Содержание     |    следующая

Алюминий в электротехнике

Распространенность алюминия в земной коре и основные методы его получения

Содержание алюминия в земной коре составляет 7,5%. Однако несмотря на это алюминий не находил ранее, технического применения из-за трудности его получения из руд, в то время как медь, содержание которой в земной коре составляет 0,1%, применяется давно, так как чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии.

В настоящее время алюминий широко используется в различных областях промышленности и приобрёл такое значение, что без него невозможно развитие; электротехники, ни авиации, ни транспорта.

За последнее время в связи с острой дефицитностью меди интерес к алюминию значительно возрос.

Непрерывное увеличение производства требует усовершенствования технологии получения алюминия. В настоящее время значительно упрощены процессы производства алюминия, причем это относится не только к электрометаллургии алюминия, но и к изготовлению из него сплавов.

Боксит — почти единственная алюминиевая руда, и увеличение добычи боксита обусловлено исключительно быстрым ростом спроса на алюминий.

В табл. 1-1 приведены данные о мировой добыче боксита с 1947 г., а в табл. 1-2 показано мировое производство глинозема.

Сравнение данных этих таблиц показывает, что лишь небольшая часть добываемого боксита расходуется для иных целей, чем производство глинозема и алюминия. На производство 1 т глинозема расходуется 2,2—2,5 т боксита, а 90% добываемого боксита перерабатывается на глинозем.

После второй мировой войны отмечен быстрый рост производства алюминиевой продукции в мире. Выплавка технического алюминия увеличилась в 4,5 раза. В табл. 1-3 представлены данные мирового производства алюминия.

На рис. 1-1 представлен график роста мирового потребления алюминия в капиталистических странах. Так как темп роста остается почти неизменным, то можно полагать, что в ближайшие пять-шесть лет произойдет увеличение потребления алюминия в 2 раза. Основной алюминиевой рудой является боксит. Решающим с точки зрения промышленной оценки является содержание в бокситах глинозема и кремнезема. Ранее перерабатывали только бокситы, содержащие менее 3% Si02; в настоящее время допустимо содержание Si02 около 5%; если содержание А1203 достаточно велико, содержание остальных составляющих боксита несущественно. Имеет значение и то обстоятельство, каким минералом в боксите представлена гидроокись алюминия. Бокситы по своему происхождению различаются не только по химическому и минеральному составу, но и по структурным свойствам.

.

Способ переработки руды выбирают в зависимости от природы содержащихся в ней алюминиевых минералов. Гидроокиси алюминия растворяются в крепких щелочах, а. с опутствующие им соединения железа не растворяются. Поэтому щелочные растворы являются хорошим средством для разделения главных составных частей боксита.

Одним из основных методов получения глинозема из бокситов является метод (процесс) Байера. Сущность этого метода состоит в том, что гидроокиси алюминия, входящие в состав бокситов, при нагревании растворяются в едкой щелочи (330—350 г/л Na20) с образованием алюмината натрия, а затем при охлаждении с перемешиванием разбавленных растворов выделяется чистая гидроокись алюминия и освобождается едкая щелочь.

При растворении боксита образуется истинный раствор алюмината натрия по реакции

В процессе Байера выкристаллизовывается гидроаргиллит, а содержание свободной щелочи увеличивается. В результате этого стойкость раствора увеличивается до полного прекращения выпадения гидроокиси, что происходит после того, как около 60% растворенного алюминия в виде гидроаргиллита выпадает из раствора.

Процесс Байера практически может быть применен к любым бокситам, в которых содержится гидроокись алюминия различной кристаллической структуры.

На рис. 1-2 представлена схема производства глинозема по методу Байера.

Основное преимущество процесса Байера перед другими заключается в том, что железо—основная примесь алюминия в боксите — отделяется уже в начале процесса в виде отхода как побочный продукт.

Кроме этого способа, применяются еще способы получения глинозема методом спекания во вращающихся печах и плавки на известковый шлак в шахтных или электрических печах. Подробно эти методы освещены в книге Лайнера. Если алюминий находится в руде в составе алюмосиликатов, то может быть применен способ кислотного растворения.

В настоящее время алюминий выплавляется из глинозема электролизом расплавленных солей. Так как окись алюминия плавится при температуре выше 2 000° С , в качестве растворителя применяют криолит, который плавится около 1 000° С и хорошо растворяет окись алюминия. Криолит по отношению ко всем веществам, кроме графита, весьма активен, поэтому электролизные печи выкладывают графитом (последний служит катодом). В качестве анода применяют тоже угольный блок. На аноде образуется в основном двуокись углерода, на катоде выделяется более плотный по сравнению с электролитом алюминий. Алюминий откачивается ежедневно или несколько раз в день (в зависимости от величины ванны) в ковш, выложенный огнеупором, затем алюминий подается в литейный цех. Выплавленный в электролизерах алюминий из ковша переливается в миксеры. Черновой металл, как правило, загрязнен взвесью пленок А1203 и содержит около 0,2—0,4 мл водорода на 100—150 г.. Присутствие водорода в алюминии частично может быть объяснено некоторой влажностью исходного глинозема.

Металл перед разливом в слитки для проката или прессования очищается путем многочасового отстаивания в миксерах при температуре около 720 С.

В течение этого времени выделяются пузырьки водорода, которые, обладая флотирующим действием, выносят частицы окиси алюминия на поверхность. Флотирующее действие водорода может быть усилено путем продувания хлора через расплавленный алюминий, после чего окислы снимаются с поверхности алюминия.

В настоящее время отстаивание заменяют вакуумированием в специальных миксерах, в которых непосредственно перед разливом создают разряжение 0,1 — 0,5 мм рт . ст.

Литье производится непрерывным способом, позволяющим получить заготовки или под прокат, или под прессование.

Электролитическая выплавка алюминия в последнее время особенно успешно развилась. Однако недостатками этого метода являются низкий выход металла по времени и объему цеха и большой расход электроэнергии, что вызывает высокие затраты.

Принципиально новыми являются термохимические методы, которые в лабораторных условиях уже хорошо проработаны. Однако ни один из этих методов в настоящее время не достиг совершенства с технической и экономической точек зрения. Трудности осуществления выплавки алюминия термохимическим методом весьма различны .

В Советском Союзе алюминий производится в основном электролизным методом.