Презентация на тему "Производство алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Производство алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава

• 
  Слайд 2
  

  Производство алюминия – ведущая подотрасль цветной металлургии по объему производства и потребления по уровню рентабельности по величине получаемой прибыли

• 
  Слайд 3

  История

  До конца XIX века алюминий в промышленных масштабах не производился. 1854 год Анри Сент-Клер Девиль изобрёл первый способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении Аl металлическим Na из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl3. В 1855 году был получен первый слиток металла массой 6—8 кг. За 36 лет применения, с 1855 по 1890 год, способом Сент-Клер Девиля было получено 200 тонн металлического алюминия. В 1856 году он же получил алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

• 
  Слайд 4
  

  В 1885 году, основываясь на технологии, предложенной Николаем Бекетовым, построен завод по производству алюминия в немецком городе Гмелингеме. Технология Бекетова мало чем отличалась от способа Девиля, но была проще и заключалась во взаимодействии между криолитом (Na3AlF6) и магнием. За пять лет на этом заводе было получено около 58 т алюминия — более четверти всего мирового производства металла химическим путем в период с 1854 по 1890 год.

• 
  Слайд 5
  

  Метод, изобретённый почти одновременно Чарльзом Холлом во Франции и Полем Эру в США в 1886 году, основан на получении алюминия электролизом глинозема, растворённого в расплавленном криолите, положил начало современному способу производства алюминия. 1892 – первый заводв Швейцарии 1929 – получен первый Al в России 1932 – первый алюминиевый завод в России

• 
  Слайд 6

  Рост производства Al

  1939 год - общемировое производство 668 тыс. т, 1943 год - 1,9 млн тонн 1956 год - 3,4 млн т 1965 год - 5,4 млн т 1980 год - 16,1 млн т 1990 год  - 18 млн т 2007 год - 38 млн т 2008год - 39,7 млн т Лидеры производства (2008): Китай (13,50 млн т), Россия (4,20),Канада (3,10), США (2,64), Австралия (1,96),Бразилия (1,66), Индия (1,30),Норвегия (1,10), ОАЭ (0,92), Бахрейн (0,87), ЮАР (0,85), Исландия (0,79), Германия (0,59), Венесуэла (0,55), Мозамбик (0,55), Таджикистан (0,42)

• 
  Слайд 7

  Области применения

  Конструкционный материал ДостоинстваAl — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость, высокая теплопроводность, нетоксичность соединений. НедостатокAl  — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав дюралюминий).

• 
  Слайд 8
  

  Электропроводность Al всего в 1,7 раза меньше, чем у Cu, при этом Al приблизительно в 2 раза дешевле – применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Недостаток - наличие прочной оксидной плёнки, затрудняющей пайку. Аl и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах – используется в криогенной технике. Высокий коэффициент отраженияв сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает Al идеальным материалом для изготовления зеркал. В производстве строительных материалов как газообразующий агент.

• 
  Слайд 9

  Сплавы на основе Al

  Al-Mg сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делаюткорпуса быстроходных судов. Al-Mnсплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым. Al-Cu сплавы ( дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность. Но - термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками. Сплав с бо́льшим содержанием меди по цвету внешне очень похож на золото, и его иногда применяют для имитации Au. Al-Siсплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов. Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль. Al переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

• 
  Слайд 10

  Области применения

  Al - важный компонент многих сплавов: - в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. - в магниевых сплавах чаще всего используется алюминий. - для спиралей в электронагревательных приборах используют фехраль (Fe, Cr, Al) Al иногда используют в производстве бижутерии В стекловарении используются фторид, фосфат и оксид Al Al зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173 Al и его соединения используются в качестве ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдых ракетных топливах.

• 
  Слайд 11

  Токсичность Al

  Al отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду. Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Для человека токсическое действие при попадании внутрь оказывают следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы тела): ацетат алюминия — 0,2-0,4; гидроксид алюминия — 3,7-7,3; алюминиевые квасцы — 2,9. В первую очередь действует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлым расстройствам функции ЦНС). ПДКв воде хозяйственно-питьевого использования составляет 0,2 мг/дм3.

• 
  Слайд 12

  Состав электролита

  Na3AlF6– основа электролита – растворитель Al2O3 NaF, AlF3 – для корректировки состава электролита CaF2,MgF2 – для ↓ Тплав электролита NaCl, BaCl2 – для корректировки вязкости электролита

• 
  Слайд 13

  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ КРИОЛИТА КИСЛОТНЫМ СПОСОБОМ

  Смешение Разложение в печи Концентрат плавикового шпата CaF2 H2SO4 (конц.) Фтористо-водородный газ (HF) Гипс (CaSO4) Нейтрализация Адсорбция Обескремнивание Чистый раствор HF Кремнефтористый натрий Варка криолита Сгущение, фильтрация и сушка Криолит Маточный раствор Получение NaF

• 
  Слайд 14

  КО – криолитовое отношение

  КО =(NaF)/(AlF3)(мольн.) КО = 3 – электролит нейтральный КО > 3 – электролит щелочной КО

• 
  Слайд 15

  Разновидности электролизеров

  По типу анодов обожженные непрерывно самообжигающиеся По принципу токоподвода с верхним токоподводом с боковым токоподводом По рабочей мощности малой мощности (100-130 кА) средней мощности (150-175 кА) большой мощности (255-500 кА)

• 
  Слайд 16

  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОДНЫХ ИЗДЕЛИЙ

  Твердый углеродистый материал: антрацит, кокс. Дробление Прокаливание (Т = 1200 С  1400 С) Размол Классификация по крупности Дозировка и смешение Угольная масса Прессование анодная масса или подовая масса Формовка Готовые блоки Отжиг Готовые электроды Связующее: каменно-угольный пек

• 
  Слайд 17

  АНОДЫ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБОЖЕННЫМИ УГОЛЬНЫМИ БЛОКАМИ

  5 9 8 6 7 4 6 7 5 1 А - А 5 1 2 3 4 6 7 1  Анододержатель (алюминиевая штанга) 2  Клин 3 Палец крепления штанги к кронштейну 4 Кронштейн 5  Ниппель 6  Чугунная заливка 7  Анодный блок 8  Обечайка 9  Набивка (подовая масса

• 
  Слайд 18

  ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ

  1  Балка-коллектор 2  Механизм подъема анодов 3  Зажим 4  Домкраты 5  Анодная ошиновка 6  Механизм подъема шторок 7  Газосборное укрытие 8  Катодная ошиновка 9  Катодный спуск 10  Катодный стержень 11  Контрфорс 12  Угольный подовый блок 13  Анод 14  Катодная футеровка 15  Торцевое укрытие 16  Катодный кожух 17  Рабочая площадка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

• 
  Слайд 19

  ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ И БОКОВЫМ ТОКОПОДВОДОМ

  1  Анодная ошиновка 2  Шторное укрытие 3 Катодная ошиновка 4 Катодный спуск 5  Клиновой контакт 6  Катодный стержень 7  Контрфорс 8  Токоподводящий штырь 9  Угольный подовый блок 10  Электролит 11  Металл 12  Гарнисаж 13  Корка 14  Глинозем 15  Анод 16  Механизм перемещения анода 1 8 9 10 11 7 6 4 5 1 3 2 1 16 12 13 14 15 11

• 
  Слайд 20

  ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ И ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ

  1  Токоподводящий штырь 2  Домкраты перемещения анода (вспомогательный механизм) 3 Домкраты перемещения анода (основной механизм) 4 Анодная ошиновка 5  Катодная ошиновка 6  Катодный спуск 7  Катодный стержень 8  Контрфорс 9  Катодная футеровка 10  Угольный подовый блок 11  Газосборный колокол 12  Анод 13  Горелка газосборной системы 9 10 8 7 6 5 4 3 2 1 4 13 12 11

• 
  Слайд 21

  Химизм процесса

  Растворение глинозема в электролите Na 3ALF6 + Al2O3 = 3 NaAlOF2 Диссоциация NaAlOF2 = Na+ + AlOF2- Реакции на электродах K: 2Al3+ + 6ē = 2 AloА: 3O2- - 6ē = 1,5 O2 O2 + C → CO + CO2 Суммарная химическая реакция 2 Al2O3+ 3 С = 4 Al + 3 CO2 Al2O3+ 3 С = 2 Al + 3 CO

• 
  Слайд 22

  Основные показатели процесса

  Выход по току Электрохимический эквивалент Удельный расход энергии Масса теоретическая , кВт час/т , г/А час , г , кВт час/т

• 
  Слайд 23
  

  Выход по току 88÷90 % Удельный расход энергии 13900 кВт*час/т Al Uраб= 4 ÷ 4,5 В Q= 550 ÷ 1200 кг/сутки кAl = 0,3355 г/А*час

• 
  Слайд 24

  Факторы, влияющие на показатели процесса

  Плотность тока iа>iкiа= 0,7÷1,0 А/см2 Состав электролита КО = 2,5÷2,8 содержание Al2O3 = 4 ÷8 % Температура электролиза Т = 930 ÷ 960 оС Межполюсное расстояние L= 3÷5 см

• 
  Слайд 25

  Анодный эффект

  Признаки Повышение напряжения Искровой разряд Несмачиваемость анода Изменение состава анодных газов Причина Обеднение электролита глиноземом

• 
  Слайд 26

  Качество алюминия

  Первичный алюминий- сырец А85, А8, А7, А7Е, А7Э, А6, А5, А5Е, А0 Алюминий высокой чистоты (АВЧ) А995, А99, А97, А95 Алюминий особой чистоты (АОЧ) А999 А999 – 99,999% Al

• 
  Слайд 27

  Примесей в первичном Al

  Неметаллические Механические Металлические Газообразные

• 
  Слайд 28
  

  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ПО ТРЕХСЛОЙНОМУ СПОСОБУ

  Na3AlF6 AlF3 BaCl2 NaCl добавка сушка, дозировка, смешение плавление и рафинирование электролита электролит ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ РАФИНИРОВАНИЕ Al высокой чистоты анодные осадки интерметаллиды корки и шлам на заводы в отвал Al техн. анодный сплав 40% Cu Al техн. Cu Al катодный газ HF, HCl на нейтрализацию шлам в отвал

• 
  Слайд 29

  ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ

  1  Механизм перемещения катодов 2  Катодная шина 3 Катодная штанга 4 Крышка 5  Кожух 6  Анодная шина 7  Анодный спуск 8  Анодный стержень 9  Катод 10  Угольный подовый блок 11  Анодные осадки 12  Футеровка 13  Карман 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6

• 
  Слайд 30

  Состав электролита

  Na3AlF6– основа электролита (40÷45%) NaF, AlF3– для корректировки состава электролита (КО=1,5÷2,2) BaCl2- для увеличения плотности электролита (55÷60%) NaCl –для увеличения электропроводности электролита (2÷4%)

• 
  Слайд 31

  Состав анодного сплава

  Alпервичный+ 30÷40 % Cu Реакции на электродах А: Alо-3ē = Al3+ K: Al3+ + 3ē = Alo Примеси В электролите – Na, K, Ca, Mg, Ti В анодном сплаве – интерметаллиды(Al-Cu-Fe-Si-Ga)

• 
  Слайд 32

  Основные показатели процесса

  Выход по току 95÷97% Удельный расход энергии 18000 кВт*час/т Al Uраб= 5,5÷6,0В Т = 750÷810 оС i = 0,5 ÷0,6 А/см2 L = 11÷13 см