книги из ГПНТБ / Вольфсон, Г. Е. Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами методический материал
.pdf
Г. Е. ВОЛЬФСОН |
БИБЛИОТЕЧКА |
В. П. ЛАНКИН |
РАБОЧЕГО |
|
ЦВЕТНОЙ |
|
МЕТАЛЛУРГИИ |
ПРОИЗВОДСТВО
АЛЮМИНИЯ
ВЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ
СОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ
ПОСОБИЕ ДЛЯ РАБОЧИХ
МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974
I КОНТРОЛЬНЫЙ З й З З И Ш Р _
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
|
|
Глава VIII. Алюминиевый |
завод и электролизный цех |
107 |
|||||
§ |
1. |
Технологическая схема производства алюминия на алюми |
107 |
||||||
§ |
2. |
ниевом |
з а в о д е ...................................................................... |
|
|
|
|
|
|
Серия электролиза................................................................ |
|
|
|
|
ПО |
||||
§ |
3. |
Переработка алюминия-сырца............................................. |
|
|
114 |
||||
§ |
4. |
Монтаж и демонтаж |
а н о д о в ............................................. |
|
|
115 |
|||
|
|
Глава IX. Контроль |
производства.................................... |
|
|
118 |
|||
§ |
1. |
Контроль технологических |
параметровэлектролиза . . |
118 |
|||||
§ |
2. |
Контроль состава |
электролита......................................... |
|
|
120 |
|||
§ |
3. |
Контроль качества алю миния............................................. |
|
|
121 |
||||
|
|
Глава X. Технико-экономические показатели |
работы |
|
|||||
|
|
электролизеров и себестоимость алюминия. Организация |
122 |
||||||
|
|
труда |
в корпусе |
электроли за............................................... |
|
|
|||
§ |
1. |
Производительность электролизеров ивыход по току . |
122 |
||||||
§ 2. |
Расход сырья и электроэнергии............................................... |
|
эффектив |
123 |
|||||
§ |
3. |
Себестоимость алюминия и другие показатели |
125 |
||||||
§ |
4. |
ности производства |
................................................................ |
корпусеэлектролиза |
|
||||
Организация труда в |
|
128 |
|||||||
|
|
Глава XI. Охрана труда и техника безопасности в |
131 |
||||||
|
|
электролизном ц е х е |
................................................................... |
|
|
|
|||
§ |
1. |
Санитарные требования к воздушной среде корпусов элек |
131 |
||||||
§ |
2. |
тролиза. Приточно-вытяжная вентиляция |
в цехе . . . |
||||||
Техника |
безопасности |
при обслуживании |
электролизеров |
135 |
|||||
|
|
Список литературы ................................................................ |
|
|
|
|
|||
В в е д е н и е
Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР предусмот рено увеличить в текущем пятилетии выпуск алюминия на 50—60%. В алюминиевой промышленности, как и в других отраслях народного хозяйства, рост производства металла будет осуществляться на основе значительного повышения технического уровня и эффективности произ водства.
В поисках новых направлений развития техники про изводства алюминия за последние годы в Советском Со юзе выполнен значительный объем проектно-конструк торских и опытно-промышленных работ, направленных на широкое промышленное внедрение мощных электро лизеров с обожженными анодами. При промышленной эксплуатации многоанодного электролизера в электро лизных корпусах создаются лучшие санитарно-гигиени ческие условия труда работающих в результате эффек тивной работы системы газоотсоса от укрытий, а также отсутствия в атмосфере электролизных корпусов вред ных для здоровья продуктов коксования анодов, выделя ющихся постоянно при обжиге непрерывных самообжигающихся анодов.
Конструктивные особенности анодного устройства электролизера с обожженными анодами позволяют зна чительно увеличивать его единичную мощность, что явля ется одним из главных путей снижения удельных капи тальных вложений в новое строительство и роста произ водительности труда.
В основном на базе электролизеров с обожженными анодами в последние годы происходит и развитие зару бежных алюминиевых заводов.
Важным преимуществом эксплуатации электролизе ров этого типа перед электролизерами с непрерывными самообжигающимися анодами, которые длительное вре мя служили основными агрегатами отечественных алю миниевых заводов, можно считать более высокую эконо мическую эффективность, достигаемую за счет меньших эксплуатационных затрат электроэнергии и других видов сырья при условии применения дешевых и хорошего ка
5
чества анодов. Поэтому одновременно с широким внед рением новых конструкций многоанодных электролизе ров в мировой алюминиевой промышленности организу ется массовое производство обожженных анодов, осно ванное на применении новых современных образцов производительного оборудования и высокоэффективной технологии.
В настоящей книге, наряду с рассмотрением общих вопросов получения алюминия, не зависящих от типа применяемого электролизера, наиболее подробно излага ются материалы, связанные с конструктивными особен ностями и промышленной эксплуатацией электролизеров с обожженными анодами; дается краткая характеристика электролизных серий и других производственных участ ков, специфичных для завода, оснащенного многоанод ными электролизерами.
Введение, главы I, III, IV, VIII, X и XI написаны Г. Е. Вольфсоном; главы II, V, VI, VII, IX — В. П, Лан киным.
Глава I
Свойства и п р и м е н е н и е а л ю м и н и я
Алюминий относится к химическим элементам третьей группы Периодической системы элементов Д. И. Менде леева, атомная масса алюминия 26,97. Благодаря малой плотности, высокой электропроводности, хорошей меха нической прочности и высокой коррозионной стойкости алюминий нашел широкое применение в различных от раслях современной техники. Области применения алю миния чрезвычайно разнообразны. Он применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов с различными метал лами. Значительно расширило области применения алю миния широкое внедрение промышленных способов очистки первичного алюминия от примесей методами эле ктролитического рафинирования и зонной перекристалли зации.
Согласно ГОСТ 11069—64 (табл. 1), на отечествен ных алюминиевых заводах выпускается алюминий три надцати марок, в котором содержание алюминия состав ляет от 99,00 % до 99,999%. Алюминий марок АО—А85, А, АЕ получается непосредственно электролизом криоли то-глиноземных расплавов; алюминий марок А95— А995 —электролитическим рафинированием первичного алюминия. При зонной перекристаллизации электролити чески рафинированного алюминия чистота его превыша ет 99,999% (марка А999). Алюминий технической чис тоты (марка АЕ) должен обеспечить для изготовленной из него и отожженной примерно при 350° С проволоки
электросопротивление при 20° С не более 0,0280 ОмХ Хмм2/м.
Ниже приведены основные физические, химические и механические свойства алюминия:
Плотность при 20° С, г/см3: |
|
99,4% А 1 .............................................................. |
2,706 |
99,75% А 1 .............................................. |
2,703 |
99,97% А 1 ............................................................. |
2,6996 |
Температура плавления, °С: |
|
99,5% А1 . ......................................................... |
658 |
99,97% А1 . х ................................................... |
660,24 |
7
Теплопроводность, кал/с на 1 см* площади' и 1 си толщины
99,7% А1 |
при 200° С ......................................... |
0,531 |
Электропроводность при 0° С, мм2/мк-Ом: |
38,6 |
|
99,5% А1 |
наклепанный..................................... |
|
99,95% А1 |
» .................................... |
40,0 |
99,5% А1 |
отожженный..................................... |
39,2 |
99,95% А1 |
» ..................................... |
40,4 |
Степень отражаемости белого света от алюминие |
||
вых листов (фольга), %: |
|
|
99,8% А 1 ............................................................. |
86 |
|
99,996% А 1 .......................................................... |
90 |
|
Коэффициент линейного расширения при 20° С: |
|
|
99,0% А1 |
(л и то й ).............................................. |
26,48-10—6 |
Газосодержание, см3/Ю0 г: |
|
|
99,7% А 1 ............................................................. |
1.20 |
|
99,99% А 1 ............................................................ |
0,57 |
|
Коррозионная стойкость (скорость коррозии |
в |
|
5%-ном растворе НС1), г/(м2-ч): |
0,48 |
|
99,7% А 1 ............................................................ |
||
99,99% А 1 ............................................................ |
0,15 |
|
Алюминий в виде сплавов и в чистом виде широко ис пользуется в авиастроении, судостроении, автомобиле строении и в других отраслях машиностроения.
Различные профили алюминия и его сплавов все в большей степени применяются при строительстве зданий и сооружений. Вследствие небольшой плотности, высо кой электропроводности (62,5—65,9% по отношению к ме ди) исключительно ценным является использование алюминия в электротехнике для изготовления кабелей, шин, проводов. В последние годы для приготовления про водов очень широко стала использоваться катанка, отли ваемая непосредственно из жидкого алюминия на алю миниевых заводах.
Высокая коррозионная стойкость алюминия позволи ла заменить им свинец при производстве оболочек ка белей.
Алюминий находит все большее и большее примене ние для производства бытовой техники: из алюминиево го листа изготавливают испарители холодильников и дру гие их детали, а также алюминиевую посуду. Целесооб разно все шире применять алюминий для изготовления консервной тары вместо дефицитной белой жести.
8
Т а б л и ц а 1. |
АЛЮМИНИЙ ПЕРВИЧНЫЙ ПО ГОСТ 11069—64 |
||||||
Марки |
|
|
Химический состав, |
% |
|
|
|
алюми |
|
примеси, не более |
|
|
|||
алюми |
|
|
|
||||
ния |
ний, не |
железо |
кремний |
| медь |
цинк |
титан |
всего |
|
менее |
||||||
|
|
О с о б о й Ч И С ТОТЫ |
|
|
|
||
А999 |
99,999 |
— |
— |
|
|
— |
0,001 |
|
|
В ы с с КОЙ ч и с т о т ы |
|
|
|
||
А995 |
99,995 |
0,0015 |
0,0015 |
0,001 |
0,001 |
0,001 |
0,005 |
А99 |
99,99 |
0,003 |
0,003 |
0,003 |
0,003 |
0,002 |
0,010 |
А97 |
99,97 |
0,015 |
0,015 |
0,005 |
0,004 |
0,002 |
0,03 |
A9S |
99,95 |
0,030 |
0,030 |
0,010 |
0,005 |
0,002 |
0,05 |
|
|
Т е х и и е с к о й Ч И С Т О т ы |
|
|
|||
А85 |
99,85 |
0,08 |
0,06 |
0,01 |
0,02 |
0,01 |
0,15 |
А8 |
99,80 |
0,12 |
0,10 |
0,01 |
0,04 |
0,02 |
0,20 |
А7 |
99,70 |
0,16 |
0,16 |
0,01 |
0,05 |
0,02 |
0,30 |
А6 |
99,60 |
0,25 |
0,20 |
0,01 |
0,06 |
0,03 |
0,40 |
А5 |
99,50 |
0,30 |
0,30 |
0,02 |
0,06 |
0,03 |
0,50 |
АО |
99,00 |
0,50 |
0,50 |
0,02 |
0,08 |
0,03 |
1,00 |
А |
99,00 . |
0,80 |
0,50 |
0,03 |
0,08 |
0,03 |
1,00 |
АЕ |
99,50 |
0,35* |
0,12 |
0,02 |
0,05 |
0,01** |
0,50 |
*Железа не менее 0,18%.
**Для суммы Ti+V +M n+C r.
Высокая отражательная способность лучших сортов алюминия используется в промышленности для изготов ления отражающих поверхностей нагревательных и осве тительных рефлекторов и зеркал, в том числе и телеско пических. Покрытые таким алюминием зеркала облада ют большой химической стойкостью против воздействия сернистых газов, содержащихся в атмосфере промышлен ных городов. Фольга, изготавливаемая из алюминия, ис пользуется для разных целей; для упаковки сыра, чая, кондитерских изделий и других товаров пищевой про мышленности; в электротехнической промышленности для электролитических конденсаторов; в часовой про мышленности.
Алюминий применяют и в качестве раскислителя в черной металлургии. Ряд отраслей промышленности ис
9
пользует порошки, полученные путем распыления рас плавленного алюминия.
Алюминий наиболее высокой чистоты применяется в производстве электролитических выпрямителей, радио локационных установок и в производстве атомной энер гии. Сверхчистый алюминий чистотой выше 99,999% А1 получил применение главным образом в полупроводни ковой технике — производстве полупроводниковых мате риалов и приборов (транзисторов, диодов, термисторов, выпрямителей). В полупроводниковой технике сверхчис тый алюминий используется также для получения раз личных полупроводниковых соединений с мышьяком
ивисмутом.
Скаждым годом значительно расширяются области применения алюминия, мировое производство которого растет быстрыми темпами.
Глава II
Теоретические основы по л уч е ни я алюминия
§ 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КРИОЛИТО-ГЛИНОЗЕМНОГО РАСПЛАВА
Электролитический способ получения алюминия за ключается в электролизе глинозема, растворенного в рас плавленном криолите. В практике электрометаллургичес кого производства алюминия чистый криолито-глинозем ный расплав не применяется, так как криолит имеет довольно высокую температуру плавления (1000°С). До бавки некоторых солей позволяют значительно ее сни зить, что положительно сказывается на процессе электро лиза. Для этой цели используется фтористый алюминий. Изменением содержания A1F3 можно в широких преде лах менять температуру плавления электролита. Вместе с тем добавки фтористого алюминия снижают электро проводность электролита, увеличивают его летучесть (ис парение) и вязкость, в значительной степени уменьшают растворимость в нем глинозема.
Теоретически при 1000'С в криолите растворяется приблизительно 16% (по массе) глинозема. Добавки раз личных солей, снижение температуры процесса приводят к уменьшению растворимости и скорости растворения глинозема в электролите, поэтому в производственном электролите растворяется всего 8—10% А120з.
Для характеристики состава электролита пользуются понятием «криолитовое отношение». Это—число молей фтористого натрия, приходящихся на один моль фторис того алюминия. Химическую формулу криолита Na3AlF6 можно написать и в другом виде — 3NaF-AlF3. Тогда легко определить криолитовое отношение криолита:
3 [NaF] |
3 |
[A1F3]
Электролит с криолитовым отношением, равным 3, называют нейтральным. Если электролит содержит избы ток фтористого алюминия, то криолитовое отношение
И