3 Производство цветных металлов

Производство алюминия промышленным способом получения металлического алюминия является электролитическое разложение оксида А1₂О₃, растворенного в расплавленном криолите Na₃AlF₆.

Горные породы с высоким содержанием оксида алюминия (бокситы, нефелины, алуниты, каолины) называются алюминиевыми рудами. Основным сырьем для получения алюминия являются бокситы.

Экономически эффективной является также переработка нефелинов. Из нефелинов помимо алюминия получают кальцинированную соду, поташ и цемент.

Производство алюминия состоит из двух стадий: получение глинозема и электролиз глинозема с получением металла.

Глинозем из бокситов получают главным образом щелочным способом, разработанным К. И. Байером.

Сначала осуществляют подготовку бокситов, для чего их дробят (до размеров частиц 20...30 мм) на молотковых дробилках с подвижной плитой. Затем измельчают на трубных мельницах (мокрый помол). В мельницы добавляют едкую щелочь и 3...4 % извести, последняя создает лучшие условия для извлечения А1₂О₃.

При получении глинозёма способом Байера удаётся извлечь до 90% AL₂O₂.

Переработка бокситов спеканием применяется при содержании в них от 6 ....8% до 17....20% SiO₂ . Он даёт возможность извлечь около 82% AL₂O₃. Иногда используют комбинированные схемы – способ Байера и спекание. Благодаря этому достигается более полное извлечение глинозема.

Для извлечения алюминия из глинозема необходимо предварительно получить криолит. При производстве криолита используют исходные материалы: обогащенный плавиковый шпат, серную кислоту, гидроксид алюминия и кальцинированную соду. Прежде всего из плавикового шпата получают фтористый водород; а затем и плавиковую кислоту.

Чтобы получить алюминий повышенной чистоты, необходимо провести рафинирование: электролитическое (трехслойное) или хлором. В первом случае рафинирование ведут в расплавленной среде, когда анодом служит сплав загрязненного алюминия, катодом – чистый алюминий, а электролитом-безводные фтористые и хлористые соли. Второй способ предусматривает продувку расплава хлором и отстаивание жидкого алюминия в течение 30...45 мин при 69О...73О°С.

Качество первичного алюминия определяется его чистотой. По ГОСТу он делится на три группы: особой чистоты марки А999 (99,999% А1); высокой чистоты А995, А99, А97 и А95 (99,995; 99,99; 99,97 и 99,95 % А1 соответственно); технической чистоты А85, А8, А7, А75, А6, А5, А5Е, АО (доля содержания алюминия показывается по аналогии).

Первичный алюминий поставляется в чушках массой 5,15 и 1000 кг или цилиндрических слитках. Алюминий используется для производства алюминиевых сплавов, а также применяется для раскисления стали и создания ферросплавов.

3.1 Производство магния

Главным способом получения магнияявляется электролиз его расплавленных солей.

Сырьем для производства магния служат магниевые руды: хлориды, бишофит, карбонаты, магнезит, доломит. Наиболее доступным является карналлит, извлекаемый попутно из природных калийных солей. Бишофит получают при переработке карналлита. Практически неисчерпаемы его запасы в морской воде, где в 1 кг воды содержится 1 г магния. В некоторых случаях предприятия работают одновременно па хлоридном и карбонатном сырье.

Электролитическое получение магния осуществляют в электролизерах. Анодный блок электролизера выполнен из графитовых пластин, катодами служат стальные пластины. Чтобы исключить взаимодействие магния и хлора, образующихся при электролизе, ванну герметизируют и отсасывают из нее хлор; в верхней части ванны ставят керамическую перегородку. В ванну заливают электролит, состоящий из 10% MgCl₂, 45 % СаС1₂, 30 % NaCl, 15 % КС 1 и добавок NaF и CaF₂.

Электролиз ведется при 700...720°С, при этом обеспечивается получение магния в жидком виде и исключается его затвердевание при откачке из ванны. Ванны работают при силе тока до 150 кА, напряжении 5,5

В. Продукты электролитического разложения – ионы хлора – двигаются к аноду и создают пузырьки хлора, удаляемые из ванны; ионы магния выделяются на катоде, жидкий магнии всплывает на поверхность ванны и удаляется с помощью вакуум-ковша.

При электролизе хлористого магния выделяется ценный побочный продукт – хлор.