Производство алюминия, цветных металлов 4 (стр. 1 из 6)

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Сущность процесса электролиза криолитоглиноземного расплава

1.2 Виды сырья для получения алюминия и требования к ним

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Свойства и состав промышленного электролита

2.2 Влияние факторов и примесей

3. КПВО

3.1 Корректировка электролита CaF₂

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Основные направления улучшения использования основных фондов

и производственных мощностей

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

5.1 Санитарно-гигиенические характеристики условий труда

5.2 Электробезопасность

5.3 Техника безопасности при обслуживание ванн

6. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Таблица. Влияние МПР на корректировки, на свойства электролита

6.2 Схема. Требования к электролиту

7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Сущность процесса электролиза криолитоглиноземного расплава

Современное произв6дство алюминия основано на электролитическом разложении глинозема (Al₂0)) с выделением на катоде металлического алюминия, а на аноде - газообразных продуктов электролиза. Процесс электролиза криолитоглиноземных расплавов можно произвести в электролитической ячейки.

Все содержимое ячейки размещается в керамическом тигле. Со стороны дна установлена графитовая пластина, к которой подведен отрицательный полюс от источника постоянного тока (катод). В верхней части ячейки помещается угольный анод, к которому подведен положительный полюс источника тока. Анод погружается в расплавленный электролит, роль которого заключается, во-первых, в образовании токопроводящей среды между катодом и анодом, во-вторых, в растворении глинозема.

Последний фактор весьма важен, т.к. он позволяет растворить порошковый оксид алюминия в жидкой фазе, где становится возможным его электролитическое разложение. В электролите Al₂0) диссоциируют на положительные ионы алюминия (катионы) и отрицательные кислородсодержащие ионы (анионы). Ниже слоя электролита размещается расплавленный алюминий , фактически выполняющий роль катода.

Присоединим ячейку к положительному и отрицательному полюсам источника тока и в цепи появится прямой электрический ток, т.е. поток электрических зарядов. В металлических проводниках и графите ток переносится за счет электронов (проводники 1-ro рода), а в жидких электропроводящих средах (электролитах) - за счет ионов (проводники Н-го рода). Проводники 1-гo рода, подводящие ток к электролитам, называют электродами.

Электрический ток, проходящий через электролит, вызывает в электролите химические изменения. Этот процесс носит название электролиза. В нашей ячейке на катоде появляются избыточные электроны, которые захватываются катионами алюминия и приводят к его восстановлению по реакции

AI3+ + 3е-= Аl

На аноде происходит поглощение электронов от отрицательно заряженных анионов. В суммарном виде анодная реакция может быть записана в следующем виде:

Образовавшийся на катоде алюминий, будучи по удельному весу тяжелее электролита, накапливается на дне ячейки и в последующем выполняет функции катода. Углекислый газ за счёт взаимодействия с углеродом анода частично восстанавливается по реакции С0₂+ С = 2СО и свободно удаляется от анода в систему газоотсоса.

Добавим к этому, что в качестве электролита алюминиевой ячейки повсеместно используется криолит, имеющий формулу смеси двух солей 3NaF· AIF3 или в суммарном виде NазАlF₆

Криолит в расплавленном состоянии хорошо растворяет и достаточно электропроводен для использования в электролизе. Электролит по удельному весу легче металла, поэтому он находится над поверхностью алюминия в виде расплавленного слоя.

В таком виде способ производства алюминия электролизом глинозема в расплаве криолита был изобретен одновременно двумя ерами П.Эру (Франция) и Ч.Холлом (США) в 1886г. и до на д настоящего времени в принципе сохраняется неизменным.

Агрегат для промышленного производства алюминия носит название алюминиевого электролизера или алюминиевой ванны. В инструкцию электролизера заложены те же основные принципы, что в элементарной ячейке. Содержимое электролизера - расплавленный электролит и алюминий находятся в ванне, ограниченный угольной подиной и бортовой футеровкой. Ниже подины размещена футеровка из огнеупорного и термоизоляционного материалов. Ток в подину проводится с помощью стальных стержней (блюмсов), соединенных с катодной ошиновкой. Через анодную ошиновку ток проводится к анодному устройству и непосредственно к угольным анодам. Анод находится в полупогруженном состоянии в электролите, расстояние между анодом и расплавленным алюминием носит название междуполюсного расстояния (МПР)

1.2 Виды сырья для получения алюминия и требования к ним

Глинозем АI₂О_з является основным исходным материалом в производстве алюминия. Рудной базой для производства глинозема служат преимущественно бокситы, а также нефелины, алуниты и некоторые другие глинозёмсодержащие руды.

Можно назвать несколько определяющих требований к качеству глинозёма:

- повышенная скорость растворения в электролите и достаточная адсорбционная (поглащающяя) активность поверхности относительно летучих фтористых соединений;

- хорошая текучесть при возможно меньшем пылении;

- удовлетворительные теплофизические свойства.

В промышленных условиях следует стремиться к максимальному совмещению этих свойств в используемом глинозёме.

Также глинозем подразделяется на следующие типы:

- мучнистый (пылевидный);

- с пониженной степенью кальцинации (слабопрокаленный);

- песчаный (крупнозернистый).

Второй тип глинозема производится для некоторых отечественных предприятий с учетом использования его в установках «сухой» очистке газа.

Скорость растворения являются наиболее значимым показателем качества глинозёма. Промышленный опыт показывает, что узкий диапазон частиц глинозёма +45-100 мкм со сдвигом крупности ближе к 100 мкм И содержание a-А1₂О_з не более 10% (остальное 'У- А1₂О_з) обеспечивают хорошую смачиваемость и удовлетворительную скорость растворения глинозёма в электролите.

Это достигается за счёт большого содержания в глинозёме частиц y-АI₂О_з, имеющих развитую ультрапористую структуру, достаточно большую удельную поверхность (более 60-80 м²/г), определённую методом гелиевой адсорбции или сокращенно «по БЭТ», и высокую степень насыщения структуры не скомпенсированными химическими связями. Особенно велико их химическое сродство к фтору, что и придаёт им свойства повышенной растворимости в электролите. Химическое сродство глинозёма· к фтору проявляется также в эффективном улавливании фтористых соединений в сухой газоочистке.

Не менее важным свойством глинозёма является его способность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц образуется при использовании глинозёма с теми же характеристиками по содержанию a-А1₂О_з и класса менее 45 мм, которые указаны выше для песчаного глинозёма.

Такая корка хорошо пропитывается электролитом и содержит больше глинозёма, легче поддаётся разрушению при обработке электролизёров и при ударе пробойника АПГ, чем корки, образующиеся при использовании мучнистого глинозёма. Следует также отметить, что устойчивая корка образуется при условии, когда глинозем хорошо смачивается электролитом. Мучнистый глинозём, в отличие от песчаного, смачивается значительно хуже, и корка состоит преимущественно из застывшего электролита, поверх которого находится глинозём. Прочность такой корки очень высока.

Теплопроводность и объёмная плотность глинозема играют большую роль в тепловом балансе электролизёра, в том числе в регулировании тепловых потерь через глинозёмную засыпку или укрытие анодного массива у электролизёров ОА, в поддержании стабильного уровня электролита и защите боковых поверхностей анода от окисления.

Текучесть глинозёма определяется в основном гранулометрическим составом материала, а также содержанием в нём а- АI₂О_з. Материалом с хорошей текучестью можно считать глинозём с пониженной степенью прокалки. Он имеют крупность зерна более 45 мкм, высокую степень однородности гранулометрического состава и угол естественного откоса 30-400. Однако в наибольшей степени требованию высокой текучести удовлетворяет песчаный глинозем, содержащий фракцию < 45 мкм не более 10% и а- А1₂О_з в пределах 5%, с углом естественного откоса менее 350.

Глинозёмы со слабой текучестью и углом естественного откоса >40-450 комкуются при контакте с электролитом. Образовавшиеся комки обволакиваются электролитом и, имея больший удельный вес, оседают через границу металл-электролит, образуя осадок.

Кроме того, на электролизёрах ВТ глиноземы с плохой текучестью при перемещении анода зависают, образуя пустоты, но которым воздух проникает до боковых граней анода и окисляет их. Однако если текучесть глинозема будет слишком велика, то надежное укрытие анодов будет затруднено, что особенно важно для электролизёров с обожженными анодами.

Потери глинозема за счет уноса с анодными газами в виде пыли зависят, главным образом, от его гранулометрического состава (от содержания фракции менее 10-20 мкм), от технологии обработки электролизёров, настройки АПГ и частоты анодных эффектов. Суммарные потери мучнистого глинозёма составляют 17-25 кг/т алюминия, что на ~ 10-15 кг/т выше по сравнению с результатами для песчаного глинозёма.