Получение глинозёма способом Байера
 Скачать 92.05 Kb.
|
|
Требования к сырью и материалам. Характеристика промежуточных продуктов Электролит - важнейшая составляющая электролизера для получения алюминия. Он проявляется практически во всех аспектах работы электролизера, важнейшими из которых являются технологический и энергетический режимы. Поскольку различные составы электролита по-разному влияют на параметры и показатели электролиза, одновременно улучшая одни из них и ухудшая другие, то фактически не существует оптимального состава электролита, пригодного для всех конструкций и определяемого качеством сырья, условиями обслуживания и эксплуатации, энергетическими и магнитогидродинамическими характеристиками, присущими для данной конкретной конструкции. К электролиту алюминиевых электролизеров предъявляют следующие требования. В расплавленном состоянии электролит должен хорошо растворять глинозем. Температура плавления электролита при растворении глинозема не должна быть намного выше, чем температура плавления алюминия. Плотность электролита должна быть ниже, чем у алюминия. Данное требование обусловлено конструктивными особенностями применяемых для получения алюминия электролизеров (расплав электролита в электролизной ванне расположен над поверхностью жидкого металла). Электролит должен быть достаточно жидкотекучим, что способствует легкому удалению анодных газов, быстрому выравниванию состава электролита по всему объему ванны, уменьшению потерь алюминия в результате запутывания корольков металла в расплаве. Электролит должен быть достаточно электропроводным. Упругость насыщенного пара компонентов электролита должна быть по возможности более низкой. Электролит не должен быть гигроскопичным. Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное содержание примесей, более электроположительных, чем алюминий (Fe, Si, Сu и др.), поскольку эти примеси восстанавливаются на катоде и почти полностью переходят в металл, загрязняя его. Электролит не должен химически взаимодействовать с футеровкой электролизера. В настоящее время в промышленных масштабах для электролитического производства алюминия в качестве электролита применяют солевой расплав, наиболее полно удовлетворяющий перечисленным выше требованиям - расплав криолита, содержащий растворенный глинозем. Неоднократные попытки заменить криолит другими расплавленными средами для электролиза в них Аl2O3 не привели к положительным результатам. Поэтому в современной алюминиевой промышленности расплавленный криолит является единственным растворителем глинозема. Криолит Na3AlF6 - комплексная соль, состоящая из фторидов натрия и алюминия (3NaF · AlF3). В стандартных условиях криолит имеет моноклинную кристаллическую решетку, при повышении температуры до 565°С происходит превращение ее в кубическую. Еще до точки плавления наблюдается разупорядочение кристаллической решетки криолита, а при плавлении в значительной степени протекает реакция разложения криолита: Na3AlF6 - NaAlF4 + 2NaF Температура плавления криолита 1010 °С. Эта температура измерена для реального криолита, с учетом его диссоциации по приведенной выше реакции и фактически отражает температуру плавления смеси тетрафторалюмината натрия с фтористым натрием. Если бы в момент плавления диссоциация криолита не протекала, то температура его плавления была бы несколько выше -1100 °С. Фтористый алюминий (АlF3,) имеет кристаллическую решетку, в узлах которой находятся октаэдрические ионы АlF63-, соединенные общими ионами фтора. В решетке реализуется значительная доля ковалентных (не ионных) связей, что является причиной малой её прочности - АlF3, возгоняется без плавления, имеет высокое давление насыщенного пара (930 Па при 1000 °С и 101 кПа при 1260 °С). Таким образом АlF3- самый летучий компонент электролита. Кроме того, он самый гигроскопичный компонент и может быть подвержен гидролизу влагой, содержащейся в атмосферном воздухе. В отличие от АlF3, другие компоненты электролита -NaF, СаF2, МgF2, NaCl и LiF- являются чисто ионными соединениями, они плавятся без разложения и сравнительно устойчивы к действию влаги, за исключением сильно гигроскопичного LiF. Для производства алюминия применяют высшие сорта глинозема, содержание оксидов железа и кремния, в которых составляет 0,03-0,08 % и 0,02-0,20 % соответственно. Технический глинозем содержит две полиморфные модификации оксида алюминия - б и г. Модификация б (корунд), характеризуется высокой плотностью кристаллической решетки, большой химической стойкостью и твердостью. Модификация г имеет менее плотную решетку, очень гигроскопична и химически активна. В результате нагрева, начиная с 950°С, происходит полиморфное превращение г - модификации в б -модификацию. Глинозем, поступающий на электролиз, должен содержать 25-30 % < б - Аl2О3 При большем содержании б - А1,03 затруднено растворение глинозёма в криолите, а при меньшем его содержании возрастает гигроскопичность глинозема. Более корректно расплавленный электролит алюминиевых электролизеров следует рассматривать как тройную систему Na3АlF6-Al2O3-АlF3 Помимо основных компонентов электролит содержит также в относительно небольших количествах некоторые другие вещества, образующиеся за счет примесей, вносимых с сырьем или вводимых специально для улучшения физико-химических свойств расплава (СаF2, МgF2, NaCl,LiF). Заключение Поскольку различные составы электролита по-разному влияют на параметры и показатели электролиза, одновременно улучшая одни из них и ухудшая другие, то фактически не существует оптимального состава электролита, пригодного для всех конструкций и определяемого качеством сырья, условиями обслуживания и эксплуатации, энергетическими и магнитогидродинамическими характеристиками, присущими для данной конкретной конструкции. К электролиту алюминиевых электролизеров предъявляют следующие требования. В расплавленном состоянии электролит должен хорошо растворять глинозем. Температура плавления электролита при растворении глинозема не должна быть намного выше, чем температура плавления алюминия. Плотность электролита должна быть ниже, чем у алюминия. Данное требование обусловлено конструктивными особенностями применяемых для получения алюминия электролизеров (расплав электролита в электролизной ванне расположен над поверхностью жидкого металла). Электролит должен быть достаточно жидкотекучим, что способствует легкому удалению анодных газов, быстрому выравниванию состава электролита по всему объему ванны, уменьшению потерь алюминия в результате запутывания корольков металла в расплаве. Электролит должен быть достаточно электропроводным. Упругость насыщенного пара компонентов электролита должна быть по возможности более низкой. Электролит не должен быть гигроскопичным. Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное содержание примесей, более электроположительных, чем алюминий (Fe, Si, Сu и др.), поскольку эти примеси восстанавливаются на катоде и почти полностью переходят в металл, загрязняя его. Электролит не должен химически взаимодействовать с футеровкой электролизера. Список использованных источников ИТС 11-2016 Производство алюминия 216 стр. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200136806/titles/NAS7JA СПРАВОЧНИК. Алюминий первичный и сплавы – 67 стр. – URL: https://infopedia.su/26xf02c.html Сырьё и материалы для производства алюминия. Учебное пособие. Морозов А.С. 49-стр. – URL: https://lektsia.com/19x41d6.html Требования к сырью и материалам. Характеристика промежуточных продуктов. - URL: https://mobile.studbooks.net/1655857/tovarovedenie/trebovaniya_syryu_materialam_harakteristika_promezhutochnyh_produktov |