трусики женские украина

На головну

 Виробництво Алюмінію - Металургія

Одна вельми сумнівна легенда розповідає, що одного разу до римського імператора Тиберія (42 р. До н.е.. - 37 р н. Е.) Прийшла людина з металевою, небьющейся чашею. Матеріал чаші нібито був отриманий з глинозему (Al2O3) і, отже, повинен був представляти собою алюміній. Побоюючись, що такий метал з глини може знецінити золото і срібло, Тіберій про всяк випадок наказав відрубати людині голову. Зрозуміло, цієї розповіді важко повірити: самородний алюміній в природі не зустрічається, а за часів Римської імперії не могло бути технічних засобів, які дозволили б витягти алюміній з його сполук.

За поширеністю в природі алюміній займає перше місце серед металів; його вміст в земній корі становить 7,45%. Однак, незважаючи на широку розповсюдженість в природі, алюміній до кінця XIX століття належав до числа рідкісних металів. У чистому вигляді алюміній не зустрічається внаслідок своєї високої хімічної активності. Він переважно зустрічається у вигляді сполук з киснем і кремнієм - алюмосилікатів.

Рудами алюмінію можуть служити лише породи, багаті глиноземом (Al2O3) і залягають великими масами на поверхні землі. До таких порід відносяться боксити, нефеліни - (Na, K) 2O ? Al2O3 ? 2 SiO2, алуніти - (Na, K) 2SO4 ? Al2 (SO4) 3 ? 4 Al (OH) третій каоліни (глини), польовий шпат (ортоклаз) - K2O ? Al2O3 ? 6 SiO2.

Основний рудою для одержання алюмінію є боксити. Алюміній у них міститься у вигляді гидроокисей Al (OH), AlOOH, корунду Al2O3і каолініту Al2O3 ? 2 SiO2 ? 2 H2O. Хімічний склад бокситів складний: 28-70% глинозему; 0,5-20% кремнезему; 2-50% окису заліза; 0,1-10% окису титану. Останнім часом в якості руди стали застосовувати нефеліни і алуніти.

Великі родовища бокситів знаходяться на Уралі, в Тіхвінському районі Ленінградської області, в Алтайському і Красноярському краях.

Нефелін (K ? Na2O ? Al2O3 ? 2 SiO2) входить до складу апатітонефелінових порід (на Кольському півострові).

Вперше у вільному вигляді алюміній був виділений в 1825 р датським фізиком Ерстед шляхом впливу амальгами калію на хлорид алюмінію. У 1827г. німецький хімік Велер удосконалив спосіб Ерстеда, замінивши амальгаму калію металевим калієм:

AlCl3 + 3K > 3KCl + Al (Реакція протікає з виділенням тепла).

У 1854 р Сент-Клер Девіль у Франції вперше застосував спосіб Велера для промислового виробництва алюмінію, використавши замість калію більш дешевий натрій, а замість гігроскопічного хлориду алюмінію - більш стійкий подвійний хлорид алюмінію і натрію. У 1865 р російська фізико-хімік М. М. Бекетов показав можливість витіснення алюмінію магнієм з розплавленого кріоліту. Ця реакція в 1888 р була використана для виробництва алюмінію на першому німецькому заводі в Гмелінгене. Виробництво алюмінію цими так званими «хімічними» способами здійснювалося з 1854 р по 1890 р Протягом 35 років за допомогою цих способів, було отримано в цілому близько 20 т алюмінію.

Наприкінці 80-х років позаминулого століття хімічні способи витіснив електролітичний спосіб, який дозволив різко знизити вартість алюмінію і створив передумови до швидкого розвитку алюмінієвої промисловості. Основоположники сучасного електролітичного способу виробництва алюмінію Еру у Франції та Холл у США незалежно один від одного подали в 1886 р майже аналогічні заявки на патентування способу отримання алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті. З моменту появи патентів Еру і Холу і починається сучасна алюмінієва промисловість, яка більш ніж за 115 років свого існування виросла в одну з найбільших галузей металургії.

Технологічний процес отримання алюмінію складається з трьох основних стадій:

1). Отримання глинозему (Al2O3) з алюмінієвих руд;

2). Отримання алюмінію з глинозему;

3). Рафінування алюмінію.

Отримання глинозему з руд.

Глинозем отримують трьома способами: лужним, кислотним і електролітичним. Найбільше поширення має лужний спосіб (метод К. І. Байєра, розроблений в Росії наприкінці позаминулого століття і вживаний для переробки високосортних бокситів з невеликою кількістю (до 5-6%) кремнезему). З тих пір технічне виконання його було суттєво поліпшено. Схема виробництва глинозему за способом Байєра представлена ??на рис. 1.

Сутність способу полягає в тому, що алюмінієві розчини швидко розкладаються при введенні в них гідроксиду алюмінію, а залишився від розкладання розчин після його випаровування в умовах інтенсивного перемішування при 169-170оС може знову розчиняти глинозем, що міститься в боксити. Цей спосіб складається з наступних основних операцій:

1). Підготовки бокситу, що полягає в його дробленні і подрібненні в млинах; в млини подають боксит, їдку луг і невелику кількість вапна, яке покращує виділення Al2O3; отриману пульпу подають на вилуговування;

2). Вилуговування бокситу (останнім часом застосовуються до цих пір блоки автоклав круглої форми частково замінені трубчастими автоклавами, в яких при температурах 230-250 ° С (500-520 К) відбувається вилуговування), що полягає в хімічному його розкладанні від взаємодії з водним розчином лугу; гідрати окису алюмінію при взаємодії з лугом переходять у розчин у вигляді алюмінату натрію:

AlOOH + NaOH > NaAlO2 + H2O

або

Al (OH) 3 + NaOH > NaAlO2 + 2H2O;

міститься в боксі кремнезем взаємодіє з лугом і переходить в розчин у вигляді силікату натрію:

SiO2 + 2NaOH > Na2SiO3 + H2O;

в розчині алюмінат натрію і силікат натрію утворюють нерозчинний натрієвий алюмосилікат; в нерозчинний залишок переходять оксиди титану та заліза, що надають залишку червоний колір; цей залишок називають червоним шламом. Після закінчення розчинення отриманий алюмінат натрію розбавляють водним розчином лугу при одночасному зниженні температури на 100 ° С;

3). Відділення алюмінатного розчину від червоного шламу зазвичай здійснюваного шляхом промивання в спеціальних згущувачах; в результаті цього червоний шлам осідає, а алюмінатний розчин зливають і потім фільтрують (освітлюють). В обмежених кількостях шлам знаходить застосування, наприклад, як добавка до цементу. В залежності від сорту бокситів на 1 т отриманої окису алюмінію припадає 0,6-1,0 т червоного шламу (сухого залишку);

4). Розкладання алюмінатного розчину. Його фільтрують і перекачують у великі ємності з мішалками (декомпозери). З пересичені розчину при охолодженні на 60 ° С (330 К) і постійному перемішуванні витягується гідроокис алюмінію Al (OH) 3. Так як цей процес протікає повільно і нерівномірно, а формування і зростання кристалів гідроксиду алюмінію мають велике значення при її подальшій обробці, в декомпозери додають велику кількість твердої гідроксиду - затравки:

Na2O ? Al2O3 + 4H2O > Al (OH) 3 + 2NaOH;

5). Виділення гідроокису алюмінію і її класифікації; це відбувається в гидроциклонах і вакуум-фільтрах, де від алюмінатного розчину виділяють осад, що містить 50-60% часток Al (OH). Значну частину гідроокису повертають у процес декомпозиції як затравочний матеріал, яка і залишається в обороті в незмінних кількостях. Залишок після промивання водою йде на кальцинації; фільтрат також повертається в обіг (після концентрації в випарних апаратах - для вилуговування нових бокситів);

6). Зневоднення гідроокису алюмінію (кальцинації); це завершальна операція виробництва глинозему; її здійснюють в трубчастих обертових печах, а останнім часом також в печах з турбулентним рухом матеріалу при температурі 1150-1300оС; сира гідроокис алюмінію, проходячи через обертову піч, висушується і зневоднюється; при нагріванні відбуваються послідовно наступні структурні перетворення:

 Al (OH) 3 > AlOOH > ?-Al 2 O 3 > ?-Al 2 O 3

 200 про С-

 950 про С-

 1200 о С.

В остаточно прожареному глиноземі міститься 30-50% ?-Al2O3 (корунд), решта ?-Al2O3.

Цим способом витягується 85-87% від усього одержуваного глинозему. Отримана окис алюмінію являє собою міцне хімічна сполука з температурою плавлення 2050оС.

Одержання алюмінію з його окису

Електроліз окису алюмінію

Електролітичне відновлення окису алюмінію, розчиненої в розплаві на основі кріоліту, здійснюється при 950-970 ° С в електролізері. Електролізер складається з футерованной вуглецевими блоками ванни, до подині якої підводиться електричний струм. Виділився на подині, що служить катодом, рідкий алюміній важче розплаву солі електроліту, тому збирається на вугільному підставі, звідки його періодично відкачують (рис. 2). Зверху в електроліт занурені вугільні аноди, які згорають в атмосфері що виділяється з окису алюмінію кисню, виділяючи оксид вуглецю (CO) або двоокис вуглецю (CO2). На практиці знаходять застосування два типи анодів:

а) самообжігающіеся аноди Зедерберга, що складаються з брикетів, так званих «хлібів» маси Зедерберга (малозольний вугілля з 25-35% кам'яновугільного пеку), набитих в алюмінієву оболонку; під дією високої температури анодна маса обпалюється (спікається);

б) обпалені, або «безперервні», аноди з великих вугільних блоків (наприклад, 1900 ? 600 ? 500 мм масою близько 1,1 т).

Сила струму на електролізерах становить 150 000 А. Вони включаються в мережу послідовно, т. Е. Виходить система (серія) - довгий ряд електролізерів.

Робоча напруга на ванні, що становить 4-5 В, значно вище напруги, при якому відбувається розкладання окису алюмінію, оскільки в процесі роботи неминучі втрати напруги в різних частинах системи. Баланс сировини та енергії при одержанні 1 т алюмінію представлений на рис. 3.

Електроліз хлориду алюмінію (метод фірми Алкоа)

У реакційному посудині окис алюмінію перетворюється спочатку в хлорид алюмінію. Потім у щільно ізольованою ванні відбувається електроліз AlCl3, розчиненого в розплаві солей KCl, NaCl. Виділяється при цьому хлор відсмоктується і подається для вторинного використання; алюміній осідає на катоді.

Перевагами даного методу перед існуючими електролізом рідкого кріолітогліноземного розплаву (Al2O3, розчинена в криолите Na3AlF6) вважають: економію до 30% енергії; можливість застосування окису алюмінію, яка не годиться для традиційного електролізу (наприклад, Al2O3с високим вмістом кремнію); заміну дорогого кріоліту більше дешевими солями; зникнення небезпеки виділення фтору.

Відновлення хлориду алюмінію марганцем (Toth - метод)

При відновленні марганцем з хлориду алюмінію звільняється алюміній. За допомогою керованої конденсації з потоку хлориду марганцю виділяються пов'язані з хлором забруднення. При звільненні хлору хлорид марганцю окислюється в окис марганцю, яка потім відновлюється до марганцю, придатного до вторинного застосування. Відомості в наявних публікаціях дуже неточні, так що в даному випадку доведеться відмовитися від оцінки методу.

Отримання рафінованої алюмінію

Для алюмінію рафінуючі електроліз з розкладанням водних сольових розчинів неможливий. Оскільки для деяких цілей ступінь очищення промислового алюмінію (Al 99,5 - Al 99,8), отриманого електролізом кріолітогліноземного розплаву, недостатня, то з промислового алюмінію або відходів металу шляхом рафінування отримують ще більш чистий алюміній (Al 99, 99 R). Найбільш відомий метод рафінування - тришаровий електроліз.

Рафінування методом тришарового електролізу

Одягнена сталевим листом, що працює на постійному струмі (представлена ??на рис. 4 - див. Вище) ванна для рафінування складається з вугільної подини з токоподводами і теплоізолюючої магнезитової футеровки. На противагу електролізу кріолітогліноземного розплаву анодом тут служить, як правило, розплавлений рафініруемий метал (нижній анодний шар). Електроліт складається з чистих фторидів або суміші хлориду барію і фторидів алюмінію і натрію (середній шар). Алюміній, що розчиняється з анодного шару в електроліті, виділяється над електролітом (верхній катодний шар). Чистий метал служить катодом. Підведення струму до катодного шару здійснюється графітовим електродом.

Ванна працює при 750-800 ° С, витрата електроенергії становить 20 кВт ? год на 1 кг чистого алюмінію, т. Е. Трохи вище, ніж при звичайному електролізі алюмінію.

Метал анода містить 25-35% Cu; 7-12% Zn; 6-9% Si; до 5% Fe і незначна кількість марганцю, нікелю, свинцю і олова, решта (40-55%) - алюміній. Всі важкі метали і кремній при рафінуванні залишаються в анодному шарі. Наявність магнію в електроліті призводить до небажаних змін складу електроліту або до сильного його ошлакования. Для очищення від магнію шлаки, що містять магній, обробляють флюсами або газоподібним хлором.

В результаті рафінування отримують чистий алюміній (99,99%) і продукти сегрегації (Зайгер-продукт), які містять важкі метали і кремній і виділяються у вигляді лужного розчину і кристалічного залишку. Лужний розчин є відходом, а твердий залишок застосовується для розкислення.

Рафінований алюміній має звичайно наступний склад,%: Fe 0,0005-0,002; Si 0,002-0,005; Cu 0,0005-0,002; Zn 0,0005-0,002; Mg сліди; Al інше.

Рафінований алюміній переробляють в напівфабрикат в зазначеному складі або легують магнієм (див. Табл. 1.2.).

ТАБЛИЦЯ 1.2. Хімічний склад алюмінію підвищеної чистоти і первинного алюмінію по DIN 17122, лист 1.

 Марка

 Номер Допустимі домішки *,%

 всього

 у тому числі

 Si

 Fe

 Ti

 Cu

 Zn

 інші

 A199,99R 3.0400 0,01 0,006 0,005 0,002 0,003 0,005 0,001

 A199,9H 3.0300 0,1 0,050 0,035 0,006 0,005 0,04 0,003

 A199,8H 3.0280 0,2 0,15 0,15 0,03 0,01 0,06 0,01

 A199,7H 3.0270 0,3 0,20 0,25 0,03 0,01 0,06 0,01

 A199,5H ** 3.0250 0,5 0,30 0,40 0,03 0,02 0,07 0,03

 A199H 3.0200 1,0 0,5 0,6 0,03 0,02 0,08 0,03

 * Наскільки можливо визначити звичайними методами дослідження.

 ** Чистий алюміній для електротехніки (алюмінієві провідники) поставляють у вигляді первинного алюміній 99,5, що містить не більше 0,03% (Ti + Cr + V + Mn); позначається в цьому випадку E-A1, номер матеріалу 3.0256. В іншому відповідає нормам VDE-0202.

Рафінування шляхом алюмоорганіческіх комплексних сполук і зонної плавкою

Алюміній ступеня чистоти вище марки A1 99,99 R може бути отриманий рафінуючі електролізом чистого або технічно чистого алюмінію із застосуванням як електроліту комплексних алюмоорганіческіх сполук алюмінію. Електроліз проходить при температурі близько 1000 ° С між твердими алюмінієвими електродами і в принципі схожий з рафінуючі електролізом міді. Природа електроліту диктує необхідність працювати без доступу повітря і при низькій щільності струму.

Цей вид рафінуючі електролізу, застосовуваним спочатку лише в лабораторному масштабі, вже здійснюється в невеликому виробничому масштабі - виготовляється кілька тонн металу на рік. Номінальна ступінь очищення одержуваного металу 99,999-99,9999%. Потенційними областями застосування металу такої чистоти є кріогенна електротехніка й електроніка.

Можливе застосування розглянутого методу рафінування і в гальванотехніки.

Ще більш високу чистоту - номінально до A1 99,99999 - можна отримати подальшої зонної плавкою металу. При переробці алюмінію підвищеної чистоти в напівфабрикат, лист або дріт необхідно, враховуючи низьку температуру рекристалізації металу, приймати особливі запобіжні заходи. Примітним властивістю рафінованого металу є його висока електропровідність в області кріогенних температур.

Отримання вторинного алюмінію

Переробка вторинної сировини і відходів виробництва є економічно вигідною. Одержуваними при цьому вторинними сплавами задовольняється близько 25% загальної потреби в алюмінії.

Найважливішою областю застосування вторинних сплавів є виробництво алюмінієвого фасонного лиття. У DIN 1725, лист 2 поряд зі стандартними марками сплавів наведено численні марки сплавів, вироблених ливарними заводами. Перелік сплавів, що випускаються цими заводами, містить, крім стандартних, деякі нестандартні сплави.

Бездоганне приготування алюмінієвого скрапу в найрізноманітніших пропорціях можна здійснювати тільки на спеціально обладнаних плавильних заводах. Подання про складне робочому процесі на такому заводі дає рис. 5.

Відходи переплавляють після грубої попереднього сортування. Містяться в цих відходах залізо, нікель або мідь, точка плавлення яких вище точки плавлення алюмінію, при плавці в плавильній порогової печі залишаються в ній, а алюміній виплавляється. Для видалення з відходів неметалічних включень типу оксидів, нітриду, карбідів або газів застосовують обробку розплавленого металу солями або (що рациональней) продувку газом - хлором або азотом.

Для видалення металевих домішок з розплаву відомі різні методи, наприклад присадка магнію і вакуумування - метод Бекша (Becksche); присадка цинку або ртуті з наступним вакуумуванням - субгалогенний метод. Видалення магнію обмежується введенням в розплавлений метал хлору. Шляхом введення добавок, точно обумовлених складом розплаву, отримують заданий ливарний сплав.

Виробництво алюмінію технічної чистоти

Електролітичний спосіб - єдиний застосовується в усьому світі для виробництва металевого алюмінію технічної чистоти. Всі інші способи (цінкотерміческій, карбідотерміческій, субхлорідний, нітрідний та ін.), За допомогою яких алюміній може бути витягнутий з алюмінієвих руд, розроблялися в лабораторному і дослідно-промислових масштабах, проте поки не знайшли практичного застосування.

Для отримання алюмінієво-кремнієвих сплавів успішно застосовується електротермічний спосіб, вперше розроблений і здійснений в промисловому масштабі в СРСР. Він складається з двох стадій: на першій стадії отримують первинний алюмінієво-кремнієвий сплав з вмістом 60-63% Al шляхом прямого відновлення алюмо-кременистих руд в рудно-термічних електричних печах; на другій стадії первинний сплав розбавляють технічним алюмінієм, отримуючи силумін та інші ливарні і деформуючі алюмінієво-кремнієві сплави. Ведуться дослідження по вилученню з первинного сплаву алюмінію технічної чистоти.

В цілому отримання алюмінію електролітичним способом включає в себе виробництво глинозему (окису алюмінію) з алюмінієвих руд, виробництво фтористих солей (кріоліту, фтористого алюмінію і фтористого натрію), виробництво вуглецевої анодної маси, обпалених вугільних анодних і катодних блоків та інших футеровочних матеріалів, а також власне електролітичне виробництво алюмінію, яке є завершальним етапом сучасної металургії алюмінію.

Характерним для виробництва глинозему, фтористих солей і вуглецевих виробів є вимога максимального ступеня чистоти цих матеріалів, оскільки в кріолітогліноземних розплавах, що піддаються електролізу, не повинні міститися домішки елементів, більш електропозитивних, ніж алюміній, які, виділяючись на катоді в першу чергу, забруднювали б метал.

У глиноземі марок Г-00, Г-0 і Г-1, які переважно використовуються при електролізі, вміст SiO2составляет 0,02-0,05%, a Fe2O3- 0,03-0,05%. У криолите в середньому міститься 0,36-0,38% SiO2і 0,05-0,06% Fe2O3, під фтористом алюмінії 0,30-0,35% (SiO2 + Fe2O3). В анодному масі міститься не більше 0,25% SiO2і 0,20% Fe2O3.

Найважливіша алюмінієва руда, з якої витягають глинозем, боксит. У бокситі алюміній присутній у формі гідроксиду алюмінію. У Радянському Союзі, крім бокситу, для отримання глинозему застосовують нефелінових породу - алюмосилікат натрію і калію, а також алунітових породу, в якій алюміній знаходиться у вигляді його сульфату. Сировиною для виготовлення анодної маси і обпалених анодних блоків служать вуглецеві чисті матеріали - нафтовий або пековий кокс і кам'яновугільний пек як сполучна, а для виробництва кріоліту та інших фтористих солей - фтористий кальцій (плавиковий шпат).

При електролітичному отриманні алюмінію глинозему Al2O3, розчинений у розплавленому криолите Na3AlF6, електрохімічно розкладається з розрядом катіонів алюмінію на катоді (рідкому алюмінії), а кисневмісних іонів (іонів кисню) - на вуглецевих аноді.

За сучасними уявленнями, кріоліт в розплавленому стані дисоціюють на іони :, а глинозем - на комплексні іони :, які знаходяться в рівновазі з простими іонами:,.

Основним процесом, що відбувається на катоді, є відновлення іонів тривалентного алюмінію: Al3 ++ 3e > Al (I).

Поряд з основним процесом можливий неповний розряд тривалентних іонів алюмінію з утворенням одновалентних іонів: Al3 ++ 2e > Al + (II) і, нарешті, розряд одновалентних іонів з виділенням металу: Al ++ e > Al (III).

За певних умов (відносно велика концентрація іонів Na +, висока температура і ін.) Може відбуватися розряд іонів натрію з виділенням металу: Na ++ e > Na (IV). Реакції (II) і (IV) обумовлюють зниження виходу алюмінію по струму.

На вугільному аноді відбувається розряд іонів кисню: 2O2-- 4e > O2. Однак кисень не виділяється у вільному вигляді, так як він окисляє вуглець анода з утворенням суміші CO2і CO.

Сумарна реакція, що відбувається в електролізері, може бути представлена ??рівнянням Al2O3 + xC - 2Al + (2x-3) CO + (3-x) CO2.

До складу електроліту промислових алюмінієвих електролізерів, крім основних компонентів - кріоліту, фтористого алюмінію і глинозему, входять невеликі кількості (у сумі до 8-9%) деяких інших солей - CaF2, MgF2, NaCl і LiF (добавки), які покращують деякі фізико хімічні властивості електроліту і тим самим підвищують ефективність роботи електролізерів. Максимальний вміст глинозему в електроліті становить зазвичай 6-8%, знижуючись в процесі електролізу. У міру збідніння електроліту глиноземом в нього вводять чергову порцію глинозему. Для нормальної роботи алюмінієвих електролізерів ставлення NaF: AlF3в електроліті підтримують в межах 2,7-2,8, додаючи порції криоліта і фтористого алюмінію.

У виробництві алюмінію застосовують електролізери з самообжігающіміся вугільними анодами і бічним або верхнім підведенням струму, а також електролізери з попередньо обпаленими вугільними анодами. Найбільш перспективна конструкція електролізерів з обпаленими анодами, що дозволяє збільшити одиничну потужність агрегату, знизити питому витрату електроенергії постійного струму на електроліз, отримати більш чистий метал, поліпшити санітарно-гігієнічні умови праці і зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу.

Основні технічні параметри і показники роботи алюмінієвих електролізерів різного типу наведено в табл. 1.3.

ТАБЛИЦЯ 1.3

ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ПАРАМЕТРИ І ПОКАЗНИКИ РОБОТИ АЛЮМІНІЄВИХ електролізерів

 Параметри і показники

 З самообжігающіміся анодами

 З обпаленими анодами

 бічний

 токоподвод

 верхній токоподвод

 Сила струму, кА 60-120 60-155 160-255

 Добова продуктивність електролізера, т 0,42-0,85 0,40-1,10 1,10-1,74

 Анодна щільність струму, А / см 2 0,80-0,90 0,65-0,70 0,70-0,89

 Середня напруга на електролізері, В 4,45-4,65 4,50-4,70 4,30-4,50

 Вихід по струму,% 85-88 84-86 85-89

 Витратні коефіцієнти на 1 т алюмінію:

 електроенергії постійного струму, кВт ? год 15100-16200 15500-17300 14500-15500

 глинозему, кг 1920-1940 1920-1940 1920-1940

 анодної маси, кг 520-560 560-620 -

 обпалених анодів, кг - - 540-600

 Фтористих солей в перерахунку на фтор, кг 20-30 25-35 15-25

Первинний алюміній, який отримують із електролізерів (алюміній-сирець), містить ряд домішок, які можна поділити на три групи: неметалічні (фтористі солі, ?- і ?-глинозем, карбід і нітрид алюмінію, вугільні частинки, механічно захоплюємося при виливання металу з електролізера ); металеві (залізо, кремній), що переходять із сировини, вугільних матеріалів і конструктивних елементів електролізера; газоподібні - переважно водень, який утворюється в металі в результаті електролітичного розкладання води, що потрапляє в електроліт із сировиною.

З металевих домішок, крім заліза і кремнію, міститься найбільша кількість галію, цинку, титану, марганцю, натрію, ванадію, хрому, міді. Зміст цих та деяких інших металевих мікродомішок в електролітичному алюмінії наведено нижче,%:

 Елемент

V

 Mn

 Cr

 Ti

 Cu

 Zn

 Середній вміст 0,0025 0,003 0,0025 0,004 0,002 0,007

 Межі зміни 0,001-0,008 0,001-0,006 0,001-0,008 0,002-0,008 0,001-0,008 0,002-0,014

 Елемент

 Ni

 Li

P

S

 Ga

 Na

 Середній вміст <0,002 0,0002 0,001 0,0005 0,008 0,004

 Межі зміни <0,001-0,004 0,0001-0,0003 0,001-0,0024 0,0001-0,0009 0,004-0,012 0,002-0,008

Основним джерелом надходження металевих мікродомішок в алюміній є глинозем, який в залежності від виду вихідної сировини може містити галій, цинк, калій, фосфор, сірку, ванадій, титан і хром. Вуглецеві матеріали (анодна маса, обпалені аноди, катодні вироби) служать джерелом таких мікродомішок, як, наприклад, ванадій, титан, марганець, цинк.

Електролізом кріоліту-глиноземних розплавів за умови застосування чистих вихідних матеріалів (в першу чергу глинозему і вуглецевих матеріалів) вдається отримати алюміній-сирець марок А85 і А8 (99,85 і 99,80%). Найбільша частка металу цих марок (60-70% від загального випуску) виходить на електролізерах з обпаленими анодами, а також на електролізерах з боковим підведенням струму (до 70% від загального виробництва). На електролізерах з самообжігающіміся анодами і верхнім струмопідведення випуск алюмінію-сирцю марки А8 невисокий (складає 1-3%), а метал марки А85 одержати не вдається через значні домішок заліза, що надходить в алюміній з несировинних джерел (анодні штирі, чавунні секції газосборніков , технологічний інструмент, катодний вузол).

Розплавлений первинний алюміній, витягнутий з електролізерів за допомогою вакуумного ковша, надходить в ливарне відділення для рафінування від неметалічних і газових домішок і подальшої переробки в товарну продукцію (чушки, циліндричні і плоскі злитки, катанку і т. П.). Перед розливанням алюміній-сирець витримують в розплавленому стані в електричних печах опору (міксерах) або в газових відбивних печах. У цих печах не тільки проводять раціональну шихтовку різних за складом порцій рідкого алюмінію, але і частково очищають від неметалічних включень, окисних плівок і натрію.

Разливка алюмінію з міксера в чушки проводиться за допомогою ливарних машин конвеєрного типу; циліндричні і плоскі злитки виготовляють методом напівбезперервного лиття, а для отримання катанки застосовують спеціальні агрегати суміщеного лиття і прокатки.

На вітчизняних алюмінієвих заводах при лиття злитків алюміній, що надходить з міксера в кристалізатор ливарної машини, піддають найпростішого виду рафінування - фільтрації розплаву через склосітки з осередками розміром від 0,6 ? 0,6 до 1,7 ? 1,7 мм. Цей метод дозволяє очищати алюміній тільки від дуже грубих окисних включень; досконаліший метод фільтрації розплаву через склосітки у висхідному потоці. При такому способі фільтрування частки окисних включень, стикаючись з сіткою, не захоплюються потоком розплаву, а осідають на дні ливарного жолоби.

Для одночасної очищення алюмінію, як від неметалевих домішок, так і від водню успішно застосовується метод фільтрації через флюсовий фільтр у поєднанні з продувкою азотом. У якості флюсу можна використовувати кислий електроліт алюмінієвих електролізерів. У результаті такої очистки вміст водню в алюмінії знижується з 0,22 до 0,16 см3на 100 г металу.

У первинному алюмінії, використовуваному для виробництва сплавів системи Al-Mg, вміст натрію не повинно перевищувати 0,001%. Це пов'язано з тим, що присутність натрію в цих сплавах погіршує механічні та інші експлуатаційні властивості виробів, вживаних в ряді галузей народного господарства.

Найбільш ефективним методом одночасного рафінування алюмінію від натрію, водню і неметалічних домішок є продування розплавленого металу газовою сумішшю азоту з 2-10% хлору, що вводиться в розплав у вигляді дрібних бульбашок за допомогою спеціальних пристроїв. Цей спосіб рафінування дозволяє знизити вміст натрію в алюмінії до 0,0003-0,001% при витраті газової суміші від 0,8 до 1,5 м3 / т металу.

Витрата електроенергії на виробництво 1 т товарного алюмінію з металу-сирцю при використанні електропечей складає 150-200 кВт ? год; безповоротні втрати металу на ливарному переділі рівні 1,5-5% залежно від виду товарної продукції.

Отримання алюмінію високої чистоти

Для отримання алюмінію високої чистоти (марок А995-А95) первинний алюміній технічної чистоти електролітично рафінують. Це дозволяє знизити в алюмінії зміст металевих і газоподібних домішок і тим самим значно підвищити його електропровідність, пластичність, відбивну здатність і корозійну стійкість.

Електролітичне рафінування алюмінію здійснюють електролізом розплавлених солей по тришаровому способу. Сутність способу полягає в наступному. У рафінувальні електролізері є три розплавлених шару. Нижній, найбільш важкий, лежить на токопроводящей подині і служить анодом; він називається анодним сплавом і являє собою сплав рафініруемого алюмінію з міддю, яку вводять для обважнення шару. Середній шар - розплавлений електроліт; його щільність менше щільності анодного сплаву і вище щільності чистого рафінованої (катодного) алюмінію, що знаходиться над електролітом (верхній, третій рідкий шар).

При анодному розчиненні всі домішки більш електропозитивні, ніж алюміній (Fe, Si, Ti, Cu та ін.), Залишаються в анодному сплаві, не переходячи в електроліт. Анодно розчинятися буде тільки алюміній, який у формі іонів Al3 + переходить в електроліт: Al- 3e > Al3 +.

При електролізі іони алюмінію переносяться до катода, на якому і розряджаються: Al3 ++ 3e > Al. В результаті на катоді накопичується шар розплавленого рафінованої алюмінію.

Якщо в анодному сплаві присутні домішки більш електронегативний, ніж алюміній (наприклад, Ba, Na, Mg, Ca), то вони можуть електрохімічних розчинятися на аноді разом з алюмінієм і у вигляді іонів переходити в електроліт. Оскільки зміст електронегативний домішок в алюмінії-сирець невелика, в помітній кількості в електроліті вони не накопичуються. Розряду цих іонів на катоді практично не відбувається, так як їх електродний потенціал електронегативний алюмінію.

В якості електроліту при електролітичному рафінуванні алюмінію в Радянському Союзі і в більшості країн застосовують фторидно-хлоридні електроліт, склад якого 55-60% BaCl2, 35-40% AlF4 + NaF і 0-4% NaCl. Молярне відношення NaF: AlF3поддержівают 1,5-2,0; температура плавлення електроліту 720-730 ° C; температура процесу електролізу близько 800 ° C; щільність електроліту 2,7 г / см3.

Анодний сплав готують з первинного алюмінію і чистої міді (99,90-99,95% Cu), яку вводять в метал в кількості 30-40%. Щільність рідкого анодного сплаву такого складу 3-3,5 г / см3; щільність ж чистого розплавленого катодного алюмінію дорівнює 2,3 г / см3. При такому співвідношенні щільності створюються умови, необхідні для гарного поділу трьох розплавлених шарів.

У четверний системі Al-Cu-Fe-Si, до якої належить анодний сплав, утворюється евтектика з температурою плавлення 520 ° C. Охолоджуючи анодний сплав, що містить домішки заліза і кремнію в кількостях вище евтектичних концентрацій, можна виділити залізо і кремній в тверду фазу у вигляді інтерметалевих з'єднань FeSiAl5і Cu2FeAl7. Так як температура анодного сплаву в кишенях електролізера на 30-40 ° C нижче температури анодного сплаву в робочому просторі ванни, у них (у міру накопичення в анодному сплаві заліза і кремнію) будуть виділятися тверді интерметаллические опади. Періодично видаляючи ці опади, очищають анодний сплав (без його оновлення) від домішок заліза і кремнію. Так як в анодному сплаві концентрується галій, то витягають із електролізера опади (30-40 кг на 1 т алюмінію) можуть служити джерелом отримання цього металу.

Для електролітичного рафінування служать електролізери, які за конструкцією нагадують електролізери з обпаленими анодами для електролітичного одержання первинного алюмінію, але мають інше підключення полюсів: подина служить анодом, а верхній ряд електродів - катодом. Сучасні електролізери для електролітичного рафінування алюмінію розраховані на силу струму до 75 кА.

Нижче наведені основні техніко-економічні показники електролізерів за 1979, досягнуті вітчизняними (1, 2, 3) підприємствами.

Електрохімічний вихід по струму, розрахований за вилито з електролізера металу, становить 97-98%. Фактичний же вихід по струму, розрахований за кількістю товарного металу, становить 92-96%.

 Сила струму, кА 23,5 62,9 69,8 *

 Середня напруга, В 5,43 5,68 5,69

 Вихід по струму,% 95,7 93,0 92,7

 Витрата електроенергії постійного струму, кВт ? год / т 17 370 18 700 19 830

 Сумарний електроенергії змінного струму, кВт ? год / т 18 670 19 590 20 780

 Рівні, см

 катодного алюмінію 16,6 12,9 14,6

 електроліту 13,3 11,6 14,2

 анодного сплаву 40,1 29,5 30,0

 Витратні коефіцієнти, кг / т:

 хлористий барій 40,5 41,5 27,0

 кріоліт 27,7 21,0 16,5

 фтористий алюміній 6,7 13,1 3,8

 хлористий натрій 1,0 4,8 -

 алюміній-сирець 1020 1028 1032

 графіт 11,9 11,5 16,6

 мідь 9,8 15,5 16,4

 Випуск алюмінію високої чистоти,% марок:

 А995 47,8 ** 3,5 2,1

 А99 30,4 67,1 54,2

 А97 8,3 21,5 43,7

 А95 10,4 7,9 -

 нижче А95 3,1 - -

 * Показники виробництва алюмінію високої чистоти.

 ** Сортність по електролізерів без расшіхтовкі.

Основним чинником, що знижує вихід по струму, крім прямих втрат струму на розряд більш електронегативний іонів, втрат металу за рахунок його окислення і механічних втрат алюмінію, є робота електролізерів з випуском несортового металу, який знову повертається в анодний сплав для подальшого рафінування. Ці періоди роботи електролізерів мають місце при пуску електролізерів і порушеннях технологічного режиму.

Електролітичне рафінування алюмінію є дуже енергоємним виробництвом. Витрата електроенергії в змінному струмі, включаючи енергію, витрачену на підготовку електроліту і анодного сплаву, роботу вентиляційних пристроїв і транспортних засобів, а також втрати на перетворення змінного струму в постійний, становить 18,5-21,0 тис. КВт ? год на 1 т алюмінію. Енергетичний к. П. Д. Рафінувальних електролізерів не перевищує 5-7%, т. Е. 93-95% енергії витрачається у вигляді втрат тепла, що виділяється в основному в шарі електроліту (приблизно 80-85% від загального приходу тепла). Отже, основними шляхами подальшого зниження питомої витрати електроенергії на електролітичне рафінування алюмінію є вдосконалення теплоізоляції електролізера (особливо верхньої частини конструкції) і зниження шару електроліту (зменшення междуелектродного відстані).

Чистота алюмінію, рафінованої по тришаровому методу, 99,995%; вона визначається по різниці з п'ятьма основними домішками - залізом, кремнієм, міддю, цинком і титаном. Кількість одержуваного металу такої марки може становити 45-48% від загального випуску (без його расшіхтовкі з більш низькими, сортами).

Слід, однак, відзначити, що в електролітично рафінованому алюмінії містяться в менших кількостях домішки інших металів, що знижує абсолютну чистоту такого алюмінію. Радіоактіваціонний аналіз дозволяє виявити в електролітично рафінованому алюмінії до 30 домішок, сумарний вміст яких приблизно 60 ?10-4%. Отже, чистота рафінованої алюмінію по різниці з цими домішками становить 99,994%.

Крім домішок, передбачених ГОСТом (див. Табл. 1.1), в найбільш поширеною марці (А99) електролітично рафінованого алюмінію міститься,%: Cr 0,00016; V 0,0001; Ga 0,0006; Pb 0,002; Sn 0,00005; Ca 0,002-0,003; Na 0,001-0,008; Mn 0,001-0,007; Mg 0,001-0,007; As <0,0001; Sb <0,00002; Bi <0,00001; Cd <0,000001; S 0,0007.

Одне з джерел забруднення катодного алюмінію - графітові струмовідводи, що містять окис заліза і кремнію і постійно стикаються з рафінованим алюмінієм. Якщо струм до катодного алюмінію підводити безпосередньо алюмінієвими шинами і застосовувати інструмент з дуже чистого графіту, можна отримувати метал чистотою 99,999% по різниці з обумовленими домішками (Fe, Si, Cu, Zn і Ti). B такому металі міститься в середньому,%: Si 0,0002; Fe 0,00032; Cu 0,0002; Zn 0,0002 і Ti 0,00005. Однак через технічних труднощів такий спосіб підведення струму поки не знайшов широкого промислового застосування.

Отримання алюмінію особливої ??чистоти

Алюміній особливої ??чистоти (марки A999) може бути отриманий трьома способами: зонної плавкою, дистиляцією через субгалогеніди і електролізом алюміній-органічних сполук. З перерахованих способів отримання алюмінію особливої ??чистоти практичне застосування в СРСР одержав спосіб зонної плавки.

Принцип зонної плавки полягає в багаторазовому проходженні розплавленої зони вздовж зливка алюмінію. За величиною коефіцієнтів розподілу К = Ств / Сж (де СТВ- концентрація домішки у твердій і Сж- в рідкій фазі), які значною мірою визначають ефективність очищення від домішок, ці домішки можуть бути розбиті на три групи. До першої групи належать домішки, що знижують температуру плавлення алюмінію; вони мають К <1, при зонної плавці концентруються в розплавленої зоні і переносяться нею до кінцевої частини злитка. До числа цих домішок належать Ga, Sn, Be, Sb, Ca, Th, Fe, Co, Ni, Ce, Te, Ba, Pt, Au, Bi, Pb, Cd, In, Na, Mg, Cu, Si, Ge , Zn. До другої групи належать домішки, що підвищують температуру плавлення алюмінію; вони характеризуються К> 1 і при зонної плавці концентруються у твердій (початкової) частини злитка. До цих домішок відносяться Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. До третьої групи відносяться домішки з коефіцієнтом розподілу, дуже близьким до одиниці (Mn, Sc). Ці домішки практично не видаляються при зонної плавці алюмінію.

Алюміній, призначений для зонного плавлення, піддають деякої підготовці, яка полягає у фільтрації, дегазації і травленні. Фільтрація необхідна для видалення з алюмінію тугоплавкої і міцної окисної плівки, диспергированной в металі. Окис алюмінію, присутня в розплавленому алюмінії, може при його затвердінні створювати центри кристалізації, що веде до отримання полікристалічного злитка і порушення ефекту перерозподілу домішок між твердим металом і розплавленої зоною. Фільтрацію алюмінію ведуть у вакуумі (залишковий тиск 0,1-0,4 Па) через отвір в дні графітового тигля діаметром 1,5-2 мм. Попередню дегазацію алюмінію перед зонної плавкою (також нагріванням у вакуумі) проводять для попередження розбризкування металу при розплавлюванні зони в разі проведення процесу в глибокому вакуумі. Остання стадія підготовки алюмінію до зонної плавці - травлення його поверхні сумішшю концентрованих соляної та азотної кислот.

Так як алюміній володіє значною хімічною активністю і в якості основного матеріалу для контейнерів (човників) застосовують особливо чистий графіт, то зонну плавку алюмінію проводять у вакуумі або в атмосфері інертного газу (аргон, гелій).

Зонної плавкою у вакуумі забезпечується більша чистота алюмінію внаслідок випаровування частини домішок при вакуумуванні (магнію, цинку, кадмію, лужних і лужноземельних металів), а також виключається забруднення очищеного металу домішками в результаті застосування захисних інертних газів. Зонну плавку алюмінію у вакуумі можна проводити при безперервній відкачці кварцовою труби, куди поміщають графітову човник зі злитком алюмінію, а також в запаяних кварцових ампулах, з яких попередньо відкачують повітря до залишкового тиску приблизно 1 ?10-3 Па.

Для створення розплавленої зони на зливку алюмінію при його зонної плавці може бути застосований нагрів за допомогою невеликих печей опору або ж струмів високої частоти. Для електроживлення печей електроопору не потрібно складної апаратури, печі прості в експлуатації. Єдиний недолік цього методу нагрівання - невелике перетин злитка очищаемого алюмінію.

Індукційний нагрів струмами високої частоти - ідеальний спосіб створення розплавленої зони на зливку при зонної плавці. Метод високочастотного нагріву (крім того, що він дозволяє здійснити зонну плавку злитків великих перетинів) має важливе перевагу, що полягає в тому, що розплавлений метал безперервно перемішується в зоні; це полегшує дифузію атомів домішки від фронту кристалізації в глиб розплаву.

Вперше промислове виробництво алюмінію високої чистоти зонної плавкою було освоєно на Волховському алюмінієвому заводі в 1965 р на установці УЗПІ-3, розробленій ВАМИ. Ця установка була оснащена чотирма кварцовими ретортами з індукційним нагрівом, при цьому індуктори були рухливими, а контейнери з металом нерухомими. Продуктивність її становила 20 кг металу за цикл очищення. Згодом була створена і введена в промислову експлуатацію в 1972 р на Волховському алюмінієвому заводі більше високопродуктивна суцільнометалева установка УЗПІ-4.

Ефективність очищення алюмінію при зонної плавці може бути охарактеризована наступними даними. Якщо сумарний вміст домішок в електролітично рафінованому алюмінії становить (30 ? 60) ?10-4%, то після зонної плавки воно знижується до (2,8 ? 3,2) ?10-4%, т. Е. В 15-20 разів. Це відповідає залишковим електроопору алюмінію ? 0 (при температурі рідкого гелію 4,2 К) відповідно (20 ? 40) ?10-10 і (1,8 ? 2,1) ?10-10 або чистоті 99,997-99,994 і 99,9997%. У табл. 1.4 (див. Нижче) наведено дані Радіоактіваціонний аналізу про вміст деяких домішок у зонно-очищеному алюмінії і електролітично рафінованому. Ці дані свідчать про сильному зниженні вмісту більшості домішок, хоча такі домішки, як марганець і скандій, при зонної плавці практично не видаляються.

В останні роки в ВАМИ розроблена й випробувана в промислових умовах технологія отримання алюмінію чистотою 99,9999% методом каскадної зонної плавки. Сутність способу каскадної зонної плавки полягає в тому, що очистку вихідного алюмінію чистотою А999 ведуть, послідовно повторюючи цикли (каскади) зонної планки. При цьому вихідним матеріалом кожного наступного каскаду служить середня, найбільш чиста частина злитка, одержуваного в результаті попереднього циклу очищення.

ТАБЛИЦЯ 1.4

ЗМІСТ ДОМІШОК У електролітичного рафінованих і ЗОННООЧІЩЕННОМ алюмінію, ? 10-4%

 Домішка

 Вихідний алюміній (електролітично рафінований 99,993-99,994%)

 Алюміній після зонної плавки

 графіт, вакуум

 алунд, повітря

 Мідь 1,9 0,02 0,08

 Миш'як 0,15 0,0015 0,001

 Сурма 1,2 0,03 0,02

 Уран 0,002 - -

 Залізо 3 ?0,2 ?0,3

 Галій 0,3 0,02 0,05

 Марганець 0,2-0,3 0,1-0,2 0,15

 Скандій 0,4-0,5 0,4-0,5 0,4-0,5

 Ітрій 0,02-0,04 << 0,001 << 0,001

 Лютецій 0,002-0,004 << 0,0001 << 0,0001

 Гольмій 0,005-0,01 << 0,0001 << 0,0001

 Гадолиний 0,02-0,04 << 0,01 << 0,01

 Тербий 0,003-0,006 << 0,001 << 0,001

 Самарій 0,05-0,01 << 0,0001 << 0,0001

 Неодим 0,1-0,2 << 0,01 << 0,01

 Празеодим 0,05-0,1 << 0,001 << 0,001

 Церій 0,3-0,6 << 0,01 << 0,01

 Лантан 0,01 << 0,001 << 0,001

 Нікель 2,3 - <1

 Кадмій 3,5 << 0,01 0,02-0,07

 Цинк 20 << 0,05 1

 Кобальт 0,01 << 0,01 << 0,01

 Натрій 1-2 <0,2 <0,2

 Калій 0,05 0,01 0,01

 Барій 6 - -

 Хлор 0,01 <0,01 <0,01

 Фосфор 3 0,04 -

 Сірка 15 0,5-1,5 -

 Вуглець 1-2 - 1-2

 Примітка. Кількості телуру, вісмуту, срібла, молібдену, хрому, цирконію, кальцію, стронцію, рубідію, церію, індію, селену і ртуті в алюмінії після зонної плавки нижче чутливості радіоактивного аналізу.

У табл. 1.5 (див. Нижче) наведено результати мас-спектрального аналізу та виміру R293 К / R4,2 Калюмінія, отриманого каскадної зонної плавкою. З наведених даних можна зробити висновок, що чистота такого алюмінію, певна по різниці з десятьма основними домішками (Si, Fe, Mg, Mn, Ti, Cu, Cr, Zn, Na, і V), становить> 99,9999%. Цей висновок побічно підтверджується величиною R293 К / R4,2 К, яка у всіх зразках становила> 30 ? 103.

Для отримання металу чистотою 99,9999% достатньо провести два каскади зонного плавлення (див. Табл. 1.5). Подальше збільшення числа каскадів не підвищує чистоту алюмінію, хоча і збільшує загальний вихід металу чистотою 99,9999%.

Іншим можливим процесом для отримання алюмінію особливої ??чистоти є його дистиляція через субгалогеніди, зокрема через субфторид алюмінію.

Тиск насичених парів металевого алюмінію недостатньо високо, щоб здійснити його безпосередню дистиляцію з практично прийнятними швидкостями. Однак при нагріванні у вакуумі (при 1000-1050 ° С) з AlF3алюміній утворює легколетучий субфторид AlF, який переганяється в холодну зону (800 ° С), де знову розпадається (диспропорционирует) з виділенням чистого алюмінію:

Можливість глибокого очищення алюмінію від домішки в основному обумовлена ??тим, що ймовірність утворення субсоедіненій алюмінію значно більше ймовірності утворення субсоедіненій домішки.

ТАБЛИЦЯ 1.5

РЕЗУЛЬТАТИ МАСС-СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛІЗУ І ИЗМЕРЕНИЙ R293 К / R4,2 КАЛЮМІНІЯ каскадного зонного плавлення. [9]

 Число каскадів

 Вміст домішок, ? 10 -4%

 Si

 Fe

 Mg

 Mn

 Ti

 сума

 Вихідний 18,3 0,210 <0,103 0,89 <0,061 0,069 1,544

 A999

 2 36,5 <0,062 <0,103 0,006 <0,061 0,017 0,460

 2 38,0 <0,062 <0,103 0,006 <0,061 0,017 0,460

 2 39,5 0,073 <0,103 0,045 <0,061 0,07 0,563

 3 32,0 0,204 <0,103 0,006 <0,061 0,017 0,502

 3 30,0 0,073 0,100 0,006 0,020 0,07 0,480

 3 32,0 0,052 0,100 0,006 0,061 0,07 0,500

 4 40,0 <0,021 <0,103 0,006 0,061 0,07 0,472

 4 30,5 0,031 0,100 0,006 0,061 0,07 0,479

 5 34,0 0,104 <0,060 0,006 0,061 0,017 0,459

 Примітки: 1. Сума домішок дана з урахуванням інших домішок, вміст яких у всіх зразках становила, ? 10 -4%: <0,071 Cu; <0,038 Cr; 0,048 Zn; 0,017 Na; 0,037 V. 2. При підрахунку суми домішок приймали їх максимальне значення, рівне межі чутливості аналізу, наприклад <0,061 вважали як 0,061.

Вміст домішок, в алюмінії, дистильованому через субфторид, знаходиться в зворотній залежності від маси одержуваних злитків. У злитках масою 1,5-1,7 кг сумарний вміст домішок (Si, Fe, Cu, Mg) складає 11 ?10-4%, а вміст газів 0,007 см3 / 100 г. Питомий залишкове опір (? 0) при температурі рідкого гелію для такого металу становить (1,7 ? 2,0) ?10-10 Ом ? см. Дистиляція алюмінію через субфторид має ряд недоліків (порівняно невелика продуктивність, недостатньо глибоке очищення від магнію та ін.), Тому спосіб не отримав промислового розвитку.

Розроблено також способи одержання алюмінію особливої ??чистоти електролізом комплексних алюмінійорганіческіх сполук, що відрізняються складом електроліту. Наприклад, у ФРН застосовують спосіб електролізу 50% -ного розчину NaF ? 2 Al (C2H5) 3в толуоле. Рафінування проводять при 100 ° С, напрузі на електролізері 1,0-1,5 В і щільності струму 0,3-0,5 А / дм2с використанням алюмінієвих електродів. Катодний вихід за струмом 99%. Електрохімічним рафінуванням в алюмінійорганіческіх електролітах істотно знижується вміст марганцю і скандію, які практично не видаляються при зонної очищення. Недоліками зазначеного способу є його низька продуктивність і висока пожежонебезпека.

Для більш глибокого очищення алюмінію і отримання металу чистотою 99,99999% і більше можна використовувати комбінування зазначених вище способів: електроліз алюмінійорганіческіх з'єднань або возгонку через субфторид з подальшою зонної плавкою отриманого алюмінію. Наприклад, багаторазової зонної очищенням алюмінію, отриманого електролізом алюмінійорганіческіх сполук, вдається одержати метал особливої ??чистоти з вмістом домішок, ? 10-9%: Fe 50; Si <500; Cu 10; Mg 30; Mn 5; Ti <500; Cr 20; Zn <50; Co <1; Ag <5; Sb <1 і Se 3.

Застосування

Поєднання фізичних, механічних і хімічних властивостей алюмінію визначає його широке застосування практично у всіх областях техніки, особливо у вигляді його сплавів з іншими металами. В електротехніці алюміній успішно замінює мідь, особливо у виробництві масивних провідників, наприклад, в повітряних лініях, високовольтних кабелях, шинах розподільних пристроїв, трансформаторах (електрична провідність алюмінію досягає 65,5% електричної провідності міді, і він більш ніж у три рази легше міді; при поперечному перерізі, що забезпечує одну і ту ж провідність, маса проводів з алюмінію вдвічі менше мідних). Надчистий алюміній вживають у виробництві електричних конденсаторів і випрямлячів, дія яких заснована на здатності окисної плівки алюмінію пропускати електричний струм тільки в одному напрямку. Надчистий алюміній, очищений зонної плавкою, застосовується для синтезу напівпровідникових сполук типу AIIIBV, що застосовуються для виробництва напівпровідникових приладів. Чистий алюміній використовують у виробництві різного роду дзеркал відбивачів. Алюміній високої чистоти застосовують для запобігання металевих поверхонь від дії атмосферної корозії (плакірованіе, алюмінієва фарба). Володіючи відносно низьким перетином поглинання нейтронів, алюміній застосовується як конструкційний матеріал в ядерних реакторах.

У алюмінієвих резервуарах великої місткості зберігають і транспортують рідкі гази (метан, кисень, водень і т. Д.), Азотну і оцтову кислоти, чисту воду, перекис водню і харчові масла. Алюміній широко застосовують і обладнанні та апаратах харчової промисловості, для упаковки харчових продуктів (у вигляді фольги), для виробництва різного роду побутових виробі. Різко зросло споживання алюмінію для обробки будівель, архітектурних, транспортних і спортивних споруд.

У металургії алюміній (крім сплавів на його основі) - одна з найпоширеніших легуючих добавок у сплавах на основі Cu, Mg, Ti, Ni, Zn і Fe. Застосовують алюміній також для розкислення стали перед заливкою її в форму, а також у процесах одержання деяких металів методом алюминотермии. На основі алюмінію методом порошкової металургії створений САП (спеченого алюмінієвий порошок), що володіє при температурах вище 300 ° С великий жароміцністю.

Алюміній використовують у виробництві вибухових речовин (амонал, алюмотол). Широко застосовують різні сполуки алюмінію.

Виробництво і споживання алюмінію безперервно зростає, значно випереджаючи за темпами зростання виробництво сталі, міді, свинцю, цинку.

2 DIN (Deutsch Industrienorm) - промисловий стандарт ФРН.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка