Технология производства алюминия

Криолит, обладая особенностью растворять глинозем, одновременно снижает его температуру  плавления. Глинозем плавится при температуре  около 2000°С, а температура плавления  раствора, состоящего, например, из 85% криолита и 15% глинозема, равна 935°С.

Схема электролиза глинозема достаточно проста, но технологически этот процесс  сложный и требует больших  затрат электроэнергии. При электролизе 1т алюминия расходуется около 2т глинозема, 0,6т угольных электродов, служащих анодами, 0,1т криолита и от 17000 до 18000 кВт ∙ ч электроэнергии.

Полученный  при электролизе глинозема алюминий-сырец  содержит металлические примеси (железо, кремний, титан, натрий), растворенные газы, главным из которых является водород; кроме того, неметаллические  включения, представляющие собой частицы глинозема, угля, криолита. В таком состоянии алюминий непригоден для применения, так как имеет низкие свойства, поэтому его обязательно рафинируют. Неметаллические и газообразные примеси удаляют путем переплавки и продувки металла хлором. Хлорирование алюминия способствует также удалению натрия, кальция, магния и газов, растворенных в алюминии.

Затем жидкий алюминий выдерживают в ковше  или электропечи в течение 30-45 минут при температуре 690-730°С для  всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла. После рафинирования получают торговые сорта алюминия.

 

Блок-схема  производства алюминия. 
 

 
 

Рис Схема производства алюминия:

1 – смешивание  бокситов с содой; 2 – выщелачивание водой;

3 – обработка известью; 4 – обработка углекислым  газом; 

5 – сушка, прокаливание  Al(OH)₃; 6 – электролитическое разложение; 7 - рафинирование 
 
 
 
 
 

 

  СТАНДАРТЫ НА СПЛАВЫ АЛЮМИНИЕВЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ, НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ СТАНДАРТОВ. 
 

На сплавы алюминиевые литейные распространяется ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия». Этот стандарт распространяется на алюминиевые сплавы в чушках (металлошихта) и в отливках, изготовляемых для нужд народного хозяйства и экспорта. Для алюминиевых литейных сплавов в чушках главным показателем является химический состав, а для алюминиевых литейных сплавов в отливках – механические свойства. 

Таблица

Механические  свойства сплавов  алюминиевых литейных

(выписка  из ГОСТа 1583-93)

 

Примечание 1. Условные обозначения способов литья:

З –  литье в песчаные формы;

В –  литье по выплавляемым моделям;

К –  литье в кокиль;

Д –  литье под давлением;

ПД –  литье с кристаллизацией под  давлением (жидкая штамповка);

М –  сплав подвергается модифицированию. 

Примечание 2. Условные обозначения видов термической обработки:

Т1- искусственное  старение без предварительной закалки;

Т2 –  отжиг;

Т4 –  закалка;

Т5 – закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение;

Т6 –  закалка и полное искусственное  старение;

Т7 –  закалка и стабилизирующий отпуск.

 

  КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА  СПЛАВОВ АЛЮМИНИЕВЫХ  ЛИТЕЙНЫХ. ТРЕБОВАНИЯ  СТАНДАРТОВ НА  ПРАВИЛА ПРИЕМКИ,  ХРАНЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ  И ЭКСПЛУАТАЦИИ  СПЛАВОВ АЛЮМИНИЕВЫХ  ЛИТЕЙНЫХ. 
 

Химический  состав определяют по ГОСТ 25086-87 «Цветные металлы и их сплавы», ГОСТ 11739.1-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения оксида алюминия», ГОСТ 11739.2-90 «Сплавы алюминиевые литейные. Методы определения бора», ГОСТ 11739.3-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения бериллия», ГОСТ 11739.4-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения висмута», ГОСТ 11739.5-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения ванадия», ГОСТ 11739.6-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения железа», ГОСТ 11739.7-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения кремния», ГОСТ 11739.8-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения калия», ГОСТ 11739.9-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения кадмия», ГОСТ 11739.10-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения лития», ГОСТ 11739.11-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения магния», ГОСТ 11739.12-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения марганца», ГОСТ 11739.13-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения меди», ГОСТ 11739.14-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения мышьяка, ГОСТ 11739.15-82 «Сплавы алюминиевые литейные. Методы определения натрия», ГОСТ 11739.16-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения никеля», ГОСТ 11739.17-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения олова», ГОСТ 11739.18-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения свинца», ГОСТ 11739.19-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения сурьмы», ГОСТ 11739.20-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения титана», ГОСТ 11739.21-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения хрома», ГОСТ 11739.22-90 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения редкоземельных элементов и иттрия», ГОСТ 11739.23-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения циркония», ГОСТ 11739.24-82 «Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Методы определения цинка», ГОСТ 7727-81 «Сплавы алюминиевые. Методы спектрального анализа». Допускается определять химический состав другими методами, не уступающими по точности стандартным. При разногласии в оценке химического состава анализ проводят по ГОСТ 25086-87 «Цветные металлы и их сплавы. Общие требования к методам анализа», ГОСТ 11739.1 – 11739.24.

Механические  свойства сплавов определяют на отдельно отлитых образцах или образцах, выточенных специально отлитой заготовки ли из прилитой к отливке заготовки, отлитых в кокиль или песчаную форму. 

Рассмотрим  метод измерения  твердости по Бринеллю в соответствии с  ГОСТом 9012-59 «Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю»:

Сущность  метода заключается во вдавливании  шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием  усилия, приложенной перпендикулярно  поверхности образца, в течение  определенного времени, и измерении  диаметра отпечатка после снятия усилия.

1. Отбор образцов.

Толщина образца S должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка h. Поверхность образца должна быть плоской и гладкой. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа.

2. Подготовка к испытанию.

Поверхность образца или испытуемого  изделия  должна быть ровной, гладкой и свободной  от окисной пленки. При подготовке поверхности образца необходимо принять меры, исключающие изменение свойств металла из-за нагрева или наклепа. Обработку поверхности образца можно проводить шлифовкой или мелким напильником. При определении твердости шариком диаметром 1 мм поверхность образца должна быть отполирована. Толщину образца, подвергаемого испытанию, выбирают таким образом, чтобы на противоположной стороне образца после испытания не было заметно следов деформации.

3. Аппаратура.

- прибор  для измерения твердости;

- шарик  стальной диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 850 HV10;

- шарик  из твердого сплава диаметром  10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь  твердость не менее 1500 HV10.

4. Измерение твердости.

 Измерение твердости проводят при температуре 20°С. При разногласиях в оценке качества металлопродукции измерение твердости проводят при температуре 23±5°С. При измерении твердости прибор должен быть защищен от ударов и вибрации. Опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца должны быть очищены от посторонних веществ. Образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежании его смещения и прогиба во время измерения твердости.