Производство криолита

Криолит может быть получен кислотным или щелочным способом. Кислотный способ наиболее распространен.

Получение криолита идет в 2 стадии:

Получение фтористого водорода

Фтористый водород получают из плавикового шпата. Для этого тонкоизмельченный концентрат плавикового шпата обрабатывают серной кислотой и нагревают в трубчатых вращающихся печах до 200-250 ⁰С. При этом идут следующие реакции:

CaF₂ + H₂SO₄  CaSO₄ + 2HF↑

SiO₂ + 4HF  SiF₄ + 2H₂O

SiF₄ + 2HF  H₂SiF₆ ↑

Газообразные продукты после очистки от пыли поглощают водой в вертикальных башнях. При этом образуется раствор плавиковой кислоты с примесью кремнефтористой кислоты. Для очистки от кремния к этому раствору добавляют соду:

H₂SiF₆ + Na₂CO₃  Na₂SiF₆ ↓ + H₂O + CO₂ ↑

Кремнефтористый натрий отделяют фильтрованием, и очищенный раствор направляют на вторую стадию.

Производство фтористых солей

Для получения криолита в раствор плавиковой кислоты последовательно вводят гидроксид алюминия и соду:

6HF + Al(OH)₃  H₃AlF₆ + 3H₂O

2H₃AlF₆ + 3Na₂CO₃  2Na₃AlF₆ ↓ + 3H₂O + 3CO₂ ↑

Полученный криолит отфильтровывают и сушат. Для получения фторида алюминия раствор плавиковой кислоты приводят во взаимодействие с гидроксидом алюминия:

3HF + Al(OH)₃  AlF₃ + 3H₂O

Для получения фторида натрия – с содой:

2HF + Na₂CO₃  2NaF + H₂O + CO₂↑

Лекция 9 Электролитическое получение металлического алюминия

Алюминий получают путем электролиза глинозема, растворенного в криолите. Для снижения температуры плавления вводят специальные добавки: фториды кальция и магния и хлорид натрия – общее количество добавок не более 8% . Содержание глинозема в электролите - 12% .

Такой состав позволяет вести процесс при 950-970 ⁰С.

Электролиз ведут в алюминиевой ванне глубиной 400-600 мм. Катодом служит поверхность жидкого алюминия, соприкасающаяся с электролитом. Анод используется угольный, самоспекающийся.

Глинозем поступает в ванну сверху. При этом вследствие охлаждения наружным воздухом на поверхности возникает корочка электролита. На боковой поверхности ванны образуется слой застывшего электролита – гарниссаж. Он предохраняет футеровку от разрушения и утепляет ванну. Алюминий накапливается на подине под слоем электролита. Его извлекают раз в трое суток с помощью вакуумного ковша или сифона.

На катоде выделяется алюминий, так как он является самым электроположительным из всех катионов. На аноде выделяется кислород, который взаимодействует с углеродом анода с образованием СО и СО₂ .

Отходящие газы направляются на очистку.

Самоспекающиеся аноды изготавливают из остатков после крекинга нефти и перегонки каменноугольной смолы, которые характеризуется малой зольностью и представляют собой вязкую массу. Связующим служит пек – это промежуточный продукт перегонки каменноугольной смолы, имеющий температуру размягчения 45-80 ⁰С. Полученную после смешения массу загружают в специальный каркас, и постепенно вся эта органическая масса из каркаса опускается вниз в электролизную ванну. При нагревании этой массы происходит коксование, затвердевание ее, в результате чего анод в своей нижней части приобретает твердость, прочность и повышенную электропроводность.