Презентация на тему "Цветная металлургия"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Цветная металлургия

  Введение 1

• 
  Слайд 2
  

  Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. 2

• 
  Слайд 3

  Также условно цветные металлы можно разделить на четыре группы:

  1) тяжелые металлы— медь, никель, свинец, цинк, олово; 2) легкие металлы— алюминий, магний, кальций, калий, натрий, барий, бериллий, литий; 3) благородные металлы— золото, серебро, платина и ее природные спутники (родий, иридий, палладий, осмий); 4) редкие металлы; к этой группе относятся: тугоплавкие металлы— молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, тантал и цирконий; легкие — стронций, скандий, рубидий и цезий; радиоактивные — уран, радий, торий, актиний и протактиний; рассеянные и редкоземельные — германий, галлий, гафний, индий, лантан, таллий, церий и рений. 3

• 
  Слайд 4
  

  4 > 30 лет назад…

• 
  Слайд 5

  Алюминий

  Лекция 5

• 
  Слайд 6
  

  Алюминий — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния). Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры. 6

• 
  Слайд 7

  Алюминиевые руды

  Важнейшими минералами, содержащими алюминий, являются: Корунд— Al2O3 Диаспор (бемит) —AlOOH Шпинель — Al2O3·MgO Гиббсит —Al(OH)3 Кианит (андалузит, силимонит) — Al2O3·SiO2 Каолин — Al2O3·2SiO2·2H2O и д.р. Основные алюминиевые руды – бокситы, нефелины, алуниты, каолины и кианиты. Содержание глинозёма в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии. К числу крупных месторождений бокситов в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Северо-уральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябинская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанайская область). 7

• 
  Слайд 8

  Физические свойства

  металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2,7 г/см³, температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу модуль Юнга — 70 ГПа. Алюминий обладает высокой электропроводностью (0,0265 мкОм·м) и теплопроводностью (1,24×10−3 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью. слабый парамагнетик Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами Сродство алюминия к кислороду очень большое 8

• 
  Слайд 9

  Производство

  Основным современным способом производства алюминия является электролитический способ, состоящий из двух стадий. Первая - эти получение глинозема (Аl2O3) из рудного сырья и вторая— получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза. 9

• 
  Слайд 10

  Способ Байера

  Способ Байера — способ выделения глинозема из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся в боксите оксид алюминия Аl2O3, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO2, Fe2O3 и др.). В основе способа лежит обратимая химическая реакция: Аl2O3 · n Н2O + 2NaOH = Na2O · Аl2O3+ (n + 1)H2O При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реакции образующийся гидратированный Аl2O3 выпадает в осадок. 10

• 
  Слайд 11

  1. Подготовка боксита к выщелачиванию

  Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05—0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaOH, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание. 11

• 
  Слайд 12

  2. Выщелачивание боксита

  Выщелачивание боксита, заключается его в химическом разложении от взаимодействия с водным раствором щелочи; гидраты окиси алюминия при взаимодействии со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия: AlOOH+NaOH→ NaAlO2+H2O или Al(OH)3+NaOH → NaAlO2+2H2O; Содержащийся в боксите кремнезем взаимодействует со щелочью и переходит в раствор в виде силиката натрия: SiO2+2NaOH → Na2SiO3+H2O; 12

• 
  Слайд 13
  

  В растворе алюминат натрия и силикат натрия образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат; в нерастворимый остаток переходят окислы титана и железа, предающие остатку красный цвет; этот остаток называют красным шламом. По окончании растворения полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи при одновременном понижении температуры на 100 °С. Выщелачивание производится в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Продуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюминатного раствора (содержащего Na2O · Аl2O3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита). 13

• 
  Слайд 14

  3. Отделение алюминатного раствора от красного шлама

  Отделение алюминатного раствора от красного шлама обычно осуществляемого путем промывки в специальных сгустителях; в результате этого красный шлам оседает, а алюминатный раствор сливают и затем фильтруют (осветляют). Получаемый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe2O3) идет в отвал, шлам содержит, %: Аl2O3 12—18, SiO2 6—11, Fe2O3 44—50, CaO 8—13. 14

• 
  Слайд 15

  4. Разложение алюминатного раствора

  Разложение алюминатного раствора, называемое также декомпозицией или выкручиванием, проводят с целью перевести алюминий из раствора в осадок в виде Аl2O3 · 3 Н2O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выщелачивания влево, в сторону образования Аl2O3 · 3 Н2O. 15

• 
  Слайд 16

  5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия

  Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности: после декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидрооксид отделяют от раствора. 16

• 
  Слайд 17

  6. Обезвоживания гидроокиси алюминия (кальцинации)

  Это завершающая операция производства глинозема; ее осуществляют в трубчатых вращающихся печах, а в последнее время также в печах с турбулентным движением материала при температуре 1150-1300 °С; сырая гидроокись алюминия, проходя через вращающуюся печь, высушивается и обезвоживается; при нагреве происходят последовательно следующие структурные превращения: Al(OH)3 → AlOOH→ γ-Al2O3 → α-Al2O3 В окончательно прокаленном глиноземе содержится 30-50% α- Al2O3 (корунд), остальное γ- Al2O3. 17

• 
  Слайд 18
  

  18

• 
  Слайд 19

  Электролитическое получение алюминия

  Алюминий получают путем электролиза глинозема, растворенного в расплавленном электролите, основным компонентом которого является криолит Na3AlF6. Сырьем для производства криолита служит плавиковый шпат или флюорит CaF2 Из концентрата криолит можно получить двумя способами: кислотным и щелочным. 19

• 
  Слайд 20

  Кислотный способ получения криолита

  Во вращающихся трубчатых печах при 200 °С протекает реакция взаимодействия плавикового шпата с крепкой серной кислотой с образованием фтористого водорода и гипса: CaF2+ H2SO4 = 2HF + CaSO4 Если в плавиковом шпате присутствует кремнезем, то возможно протекание следующих реакций: SiO2(тв) + 4HF(г) = SiF4(г) + H2O SiF4(г) + 2HF(г) = H2SiF4(г) Эти реакции показывают, что примеси кремнезема снижают выход HF и загрязняют его кремнефтористой кислотой. Газы поглощаются водой в специальных башнях с насадкой. 20

• 
  Слайд 21
  

  Плавиковую кислоту подвергают обескремниванию, для чего к кислоте добавляют соду: H2SiF4 + NaCO3 = NaSiF6↓ + CO2 + H2O Далее для получения криолита в раствор чистой плавиковой кислоты добавляют расчетное количество Al(OH)3: 6HF + Al(OH)3 = H3AlF6 + 3H2O Затем на образовавшуюся фторалюминиевую кислоту действуют содой, при этом получается криолит: 2 H3AlF6 + 3 NaCO3 = 2NaAlF6 + 3CO2 + 3H2O Далее криолит отделяют от раствора, промывают и сушат в сушильных барабанах при 140 – 160 °С. 21

• 
  Слайд 22

  Электролизная ванна или электролизер

  22 1 — кожух; 2 — шамот; 3 — угольный блок; 4 — угольная плита; 5 —глинозем; 6 — анод; 7 — токоподводящая шина; 8 — подвеска (токоподвод); 9 — корка затвердевшего электролита; 10 — гарнисаж (затвердевший электролит); 11 — токоподвод

• 
  Слайд 23
  

  Тепло генерируется за счет прохождения тока через электролит. Глинозем в ванну подается сверху. Алюминий накапливается на подине под слоем электролита. В ванне протекают реакции: На катоде: Al3+ + 3e = Al На аноде: 2O2- - 4e = O2 Т.е. на катоде выделяется алюминий, который впоследствии скапливается на дне ванны. На анодах выделяется кислород, взаимодействующий с углеродом электродов с образованием газов CO и CO2. По мере сгорания анодов их постепенно опускают вниз. Глинозем добавляют в ванну по мере расходования. В результате электролиза получают алюминий-сырец или черновой алюминий. Слив алюминия проводят через сифон. 23

• 
  Слайд 24

  Рафинирование

  Рафинирование - очистка чего-либо от посторонних примесей. Черновой алюминий содержит примеси трех видов: Неметаллические включения (их механически захватывает металл при выпуске, к ним относится глинозем, электролит, карбид алюминия, угольные частицы). Металлические примеси, переходящие из сырья (Fe, Si, Ti, Na, Ca, Cu, Zn и др.) Газообразные примеси (в основном водород, появляющийся в результате электролиза воды) 24

• 
  Слайд 25

  Хлорирование(проводится в ковше продувкой газообразным хлором)

  Для очистки от механически захваченных примесей, растворенных газов, а также от Na, Ca и Mg алюминий подвергают хлорированию. Хлор энергично реагирует с алюминием, образуя хлористый алюминий Al2O3. Пары хлористого алюминия поднимаются через слой металла и вместе с ними всплывают взвешенные неметаллические примеси, часть газов и образующиеся хлориды Na, Ca, Mg и Н2. В результате продувки хлором удаляются также и газообразные примеси. 25

• 
  Слайд 26

  Для рафинирования алюминия так же используют такие методы как:

  Электролитические методы (они более эффективны, чем хлор) Дистилляция (перевод алюминия в парообразное состояние с последующей конденсацией) Зонная плавка(перемещение расплавленной зоны вдоль твердого стержня алюминия; метод основан на различно растворимости разных элементов в твердой и жидкой фазах одного и того же материала) 26

• 
  Слайд 27

  Сплавы на основе алюминия

  В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе: Алюминиево-магниевые Al-Mg Алюминиево-марганцевые Al-Mn Алюминиево-медные Al-Cu (Al-Cu-Mg, дюралюминий) Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) 27

• 
  Слайд 28

  Применение

  Авиация и космонавтика Транспорт Пищевая промышленность Ядерная энергетика Электроника Химическая промышленность И многое другое 28

• 
  Слайд 29
  

  29

• 
  Слайд 30

  Вопросы для самоконтроля:

  Получение глинозема по методу Байера. Получение металлического алюминия. Методы рафинирования алюминия. Сущность метода “зонной плавки”. Основные составляющие себестоимости производства алюминия. Последовательность химических реакций, используемых для получения алюминия. Физические свойства и области использования алюминия. Какой металл близок по свойствам алюминию. Что такое криолит и для чего он используется. 30

• 
  Слайд 31

  Приложение 1

  Основные составляющие себестоимости производства алюминия: Извлечение глинозема при использовании описанного способа Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0—2,5 т боксита, 70—90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7-9 т пара, 160-180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт · ч электроэнергии. Получение алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава связано не только с большим расходом электроэнергии, но и со значительным расходом угольных анодов (420—575 кг/т алюминия), что составляет 20—25 % себестоимости алюминия. 31