Технология производства алюминия

      8. 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:

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

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

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

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

            5) 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.

            9. 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 Al³⁺. Криолитоглиноземный расплав не содержит соединений металлов, имеющих меньшее напряжение разложения, чем Al₂O₃, не взаимодействует химически с углеродистыми материалами, не разлагается при температурах электролиза, обладает хорошей электропроводностью и умеренной летучестью.

      10. 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:

            1) электролизеры  с самообжигающимся анодом и  боковым подводом тока к нему;

            2) электролизеры  с самообжигающимся анодом и  верхним подводом тока к нему;

            3) электролизеры  с обожженными анодами.

      11. 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.

      12.Структура себестоимости алюминия-сырца    

 
 

      13. Получение алюминия особой чистоты.

            Для производства полупроводниковых  материалов  требуется алюминий чистотой 99,9999 - 99,99999%  Al, недостижимой при электролитическом рафинировании. Глубокую очистку алюминия осуществляют зонной перекристаллизацией или дистилляцией через субфторид.

            Очистка зонной перекристаллизацией  основана на том, что при красталлизации примеси  металлов распределяются неравномерно между жидким и твердым алюминием. При температуре затвердевания алюминия (660°С), когда в жидком алюминии растут кристаллы, содержание в них железа, кремния, меди, цинка, никеля, магния значительно меньше, чем в жидком металле.

            14. Сплавы алюминия.

            Всем известна тонкая алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада), более толстая - для изготовления банок для напитков.

            Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (2,5 - 3,0 г/см³) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий.

            Особо выделяются алюминиевые  сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn - они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию.

        Дуралюмины - от французского слова dur - твердый, трудный и

      aluminium - твердый алюминий. Дуралюмины - сплавы на основе алюминия, содержащие:                                  

      ·          1,4-13% Cu,

      ·          0,4-2,8% Mg ,

      ·          0,2-1,0% Mn ,

      ·          иногда 0,5-6,0% Si ,

      ·          5-7% Zn ,

      ·          0,8-1,8% Fe ,

      ·          0,02-0,35% Ti и др.

            Дуралюмины - наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие  из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей.

           Магналии - названы так из-за большого содержания в них магния (Mg), сплавы на основе алюминия, содержащие:

      ·          5-13% Mg ,

      ·          0,2-1,6% Mn ,

      ·          иногда 3,5-4,5% Zn ,

      ·          1,75-2,25% Ni ,

      ·          до 0,15% Be ,

      ·          до 0,2% Ti ,

      ·          до 0,2% Zr и др.

         Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO₃ , разбавленной серной кислоты H₂SO₄, ортофосфорной кислоты H₃PO₄ , а также в средах, содержащих SO₂ .

            Применяются как  конструкционный материал в :

      ·     авиастроении;

      ·     судостроении;

      · машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы);

      ·     для изготовления арматуры строительных сооружений;

      ·     для изготовления деталей холодильных установок;

      ·     для изготовления декоративных бытовых предметов и др.

            При содержании Mg выше 6% магналии склонны к межкристаллической коррозии. Обладают более низкими литейными свойствами, чем силумины.

           Силумины - сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния (Si). В состав силуминов входят:

      ·          3-26% Si ,

      ·          1-4% Cu ,

      ·          0,2-1,3% Mg ,

      ·          0,2-0,9% Mn ,

      ·          иногда 2-4% Zn ,

      ·          0,8-2% Ni ,

      ·          0,1-0,4% Cr ,

      ·          0,05-0,3% Ti  и др.

            При своих относительно невысоких прочностных характеристиках  силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали.

            По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между дуралюминами и магналиями.

            Нашли свое основное применение в:

            ·    авиастроении;

            ·   вагоностроении;

            ·   автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов.

      САП - сплавы, состоящие из Al и 20-22% Al₂O₃ . Получают спеканием окисленного алюминиевого порошка. После спекания частицы

      Al₂O₃ играют роль упрочнителя. Прочность данного соединения при комнатной температуре ниже, чем у дуралюминов и магналиев, но при температуре превышающей 200 °С превосходит их. При этом САП обладают повышенной стойкостью к окислению, поэтому они незаменимы там, где температура эксплуатации превышает 400 °С.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Заключение

      Сочетание физических, механических и химических свойств алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с другими металлами. В электротехнике алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость алюминия достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из алюминия вдвое меньше медных). Сверхчистый алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности окисной пленки алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа AIII BV, применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый алюминий используют в производстве разного рода зеркал отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.