Электрометаллургия алюминия издано по заказу ОАО "Русский алюминий" новосибирск

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   50

Промышленные электролизеры с производительностью около 20 т в сутки работали при плотности тока порядка 2 А/см² с межэлектродным расстоянием менее 2 см. При высоком напряжении разложения (1,8 В) за счет малого МПР и высокой электропроводности расплава падение напряжения между электродами составляло 2,7 В, что при выходе по току около 90 % обеспечивало удельный расход энергии менее Ю кВт • ч/кг А1. Хотя промышленные испытания оказались в Целом успешными, дороговизна получения чистого безводного хлорида алюминия не позволила развернуть промышленное внедрение этой технологии, однако последние исследования Тодта показали, что данный способ снова возрождается.

Интенсивно развивается направление, связанное с соз­данием смачиваемой алюминием подины. Оказалось, что веще­ством, обеспечивающим такую смачиваемость и достаточностойким в алюминии и электролите, является диборид титана (TiB₂). Покрытия катодных блоков, содержащие TiB₂, обес­печивают достижение следующих преимуществ, которые полу­чены в промышленных условиях:

• делают поверхность катода смачиваемой алюминием;

• создают барьер, замедляющий поступление в подину элект­ролита и натрия;

• препятствуют разрушению подины за счет карбидообразования;

• делают более равномерным распределение тока по катодным блокам (блюмсам);

• уменьшают риск образования коржей и осадков;

• увеличивают выход по току (на 0,5-2,5 %);

• существенно повышают срок службы ванны;

• уменьшают удельный расход энергии (на 0,3 кВт • ч/кг А1).

Наличие такого эффективного материала позволило пред­ложить идею создания дренированного электролизера (рис. 2.5), характерными особенностями которого являются:

• слой толщиной 1-3 см, нанесенный на угольный катод и содержащий диборид титана;

• тонкий (менее 1 см) слой алюминия, стекающего по наклон­ной подине в копильник;

• маленькое МПР (2-4 см) и, следовательно, невысокое на­пряжение (менее 4 В);

• скошенная подошва анода, обеспечивающая эффективное удаление пузырей из-под анода, что дополнительно снижает напряжение приблизительно на 200 мВ;

• высокая плотность тока (более 1 А/см²) при расходе энергии менее 13 кВт • ч/кг А1 и выходе по току более 90 %.

В настоящее время в мире эксплуатируются десятки ванн со смоченным алюминием катодом. Ориентировочные оценки показывают, что такое покрытие снижает себестоимость элек­тролиза на 140-250 дол. за тонну алюминия.

Настоятельная необходимость снижения количества вред­ных выбросов, в частности углекислого газа, вызывающего повышение температуры в атмосфере Земли (парниковый эф­фект), обусловила интерес к созданию инертных анодов, кото­рые выделяли бы кислород как конечный продукт.

Требования, предъявляемые к нерасходуемому аноду:

• нерастворимость в криолитоглиноземном расплаве, содержа­щем алюминий;

• сопротивляемость к кислороду;

• термическая стабильность до 1000 °С с хорошим сопротив­лением термоударам;

• малое электросопротивление;

• малое перенапряжение выделения кислорода;

• стойкость к воздействию расплавленных фторидов;

• малая загрязняемость алюминия продуктами коррозии анода;

• достаточно высокая механическая прочность;

• малая стоимость и легкость в изготовлении.

В длительной истории создания инертных анодов следует отметить работы профессора А.И. Беляева, предложившего в качестве материала для анодов плохо растворимые в криолите оксиды железа, олова и ряд других металлов. В последнее время было показано, что стойкость и электропроводность анодов из SnO₂ возрастает при введении оксидов сурьмы и Меди, однако и в этом случае скорость коррозии в расчете на год работы составила более 10 см, что неприемлемо.

В 1980-х годах сотрудники компании "Алкоа" опубликовали результаты работ по анализу поведения анодов, сделанных из оксидной керамики и металла (керметов). Наиболее многообе­щающие композиты содержали 83-95 % смеси NiFe₂O₄/NiO и от 5 до 17% меди. Испытания керметных анодов показали, что они имеют достаточно высокую стойкость к коррозии и к термическому растрескиванию, и в 2001 г. фирма предполагает начать испытания первого промышленного электролизера.

По мнению большинства экспертов, более перспективными представляются аноды на никелевой основе, содержащие до­бавки железа, цинка и др. Решаемая в принципе задача требует создания на поверхности анода прочной, сплошной, слабо растворяющейся электропроводной оксидной пленки.

Эти аноды могут быть адаптированы к существующим катодам, но могут иметь и вертикальное расположение элект­родов (рис. 2.6), которые увеличат съем металла с квадратного метра площади. Предварительные оценки показывают, что снижение себестоимости алюминия при использовании новых материалов может достичь 500 дол. за тонну.

2.2.2. Термические способы получения алюминия. При исполь­зовании углерода в качестве восстановителя получение алю­миния могло бы оказаться исключительно выгодным. К сожа­лению, процесс осложняется, как минимум, четырьмя обстоя­тельствами:

реакции, что видно из приведенных многостадийностью уравнений:

2А1₂О₃+ ЗС = А1₄О₄С + 2С0 (г), (2.12)

А1₄О₄С+6С = А1₄С₃ + 4СО (г), (2.13)

А1₄О₄С + А1₄С₃ = 8А1 (ж) + 4СО (г); (2.14)

• тем фактом, что выход алюминия оказывается существенным только при температурах более 2000 °С;

• затрудненностью выделения алюминия из многофазной сме­си, включающей карбид, оксиды и собственно жидкий ме­талл;

• протеканием реакций (2.12)-(2.14) влево при охлаждении смеси, что снижает выход конечного продукта.

Начиная с 1886 г. инженерами и учеными было предло­жено много конструкций электродуговых, доменных и плазменных печей, производительность которых не превышала 4000 т/год.

Более перспективной оказалась идея восстановления не чистого оксида алюминия, а руд, содержащих такие минералы, каолинит (А1₂О₃*2SiO₂*2Н₂О), кианит (А1₂О₃•SiO₂), силлиманит (А1₂О₃- SiO₂), муллит (ЗА1₂О₃•2SiO₂) и др. В этом случае восстановлению подвергается также оксид крем­ния. При таком процессе получаются сплавы, содержащие, как правило, не более 60% алюминия. Богатые по кремнию сплавы могут быть расшихтованы алюминием до силуминов, используемых в промышленности, которые содержат около 10% кремния [6].

Алюминий может быть выделен из сплава растворением (экстракцией) такими металлами, как магний, ртуть, свинец, цинк при высоких температурах с последующей отгонкой металлов, имеющих высокую упругость пара.

Интересным методом выделения алюминия из сплавов является субгалогенидная дистилляция. Реакция взаимодей­ствия алюминия с его фторидом

1200°С 800 °С

2А1 (в сплаве) + A1F₃ = 3A1F (пар) = 2А1 (жидкость) + A1F₃ (2.15)

приводит при 1200 °С к образованию пара субфторида, кото­рый при 800 °С разлагается (диспропорционирует) на металл и трехвалентную соль. Сходные реакции, но при меньших темпе­ратурах протекают при воздействии на алюминий его трихлорида.

Описанные (и многие другие) процессы термического вос­становления и последующего рафинирования при всей их привлекательности пока не стали промышленными, не выдер­жав экономической конкуренции.

Список литературы

1. Grjotheim К., Krohn С, Malinovsky К., Matiasovsky К., Thonstad J. Aluminium Electrolysis. - Dusseldorf: Aluminium-Verlag, 1982. - 443 с.

2. Ветюков М.М., Цыплаков A.M., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. - М.: Металлургия, 1987. - 320 с.

3. Grjotheim К., Welch B.J. Aluminium Smelter Technology. - Dusseldorf: Alu­minium-Verlag, 1988. - 327 с.

4. Introduction to aluminium electrolysis / Eds. K. Grjotheim, H. Kvande. - Dusseldorf: Aluminium-Verlag, 1993. - 260 с.

5. Борисоглебский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минине М.Я., Сира-зутдинов Г.А. Металлургия алюминия. - Новосибирск: Наука, 2000. - 438 с.

6. Motzfeldt К., Kvande H., Schei A., Grjotheim К. Carbothermal Production of Aluminium. - Dusseldorf: Aluminium-Verlag, 1989. - 217 с.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   50

При копировании материала укажите ссылку © 2024
контакты
rykovodstvo.ru