вугільного поду /, до якого підведені катодні шини 12. Бічні вугільні стіни разом з подом утворюють ванну глибиною 400...600 мм. У ванні пере­бувають глинозем, кріоліт і рідкий алюміній. Розташований уго­рі анод 6 являє собою напіврідку масу 7 в алюмінієвому кожусі 10, яка складається з меленого коксу або вугілля та кам'янову­гільної смоли. Ця маса, починаючи знизу, поступово спікаєть­ся та коксується. До штирів 9 анода підведені шини 8.

Ванну завантажують глиноземом А1203у кількості 8... 10 % і кріолітом 3NaF "A1F3. Робоча напруга на затискачах ванни 4,0...

4,5 В. Електричний струм нагріває електроліт до 950...970 °С, розплавляє його та підтримує електроліз. На боках ванни та верх­ній її частині утворюється тверда оболонка 4 з електроліту, яка зменшує тепловіддачу та його випаровування. Виділений алюмі­ній внаслідок більшої густини порівняно з електролітом збира­ється на дні ванни. Коли кількість глинозему зменшується до 1,2 %, напруга підвищується від 5 до ЗО В (анодний ефект). За­вантаження нової порції глинозему 5 призупиняє це явище.

Під час електролізу глинозем дисоціює за такою спрощеною схемою:

А1203 - 2А1+++ + ЗО"". (1.4.5)

Катіон Алюмінію АГ розряджається на катоді, а аніон Оксигену О™ — на аноді. Оксиген оксидує Карбон анода до CO і С02. Під час оксидації анод поступово опускається у ванну.

Для виробництва 1 т алюмінію витрачається близько 18 МВт год електроенергії й до 0,7 т анодної маси. Рідкий алюмі­ній кожних 3...4 доби вибирають сифоном. Він містить доміш­ки металів (Fe, Si, Zn і ін.), гази (02, Н2, CO і С02) та неметалеві вкраплення (А1003, С), через що такий алюміній рафінують.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]