Alyuminiy er qobig'idagi eng keng tarqalgan elementlardan biri - 7% dan ortiq miqdori bilan kislorod va kremniydan keyin uchinchi o'rinda turadi. U boksitdan olinadi, ya'ni. cho'kindi jinslar, unda u asosan oksid sifatida uchraydi.

Ushbu metall 2 ming yildan ortiq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, keng texnik qo'llanilishi bilan ajralib turadi. U nima uchun ishlatilishi mumkin?

Sanoatda alyuminiy asosan boshqa elementlar bilan qotishmalarda qo'llaniladi, bu uning ishlash xususiyatlarini yaxshilaydi. Shunday qilib, bu juda ko'p qirrali dasturga ega bo'lgan ko'p qirrali strukturaviy materialdir. Alyuminiy qotishmalari orasida, xususan, quyma qotishmalar va plastmassani qayta ishlash uchun ishlatiladigan qotishmalarni ajratib ko'rsatish mumkin. Ularning tarkibi alyuminiydan tashqari, mis, magniy, kremniy va marganets kabi elementlarni o'z ichiga oladi. Alyuminiy qotishmalari, xususan, aviatsiya, kimyo sanoati, avtomobilsozlik va hatto kemasozlikda qo'llaniladi.

Alyuminiy sanoatda sof shaklda turli xil uy-ro'zg'or buyumlarini ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi, masalan, oynalar, ichimliklar va oziq-ovqat uchun qutilar, oshxona anjomlari yoki taniqli alyuminiy folga. Bundan tashqari, u kimyoviy uskunalar, elektr simlari va hatto portlovchi moddalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ushbu elementni boksit rudasidan ajratib olish uchun ikkita ketma-ket bosqichni amalga oshirish kerak. Ulardan birinchisi Bayer jarayoni bo'lib, mineraldan alyuminiy oksidi olish imkonini beradi. Keyin bu birikma elektrolizga duchor bo'ladi, natijada texnik toza alyuminiy hosil bo'ladi.

Alyuminiy nimadan tayyorlanadi?

Sof alyuminiy passivlanish qobiliyati tufayli tabiiy ravishda paydo bo'lmaydi. Bu hodisa metallning havo ishtirokida oksidlanishidan iborat bo'lib, buning natijasida uning yuzasida passiv himoya qatlami hosil bo'ladi. Alyuminiy qalinligi bir necha nm gacha bo'lgan alyuminiy oksidi (Al 2 O 3) qatlami bilan qoplangan. Keyinchalik, namlik ta'sirida tashqi qatlam qisman gidrolizga uchraydi, buning natijasida qo'shimcha gidroksid hosil bo'ladi, ya'ni. Al(OH)3.

Alyuminiy tabiatda ruda shaklida topilgan turli mineral jinslarning tarkibiy qismidir. Sof alyuminiy ishlab chiqarish uchun birinchi navbatda loy boksit rudasi ishlatiladi. U asosan issiq iqlim sharoitida aluminosilikat jinslarining parchalanish joylarida hosil bo'ladi va tarkibida temir birikmalari ham mavjud. Bu qizil yoki jigarrang rangga ega bo'lgan tosh bo'lib, u ikki shaklda uchraydi: silikat va karbonat.

Sanoat darajasidagi alyuminiy ishlab chiqarish

Texnik tozalikdagi alyuminiy (99% dan ortiq) sanoatda ikkita ketma-ket jarayon natijasida olinadi. Birinchisi natijasida alyuminiy oksidi olinadi (Bayer jarayoni), keyingi bosqichda esa elektrolitik qaytarilish jarayoni (Héroult-Héroult elektrolizi) amalga oshiriladi, buning natijasida sof alyuminiy olinadi. Boksit rudasini tashish bilan bog'liq xarajatlarni kamaytirish uchun ko'pchilik qayta ishlash korxonalari konlar yaqinida qurilgan.

Bayer jarayoni

Rudani qazib olishdan keyingi birinchi qadam uni suv bilan yuvishdir. Shunday qilib, oddiygina suvda eriydigan ifloslantiruvchi moddalarning ko'pchiligi chiqariladi. Keyin, CaO suv bilan ishlangan xom ashyoga qo'shiladi, ya'ni. kaltsiy oksidi. Shundan so'ng, u juda kichik diametrli donalar olinmaguncha, maxsus quvur tegirmonlari yordamida eziladi, ya'ni. 300 mikrondan kam. Xom ashyoni to'g'ri maydalash juda muhim, chunki u donlarning katta sirt maydonini ta'minlaydi, bu esa o'z navbatida ekstraktsiya jarayonining samaradorligiga ta'sir qiladi.

Alyuminiy oksidi ishlab chiqarishning navbatdagi bosqichi donalarni gidroksidi soda suvli eritmasi bilan eritishdir. PCC guruhida natriy gidroksid membran elektroliz orqali ishlab chiqariladi. Shu tarzda olingan mahsulot Yevropa farmakopeyasining so‘nggi nashri talablariga javob berish bilan birga juda yuqori sifat va soflikka ega. Tuproqli donalarni o'z ichiga olgan aralash bir necha soat davomida avtoklavlar deb ataladigan maxsus reaktorlarda saqlanadi. Davom etayotgan cho'kish jarayonida reaktorlarda yuqori bosim va ko'tarilgan harorat saqlanadi. Shunday qilib, natriy aluminat olinadi, keyinchalik u turli filtrlar yordamida tozalanadi.

Keyingi bosqichda tozalangan natriy aluminat eritmasi parchalanadi. Natijada (ya'ni, o'yuvchi sodaning suvli eritmasi) va yuqori toza alyuminiy gidroksid kristallari. Kristallanish natijasida olingan cho'kma filtrlanadi va suv bilan yuviladi. Va qolgan sodali suv isitiladi va qayta ishlatish uchun jarayonga qaytariladi.

Sof alumina ishlab chiqarishning oxirgi bosqichi kalsinlanishdir. U alyuminiy gidroksidni 1000 o C dan yuqori haroratda isitishdan iborat bo'lib, buning natijasida u toza oq kukun shaklida olingan Al 2 O 3 ga parchalanadi. Shunday qilib, tayyorlangan alyuminiy oksidi elektrolitik pasayish jarayonida metall alyuminiy ishlab chiqarish uchun pechlarga tashiladi.

Alyuminiy oksidi elektrolizi

Sof alyuminiy olishning keyingi bosqichi Hall-Héroult usuli bo'yicha elektroliz jarayonidir. Avvalo, Bayer jarayonida olingan Al 2 O 3 kriolit bilan eritiladi va shu tarzda tayyorlangan eritma 900 o S dan yuqori bo'lmagan haroratda elektroliz jarayonidan o'tkaziladi. Shu tarzda olingan suyuq alyuminiy elektrolitdan ajratiladi va chiqariladi. deb atalmish yordamida elektrolitik vannalardan. vakuumli sifonlar. Keyin xom ashyo quyish moslamasiga kiradi, u erdan keyingi bosqichda qayta ishlash jarayoni sodir bo'ladigan qizg'ish pechlarga qo'yiladi. Maksimal tozalikka erishish uchun alyuminiyni tozalashdan iborat. Sanoat sharoitida alyuminiyni ikki usul bilan tozalash mumkin. Ulardan birinchisi alyuminiyni eritish va u orqali xlorni o'tkazishdan iborat, buning natijasida aralashmalar bog'lanib, xloridlarni hosil qiladi va ular keyinchalik jarayondan chiqariladi. Ikkinchi usul - eritilgan alyuminiyning mis bilan elektrolitik qaytarilishi. Shunday qilib olingan yakuniy mahsulot juda yuqori tozaligi bilan ajralib turadi.

Alyuminiy kelajak materialidir

Bayer jarayoni va Xoll-Héroult elektrolizidan foydalangan holda boksitdan sof alyuminiy olish usulini ishlab chiqish bu elementning ko'lamini kengaytirdi. Bundan tashqari, yuqori quvvatning engillik bilan kombinatsiyasi ba'zi hollarda alyuminiyni qimmatroq po'lat bilan almashtirish imkonini berdi. Atmosfera omillariga qarshilik alyuminiydan deraza va eshik profillarini ishlab chiqarishda foydalanish imkonini berdi. Alyuminiyning yana bir afzalligi - uni bir necha marta qayta ishlash qobiliyati, bu nisbatan ekologik toza materialdir.

Xulosa qilib aytganda, alyuminiy oziq-ovqat, energetika, kimyo, transport, qurilish, avtomobilsozlik va aviatsiya sanoatida keng qo'llaniladigan ko'p qirrali materialdir. Uning ko'pgina afzalliklarini hisobga olsak, bu, albatta, uni qo'llash imkoniyatlarining chegarasi emas va yaqin kelajakda mashhurlikka erishishda davom etadi.

Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi

Federal ta'lim agentligi

Magnitogorsk davlat texnika universiteti

ular. Nosova

Qora metallurgiya kafedrasi

“Metallurgiya tarixi” fanidan referat.

METALLURGIYA ALyuminiy

izoh

"Alyuminiy metallurgiya" mavzusi ko'rib chiqiladi, bu metallning asosiy xususiyatlari tavsiflanadi. Alyuminiyning kashf etilishi tarixi, uni ishlab chiqarishning mumkin bo'lgan usullari va turli sohalarda qo'llanilishi qisqacha tavsiflanadi.

Kirish

1. Alyuminiyning xossalari

2. Alyuminiyni qo'llash

3. Xom ashyo

4. Alumina ishlab chiqarish

5. Alyuminiyning elektrolitik ishlab chiqarilishi

6. Alyuminiyni qayta ishlash

Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

Kirish

"Metallurgiya" so'zi yunoncha:

metalleuo - qazaman, yerdan qazaman;

metallurge - men ruda qazaman, metallarni qayta ishlayman;

metallon - kon, metall.

Bu so`z fan-texnika sohasi bo`lib, ichaklardan qazib olingan rudalarni qayta ishlash, metallar va qotishmalar olish, ularga ma`lum xossalar berishni qamrab oladi.

Qadimda, oʻrta asrlarda va nisbatan yaqinda, M.V.Lomonosov davrigacha 7 ta metal (oltin, kumush, mis, qalay, qoʻrgʻoshin, temir, simob) borligiga ishonilgan.

1814 yilda shved kimyogari J. Berzelius kamdan-kam istisnolardan tashqari, butun dunyo tomonidan qo'llaniladigan alifbo belgilaridan foydalanishni taklif qildi.

Bugungi kunda fanga 80 dan ortiq metallar ma'lum bo'lib, ularning aksariyati texnologiyada qo'llaniladi.

Jahon amaliyotida metallarning qora (temir va uning asosidagi qotishmalar) va qolganlari - rangli (rangli metallar, ingliz; Nichtei-senmetalle, nemis) yoki rangli metallarga bo'linishi mavjud. Metallurgiya ko'pincha qora va rangli bo'linadi. Hozirgi vaqtda qora metallar dunyoda ishlab chiqarilgan barcha metall mahsulotlarining qariyb 95% ni tashkil qiladi.

Texnologiyada shartli tasnif ham qabul qilingan, unga ko'ra rangli metallar "engil" (alyuminiy, magniy), "og'ir" (mis, qo'rg'oshin va boshqalar), o'tga chidamli (volfram, molibden va boshqalar) ga bo'linadi. , olijanob (oltin, platina va boshqalar) va boshqalar), nodir metallar.

Qora va rangli metallardan foydalangan holda ishlab chiqarilgan mahsulotlar ulushi bugungi kunda davlat yalpi milliy mahsulotining 72-74 foizini tashkil qiladi. Bu XXI asrda metallar, deb bahslasha mumkin. asosiy konstruktiv materiallar bo'lib qoladi, chunki ularning xususiyatlari, ishlab chiqarish samaradorligi va iste'moli qo'llanilishining aksariyat sohalarida tengsizdir.

Iste'mol qilinadigan ~800 million tonna metallarning ~750 million tonnasi po'lat, 20-22 million tonnasi alyuminiy, 8-10 million tonnasi mis, 5-6 million tonnasi rux, 4-5 million tonnasi qo'rg'oshin (qolganlari) -< 1 млн. т).

Zamonaviy texnologiya uchun eng qimmatli va muhim metallardan faqat bir nechtasi er qobig'ida ko'p miqdorda topilgan: alyuminiy (8,8%), temir (4,65%), magniy (2,1%), titan (0,63%).

Engil metallarning ruda konlari odatda alyuminiyli rudalarni o'z ichiga oladi; alyuminiyning asosiy yetkazib beruvchisi boksitlar, shuningdek, alunitlar, nefelinlar va turli gillardir. Rangli metallarning ruda konlariga mis, qoʻrgʻoshin va rux, kobalt, nikel, surma konlari kiradi. Ulardan eng kattasidagi metallar zahirasi o'nlab million tonnadan yuzlab tonnagacha, rudadagi metallarning odatdagi miqdori - bir necha foizni tashkil qiladi.

Olingan materiallarning massasi ruda tarkibidagi metallar miqdoridan bir necha baravar ko'p bo'lib, aksariyat hollarda tabiiy rudalardan foydali komponentlarni to'g'ridan-to'g'ri ajratib olish iqtisodiy jihatdan foydali emas.

Arxeologik qazishmalar shuni ko'rsatadiki, insonning metallar bilan tanishishi bizdan juda uzoq vaqtlarga borib taqaladi. Birinchi bronza buyumlar miloddan avvalgi 3000 yilda mis va qalay rudalarini ko'mir bilan eritish aralashmasidan olingan deb ishoniladi. Koʻp vaqt oʻtgach, misga qalay va boshqa metallar (alyuminiy, berilliy, kremniy nikel va boshqalar) qoʻshib bronzalar ishlab chiqarila boshlandi. Hozirgi vaqtda temir, marganets va nikel qo'shilgan alyuminiy bronzalar (5-12% Al) eng keng tarqalgan.

Hozirgi vaqtda metallurgiya ishlab chiqarish milliy iqtisodiyotning ustuvor tarmoqlaridan biri hisoblanadi.

1. ALyuminiyning XUSUSIYATLARI

Alyuminiyni birinchi marta 1825 yilda Daniya fizigi X. Oersted olgan. Bu elementning nomi lotin alumenidan kelib chiqqan, chunki alum qadimda gazlamalarni bo'yash uchun ishlatilgan.

Alyuminiy juda ko'p qimmatli xususiyatlarga ega: past zichlik - taxminan 2,7 g / sm 3, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi - taxminan 300 Vt / (m. K) va 13,8 yuqori elektr o'tkazuvchanligi. 10 7 Ohm / m, yaxshi egiluvchanlik va etarli mexanik kuch.

Alyuminiy ko'p elementlarga ega qotishmalar hosil qiladi. Eritilgan holatda alyuminiy suyuqlikdir va qoliplarni yaxshi to'ldiradi; qattiq holatda u yaxshi deformatsiyalanadi va osongina kesilishi, lehimlanishi va payvandlanishi mumkin.

Alyuminiyning kislorodga yaqinligi juda yuqori. Oksidlanish jarayonida ko'p miqdorda issiqlik chiqariladi (~ 1670000 J / mol). Nozik maydalangan alyuminiy qizdirilganda yonadi va havoda yonadi. Alyuminiy havoda va atmosfera sharoitida kislorod bilan birlashadi. Bunday holda, alyuminiy alyuminiy oksidi yupqa (~ 0,0002 mm qalinlikdagi) zich plyonka bilan qoplangan, bu uni keyingi oksidlanishdan himoya qiladi; shuning uchun alyuminiy korroziyaga chidamli. Alyuminiy quduqning yuzasi erigan holatda ham ushbu plyonkaning oksidlanishidan himoya qiladi.

Alyuminiy qotishmalaridan duralumin va siluminlar eng katta ahamiyatga ega.

Duraluminning tarkibi alyuminiyga qo'shimcha ravishda 3,4-4% Cu, 0,5% Mn va 0,5% Mg ni o'z ichiga oladi, 0,8% dan ko'p bo'lmagan Fe va 0,8% Si ruxsat etiladi. Duralumin yaxshi deformatsiyalangan va mexanik xususiyatlariga ko'ra po'latning ba'zi navlariga yaqin, garchi u po'latdan 2,7 baravar engilroq (duralumin zichligi 2,85 g / sm 3).

Ushbu qotishmaning mexanik xususiyatlari issiqlik bilan ishlov berish va sovuq deformatsiyadan keyin ortadi. Kesish kuchi 147-216 MPa dan 353-412 MPa gacha, Brinell qattiqligi esa 490-588 dan 880-980 MPa gacha oshadi. Bunday holda, qotishmaning nisbiy cho'zilishi deyarli o'zgarmaydi va ancha yuqori bo'lib qoladi (18-24%).

Siluminlar alyuminiyning kremniy bilan quyilgan qotishmalari. Ular yaxshi quyish va mexanik xususiyatlarga ega.

Alyuminiy metallurgiya tarixida ushbu metallni olish uchun ishlatiladigan ma'lum usullar bilan tavsiflangan uchta davrni ajratish mumkin! Bu davrlar quyidagilardan iborat: 1) kimyoviy usullar bilan alyuminiy olish, 2) elektrotermik usullar bilan alyuminiy olish va 3) erigan tuzlarni elektroliz qilish orqali alyuminiy olish.

Alyuminiyning kashf etilishi va uning kimyoviy usullar bilan olinishi

Alyuminiyni erkin holatda izolyatsiya qilish bo'yicha dastlabki urinishlar 1807 yilga to'g'ri keladi va mashhur ingliz kimyogari Humphry Davy (1778-1629) ga tegishli. O'sha vaqtga qadar ikkinchisi birinchi marta eritilgan gidroksidi gidroksidi elektroliz qilish orqali metall kaliy va natriyni olishga muvaffaq bo'ldi. Davy oqim manbai sifatida voltaik ustundan foydalangan. J

Alyuminiyni ajratib olish uchun Davy alyuminiy oksidini xuddi shu tarzda parchalashga harakat qildi. Buning uchun u ozgina namlangan va vodorod atmosferasida alyuminiy gidroksid orqali elektr tokini o'tkazdi. Bunda platina plitasi anod bo'lib xizmat qildi, uning ustiga zich bosilgan alyuminiy gidroksid qo'yildi va unga botirilgan temir sim katod bo'lib xizmat qildi. Oqim o'tganda, ikkinchisi oq-issiq bo'lib, eriydi.

Shunday qilib, Davy faqat temir-alyuminiy qotishmasini oldi, undan erkin alyuminiyni ajratib ololmadi. Xuddi shunday, Deyvining alyuminiy oksidini kaliy bug'lari bilan temir parchalari ishtirokida kamaytirish bo'yicha tajribalari muvaffaqiyatsiz tugadi.

1-rasm Sen-Kler-Devil usulida alyuminiy olish. Parij hududidagi birinchi seminar

Natijada paydo bo'lgan temir va alyuminiy qotishmasidan Deyvi ikkinchisini sof shaklda ajrata olmadi.

Biroq, bularning barchasi Davyga alyuminiy oksidi taxmin qilingan metallning kimyoviy hosilasi ekanligiga ishonch hosil qilishiga to'sqinlik qilmadi, unga alyuminiy (alyuminiy) nomini berdi va uni inglizcha alyuminiy oksidi - alumina nomidan hosil qildi.

Erkin alyuminiy birinchi marta daniyalik fizigi Xans Oersted (1777-1851) tomonidan 1825 yil mart oyida ajratilgan. Shu maqsadda Oersted alyuminiy xloridni (shuningdek, u birinchi marta olgan) "kaliy amalgam" bilan kamaytirish orqali alyuminiy amalgama oldi. Oersted havoga chiqmasdan hosil bo'lgan alyuminiy amalgamadan simobni distillash bilan, alyuminiyning kichik bo'laklarini - rangi va yorqinligi qalayga o'xshash "loydan metall" ajratib oldi.

Keyinchalik, 1827 yilda nemis kimyogari Fridrix Veder (1800-1882) kaliy amalgamasini kaliy metali bilan almashtirib, Oersted usulini takomillashtirdi. Wehler chinni yoki platina tigelga bir nechta metall kaliy bo'laklarini joylashtirdi, ularning ustiga alyuminiy xlorid kristallari bilan qopladi va o'choq ustidagi qopqoq bilan yopilgan tigelni ehtiyotkorlik bilan qizdirdi. Reaksiya natijasida olingan kulrang-qora erigan massa sovutilgandan keyin suv bilan yuvilgan; qattiq qoldiq alyuminiy kukuni edi. To'g'ridan-to'g'ri sintez paytida kaliy va alyuminiy xlorid o'rtasidagi o'zaro ta'sir juda shiddatli davom etganligi sababli, 1845 yilda Wöhler o'z usulining o'zgartirilgan versiyasini qo'lladi, bu moddalarni alohida qizdirdi va alyuminiy xlorid bug'larini kaliy ustidan o'tkazdi. Ushbu usulni qo'llash. Wehler alyuminiyni uning eng muhim fizik va kimyoviy xususiyatlarini aniqlash uchun etarli miqdorda oldi.

1864 yilda Frantsiyada Genri Sen-Kler-Devil (1818-1881) alyuminiy ishlab chiqarishning birinchi sanoat usuli uchun Wehler usulini qo'lladi va uni yanada takomillashtirishni amalga oshirdi: Sent-Kler-Devil metall kaliyni arzonroq natriy bilan almashtirdi va beqaror va yuqori gigroskopik alyuminiy xlorid - alyuminiy va natriyning yanada mustahkam er-xotin xlorid (ALCLz No. CL). Natriy bilan er-xotin xloridning parchalanishi asta-sekin o'sib boruvchi haroratda olovli pechda amalga oshirildi. Jarayon, sof alyuminiy xloridning shiddatli qaytarilish reaktsiyasidan farqli o'laroq, juda xotirjam davom etdi. Qisqartirilgan alyuminiy pechning pastki qismida to'plangan va keyin temir qoliplarda ingotlarga quyilgan (1-rasm). Sen-Kler-Devil usuli bo'yicha bu kimyoviy jarayon deb ataladigan alyuminiy ishlab chiqarish 1854 yildan 1890 yilgacha mavjud bo'lgan. Biroq, davomida. 30 yil davomida kimyoviy usul yordamida jami atigi 200 tonnaga yaqin alyuminiy olindi. O'tgan asrning 80-yillari oxirida kimyoviy usul elektrolitik usul bilan almashtirildi, bu alyuminiy ishlab chiqarish tannarxini keskin kamaytirish imkonini berdi va alyuminiy sanoatining jadal rivojlanishi uchun imkoniyat yaratdi.

Alyuminiy qotishmalarini elektrotermik usulda olish tarixi

Alyuminiy metallurgiya tarixida broning ishi. Alyuminiy qotishmalarini elektrotermik ishlab chiqarish bo'yicha Kaules, (o'tmishning oxiri bilan bog'liq (asrlar). Aluminiyni uglerod bilan kamaytirish orqali sof, karbidsiz alyuminiy olish uchun bir qator muvaffaqiyatsiz urinishlardan so'ng, Kaules bu jarayonni o'tkazish zarurati tug'ildi. boshqa, kamroq kimyoviy faol metallar mavjudligida.Natijada ular mis va temir bilan alyuminiy qotishmalarini elektrotermik ishlab chiqarish uchun sanoat usuli ishlab chiqilgan - alyuminiy bronza va ferroalyuminiy.

Ushbu qotishmalarni olish uchun br. Kaules 5000-6000 a va 60 b uchun yoyli pechlardan foydalangan (2-rasm). Alumina, ko'mir va metall qoldiqlari (temir yoki mis) aralashmasi o'choqqa kiritildi. Alyuminiy bronza 17% gacha Al va ferroalyuminiy 20% gacha Al bo'lgan holda olingan. Qotishmadagi 1 kg alyuminiy uchun elektr energiyasi o'rtacha 37 kVt / soatni tashkil etdi.

Anjir. 2. Elektr boshq pechlari br. Kaules

Usul bo'yicha br. Angliya va AQShdagi Kaules 1884 yildan 1892 yilgacha bozor uchun qotishma ishlab chiqaradigan zavodlar ishlagan. Biroq, bu shaklda alyuminiy qotishmalarini ishlab chiqarishning elektrotermik usuli arzonroq elektrolitik usul bilan raqobatlasha olmadi.

Faqat hozirgi vaqtda alyuminiy qotishmalarini elektrotermik ishlab chiqarish, asosan, kremniy bilan, alyuminiy metallurgiyasining maxsus yo'nalishlaridan biri sifatida yana sezilarli rivojlanishga erishdi.

Eritilgan tuzlarni elektroliz qilish yo'li bilan alyuminiy ishlab chiqarish tarixi

1852 yilda Robert Bunane (1811-1899) eritilgan magniy xloridni elektroliz qilish orqali magniy metallini oldi. Tadqiqotlarini davom ettirib, Bunsen xuddi shu usulni metall a-alyuminiyni ajratib olish uchun qo'lladi. Ikkinchisini u 1854 yilda eritilgan qo'sh alyuminiy xlorid va natriyni elektroliz qilish yo'li bilan olgan.

Sen-Kler-Devil, Bunsendan mustaqil ravishda o'z tadqiqotini olib borar ekan, bir vaqtning o'zida qo'sh alyuminiy xlorid va natriyni elektroliz qilish orqali metall alyuminiyni ham oldi. 1854 yil mart oyida Sent-Kler-Devil Frantsiya Fanlar akademiyasiga o'z tajribalarining tavsifi bilan birga elektrolitik yo'l bilan ajratib olingan alyuminiyning kichik pelletini taqdim etdi. O'sha yilning 9-iyulida Bunsen o'z ishining natijalarini Poggendorfs Annalenda nashr etdi.

Bunsen va Sent-Kler-Devilning tajribalari o'sha paytda katta miqdordagi elektr energiyasini olishning iloji yo'qligi sababli laboratoriyadan tashqariga chiqmadi.

"Erigan tuzlarning elektrolizi yo'li bilan alyuminiy" olish tamoyili sanoatda tatbiq etilishiga qadar 30 yildan ko'proq vaqt kerak bo'ldi! va.

Elektrolitik usulning rivojlanishiga kuchli turtki bo'lgan "1867 yilda br. Dinamo Gram.

Metall alyuminiy ishlab chiqarishning zamonaviy elektrolitik usulining asoschilari 1886 yil 23 aprelda AQShda Fraksiya va Charlz Xollda (1863-1914) Pol Héroux (1863-1914) hisoblanadi. Hérault va shu yilning 9 iyulida, Hall erigan kriolitda erigan alumina alyuminiy elektrolizini ishlab chiqarish usuli uchun deyarli o'xshash patentlarni e'lon qildi.

Bu sanalar, aslida, zamonaviy jahon alyuminiy sanoati rivojlanishining boshlanishi va shu bilan birga, alyuminiydan keng foydalanishning boshlanishi deb hisoblanishi kerak. Shuni ta'kidlash kerakki, Eroult va Hall patentlarining paydo bo'lishidan oldin erigan alyuminiy tuzlarini elektroliz qilish masalasida ko'p ishlagan ko'plab tadqiqotchilar tomonidan olingan muhim amaliy va nazariy materiallar to'plangan. ,

Eru va Xollning roli, ehtimol, ularning kashfiyoti haqidagi yangiliklarda emas, balki sanoatda foydalanish uchun mos usulda rasmiylashtirilgan "allaqachon ma'lum bo'lgan qoidalarning muvaffaqiyatli kombinatsiyasida edi.

Parijdagi konchilik maktabining talabasi bo'lgan Héroux 1888 yilda alyuminiy olishning elektrolitik usuli bilan qiziqdi. Buni uning daftaridagi bu yilgi elektrolizning eskizi tasdiqlaydi (3-rasm). Ushbu eskiz Héroultning birinchi patentidagi eskizga juda yaqin ekanligi juda muhimdir.<см. фиг. 4). *

Hérouxning alyuminiyga bo'lgan qiziqishi otasining o'limidan so'ng, Parij yaqinidagi Gentilli shahridagi kichik charm ustaxonasini meros qilib olganidan keyin amaliy tus oldi. Ustaxona bug 'mashinasi bilan jihozlangan bo'lib, Gramma-dinamo sotib olgach, Eru turli alyuminiy birikmalarini elektroliz qilish bilan tajriba o'tkazishga muvaffaq bo'ldi.

Anjir. 3. Eruning maktab daftaridagi elektrolizatorning eskizi

Alyuminiyni elektroliz yo'li bilan olish mumkinligiga ishonch hosil qilgan Eru, suvli eritmalar bilan ko'plab nosozliklardan so'ng, eritilgan kriolit va uning alyuminiy xlorid bilan aralashmasi elektroliziga o'tdi. Ushbu tajribalardan birida tadqiqotchi uglerod anodida yonishning aniq belgilarini topdi va elektrolitda oksid borligi, uning kamayishi anod materialining sarflanishi bilan bog'liq degan xulosaga keldi.

Kimyoviy tahlil shuni ko'rsatdiki, alyuminiy xlorid o'rniga tadqiqotchi xlorid gidrolizi natijasida olingan erigan kriolitga alyuminiy oksidi kiritgan. Endi ataylab aluminani kriolitga kiritib, Eru ‘i puk-. alyuminiy ishlab chiqarish uchun shu vaqtdan beri qo'llanilgan jarayonning kashf etilishiga olib keldi.

Ushbu eksperimentlar asosida Héroux o'zining birinchi patentini 1886 yil 23 aprelda topshirdi. Ushbu patent jarayonning mohiyatini juda aniq ifodalaydi, bu hatto hozirgi kungacha ham to'liq amal qiladi.

Anjir. 4. Héroultning birinchi patentidan elektrolizatorning eskizi

"Men da'vo qilaman," deydi patent, "alyuminiy olish uchun yuqorida tavsiflangan usul ixtirosi, bu eritilgan kriolitda erigan aluminani elektroliz qilishdan iborat va oqim har qanday elektrodlar, masalan, uglerod anodlari, suvga botiriladi. erigan elektrolit, kayak esa elektrolit idishining o'zi katod bo'lib xizmat qiladi. Bunday holda, anod uning ustida chiqarilgan kislorod tomonidan yondiriladi va metall tigelning pastki qismida yig'iladi. Bu jarayonda kriolit iste'mol qilinmaydi va metallning uzluksiz chiqishi uchun elektroliz jarayonida parchalanadigan aluminani almashtirish kifoya.

Anjir. 5. Héroultning qo'shimcha patentidan elektrolizatorning eskizi

Elektrolizator sifatida Eru katta grafit tigel ichiga solingan uglerod oynasidan foydalangan. Butun apparat koks pechiga joylashtirildi. Shaklda. 4 - Héroultning birinchi patentidagi elektrolizatorning eskizi. Biroq, dastlab o'z patentiga amaliy ariza topa olmagan Eru alyuminiy qotishmalarini ishlab chiqarish usulini ishlab chiqish bilan shug'ullandi va taxminan bir yil o'tgach, alyuminiy bronzani elektrolitik tarzda ishlab chiqarish uchun qo'shimcha patent topshirdi. Buning uchun elektrolizatorga tegishli miqdorda metall mis kiritiladi. Patent shuningdek, alyuminiy oksidi va og'ir metallar oksidini bir vaqtning o'zida elektroliz qilish imkoniyatini ham ko'rsatadi. Héroultning qo'shimcha patentidan olingan eskizdan (5-rasm) ko'rinib turibdiki, hujayraning tashqi isishi umuman yo'q va tavsifda aytilishicha, "elektr toki alyuminiy oksidini eritilgan holda ushlab turish uchun etarli issiqlik hosil qiladi. davlat."

Héroux o'z ixtirosini Frantsiyada amalga oshira olmadi va uni Shveytsariyada, Noyxauzendagi zavodda 1888 yil oxirida ishga tushirdi. Bu zavod Evropada elektrolitik usulda ishlaydigan birinchi alyuminiy korxona edi. Dastlab zavod Héroult kompaniyasining qo'shimcha patenti asosida alyuminiy bronza ishlab chiqardi. Tez orada (1891). ammo Neuhauzen zavodi sof alyuminiy ishlab chiqarishga o'tdi.

Xoll, Mac va Eru kollej talabasi bo'lganlarida alyuminiy olish masalasiga qiziqib qolishdi va bu metallni ishlab chiqarishning eng tejamli usulini topish umidida tajribalar o'tkazdilar. O'z tadqiqotida Xoll dastlab sof empirik yo'ldan bordi. U termik qaytarilish usulini qo‘llashga harakat qildi, keyin alyuminiy tuzlarining suvli eritmalarini elektroliz qilishga o‘tdi, suvsiz muhitda elektrolizga o‘tish zarurligiga ishonch hosil qildi va nihoyat alumina uchun erituvchi izlay boshladi. Shu maqsadda Xoll turli xil ftorid tuzlarini sinab ko'rdi. 1886 yil fevral oyida u kriolitni sinab ko'rdi va undagi aluminaning juda oson eruvchanligini topdi, u eritilgan tuzda tezda yo'qolib, "qaynoq suvda shakar yoki tuz kabi" eriydi.

1886 yil 23 fevralda Xoll eritilgan kriolitdagi alyuminiy oksidi eritmasini elektroliz qilib, alyuminiy oldi. 1886 yil 9 iyulda u o'zining "bosh patenti" uchun ariza berdi, unga 1889 yil 2 aprelda berilgan.

1888 yilda, Pitsburg (AQSh) yaqinidagi Kensingtonda, kuniga 50 funt (28,65 kg) metall ishlab chiqarish bilan Hall elektrolitik usulidan foydalangan holda AQShda birinchi alyuminiy ishlab chiqarish boshlandi (6-rasm). 1894 yildan boshlab Niagara sharsharasining energiyasi ushbu ishlab chiqarish uchun ishlatilgan.

Anjir. 6. Usul bilan alyuminiyning birinchi ishlab chiqarilishi Pitsburgdagi zal

Eru va Xoll usuli paydo bo'lganidan beri zamonaviy alyuminiy sanoatining rivojlanishi haqiqatda boshlandi, u o'zining yarim asrlik faoliyati davomida jahon iqtisodiyotining eng yirik tarmoqlaridan biriga aylandi.

Jahon bozorida alyuminiy narxining harakati juda ko'p. 30 yil davomida alyuminiy kimyoviy yo'l bilan olingan bo'lsa-da, narx taxminan 45 rubl darajasida edi. kilogramm uchun. 1890 yildan boshlab, elektrolitik usul boshqalarni almashtirgandan so'ng, alyuminiy narxining kamdan-kam pasayishi kuzatildi, keyingi barcha yillarda o'rtacha 1 rublni tashkil etdi. kilogramm uchun.

Mamlakatimizda alyuminiy ishlab chiqarishni tashkil etishga birinchi urinishlar o'tgan asrning 80-yillariga to'g'ri keladi, o'sha paytda Moskva yaqinida olingan. alyuminiyni kimyoviy yo'l bilan olish uchun kichik zavod qurildi, ammo u 1892 yildan 1893 yilgacha juda qisqa vaqt davomida mavjud edi).

Bu asrning boshlarida prof. P. P. Fedotiev (1864-1934) va boshqa rus olimlari jahon miqyosida shuhrat qozongan alyuminiy ishlab chiqarishning zamonaviy usulini o'rganish sohasida bir qator nazariy tadqiqotlar olib bordilar. Biroq, Oktyabr Sotsialistik inqilobidan keyingina mamlakatimizda alyuminiy sanoatini tashkil etish va rivojlantirish uchun sharoit yaratildi.

Alyuminiyni sezilarli darajada olish bo'yicha birinchi tajribalar 1929 yilda Leningrad viloyat xalq xo'jaligi kengashi tashabbusi bilan "Krasniy Vyborjets" zavodida (Leningrad) prof. P. P. Fedotiev. 1930 yilda Leningradda eksperimental alyuminiy zavodi ishga tushirildi, bu Sovet alyuminiy sanoatining rivojlanishida muhim rol o'ynadi. Ushbu zavod to'rt yil davomida turli xil uskunalarni sinovdan o'tkazdi va birinchi alyuminiy korxonalari uchun ishchilar va muhandislik xodimlarini tayyorladi.

1932 yil may oyida Volxov gidroelektr stansiyasi negizida qurilgan Volxov alyuminiy zavodi, 1933 yil iyun oyida Dneproges negizida qurilgan Dnepr alyuminiy zavodi ishga tushirildi. 1938 yilda Tixvin boksit koniga yaqin joyda joylashgan Tixvin alyuminiy oksidi zavodi ishga tushirildi. Bundan tashqari, 1939 yil sentyabr oyida Ural alyuminiy zavodi avvalgilariga qaraganda ancha ilg'or va kuchli uskunalar bilan ishga tushirildi, keyin esa Ulug' Vatan urushi yillarida mamlakatning sharqiy hududlarida bir qator yangi alyuminiy zavodlari qurildi.

Tegishli xabarlar:

Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi

Federal ta'lim agentligi

Magnitogorsk davlat texnika universiteti

ular. Nosova

Qora metallurgiya kafedrasi

“Metallurgiya tarixi” fanidan referat.

METALLURGIYA ALyuminiy

izoh

"Alyuminiy metallurgiya" mavzusi ko'rib chiqiladi, bu metallning asosiy xususiyatlari tavsiflanadi. Alyuminiyning kashf etilishi tarixi, uni ishlab chiqarishning mumkin bo'lgan usullari va turli sohalarda qo'llanilishi qisqacha tavsiflanadi.

Kirish

1. Alyuminiyning xossalari

2. Alyuminiyni qo'llash

3. Xom ashyo

4. Alumina ishlab chiqarish

5. Alyuminiyning elektrolitik ishlab chiqarilishi

6. Alyuminiyni qayta ishlash

Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

Kirish

"Metallurgiya" so'zi yunoncha:

metalleuo - qazaman, yerdan qazaman;

metallurge - men ruda qazaman, metallarni qayta ishlayman;

metallon - kon, metall.

Bu so`z fan-texnika sohasi bo`lib, ichaklardan qazib olingan rudalarni qayta ishlash, metallar va qotishmalar olish, ularga ma`lum xossalar berishni qamrab oladi.

Qadimda, oʻrta asrlarda va nisbatan yaqinda, M.V.Lomonosov davrigacha 7 ta metal (oltin, kumush, mis, qalay, qoʻrgʻoshin, temir, simob) borligiga ishonilgan.

1814 yilda shved kimyogari J. Berzelius kamdan-kam istisnolardan tashqari, butun dunyo tomonidan qo'llaniladigan alifbo belgilaridan foydalanishni taklif qildi.

Bugungi kunda fanga 80 dan ortiq metallar ma'lum bo'lib, ularning aksariyati texnologiyada qo'llaniladi.

Jahon amaliyotida metallarning qora (temir va uning asosidagi qotishmalar) va qolganlari - rangli (rangli metallar, ingliz; Nichtei-senmetalle, nemis) yoki rangli metallarga bo'linishi mavjud. Metallurgiya ko'pincha qora va rangli bo'linadi. Hozirgi vaqtda qora metallar dunyoda ishlab chiqarilgan barcha metall mahsulotlarining qariyb 95% ni tashkil qiladi.

Texnologiyada shartli tasnif ham qabul qilingan, unga ko'ra rangli metallar "engil" (alyuminiy, magniy), "og'ir" (mis, qo'rg'oshin va boshqalar), o'tga chidamli (volfram, molibden va boshqalar) ga bo'linadi. , olijanob (oltin, platina va boshqalar) va boshqalar), nodir metallar.

Qora va rangli metallardan foydalangan holda ishlab chiqarilgan mahsulotlar ulushi bugungi kunda davlat yalpi milliy mahsulotining 72-74 foizini tashkil qiladi. Bu XXI asrda metallar, deb bahslasha mumkin. asosiy konstruktiv materiallar bo'lib qoladi, chunki ularning xususiyatlari, ishlab chiqarish samaradorligi va iste'moli qo'llanilishining aksariyat sohalarida tengsizdir.

Iste'mol qilinadigan ~800 million tonna metallarning ~750 million tonnasi po'lat, 20-22 million tonnasi alyuminiy, 8-10 million tonnasi mis, 5-6 million tonnasi rux, 4-5 million tonnasi qo'rg'oshin (qolganlari) -< 1 млн. т).

Zamonaviy texnologiya uchun eng qimmatli va muhim metallardan faqat bir nechtasi er qobig'ida ko'p miqdorda topilgan: alyuminiy (8,8%), temir (4,65%), magniy (2,1%), titan (0,63%).

Engil metallarning ruda konlari odatda alyuminiyli rudalarni o'z ichiga oladi; alyuminiyning asosiy yetkazib beruvchisi boksitlar, shuningdek, alunitlar, nefelinlar va turli gillardir. Rangli metallarning ruda konlariga mis, qoʻrgʻoshin va rux, kobalt, nikel, surma konlari kiradi. Ulardan eng kattasidagi metallar zahirasi o'nlab million tonnadan yuzlab tonnagacha, rudadagi metallarning odatdagi miqdori - bir necha foizni tashkil qiladi.

Olingan materiallarning massasi ruda tarkibidagi metallar miqdoridan bir necha baravar ko'p bo'lib, aksariyat hollarda tabiiy rudalardan foydali komponentlarni to'g'ridan-to'g'ri ajratib olish iqtisodiy jihatdan foydali emas.

Arxeologik qazishmalar shuni ko'rsatadiki, insonning metallar bilan tanishishi bizdan juda uzoq vaqtlarga borib taqaladi. Birinchi bronza buyumlar miloddan avvalgi 3000 yilda mis va qalay rudalarini ko'mir bilan eritish aralashmasidan olingan deb ishoniladi. Koʻp vaqt oʻtgach, misga qalay va boshqa metallar (alyuminiy, berilliy, kremniy nikel va boshqalar) qoʻshib bronzalar ishlab chiqarila boshlandi. Hozirgi vaqtda temir, marganets va nikel qo'shilgan alyuminiy bronzalar (5-12% Al) eng keng tarqalgan.

Hozirgi vaqtda metallurgiya ishlab chiqarish milliy iqtisodiyotning ustuvor tarmoqlaridan biri hisoblanadi.

1. ALyuminiyning XUSUSIYATLARI

Alyuminiyni birinchi marta 1825 yilda Daniya fizigi X. Oersted olgan. Bu elementning nomi lotin alumenidan kelib chiqqan, chunki alum qadimda gazlamalarni bo'yash uchun ishlatilgan.

Alyuminiy juda ko'p qimmatli xususiyatlarga ega: past zichlik - taxminan 2,7 g / sm 3, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi - taxminan 300 Vt / (m. K) va 13,8 yuqori elektr o'tkazuvchanligi. 10 7 Ohm / m, yaxshi egiluvchanlik va etarli mexanik kuch.

Alyuminiy ko'p elementlarga ega qotishmalar hosil qiladi. Eritilgan holatda alyuminiy suyuqlikdir va qoliplarni yaxshi to'ldiradi; qattiq holatda u yaxshi deformatsiyalanadi va osongina kesilishi, lehimlanishi va payvandlanishi mumkin.

Alyuminiyning kislorodga yaqinligi juda yuqori. Oksidlanish jarayonida ko'p miqdorda issiqlik chiqariladi (~ 1670000 J / mol). Nozik maydalangan alyuminiy qizdirilganda yonadi va havoda yonadi. Alyuminiy havoda va atmosfera sharoitida kislorod bilan birlashadi. Bunday holda, alyuminiy alyuminiy oksidi yupqa (~ 0,0002 mm qalinlikdagi) zich plyonka bilan qoplangan, bu uni keyingi oksidlanishdan himoya qiladi; shuning uchun alyuminiy korroziyaga chidamli. Alyuminiy quduqning yuzasi erigan holatda ham ushbu plyonkaning oksidlanishidan himoya qiladi.

Alyuminiy qotishmalaridan duralumin va siluminlar eng katta ahamiyatga ega.

Duraluminning tarkibi alyuminiyga qo'shimcha ravishda 3,4-4% Cu, 0,5% Mn va 0,5% Mg ni o'z ichiga oladi, 0,8% dan ko'p bo'lmagan Fe va 0,8% Si ruxsat etiladi. Duralumin yaxshi deformatsiyalangan va mexanik xususiyatlariga ko'ra po'latning ba'zi navlariga yaqin, garchi u po'latdan 2,7 baravar engilroq (duralumin zichligi 2,85 g / sm 3).

Ushbu qotishmaning mexanik xususiyatlari issiqlik bilan ishlov berish va sovuq deformatsiyadan keyin ortadi. Kesish kuchi 147-216 MPa dan 353-412 MPa gacha, Brinell qattiqligi esa 490-588 dan 880-980 MPa gacha oshadi. Bunday holda, qotishmaning nisbiy cho'zilishi deyarli o'zgarmaydi va ancha yuqori bo'lib qoladi (18-24%).

Siluminlar alyuminiyning kremniy bilan quyilgan qotishmalari. Ular yaxshi quyish va mexanik xususiyatlarga ega.

2. ALyuminiy QO'LLANISHLAR

Alyuminiy va qotishmalari aviatsiya, transport, metallurgiya, oziq-ovqat sanoati va boshqalar kabi ko'plab sohalarda keng qo'llaniladi. Aviatsiya, avtomobil va traktor sanoatida samolyot kuzovlari, motorlar, silindr bloklari, vites qutilari, nasoslar va boshqa qismlar, kimyo mahsulotlarini saqlash uchun idishlar . Alyuminiy kundalik hayotda, oziq-ovqat sanoatida, atom energetikasida va kosmik kemalarda alyuminiy va uning qotishmalaridan keng qo'llaniladi.

Alyuminiyning kislorodga yuqori kimyoviy yaqinligi tufayli u metallurgiyada oksidlovchi sifatida ishlatiladi, shuningdek, aluminotermik jarayon deb ataladigan usul yordamida qayta tiklanishi qiyin bo'lgan metallarni (kaltsiy, litiy va boshqalar) olish uchun ishlatiladi.

Dunyoda umumiy metall ishlab chiqarish bo'yicha alyuminiy temirdan keyin ikkinchi o'rinda turadi. ,

3. XOMASHYO

Alyuminiy ishlab chiqarishning asosiy zamonaviy usuli elektrolitik usul bo'lib, u ikki bosqichdan iborat. Birinchisi, ruda xomashyosidan alyuminiy oksidi (Al 2 O 3) olish va ikkinchisi, alyuminiy oksididan elektroliz yoʻli bilan suyuq alyuminiy olish.

Alyuminiy rudalari. Yuqori kimyoviy faollik tufayli alyuminiy tabiatda faqat bog'langan holda uchraydi: korund Al 2 O 3, gibbsit Al 2 O 3. 3H 2 O, boehmit Al 2 O 3. H 2 O, siyanit 3Al 2 O 3, 2SiO 2, nefelin (Na, K) 2 O. Al 2 O 3. 2SiO 2, kaolinit Al 2 O 3, 2SiO 2. 2H 2 O va boshqalar. Hozirgi vaqtda asosiy alyuminiy rudalari boksitlar, shuningdek, nefelinlar va alunitlardir.

boksitlar. Boksitlarda alyuminiy asosan alyuminiy gidroksidlari (gibbsit, bekmit va boshqalar), korund va kaolint shaklida uchraydi. Boksitning kimyoviy tarkibi ancha murakkab. Ular ko'pincha 40 dan ortiq kimyoviy elementlarni o'z ichiga oladi. Ulardagi alumina miqdori 35-60%, kremniy oksidi 2-20%, Fe 2 O 3 oksidi 2-40%, titan oksidi 0,01-10%. Boksitlarning muhim xususiyati ularning tarkibidagi Al 2 O 3 ning og'irligi bo'yicha SiO 2 ga nisbati - kremniy moduli.

Mamlakatimizdagi yirik boksit konlariga Tixvinskoye (Leningrad viloyati), Severouralskoye (Sverdlovsk viloyati), Yujnouralskoye (Chelyabinsk viloyati), Toʻrgʻay va Krasnooktyabrskoye (Qoʻstanay viloyati) kiradi.

Nefelinlar nefelin siyenitlari va urtitlarning bir qismidir. Kola yarim orolida urtitlarning katta koni joylashgan. Urtitning asosiy komponentlari nefelin va apatit 3Ca 3 (PO 4) 2 dir. CaF2. Ular nefelin apatit kontsentratlarini chiqarish bilan flotatsion boyitishdan o'tkaziladi. Apatit kontsentrati fosforli o'g'itlar tayyorlash uchun, nefelin konsentrati esa alumina ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Nefelin konsentratida, %: 20-30 Al 2 O 3, 42-44 SiO 2, 13-14 Na 2 O, 6-7 K 2 O, 3-4 Fe 2 O 3 va 2-3 CaO mavjud.

Alunitlar asosiy alyuminiy sulfat va kaliy (yoki natriy) K 2 SO 4 dir. Al 2 (SO 4) 3 . 4 Al(OH) 3 . Ularda Al 2 O 3 miqdori past (20-22%), ammo ular boshqa qimmatli komponentlarni o'z ichiga oladi: sulfat angidrid SO 3 (~ 20%) va gidroksidi Na 2 O, K 2 O (4-5%). Shunday qilib, ular, nefelinlar kabi, murakkab xom ashyo hisoblanadi.

Boshqa xom ashyo. Alumina ishlab chiqarishda ishqoriy NaOH, ba'zan ohaktosh CaCO 3, alumina elektrolizida kriolit Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3) va ozgina alyuminiy ftorid AlF 3, shuningdek CaF 2 va MgF 2 ishlatiladi.

4. ALYUMINA ISHLAB CHIQARISH

Chet elda deyarli barcha alyuminiy oksidi boksitlardan asosan Bayer usulida (K.I. Bayer avstriyalik muhandis, Rossiyada ishlagan), mahalliy zavodlarda alyuminiy oksidi boksitlardan Bayer usulida, boksit va nefelinlardan esa sinterlash usulida olinadi. Bu ikkala usul aluminiy oksidini rudalardan ajratishning ishqoriy usullariga tegishli. SiO 2 ning past miqdori bo'lgan boksitni qayta ishlash uchun Bayer usulidan foydalanish iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiqdir (Al 2 O 3 / SiO 2 kremniy moduli bilan 5-7 dan ortiq), chunki SiO 2 miqdori ko'proq va ko'proq Al 2 O 3 va jarayonda ishlatiladigan gidroksidi Na 2 O kimyoviy birikmasini hosil qilish uchun yo'qoladi. Al 2 O 3. 2SiO2. 2H2O.

Kremniy moduli 5-7 dan kam bo'lgan boksitni qayta ishlash uchun sinterlash usuli ancha tejamkor. Aluminaga boy boksit konlarining kamayishi va ishlab chiqarishga kambag'al boksitlarning jalb etilishi tufayli alumina ishlab chiqarishda Bayer usulining ulushi kamayib, sinterlash usulining ulushi ortib bormoqda.

Bayer usuli

Bayer jarayoni, alyuminiy oksidini boksitdan ajratib olish usuli, yuvishga asoslangan bo'lib, uning maqsadi boksit tarkibidagi alyuminiy oksidini eritib, boksitning qolgan komponentlarini eritmaga o'tkazmaslikdir. Usul qaytariladigan kimyoviy reaktsiyaga asoslangan:

Al 2 O 3, nH 2 O +2 NaOH \u003d Na 2 O. Al 2 O 3 + (n + 1)H 2 O

Reaksiya o'ng tomonga o'tganda, natriy aluminat ko'rinishidagi alumina eritmaga o'tadi va reaktsiyaning teskari yo'nalishida hosil bo'lgan gidratlangan Al 2 O 3 cho'kadi.

1. Boksitni yuvishga tayyorlash. Boksit maydalanadi va 0,05 - 0,15 mm fraksiyalarga qo'shilgan gidroksidi va ishqorli aylanma eritmalar muhitida maydalanadi, yuvishni faollashtirish uchun ozgina ohak ham qo'shiladi.

2. Yuvish. Maydalash paytida olingan pulpa yuvish uchun yuboriladi. Yuqoridagi reaktsiyaning to'liq borishi uchun o'ngga (natriy aluminatining hosil bo'lishi), ishqoriy muhit, yuqori bosim (~ 3 MPa), pulpani 100 - 240 0 S gacha qizdirish (boksit darajasiga qarab) va uning uzoq davom etishi kerak. (taxminan 2 soat) aralashtirish talab qilinadi. Bunday sharoitlar avtoklavlarda - bosim ostida ishlaydigan idishlarda taqdim etiladi. Qo'llaniladigan avtoklavlar (2-rasm) diametri 1,6 - 2,5 va balandligi 13,5 - 17,5 m bo'lgan po'lat silindrsimon idish Avtoklavdagi bosim 2,5 - 3,3 MPa, pulpa yuqoridan, pastdan oziqlanadi. quvur 2 pufakchali 3 - uni isitadigan va aralashtiradigan bug '. Pulpa trubka 1 orqali avtoklavdan siqib chiqariladi.

Pulpa odatda ketma-ket o'rnatilgan 6-10 ta avtoklav batareyasidan o'tkaziladi, bu erda pulpa tarkibidagi Al 2 O 3, H 2 O, Al 2 O 3, 3H 2 O va Al 2 O 3 ko'rinishidagi alumina bilan reaksiyaga kirishadi. ishqorni ~ 2 soat davomida (reaktsiya yuqorida keltirilgan), Na 2 O ga aylanadi. Al 2 O 3. Pulpa birinchi avtoklavga nasos yordamida tushiriladi, ~ 150 0 S ga oldindan qizdiriladi, oxirgi avtoklavdan pulpa ikkita avtoklav-bug'latgichga kiradi, ularda bosim atmosfera bosimiga tushiriladi. Mahsulot aluminat eritmasi (tarkibida Na 2 O. Al 2 O 3) va loydan (qolgan boksit aralashmalari cho'kmaga tushadigan cho'kma) iborat avtoklavlangan atala hisoblanadi.

3. Pulpa suv bilan suyultirilgandan so'ng aluminat eritmasi va loyni ajratish quyuqlashtiruvchilarda (cho'ktirgichlarda) - diametri 15 - 50 m bo'lgan idishlarda amalga oshiriladi, ularning tubida loy cho'kadi va cho'kma aluminat eritmasi drenajlanadi. tepa orqali. U qo'shimcha ravishda filtrlardan o'tadi va keyingi operatsiyaga - parchalanishga yuboriladi. Olingan qizil loy (F 2 O 3 zarralari bilan bo'yalgan) axlatxonaga tushadi, loy tarkibida,%:

Al 2 O 3 12-18, SiO 2 6-1, F 2 O 3 44-50, CaO. 8-13

4. Alyuminiy eritmasining parchalanishi yoki burish deb ataladigan parchalanishi alyuminiyni eritmadan cho'kmaga Al 2 O 3, 3H 2 O shaklida o'tkazish uchun amalga oshiriladi, buning uchun yuqoridagi yuvish reaktsiyasi ta'minlanadi. chap, Al 2 O 3, 3H 2 O hosil bo'lishi tomon. Bu reaksiya chapga borishi uchun bosimni pasaytirish, eritmani suyultirish va sovutish, urug'larni va pulpani etarli miqdorda olish uchun kiritish kerak. Al 2 O 3, 3H 2 O ning yirik kristallari 50-90 soat davomida aralashtiriladi.

Bu jarayon ketma-ket o'rnatilgan va aylanma sifonlar bilan bog'langan bir qator parchalanuvchilarda amalga oshiriladi, ular orqali pulpa ketma-ket o'tadi. Mexanik aralashtirish bilan 10-11 parchalovchi yoki pulpani havo bilan aralashtiruvchi 16-28 parchalovchi ketma-ket o'rnatiladi.

5. Alyuminiy gidroksid kristallarini eritmadan ajratish va kristallarni o'lchamlari bo'yicha tasniflash. Parchalanishdan keyin pulpa quyuqlashtiruvchi moddalarga kiradi, bu erda gidroksid eritmadan ajratiladi. Gidroseparatorlarda olingan gidroksid zarracha kattaligi 40-100 mkm bo'lgan fraktsiyaga va parchalanish uchun urug' sifatida ishlatiladigan mayda fraktsiyaga bo'linadi. Katta fraksiya yuviladi, filtrlanadi va kaltsiylash uchun yuboriladi.

6. Alyuminiy gidroksidni kaltsiylash yoki suvsizlantirish, tabiiy gaz yoki mazut bilan isitiladigan diametri 2,5-5 va uzunligi 35-110 m bo'lgan shamotli quvurli aylanma pechlarda amalga oshiriladi. Gidroksid aylanuvchi baraban bo'ylab sekin-asta 200-300 0 S oqimga qarab, burner yaqinida ~ 1200 0 S gacha yuklash joyida aralashtiriladi, reaktsiya sodir bo'ladi: Al 2 O 3 , 3H 2 O = Al 2 O. 3 + , 3H 2 O, 900 0 S da tugaydi. Mahsulot Al 2 O 3 alumina (oq kukun).

Ta'riflangan Bayer jarayoni yordamida alumina qazib olish taxminan 87% ni tashkil qiladi. ,

Sinterlash usuli

Usul kremniy moduli 5-7 dan kam bo'lgan yuqori kremniyli boksitdan va nefelin rudalaridan alyuminiy oksidi olish uchun ishlatiladi; usul har qanday alyuminiy xomashyosini qayta ishlash uchun ham javob beradi.

Usulning mohiyati qattiq aluminatlarni yuqori (~ 1300 0 S) haroratlarda sinterlash va olingan sinterni keyinchalik yuvish yo'li bilan olishdir.

Boksitdan alyuminiy oksidi olish. Ushbu jarayonning asosiy bosqichlari quyidagilardan iborat.

Sinterlash uchun tayyorgarlik. Boksit va ohaktosh maydalangandan keyin tegirmonlarda qayta ishlangan soda eritmasi muhitida yangi soda qo'shilgan holda maydalanadi, namlik miqdori 40% bo'lgan pulpa olinadi.

Sinterlash diametri 5 m gacha va uzunligi 185 m gacha bo'lgan isitiladigan quvurli aylanma pechlarda amalga oshiriladi.Penchdagi harorat pulpa oziqlantirish nuqtasida 200 -300 0 S dan ~ 1300 0 S gacha ko'tariladi. bo'shatish uchi burnerda. Qizdirilganda alyuminiy oksidi suvda eriydigan natriy aluminatga aylanadi:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 O. Al 2 O 3 + CO,

va kremniy kam eriydigan silikatlar bilan bog'lanadi: SiO 2 + 2CaO = 2CaO. SiO2. Boksit soda bilan ham reaksiyaga kirishib, Na 2 O hosil qiladi. Fe2O3. Ushbu kimyoviy birikmalar sinterlanadi, qisman eritilgan qismlarni hosil qiladi - sinter.

Qovurilgan pechdan so'ng, tort muzlatgichlarda sovutiladi, 6-8 mm zarracha o'lchamiga qadar maydalanadi va yuvish uchun yuboriladi.

Yuvish turli konstruksiyali apparatlarda oqim usulida issiq suv bilan amalga oshiriladi: diffuzorlar (silindrsimon idishlar, bu erda sinter qismlarga bo'linadi va tushiriladi), konveyerli yuvish vositalarida va hokazo. Eng ilg'orlar uzluksiz quvurli yuvish vositalaridir (3-rasm). . Bunker 1 orqali 26 m balandlikdagi idishga yuklangan sinter, sektor tushirgichlar 2 tomonidan uzluksiz tushirish tufayli pastga siljiydi va suvning qarshi oqimi bilan yuviladi. Natriy aluminat suvda eriydi, suv natriy ferrit Na 2 O ni parchalaydi. Fe 2 O 3 va Fe 2 O 3 cho'kmalari. Yuvish mahsulotlari alüminat eritmasi va Fe 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2, CaO ni o'z ichiga olgan qizil loydir. Bir oz kremniy oksidi aluminat eritmasiga gidrosilikatlar shaklida o'tadi va shuning uchun eritma kremniysizlanishga duchor bo'ladi.

Aluminat eritmasining silikonsizlanishi avtoklavlar akkumulyatorida uzoq vaqt davomida (~ 2,5 soat) 150 - 170 0 S haroratda ta'sir qilishda amalga oshiriladi. Bunday sharoitlarda suvda erimaydigan Na 2 O birikmasining kristallari o'sadi. Al 2 O 3. 2SiO 2, 2H 2 O (ba'zan eritmaga ohak qo'shiladi, bu holda CaO, Al 2 O 3 kristallari hosil bo'ladi. 2SiO 2, 2H 2 O). Pulpa aluminat eritmasi va cho'kma - oq loydan iborat avtoklavlardan chiqadi. Keyinchalik, eritma qalinlash va filtrlash orqali oq loydan ajratiladi. Oq loy sinterlash zaryadiga kiradi va eritma karbonizatsiya uchun yuboriladi.

Karbonizatsiya alyuminiyni Al 2 O 3 cho'kmasiga ajratish maqsadida amalga oshiriladi. 3H 2 O (karbonizatsiya Bayer jarayonida parchalanish o'rnini bosadi). Karbonizatsiya 10 -14% CO 2 bo'lgan sinterlash pechlarining chiqindi gazlari eritmasidan o'tib, hajmi 800 m 3 gacha bo'lgan silindrsimon yoki silindrsimon shakldagi idishlarda amalga oshiriladi. Gazlar eritmani aralashtirib, natriy alüminatni parchalaydi:

Na2O. Al 2 O 3 + CO 2 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3. 3H 2 O + Na 2 CO 3

va alyuminiy gidroksid cho'kmalari.

Keyinchalik, Bayer usulidagi kabi bir xil texnologik operatsiyalar amalga oshiriladi: Al 2 O 3 ni ajratish. Eritmadan 3H 2 O va kalsinatsiya - alyuminiy oksidi Al 2 O 3 ni olish uchun quvurli pechlarda kaltsiylash orqali alyuminiy gidroksidni suvsizlantirish.

1 tonna alumina olish uchun materiallarning taxminiy iste'moli, t: boksit 3,2 - 3,6; ohaktosh 1,35; ohak 0,025; soda kuli 0,19; mos yozuvlar yoqilg'isi 1,1 - 1,2; elektr energiyasi ~ 800 kVt.

Nefelinlardan alyuminiy oksidi olish. Nefelin konsentrati yoki ruda va ohaktosh maydalangandan keyin suvli muhitda maydalanadi va sinterlash uchun pulpa olinadi. Nefelin tarkibida gidroksidi borligi sababli, soda zaryadiga qo'shimchalar kerak emas.

Sinterlash diametri 3-5 va uzunligi 190 m gacha bo'lgan isitiladigan quvurli aylanadigan pechlarda amalga oshiriladi; pulpa o'choqqa gaz tomondan quyiladi, bu erda harorat 200 - 300 0 S, tushirish oxirida esa 1300 0 S ga etadi. Isitish jarayonida nefelin ohaktosh bilan o'zaro ta'sir qiladi:

(Na, K) 2 O.Al 2 O 3 . 2SiO 2 + 4 CaCO 3 \u003d (Na, K) 2 O. Al 2 O 3 + 2(2CaO. SiO 2) + 4CO 2

Bu reaksiya natijasida nefelin tarkibiga kiruvchi Na 2 O va K 2 O aluminaning suvda eriydigan aluminatlarga aylanishini ta'minlaydi, CaO esa kremniyni yomon eriydigan dikalsiy silikatiga bog'laydi. Olingan pirojnoe muzlatgichlarda sovutiladi va maydalanadi.

Nefelin tortini yuvish uni maydalash bilan birlashtiriladi va karbonizatsiyadan so'ng olingan ishqorli eritma bilan issiq suvda shar yoki novda tegirmonlarida amalga oshiriladi. Yuvish jarayonida aluminatlar suvda eriydi va sement ishlab chiqarishga ketadigan ohak-kremniyli loy qoldiqlari.

Aluminat eritmasining kremniysizlanishi ikki bosqichda amalga oshiriladi. Birinchisi avtoklavlarda 1,5-2 soat davomida 150-170 0 S haroratda amalga oshiriladi; bu holda, kremniy o'z ichiga olgan aluminosilikatlar cho'kadi, bu cho'kma sinterlash zaryadiga kiradi.

Aluminat eritmasining ikkinchi qismi qo'shimcha ravishda mikserlarda ohak qo'shilgan holda ~ 95 0 S da 1,5-2 soat davomida kremniysizlanadi.Bu holda ohak-silikat loy cho'kadi va aluminat eritmasining chuqur kremniysizlanishi ta'minlanadi. Keyin bu eritma kalsinlanadi, alyuminiy gidroksidi va cho'kindidagi chuqur quritilgan soda eritmasi olinadi, undan keyin soda sexida kaliy (K 2 CO 3) va soda kuli (Na 2 CO 3) olinadi; Ushbu sotiladigan mahsulotlarni olish uchun chuqur desilikonizatsiya zarur.

Kalsinatsiya. Alyuminiy gidroksidi aluminat eritmasini qayta ishlashning ikkala tarmog'idan so'ng yuvish va filtrlashdan o'tkaziladi va keyin kalsinatsiyaga (degidratatsiyaga) yuboriladi, bu Bayer usulida bo'lgani kabi alyuminiy oksidi olish bilan bir xil tarzda amalga oshiriladi.

Nefelindan 1 tonna alyuminiy oksidi olish uchun materiallarning taxminiy sarfi, t: nefelin 4; ohaktosh 7; ohak 0,1; mos yozuvlar yoqilg'isi 1,5; elektr energiyasi ~ 1000 kVt.soat Shu bilan birga 1 tonnaga yaqin soda mahsuloti va 10 tonnagacha sement olinadi.

5. ALyuminiyni ELEKTROLITIK ISHLAB CHIQARISH

Alyuminiy eritilgan elektrolizda erigan alyuminiy oksidini elektroliz qilish yo'li bilan olinadi, uning asosiy komponenti kriolitdir. Sof kriolit Na 3 AlF 6 (3NaF . AlF 3)da NaF: AlF 3 nisbati 3 ga teng, elektr energiyasini tejash uchun elektroliz jarayonida bu nisbat 2,6-2,8 oralig'ida bo'lishi kerak, shuning uchun alyuminiy ftorid AlF 3 qo'shiladi. kriolitga. Bundan tashqari, erish nuqtasini pasaytirish uchun elektrolitga ozgina CaF 2, MgF 2 va ba'zan NaCl qo'shiladi. Sanoat elektrolitidagi asosiy komponentlarning miqdori quyidagi chegaralarda, %: Na 3 AlF 6 75-90; AlF 3 5-12; MgF 2 2-5; CaF 2 2-4; Al 2 O 3 2-10.

Elektroliz vannasi yoki elektroliz amalga oshiriladigan hujayra rejada to'rtburchaklar shaklga ega. Po'lat plitalardan yasalgan korpus vannaning devorlarini o'rab oladi va katta vannalar uchun u pastki qismdan yasalgan. Ichkarida shamot qatlami bor, keyin devorlari ko'mir plitalari bilan qoplangan, pastki qismi esa o'choqli ko'mir bloklari bilan yaratilgan. 0,5-0,6 m chuqurlikdagi vanna elektrolit va uning ostida suyuq alyuminiy qatlami bilan to'ldiriladi.

Uglerod anodi po'lat novdalarga osilgan bo'lib, uning pastki uchi elektrolitga botiriladi, oqim shinalardan novdalar orqali anodga beriladi.

Hujayraning kuchi, unga berilgan oqimning kuchi bilan belgilanadi, kam quvvatli vannalar uchun 30 kA dan yuqori quvvatli vannalar uchun 250 kA gacha o'zgaradi.

Oldindan pishirilgan anodli elektroliz vannalari ikki qatorda joylashgan bir nechta uglerod yoki grafit bloklaridan tashkil topgan anod majmuasiga ega. Har bir blokda rodga ulangan to'rtta po'lat nipel mavjud; bu qurilma tokni ta'minlash va jihozni to'xtatib turish uchun xizmat qiladi. Kuygan bloklar yangilari bilan almashtiriladi. Vannaning tepasida gazni qayta tiklash qutisi mavjud.

Pishirilgan anodlardan foydalanish vannalarning birlik sig'imini oshirishga va o'z-o'zidan pishiriladigan elektron pitchini kokslash jarayonida hosil bo'ladigan zararli kanserogen moddalarning chiqarilishini sezilarli darajada kamaytirishga imkon berdi.

Elektron vannalar ustaxonada ketma-ket joylashtirilgan - ketma-ket bir necha o'nlab vannalar.

Elektroliz 4-4,3 V kuchlanishda va ta'kidlanganidek, 0,65-1,0 A / sm 2 ga teng anod orqali o'tadigan o'ziga xos oqim zichligida amalga oshiriladi. Vannadagi elektrolitlar qatlamining qalinligi 150-250 mm. . Vannaning harorati elektrolitlar orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tishida ajralib chiqadigan issiqlik tufayli 950-970 0 S oralig'ida saqlanadi. Bunday haroratlar anod ostida sodir bo'ladi va havo bilan chegarada qotib qolgan elektrolitlar qobig'i va vannaning devorlari yaqinida qotib qolgan elektrolit qatlami (skrubber) hosil bo'ladi.

Vannaning kerakli harorati, ya'ni elektrolitlar qatlamidagi kerakli miqdordagi issiqlikning chiqishi elektrolitlar qatlamining ma'lum bir elektr qarshiligida ta'minlanadi. Bunday elektr qarshilikka elektrolitlar tarkibini va uning o'tkazuvchan qatlamining qalinligini belgilangan chegaralar ichida, ya'ni anod va suyuq alyuminiy qatlami orasidagi masofa 40-60 mm oralig'ida saqlash orqali erishiladi.

Katod va anodga kuchlanish berilganda, suyuq elektrolitning tarkibiy qismlari elektrolitik dissotsiatsiyaga uchraydi va eritma ko'plab kationlar va anionlardan iborat. Elektrolitning tarkibi shunday tanlanadiki, elektrodlardagi tushirish potentsiallari qiymatlariga muvofiq, elektrolitda Al 2 O 3 ning dissotsiatsiyasi paytida hosil bo'ladigan faqat Al 3+ kationlari va O 2-anionlari bo'ladi. , zaryadsizlanishi mumkin.

Katodda chiqarilgan alyuminiy vannaning pastki qismida elektrolitlar qatlami ostida to'planadi. CO va CO 2 gazlarining hosil bo'lishi bilan anodda chiqariladi, ya'ni anodning pastki qismi oksidlanadi va shuning uchun anod vaqti-vaqti bilan tushiriladi. CO va CO 2 gazlari anodlar ostidan yon sirtlari bo'ylab chiqadi, ular tarkibida elektrolitlar va alumina changidan ajralib chiqadigan zaharli ftorid birikmalari mavjud; bu gazlar ushlanib, chang va ftor birikmalaridan tozalanadi.

Jarayon davomida alumina vaqti-vaqti bilan vannalarga yuklanadi; tuzatuvchi qo'shimchalarni kiritish orqali elektrolitlar tarkibini nazorat qilish; regulyatorlar yordamida anodlar va suyuq alyuminiy orasidagi optimal masofa saqlanadi. Alumina vannalarga yuqoridan yuklanadi, buning uchun vannalar bo'ylab harakatlanadigan mashinalar yordamida sinterlangan elektrolitlar qobig'i kesiladi.

Suyuq alyuminiy vannalardan kuniga bir marta yoki 2-3 kundan keyin vakuumli chelaklar yordamida chiqariladi. Vakuumli chelak 1,5-5 tonna alyuminiyni o'z ichiga olgan shamot bilan qoplangan idish bo'lib, unda ~ 70 kPa vakuum hosil bo'ladi. Kema nayiga ulangan qabul qilish trubkasi yuqoridan suyuq alyuminiy qatlamiga botiriladi va cho'milish ichiga so'riladi.

Chiqarilgan anod gazlari birinchi navbatda CO va smola sublimlari yondiriladigan yondirgichlarga, so'ngra chang va ftorid birikmalari ushlanadigan gaz tozalashga yo'naltiriladi.

Zamonaviy elektroliz vannalarining mahsuldorligi kuniga 500-1200 kg alyuminiy. 1 t alyuminiy olish uchun ~ 1,95 t alyuminiy oksidi, ~ 25 kg kriolit, 25 kg alyuminiy ftorid, 0,5-0,6 t anod massasi, 14-16 MVt soat elektr energiyasi sarflanadi. ,

6. ALyuminiyni qayta ishlash

Elektroliz vannalaridan olingan alyuminiy xom alyuminiy deb ataladi. U tarkibida metall va metall bo'lmagan aralashmalar, shuningdek gazlar (vodorod, kislorod, azot, uglerod oksidi, oltingugurt dioksidi) mavjud. Metall bo'lmagan aralashmalar - bu mexanik singdirilgan alyuminiy oksidi zarralari, elektrolitlar, qoplama zarralari va boshqalar.

Mexanik ushlangan aralashmalardan, erigan gazlardan, shuningdek Na, Ca va Mg dan tozalash uchun alyuminiy xlorlanadi. Buning uchun vakuumli po'choqqa trubka kiritiladi, u orqali 10-15 daqiqa davomida gazsimon xlor beriladi va gazning metall bilan aloqa yuzasini oshirish uchun trubaning uchiga g'ovakli keramik tiqinlar biriktiriladi, gaz oqimining kichik pufakchalarga maydalanishini ta'minlash. Xlor alyuminiy bilan kuchli reaksiyaga kirishib, alyuminiy xlorid AlCl 3 ni hosil qiladi. Alyuminiy xlorid bug'lari metall qatlam orqali ko'tariladi va ular bilan to'xtatilgan metall bo'lmagan aralashmalar, gazlarning bir qismi va hosil bo'lgan Na, Ca, Mg va H 2 xloridlari yuqoriga suzib boradi.

Keyinchalik, alyuminiy elektr aralashtirgichli pechlarga yoki reverberli pechlarga quyiladi, u erda 30-45 daqiqa davomida qoladi. Ushbu operatsiyaning maqsadi metall bo'lmagan va gazli qo'shimchalardan qo'shimcha tozalash va turli vannalardan alyuminiyni aralashtirish orqali kompozitsiyani o'rtacha hisoblashdir. Keyin alyuminiy konveyer quyish mashinalarida yoki prokat yoki chizish uchun uzluksiz quyma quyish zavodlarida quymalarga quyiladi. Shu tarzda alyuminiy kamida 99,8% Al tozaligi bilan olinadi.

Yuqori tozalikdagi alyuminiy sanoat miqyosida suyuq alyuminiyni uch qatlamli deb ataladigan usul bo'yicha elektrolitik tozalash orqali olinadi. Elektroliz vannasida magnezit devorlari, ko'mir o'chog'i va yuqoridan osilgan grafit katodlari mavjud. Dastlabki alyuminiy o'choqqa yon teshik orqali quyiladi, bu erda ma'lum bir qalinlikdagi anod qatlami saqlanadi; uning ustida ftor va xlorid tuzlarining elektrolit qatlami, elektrolit ustida esa elektrolitdan engilroq tozalangan alyuminiy qatlami joylashgan; katodlarning uchlari bu qatlamga botiriladi.

Qayta qilingan alyuminiy pastki qismida bo'lishi uchun anod qatlamida alyuminiy-mis qotishmasi hosil qilib, og'irlashadi. Elektroliz jarayonida Al 3+ ionlari anod qatlamidan elektrolitlar qatlami orqali katod qatlamiga o'tadi va bu erda zaryadsizlanadi. Hammom yuzasida to'plangan sof katodli metall to'planadi va ingotlarga quyiladi. Bu usul 99,95% tozaligi bilan alyuminiy ishlab chiqaradi. Elektr energiyasi iste'moli 1 tonna alyuminiy uchun ~ 18000 kVt soatni tashkil qiladi. Sof alyuminiy zonali eritish yoki subgalidlar orqali distillash orqali olinadi.

XULOSA

Ko'rib chiqilgan materialdan alyuminiy sanoatda zarur metallardan biri ekanligi ma'lum bo'ldi. Zamonaviy texnologiyalarni rivojlantirishda alyuminiy metallurgiya muhim o'rin tutadi.

FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO‘YXATI

1. Gabrielyan O.S. Kimyo. - M.: Bustard, 2004

2. Voskoboinikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev A.M. Umumiy metallurgiya. - M .: ICC "Akademkniga", 2004 yil

3. Kulman A.G. Umumiy kimyo. - M.: "Kolos", 1968.

Birinchi marta metall alyuminiy 1821-yilda nemis kimyogari F.Voller tomonidan kimyoviy yoʻl bilan olingan (qizdirilganda alyuminiy xloridni metall kaliy bilan qaytarish yoʻli bilan). 1854 yilda frantsuz olimi Sen-Kler Devil alyuminiy-natriy qo'sh xloridni natriy bilan kamaytirish orqali alyuminiy olishning elektrokimyoviy usulini taklif qildi.

Alyuminiy ishlab chiqarish va ishlab chiqarish

Metall alyuminiy uch bosqichda olinadi:

• Alyuminiy rudalaridan alumina (Al 2 O 3) olish;
• Alyuminiy oksididan alyuminiy olish;
• alyuminiyni qayta ishlash.

Alumina olish

Barcha aluminaning 95% ga yaqini boksit rudalaridan olinadi.

Boksit(Fransuz boksit) (Fransiya janubidagi Baux hududi nomidan keyin) - alyuminiy gidroksidlari, temir va kremniy oksidlari, alyuminiy oksidi va alumina o'z ichiga olgan refrakterlar ishlab chiqarish uchun xom ashyolardan iborat alyuminiy rudasi. Tijorat boksitlardagi alumina miqdori 40% dan 60% gacha va undan ko'p. Bundan tashqari, qora metallurgiyada oqim sifatida ishlatiladi.

1-rasm - Boksit rudasi

Odatda, boksit tuproqli, loyga o'xshash massa bo'lib, tarmoqli, pisolit (no'xatga o'xshash) yoki bir xil tuzilishga ega bo'lishi mumkin. Oddiy ob-havo sharoitida dala shpatlari (er qobig'ining katta qismini tashkil etuvchi va aluminosilikatlar bo'lgan minerallar) gil hosil qilish uchun parchalanadi, ammo issiq iqlim va yuqori namlikda boksitlar ularning parchalanishining yakuniy mahsuloti bo'lishi mumkin, chunki bunday muhit ularni olib tashlashga yordam beradi. ishqorlar va kremniy dioksidi, ayniqsa siyenit yoki gabbrodan. Boksitlar alyuminiyga bosqichma-bosqich qayta ishlanadi: birinchi navbatda alyuminiy oksidi (alyuminiy oksidi), so'ngra metall alyuminiy (kriolit ishtirokida elektrolitik) olinadi.

Boksitlardagi asosiy aralashmalar Fe 2 O 3, SiO 2, TiO 2 dir. Boksitlarning kichik aralashmalariga quyidagilar kiradi: Na 2 O, K 2 O, CaO, MgO, noyob tuproq elementlari, Cr, P, V, F, organiklar.

Odatda boksitlar quyidagilarga bo'linadi:

• rangi bo'yicha;
• asosiy mineral bo'yicha (ko'pincha ular aralashtiriladi);
• yoshiga qarab.

Asosiy mezonlar alyuminiy rudasining sifatlari:

1. Silikon modul (Msi = Al 2 O 3 / SiO 2 (% og'irlik)). Silikon modul qanchalik katta bo'lsa, sifat shunchalik yaxshi bo'ladi (Msi = 7);
2. Fe 2 O 3 bo'yicha temir tarkibi. Agar Fe 2 O 3 ning miqdori taxminan 18 m.% bo'lsa, boksit yuqori temir hisoblanadi. Temir miqdori qancha ko'p bo'lsa, boksitni qazib olish shunchalik qiyin bo'ladi;
3. Oltingugurt tarkibi. Ko'p miqdorda oltingugurt mavjudligi boksitni qayta ishlashni qiyinlashtiradi;
4. CO 3 (2-) bo'yicha karbonatlarning tarkibi. Ko'p miqdorda karbonatlarning mavjudligi boksitni qayta ishlashni qiyinlashtiradi.

Boksitlar qo'llaniladi:

• alumina ishlab chiqarishda;
• abraziv materiallar ishlab chiqarishda;
• o'tga chidamli materiallar ishlab chiqarishda;
• o'choqli po'latni eritish uchun oqim sifatida;
• gazlarni quritish va oltingugurtdan neftni tozalash uchun;
• bo'yoq sifatida.

Bugungi kunga kelib, boksitning asosiy etkazib beruvchilari:

• Avstraliya - Fe, Au, U, Ni, Co, Cu va boshqalarning ulkan konlari ham bor. Xom ashyoni o'zingiz qayta ishlashdan ko'ra Avstraliyadan sotib olish foydaliroq.
• Gvineya - Rossiyada bir nechta o'rindiqlar sotib olingan.
• Markaziy Amerika: Gayana, Yamayka, Suriman.
• Braziliya.

Evropada barcha depozitlar tugaydi. Boksitlar Gretsiyadan etkazib beriladi, ammo bu xom ashyo sifatsiz.

2-rasm - Dunyodagi boksit zahiralari

Quyida Rossiyadagi alyuminiy rudalarining asosiy konlari keltirilgan.

• Birinchi kon 1914 yilda Sankt-Peterburg yaqinida, Tixvin shahri yaqinida topilgan. Ushbu konda 6 ta zavod qurildi. Eng kattasi - Volxov alyuminiy zavodi. Bugungi kunga kelib, Tixvinskoye koni tugaydi va asosan import qilingan xom ashyo asosida ishlaydi.
• 1931 yilda noyob Severo-Uralskoye yuqori sifatli boksit koni (SUBR) topildi. U 1939 yilda Ural alyuminiy zavodi (UAZ) qurilishi uchun asos bo'lib xizmat qildi. Va Janubiy Ural boksit koni (YUBR) negizida Bogoslovskiy alyuminiy eritish zavodi (BAZ) qurildi.
• Severoonejskoye koni Kola yarim oroliga boradigan yo'lda joylashgan. Rejada bor, lekin qurilish sanasi noma'lum.
• Vislovskoe koni kaolit tipidagi sof loy konidir. Alumina uchun ishlatilmaydi.
• Timanskoye koni (Komi Respublikasi, Varkuta). Kanadaliklar bu sohaga qiziqish bildirmoqda, shuning uchun ular zavodlar qurishni rejalashtirmoqda (Komi Sual xolding kompaniyasi).

Boksit rudalaridan alyuminiy oksidi olish

Alyuminiy amfoter bo'lgani uchun alyuminiy oksidi uchta usulda ishlab chiqariladi:

• ishqoriy,
• kislota;
• elektrolitik.

Eng keng tarqalgani ishqoriy usul (K. I. Bayer usuli, o'tgan asrning oxirida Rossiyada ishlab chiqilgan va oz miqdorda (5-6% gacha) kremniy oksidi bo'lgan yuqori navli boksitlarni qayta ishlash uchun ishlatilgan). O'shandan beri uning texnik ko'rsatkichlari sezilarli darajada yaxshilandi. Bayer usulida alumina ishlab chiqarish sxemasi 3-rasmda keltirilgan.

3-rasm - Bayer usuli bilan alumina olish sxemasi

Usulning mohiyati shundan iboratki, alyuminiy eritmalari ularga alyuminiy gidroksid kiritilganda tezda parchalanadi va 169-170 ° C da intensiv aralashtirish sharoitida bug'langandan keyin parchalanishdan qolgan eritma yana boksitlar tarkibidagi alyuminiy oksidini eritishi mumkin. Ushbu usul quyidagi asosiy operatsiyalardan iborat:

1. Tegirmonlarda maydalash va maydalashdan iborat boksitni tayyorlash; tegirmonlar boksit, gidroksidi gidroksidi va oz miqdorda ohak bilan ta'minlanadi, bu esa Al 2 O 3 ning chiqarilishini yaxshilaydi; hosil bo'lgan pulpa yuvish uchun oziqlanadi;

2. Boksitni yuvish (so'nggi paytlarda hozirgacha qo'llanilgan yumaloq shakldagi avtoklav bloklari qisman quvurli avtoklavlar bilan almashtirildi, ularda yuvish 230-250 ° C (500-520 K) haroratda sodir bo'ladi, bu uning kimyoviy parchalanishidan iborat. suvli eritma gidroksidi bilan o'zaro ta'sir qilish; alyuminiy oksidi gidratlari, gidroksidi bilan o'zaro ta'sirlashganda, natriy aluminat shaklida eritmaga kiradi:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

Al(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H2O;

eritmada natriy aluminat va natriy silikat erimaydigan natriy aluminosilikat hosil qiladi; titan va temir oksidlari erimaydigan qoldiqqa o'tib, qoldiqga qizil rang beradi; bu qoldiq qizil loy deb ataladi. Eritma tugagandan so'ng, hosil bo'lgan natriy aluminat ishqorning suvli eritmasi bilan suyultiriladi va haroratni 100 ° C ga tushiradi;

3. Aluminat eritmasini qizil loydan ajratish, odatda maxsus quyuqlashtiruvchi moddalarda yuvish yo'li bilan amalga oshiriladi; buning natijasida qizil loy cho'kadi va aluminat eritmasi drenajlanadi va keyin filtrlanadi (aniqlanadi). Cheklangan miqdorda, loy, masalan, tsement uchun qo'shimcha sifatida ishlatiladi. Boksitning naviga qarab, ishlab chiqarilgan 1 tonna aluminaga 0,6 - 1,0 tonna qizil loy (quruq qoldiq) tushadi;

4. Aluminat eritmasining parchalanishi. U filtrlanadi va aralashtirgichlar (dekompozitorlar) bilan katta idishlarga pompalanadi. Alyuminiy gidroksid Al(OH) 3 60 °C (330 K) ga sovutilganda va doimiy aralashtirilganda o'ta to'yingan eritmadan olinadi. Bu jarayon sekin va notekis davom etayotganligi va alyuminiy gidroksid kristallarining shakllanishi va o'sishi uni keyingi qayta ishlash jarayonida katta ahamiyatga ega bo'lganligi sababli, parchalanuvchilarga - urug'larga katta miqdorda qattiq gidroksid qo'shiladi:

Na 2 O Al 2 O 3 + 4H2O→Al(OH) 3 + 2NaOH;

5. Alyuminiy gidroksidning taqsimlanishi va uning tasnifi; bu gidrotsiklonlarda va vakuum filtrlarida sodir bo'ladi, bu erda aluminat eritmasidan 50 - 60% Al(OH) 3 zarralarini o'z ichiga olgan cho'kma ajratiladi. Gidroksidning katta qismi parchalanish jarayoniga urug'lik materiali sifatida qaytariladi, u o'zgarmagan miqdorda aylanmada qoladi. Suv bilan yuvilgandan keyin qoldiq kalsinlanishga o'tadi; filtrat ham aylanmaga qaytariladi (evaporatorlarda konsentratsiyadan keyin - yangi boksitlarni yuvish uchun);

6. Alyuminiy gidroksidni suvsizlantirish (kalsinlash); bu alumina ishlab chiqarishning yakuniy operatsiyasi; u quvurli aylanadigan pechlarda va yaqinda 1150 - 1300 ° S haroratda materialning turbulent harakati bo'lgan pechlarda ham amalga oshiriladi; xom alyuminiy gidroksidi, aylanadigan pechdan o'tib, quritilgan va suvsizlangan; qizdirilganda quyidagi tarkibiy o'zgarishlar ketma-ket sodir bo'ladi:

Al(OH) 3 → AlOOH → g-Al 2 O 3 → a-Al 2 O 3

200 °C - 950 °C - 1200 °C.

Yakuniy kalsinlangan alumina tarkibida 30 - 50% a-Al2O3 (korund), qolgan qismi g-Al 2 O 2 ni tashkil qiladi.

Bu usulda ishlab chiqarilgan barcha aluminaning 85-87% olinadi. Olingan alumina kuchli kimyoviy birikma bo'lib, erish nuqtasi 2050 ° S.

Elektroliz yo'li bilan alyuminiy olish

Kriolit asosidagi eritmada erigan alyuminiy oksidining elektrolitik qaytarilishi elektrolitik hujayrada 950-970 ° S da amalga oshiriladi. Hujayra uglerod bloklari bilan qoplangan vannadan iborat bo'lib, uning pastki qismiga elektr toki beriladi. Katod vazifasini bajaradigan pastki qismida chiqarilgan suyuq alyuminiy elektrolit tuzi eritmasidan og'irroqdir, shuning uchun u ko'mir bazasida yig'iladi va u erdan vaqti-vaqti bilan pompalanadi (4-rasm). Yuqoridan uglerod anodlari elektrolitga botiriladi, ular alyuminiy oksididan chiqarilgan kislorod atmosferasida yonib, karbon monoksit (CO) yoki karbonat angidridni (CO 2) chiqaradi. Amalda ikki turdagi anodlar qo'llaniladi:

• briketlardan tashkil topgan o'z-o'zidan pishiriladigan Zederberg anodlari, zederberg massasining "nonlari" (25 - 35% ko'mir smolali past kulli ko'mir), alyuminiy qobig'iga to'ldirilgan; yuqori harorat ta'sirida anod massasi yondiriladi (sinterlanadi);
• olovli yoki "uzluksiz", katta uglerod bloklaridan yasalgan anodlar (masalan, 1900 × 600 × 500 mm, og'irligi taxminan 1,1 tonna).

4-rasm - Elektrolizatorning sxemasi

Elektrolizatorlardagi oqim kuchi 150 000 A. Ular tarmoqqa ketma-ket ulanadi, ya'ni tizim (seriya) olinadi - elektrolizatorlarning uzun qatori.

4 - 5 V bo'lgan vannadagi ish kuchlanishi alyuminiy oksidi parchalanadigan kuchlanishdan ancha yuqori, chunki ish paytida tizimning turli qismlarida kuchlanish yo'qotishlari muqarrar. 1 tonna alyuminiy olinganda xom ashyo va energiya balansi 5-rasmda ko'rsatilgan.

5-rasm - 1 tonna alyuminiy ishlab chiqarishda xom ashyo va energiya balansi

Reaksiya idishida alyuminiy oksidi avval alyuminiy xloridga aylanadi. Keyin qattiq izolyatsiyalangan vannada KCl, NaCl ning erigan tuzlarida erigan AlCl 3 ning elektrolizi sodir bo'ladi. Bu jarayonda ajralib chiqadigan xlor so'riladi va qayta ishlash uchun oziqlanadi; alyuminiy katodga yotqiziladi.

Suyuq kriolit-alyuminiy eritmasining (kriolitda erigan Al 2 O 3, Na 3 AlF 6) mavjud elektrolizidan bu usulning afzalliklari quyidagilardan iborat: energiyani 30% gacha tejash; an'anaviy elektroliz uchun mos bo'lmagan alyuminiy oksididan foydalanish imkoniyati (masalan, yuqori kremniy tarkibiga ega Al 2 O 3); qimmat kriolitni arzonroq tuzlar bilan almashtirish; ftorid emissiyasi xavfini bartaraf etish.

Qayta qilingan alyuminiy olish

Alyuminiy uchun suvli tuz eritmalarining parchalanishi bilan elektrolizni tozalash mumkin emas. Ba'zi maqsadlarda kriolit-alyuminiy eritmasini elektroliz qilish natijasida olingan sanoat alyuminiyini (Al 99,5 - Al 99,8) tozalash darajasi etarli bo'lmaganligi sababli, sanoat alyuminiyidan yoki metall chiqindilaridan tozalash yo'li bilan undan ham toza alyuminiy (Al 99,99 R) olinadi. . Eng mashhur tozalash usuli uch qatlamli elektrolizdir.

Uch qatlamli elektroliz orqali tozalash

To'g'ridan-to'g'ri oqimda ishlaydigan po'lat plitalar bilan qoplangan (6-rasm) tozalash vannasi oqim o'tkazgichlari bo'lgan ko'mir o'chog'idan va issiqlik izolyatsiya qiluvchi magnezit qoplamasidan iborat. Kriolit-alyuminiy eritmasining elektrolizidan farqli o'laroq, bu erda anod, qoida tariqasida, eritilgan tozalangan metalldir (pastki anod qatlami). Elektrolit sof ftoridlardan yoki bariy xlorid va alyuminiy va natriy ftoridlar aralashmasidan (o'rta qatlam) iborat. Elektrolitdagi anod qatlamidan erigan alyuminiy elektrolit (yuqori katod qatlami) ustida chiqariladi. Sof metall katod bo'lib xizmat qiladi. Oqim katod qatlamiga grafit elektrod orqali beriladi.

6-rasm - Alyuminiyni tozalash uchun old o'choqli elektrolitik hujayraning diagrammasi (Fulda - Ginzberg bo'yicha)

1 - alyuminiy eritmasi; 2 - elektrolitlar; 3 - yuqori chastotali tozalangan alyuminiy; 4 – grafit katod; 5 - magnezit devori; 6 - oldingi shox; 7 - izolyatsion qatlam; 8 - lateral izolyatsiya; 9 - ko'mir o'chog'i; 10 - anodli o'tkazgich; 11 - o'choqni izolyatsiya qilish; 12 - temir quti; 13 - qopqoq

Hammom 750 - 800 ° S haroratda ishlaydi, quvvat iste'moli 1 kg sof alyuminiy uchun 20 kVt / soatni tashkil qiladi, ya'ni an'anaviy alyuminiy elektroliziga qaraganda bir oz yuqori.

Anod metallida 25-35% Cu bor; 7 - 12% Zn; 6 – 9% Si; 5% gacha Fe va oz miqdorda marganets, nikel, qo'rg'oshin va qalay, qolganlari (40 - 55%) alyuminiydir. Tozalash jarayonida barcha og'ir metallar va kremniy anod qatlamida qoladi. Elektrolitda magniyning mavjudligi elektrolitlar tarkibidagi kiruvchi o'zgarishlarga yoki uning kuchli shlaklanishiga olib keladi. Magniyni olib tashlash uchun magniyni o'z ichiga olgan cüruflar fluxlar yoki gazsimon xlor bilan ishlanadi.

Qayta ishlash natijasida og'ir metallar va kremniy bo'lgan va ishqoriy eritma va kristall qoldiq shaklida izolyatsiya qilingan sof alyuminiy (99,99%) va segregatsiya mahsulotlari (Ziger mahsuloti) olinadi. Ishqoriy eritma chiqindi hisoblanadi, qattiq qoldiq esa kislotasizlantirish uchun ishlatiladi.

Qayta qilingan alyuminiy odatda quyidagi tarkibga ega, %: Fe 0,0005 - 0,002; Si 0,002 - 0,005; Cu 0,0005 - 0,002; Zn 0,0005 - 0,002; Mg izlari; Dam oling.

Qayta qilingan alyuminiy belgilangan tarkibda yarim tayyor mahsulotga qayta ishlanadi yoki magniy bilan qotishtiriladi (1-jadval).

1-jadval - DIN 1712 ga muvofiq yuqori toza alyuminiy va birlamchi alyuminiyning kimyoviy tarkibi, 1-varaq

		Ruxsat etilgan aralashmalar*, %
			shu jumladan

* Iloji boricha an'anaviy tadqiqot usullari bilan aniqlash.

** Elektrotexnika uchun sof alyuminiy (alyuminiy o'tkazgichlar) 0,03% dan ko'p bo'lmagan (Ti + Cr + V + Mn) o'z ichiga olgan birlamchi alyuminiy 99,5 shaklida etkazib beriladi; bu holda E-A1 sifatida belgilangan, material raqami 3.0256. Aks holda VDE-0202 ga mos keladi.

Organoalyuminiy kompleks birikmalari va zonali eritish orqali tozalash

A1 99,99 R sinfidagi yuqori tozalikdagi alyuminiyni elektrolit sifatida alyuminiyning murakkab organoalyuminiy birikmalaridan foydalangan holda sof yoki tijorat sof alyuminiy elektrolizini tozalash yo'li bilan olish mumkin. Elektroliz qattiq alyuminiy elektrodlari orasida taxminan 1000 ° S haroratda sodir bo'ladi va printsipial jihatdan misni tozalash elektroliziga o'xshaydi. Elektrolitning tabiati havosiz va past oqim zichligida ishlash zarurligini ta'kidlaydi.

Dastlab faqat laboratoriya miqyosida qo'llaniladigan bunday tozalash elektroliz allaqachon kichik sanoat miqyosida amalga oshirilgan - yiliga bir necha tonna metall ishlab chiqariladi. Olingan metallni nominal tozalash darajasi 99,999 -99,9999% ni tashkil qiladi. Ushbu tozalikdagi metallni qo'llashning potentsial sohalari kriogen elektrotexnika va elektronikadir.

Elektrokaplamada ko'rib chiqilgan tozalash usulidan foydalanish mumkin.

Bundan ham yuqori tozalik - nominal A1 99,99999 gacha - metallni keyingi zonali eritish orqali olinishi mumkin. Yuqori toza alyuminiyni yarim tayyor mahsulotga, qatlamga yoki simga qayta ishlashda metallning past qayta kristallanish haroratini hisobga olgan holda, maxsus ehtiyot choralarini ko'rish kerak. Qayta qilingan metallning ajoyib xususiyati uning kriogen haroratlar hududida yuqori elektr o'tkazuvchanligidir.