Прокалка гидроокиси алюминия

Прокалка гидроокиси алюминия является завершающей операцией в технологии производства глинозема. Она ведется с целью обезвоживания гидроокиси алюминия и получения безводного негигроскопичного глинозема.

Прокалка осуществляется в трубчатых вращающихся печах: L–110м; d–4,5м; уклон–2%

2Al(OH)_{3 →}^t° Al₂O₃+3H₂O↑

Холодильники печей – трубчатые, вращающиеся: L–38,5м; d–3,6; уклон–2%. Охлаждение происходит за счет орошения оборотной водой. На одной из печи установлен холодильник кипящего слоя.

Продукционная гидроокись алюминия с узла фильтрации системой ленточных конвейеров подается в бункера печей. Влажность гидрата не более 10%.

Топливом для печей служит мазут, который подается в горячую головку печи из форсунки. Гидрат подается с холодной головки печи и движется навстречу горящему факелу.

Прокаленный глинозем из печи попадает в трубчатый теплообменник и охлаждается за счет прососа воздуха, орошение холодильника снаружи оборотной водой. Температура глинозема на выходе из холодильника должна быть не выше 200 ⁰с. Охлажденный глинозем из холодильников поступает в бункера, из которых камерными насосами откачивается на склад глинозема.

Цех спекания

Шихта для печей спекания составляется из красного шлама, оборотной соды, оборотного белого шлама, свежей кальцинированной соды, известняка и угля– восстановителя. При необходимости в шихту вводится боксит.

Спекание шихты

Приготовленная шихта под давлением подается в печи спекания.

Спекание производится в трубчатых вращающихся печах: L–100м; d–5,0м; уклон–2,5%

Шихта по мере прохождения через печь последовательно подвергается процессам сушки, кальцинации, спекания и частичного охлаждения. В зоне спекания материал нагревается до 1150–1200 ⁰с

Топливом для печей спекания служит уголь.

В результате физико–химических превращений и частичного оплавленния шихты в печи получается спек.

Na₂CO₃+Al₂O_{3 →}^t° Na₂O ^. Al₂O₃+CO₂↑

SiO₂+2CaO=2CaO ^. SiO₂↓

Охлажденный спек с температурой не более 80 ⁰с дробится до определенной крупности и поступает на выщелачивание гидрохимического отделения.

Выщелачивание спека Выщелачивание проводится в трубчатом выщелачивателе: l – 36м; d – 3,6м; уклон – 5%.

Выщелачивание проводится крепкой промводой противотоком, при котором алюминат натрия переходит в раствор.

Слив трубчатых аппаратов поступает на узел автоклавного обескремнивания.

Кремниевый модуль получаемого раствора не менее 350 ед.

Полученный раствор сгущается и фильтруется на фильтрах ЛВАЖ – 125.

Отфильтрованный раствор с содержанием Fe₂О₃ не более 0,018 г/л откачивается на декомпозицию (в ГМЦ).

Na₂O ^. Al₂O₃+4H₂O→ 2NaAl(OH)₄

Основы технологии электролизного производства алюминия

Алюминий получают путем электролиза глинозема, растворен­ного в расплавленном электролите по реакции

2Al₂O₃  4Al + 3O₂

Эта реакция является эндотермической, и энергия, необходимая для ее протекания, обеспечивается электрическим током.

Основным компонентом электролита является криолит. В чистом криолите Na₃AlF₆(3NaF · AlF₃) отношение NaF: A1F₃ равно 3, для экономии электроэнергии необходимо при электролизе иметь это отношение в пределах 2,6–2,8, поэтому к криолиту добавляют фтористый алюминий AlF₃. Кроме того, для сниже­ния температуры плавления в электролит добавляют немного CaF₂, MgF₂ и иногда NaCl. Содержание основных компонентов в промышленном электролите находится в следующих преде­лах, %: Na₃AlF₆ 75–90; A1F₃ 5–12; MgF₂ 2–5; CaF₂ 2–4; A1₂O₃ 2–10. При повышении содержания А1₂О₃ более 10 % резко повышается тугоплавкость электролита, при содержа­нии менее 1,3 % нарушается нормальный режим электролиза.

Э лектролизная ванна или электролизер, где проводят электролиз, имеет в плане прямоугольную форму. Схема поперечного разреза ванны показана на рисунке 3. Кожух 1 из стальных листов охватывает стены ванны, а у больших ванн выполнен с днищем. Внутри имеется слой шамота 2 и далее стены выложены угольными плитами 4, а под образован подовыми угольными блоками 3. Ванна глубиной 0,5–0,6 м заполнена электролитом и находящимся под ним слоем жидко­го алюминия.

Угольный анод 6 (иногда их несколько) подвешен на стальных стержнях 8 так, что его нижний конец погружен в электролит, через стержни 8 к аноду подается ток от шин 7.

Мощность электролизера (ванны), определяемая силой подводимого к ней тока, изменяется от 30 кА у ванн малой мощности до 350 кА у ванн большой мощности. Поскольку допустимая удельная плотность проходящего через анод тока составляет 0,65–1,0 А/см², при росте мощности ванн увеличивают площадь анода; размеры поперечного сечения анода мощных ванн достигают 2,8×9 м, размеры ванны (внутри) – 3,8×10 м.

Существующие ванны различаются мощностью и устройством анода: ванны с одним самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, с таким же анодом и боковым токоподводом и ванны с анодом из обожженных блоков.

Электролиз ведут при напряжении 4–4,3 В и, как отмеча­лось, при удельной плотности тока, проходящего через анод, равной 0,65–1,0 А/см². Толщина слоя электролита в ванне составляет 150–250 мм. Температуру ванны поддержи­вают в пределах 950–970 °С за счет тепла, выделяющегося при прохождении постоянного гока через электролит. Такие температуры имеют место под анодом, а на границе с возду­хом образуется корка затвердевшего электролита рис. 247, 9, а у стен ванны – затвердевший слой электролита 10 (гарнисаж).

При приложении напряжения к катоду и аноду составляю­щие жидкого электролита подвергаются электролитической диссоциации, и расплав состоит из многочисленных катионов и анионов. Состав электролита подобран так, что в соответствии со значениями потенциалов разряда на электродах могут разряжаться только катионы А1³⁺ и анионы О²", обра­зующиеся при диссоциации А1₂О₃ в электролите. Соответст­венно электрохимический процесс на электродах описывается следующими уравнениями:

на катоде 2А1³⁺ + 6е → 2А1;

на аноде 3О^2– – 6е → 3О.

Р азряжающийся на катоде алюминий накапливается на подине ванны под слоем электролита. Выделяющийся на аноде кисло­род взаимодействует с углеродом анода с образованием га­зов СО и СО₂, т.е. при этом окисляется низ анода, в связи с чем анод периодически опускают. Газы СО и СО₂ выходят из–под анодов вдоль их боковых поверхностей, они содержат выделяющиеся из электролита токсичные фтористые соедине­ния и глиноземную пыль; эти газы улав­ливают и очищают от пыли и фтористых соединений.

По ходу процесса в ванны периодически загружают глино­зем; контролируют состав электролита, вводя корректирую­щие добавки; с помощью регуляторов поддерживают оптималь­ное расстояние между анодами и жидким алюминием (в преде­лах 40–50 мм). Глинозем загружают в ванны сверху, проби­вая для этого корку спекшегося электролита с помощью передвигающихся вдоль ванн машин.

Жидкий алюминий извлекают из ванн один раз в сутки с помощью вакуум–ковшей. Вакуум–ковш пред­ставляет собой (рисунок 4) вмещающую 1,5 – 8 тонн алюминия футерованную шамотом емкость, в которой создается разря­жение ~ 70 кПа. Соединенную с патрубком 6 ковша заборную трубку погружают сверху в слой жидкого алюминия в ванне и за счет разрежения алюминий засасывается в ковш. Далее алюминий направляется в литейное отделение для получения алюминиевых чушек, слитков и т.п.