Производство глинозема.

Свойства глинозема.

Алюминий образуетз с кислородом три окиси: . В субокиси он одновалентен, в - трехваленте, а в AlO проявляет смешанную валентность. Субсоединения и могут быть получены при высоких температурах восстановлением или термическим разложением но практического значения эти процессы пока не имеют.

Сырьем для производства алюминия служит глинозем - порошкообразная окись алюминия, состоящая из двух разновидностей (модификаций) окисла: (альфа-глинозем) и (гамма-глинозем). Альфа-окись алюминия - наиболее устойчивая форма, встречается в природе в виде минерала корунда. Он имеет прочную структуру, большую твердость и химическую стойкость: температура плавления корунда (2054±6)°С. Гамма-глинозем получается при обезвоживании гидроокиси алюминия, хорошо взаимодействует с растворами щелочей и кислот, обладает высокой гигроскопичностью. Даже нагретый до 1000°С гамма глинозем удерживает около 1% воды, и лишь продолжительная выдержка при 1200°С полностью его обезвоживает. Гамма-глинозем при этом превращается в корунд

Способ Байера.

Производство глинозема по спосбу Байера состоит в обработке боксита щелочным раствором при высокой температуре, получении алюминатного роаствора и нерастворимого осадка - красного шлама, отделения этого осадка от раствора и выделении из раствора гидроокиси алюминия в присутствии затравки - свежеосажденной . Сущность процесса Байера можно выразить следующей обратимой химической реакцией:

При протекании реакции слева направо идет процесс извлечения глинозема в алюминатный раствор, при протекании реакции справа налево - разложение раствора с выделением гидроокиси алюминия.

Производство электродов.

Электроды служат для подвода электрического тока к электролиту, находящемуся в рабочем пространстве электролизера, поэтому они должны иметь хорошую электропроводимость, быть термостойкими, химически стойкими в расплавах и механически прочными. Их чистота должна обеспечивать высокое качество алюминия. Такими свойствами обладают углеродистые материалы, получаемые из углей и нефти.

Сырье для получения электродов.

По внутреннему строению электроды, применяемые в электролизе, напоминают изделия из бетона, но здесь роль наполнителя (щебня) выполняют твердые углеродистые материалы (угли и коксы), а связующим служат смолистые вещества (пеки). При обжиге электродов пек коксуется, связывая между собой частицы твердого наполнителя.

В качестве твердых углеродистых наполнителей используют следующие материалы:

антрацит - ископаемый уголь, содержащий до 97% углерода, имеющий хорошую электропроводность, малую зольность и высокую механическую прочность;

термоантрацит - продукт термической (1150-1400°С) обработки антрацита, в результате которой возрастает механическая прочность материала и снижается содержание в нем вредных примесей;

литейный каменноугольный кокс, имеющий зольность не более 11%, малое содержание летучих (до 1,2%) и серы (до 1,2%);

пековый кокс - продукт коксования каменноугольного пека, содержащий 96,5 - 97,5% углерода, не более 0,8% летучих и до 0,5% серы;

нефтяной кокс, получаемый при коксовании нефтяных остатков и содержащий 90 - 95% углерода, не более 7% летучих, до 0,8% золы и менее 1,5% серы.

Связующим в производстве электродов служит каменноугольный пек. Он представляет собой остаток после удаления летучих фракций из каменноугольной смолы при 300 - 350°С.

Электролит алюминиевой ванны.

Состав электролита.

Основой электролита электролизеров для получения алюминия служит раствор глинозема в расплавленном криолите. Эффективное извлечение алюминия из такого раствора с помощью электролиза оказалось возможным благодаря удачному сочетанию свойств расплавленного криолита как растворителя.

Растворимость глинозема в криолите при 950°С (обычная температура процесса) довольно высока (15%). Растворение глинозема сопровождается его ионизацией, протекающей с отщеплением иона алюминия . Криолитоглиноземный расплав не содержит соединений металлов, имеющих меньшее напряжение разложения, чем , не взаимодействует химически с углеродистыми материалами, не разлагается при температурах электролиза, обладает хорошей электропроводностью и умеренной летучестью.

Конструкции электролизеров.

Алюминиевые электролизеры классифицируют по мощности и по конструкции. Мощность электролизеров (имеется в виду токовая нагрузка, на которую они рассчитаны) может быть небольшой (30-40 кА), средней (50-90 кА) и большой )100-250 кА). По конструкции электролизеры различаются главным образом устройством

анода и анодного токоподвода. Выделяются три разновидности конструкции:

электролизеры с самообжигающимся анодом и боковым подводом тока к нему;

электролизеры с самообжигающимся анодом и верхним подводом тока к нему;

электролизеры с обожженными анодами.

Выливка алюминия.

Суточная производительность современных электролизеров средней мощности составляет 350-600 кг, а электролизеров средней мощности 700 - 17—кг. На большинстве отечественных заводов, применяющих ванны средней мощности, принят двухдневный график выливки. При более частой выливке возрастают трудовые затраты на эту операцию, а удлинение периода между выливками ведет к резким колебаниям теплового режима электролизеров и снижению их показателей. Ванны большой мощности выливают ежедневно.

Структура себестоимости алюминия-сырца