Reja: Alyuminiy sanoatining rivojlanish tarixi

Mavzu: Alyuminiy ishlab chiqarish texnologiyasi. Alyuminiy qotishmalari.
Reja:

1. 
   Alyuminiy sanoatining rivojlanish tarixi
   
2. 
   Kriolit-alyuminiy eritmalarini elektroliz qilish asoslari
   
3. 
   Alyuminiy-kremniy qotishmalarini elektrotermik ishlab chiqarish.
   

Alyuminiy eng muhim metall bo'lib, uni ishlab chiqarish hajmi boshqa barcha rangli metallar ishlab chiqarishidan ancha yuqori va po'lat ishlab chiqarishdan keyin ikkinchi o'rinda turadi. Alyuminiy ishlab chiqarishning yuqori o'sish sur'atlari uning noyob fizik-kimyoviy xususiyatlari bilan bog'liq bo'lib, u elektrotexnika, aviatsiya va avtomobilsozlik, transport, ishlab chiqarishda keng qo'llanilishini topdi. maishiy texnika, qurilish, qadoqlash oziq-ovqat mahsulotlari va boshqalar.

yilda yaratilgan Rossiya alyuminiy sanoati Sovet davri, mamlakatda rangli metallar ishlab chiqarishda ustun mavqeni egallaydi va metall ishlab chiqarish bo'yicha dunyoda ikkinchi o'rinda turadi. DA o'tgan yillar, ma'lum sabablarga ko'ra alyuminiy ishlab chiqarish uchun uskunalar amalda modernizatsiya qilinmagan, elektroliz texnologiyasi yaxshilanmagan, hajm ilmiy tadqiqot qabul qilib bo'lmas darajada qisqardi va ilg'or mamlakatlardan sezilarli darajada orqada qolmoqda. Shu bilan birga, xorijda uskunalar keng miqyosda modernizatsiya qilinmoqda, texnologiya takomillashtirilmoqda, bu esa ularni keskin oshirish imkonini berdi. iqtisodiy samaradorlik va alyuminiy ishlab chiqarishning ekologik xavfsizligi.
So'nggi paytlarda mashinasozlik engil metallarni, ayniqsa samolyotsozlik va temir yo'l transportida tobora ko'proq talab qilmoqda. Shuning uchun alyuminiy ishlab chiqarishning yangi va yanada tejamkor usullarini ishlab chiqish va allaqachon takomillashtirish mavjud usullar katta ahamiyatga ega.
Alyuminiy sanoatining rivojlanish tarixi
Hozirgi vaqtda alyuminiy rangli metallar orasida ishlab chiqarish hajmi bo'yicha birinchi o'rinda turadi va uni ishlab chiqarish doimiy ravishda kengayib bormoqda.
Tarixiy jihatdan metall alyuminiy haqida birinchi eslatma I asr Rim yozuvlarida bo'lgan. Mashhur "Historia naturalis" ensiklopediyasida topish mumkin keyingi hikoya. Bir kuni Rim zargariga imperator Tiberiyga yangi metalldan tayyorlangan kechki ovqat likopchasini ko'rsatishga ruxsat berildi. Tovoq juda yengil va kumushdek porlab turardi. Zargar imperatorga metallni oddiy loydan ajratib olganini aytdi. Shuningdek, u imperatorni loydan metall olishni faqat u va xudolar bilishiga ishontirdi. Imperator juda qiziqdi. Biroq, agar odamlar loydan bu engil metallni ishlab chiqarishni boshlasa, uning oltin va kumushdan iborat butun xazinasi parchalanishini darhol angladi. Shuning uchun zargar kutgan mukofot o'rniga uning boshi kesilgan.
Bu voqea qanchalik haqiqat ekanligi noma'lum, ammo tasvirlangan voqealar insoniyat tomonidan alyuminiy ishlab chiqarish usuli kashf etilishidan 2000 yil oldin sodir bo'lgan. Bu 1825 yilda daniyalik fizigi G. Oersted alyuminiy xloridni kaliy amalgam bilan termal qaytarilish yo'li bilan bir necha milligramm metall alyuminiy olganida sodir bo'ldi.

Alyuminiy olishda jiddiy qiyinchiliklar quyidagi omillar tufayli yuzaga keldi:

Alyuminiyning kislorodga yuqori yaqinligi. Alyuminiyni uglerod oksidi bilan taxminan 2000 ° S haroratda kamaytirish mumkin. Biroq, allaqachon 1200 ° S da, uglerod alyuminiy bilan o'zaro ta'sir qiladi, karbid beradi;
Alyuminiyning yuqori elektrokimyoviy salohiyati (-1,67V). Suvli eritmalardan alyuminiy olish mumkin emas, chunki katodda vodorodning ajralib chiqish jarayoni (suvning parchalanishi) amalda davom etadi;
Aluminaning yuqori erish nuqtasi (2050 ° C), bu eritilgan aluminani elektroliz qilish imkoniyatini istisno qiladi.
Alyuminiyning sanoat ishlab chiqarilishi frantsuz Anri Sen-Kler Devil nomi bilan bog'liq. U 1827 yilda alyuminiy donalarini ajratib olishga muvaffaq bo'lgan G.Oersted va boshqa olim F.Vehlerning tajribalarini yaxshi bilardi. F. Wöhlerning muvaffaqiyatsizligining sababi shundaki, havodagi bu donalar darhol alyuminiy oksidining eng nozik plyonkasi bilan qoplangan.
Avvalo, A.S.-K. Devil metallni olish jarayonida kaliyni arzonroq natriy bilan almashtiradi va keng miqyosda laboratoriya tajribalarini o'tkazadi. Olingan alyuminiy xlorid katta hajmga yuklandi po'lat quvur, unda metall natriy bilan to'ldirilgan idishlar bir-biridan teng masofada joylashgan. Isitish jarayonida alyuminiy xlorid gaz fazasida natriy bilan o'zaro ta'sir qildi va alyuminiy zarralari trubaning tubiga joylashdi. Reaksiya natijasida hosil bo'lgan donalar ehtiyotkorlik bilan to'plangan, eritilgan va metall ingotlari olingan.
Alyuminiy ishlab chiqarishning yangi usuli juda ko'p mehnat talab qiladi. Bundan tashqari, alyuminiy xlorid bug'ining natriy bilan o'zaro ta'siri ko'pincha portlash bilan davom etadi. Laboratoriya sharoitida bu jiddiy xavf tug'dirmadi, lekin zavod sharoitida bu falokatga olib kelishi mumkin edi. A.S.-K. Devil alyuminiy xloridni NaCl bilan AlCl 3 aralashmasi bilan almashtirdi. Endi reaksiya ishtirokchilari erigan holatda edi. Portlashlar to'xtadi, lekin, eng muhimi, qo'lda to'planishi kerak bo'lgan kichik metall granulalar o'rniga ular sezilarli miqdorda suyuq alyuminiy oldi.
Javel zavodidagi tajribalar muvaffaqiyat bilan yakunlandi. 1855 yilda 6-8 kg og'irlikdagi metallning birinchi ingoti olingan.
Kimyoviy usullar bilan alyuminiy ishlab chiqarish estafetasini rus olimi N. N. Beketov davom ettirdi. U kriolit (Na 3 AlF 6) va magniy o'rtasidagi o'zaro ta'sir reaktsiyasini amalga oshirdi. N. N. Beketov usuli A.S.-K usulidan kam farq qilardi. Devil, lekin osonroq edi. 1885 yilda Germaniyaning Gmelingem shahrida N. N. Beketov usulida zavod qurildi, u erda besh yil ichida 58 tonna alyuminiy olindi - 1854 yildan boshlab kimyoviy yo'l bilan butun dunyo metall ishlab chiqarishining to'rtdan biridan ko'prog'i. 1890 yilgacha.
Alyuminiyni kimyoviy yo'l bilan olish sanoatni arzon metall bilan ta'minlay olmadi. Bu unumsiz edi va aralashmalarsiz sof alyuminiy bermadi. Bu tadqiqotchilarga yordam berdi turli mamlakatlar alyuminiy ishlab chiqarishning yangi usullarini izlash uchun dunyo.
1867 yilda dinamo ixtiro qilindi va tez orada ular uzoq masofalarga elektr energiyasini uzatishni o'rganishdi. Sanoatga elektr energiyasi kirib kela boshladi.
1929 yil 28 martda "Leningradskaya pravda" gazetasida maqola e'lon qilindi, unda Krasniy Vyborjets zavodining tajriba zavodida birinchi marta bir vannadan 8 kg alyuminiy metall olinganligi haqida xabar berilgan. Bu bizning alyuminiy sanoatimizning boshlanishi edi.
1931 yilda Alyuminiy-magniy sanoati ilmiy-tadqiqot instituti (VAMI) 1932 yilda tashkil etilgan. Volxovskiy ishga tushirildi va 1933 yilda. - Dnepr alyuminiy zavodlari. beri alyuminiy sanoati mamlakatning turli hududlarida rivojlana boshladi.
2. Kriolit-alyuminiy eritmalarini elektroliz qilish asoslari
Kriolit-alyuminiy eritmalarini elektroliz qilish alyuminiy olishning asosiy usuli hisoblanadi, ammo ba'zilari alyuminiy qotishmalari elektrotermik jarayon natijasida hosil bo'ladi.
Alyuminiy ishlab chiqarishning umumiy sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 2.1. Asosiy qurilma elektrolizator hisoblanadi. Elektrolit alyuminiy ftoridning ozgina ko'p bo'lgan kriolit eritmasi bo'lib, unda alumina eritiladi. Jarayon aluminaning o'zgaruvchan konsentratsiyasida taxminan 1 dan 8% gacha (og'irlik) amalga oshiriladi. Yuqoridan vannaga uglerod anodi tushiriladi, qisman elektrolitga botiriladi. Qurbonlik anodlarining ikkita asosiy turi mavjud: o'z-o'zidan pishirilgan va oldindan pishirilgan. Birinchisi to'ldiruvchi koks va bog'lovchi, pitch aralashmasidan iborat bo'lgan anod massasini qovurish uchun elektroliz issiqligidan foydalanadi. Pishirilgan anodlar koks va qatron biriktiruvchining oldindan pishirilgan aralashmasidir. Anod massasi va pishirilgan anodlarni ishlab chiqarish texnologiyasi adabiyotda batafsil tavsiflangan (masalan, qarang).
Alyuminiy ishlab chiqarish energiyani ko'p talab qiladigan jarayonlardan biridir, shuning uchun alyuminiy eritish zavodlari energiya manbalariga yaqin qurilgan.
Elektrolizga kiradigan barcha materiallar bo'lishi kerak minimal miqdor alyuminiyga qaraganda elektromusbatroq aralashmalar (temir, kremniy, mis va boshqalar), chunki bu aralashmalar elektroliz paytida deyarli butunlay metallga o'tadi.
Alyuminiy olishning muqobil usullari
Kriolit-alyuminiy eritmalarini elektroliz qilish yo'li bilan alyuminiy olishning sanoat usuli, uzoq muddatli foydalanishga qaramay, bir qator muhim kamchiliklarga ega: yuqori o'ziga xos quvvat sarfi, past o'ziga xos metallni olib tashlash va elektrolizatorlarning xizmat qilish muddati, yuqori mehnat va kapital xarajatlari, ishlab chiqarish atmosferaga zararli moddalar va bir qator boshqalar. Shu munosabat bilan alyuminiy ishlab chiqarishning boshqa usullari taklif etiladi. Keling, ulardan ba'zilarini ko'rib chiqaylik.
Alyuminiy-kremniy qotishmalarini elektrotermik ishlab chiqarish.
Mamlakatimizda dunyoda birinchi marta ishlab chiqilgan va joriy qilingan sanoat miqyosi etarli darajada yuqori texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlarga ega, kremniy alyuminiy (alyuminiy-kremniy qotishmalari) ishlab chiqarish usuli.
Alyuminiy-kremniy qotishmalarini ishlab chiqarishning umumiy texnologik sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 3.1. Xom ashyo sifatida kaolinlardan (Al 2 O 3 × 2 SiO 2 × 2H 2 O), siyanitlardan (Al 2 O 3 × SiO 2), distensillimanitlardan (Al 2 O 3 × SiO 2) va kam temirli boksitlardan foydalanish mumkin.
Elektr eritishdan keyin qotishma metall bo'lmagan aralashmalardan tozalash uchun beriladi. Buning uchun kriolit va natriy xlorid aralashmasidan iborat bo'lgan oqim beriladi, bu aralashmalarni namlaydi va ularni "yig'adi". Qayta qilingan silikoalyuminiy o'rtacha tarkibga ega (%): A1 - 61; Si - 36; Fe - 1,7; Ti - 0,6; Zr - 0,5; Ca - 0,7. Ushbu qotishma silumin ishlab chiqarish uchun mos emas va temirdan tozalashni talab qiladi. Tozalashning eng keng tarqalgan usuli - temir bilan refrakter intermetalik birikmalar hosil qiluvchi marganets.
G uruch. 3.1. Alyuminiy-kremniy qotishmalarini ishlab chiqarishning umumiy sxemasi.
Olingan qotishma texnik elektrolitik alyuminiy yoki ikkilamchi alyuminiy bilan siluminning turli navlariga mos keladigan tarkibga suyultiriladi va ingotlarga quyiladi.
Silumin olishning bu usulining termoyadroviydan ustunligi elektrolitik alyuminiy kristalli kremniy bilan quyidagilar: bitta blokning yuqori quvvati - zamonaviy pechlar 22,5 MB × A quvvatga ega, bu elektrolitik hujayraning kuchidan 160 kA ga taxminan 30 baravar yuqori va shuning uchun yuk tashishning pasayishi. transport, kapital xarajatlar va mehnat xarajatlarining pasayishi; kam silikon modulli xom ashyolardan foydalanish, ularning zaxiralari tabiatda juda katta.
Nazariy jihatdan sof alyuminiyni alyuminiy-kremniy qotishmasidan turli usullar bilan ajratib olish mumkin. Biroq, sanoatda apparat va texnologik loyihalashning murakkabligi sababli, bu usullar hozirda amalga oshirilmaydi.

Subgalogen jarayon

Ma'lumki, agar galogenid va ifloslangan alyuminiy aralashmasi qizdirilsa, harorat tushirilganda sof alyuminiy ajralib chiqadi. Ushbu kashfiyot alyuminiy-alyuminiy halid tizimlariga qiziqish uyg'otdi. Metall alyuminiy yuqori haroratda AlX 3 (bu erda X - galogen) bilan reaksiyaga kirishib, alyuminiy subgaloidini hosil qilishi aniqlandi:

Subxlorid usuli alyuminiy qotishmalarini sanoatda qayta ishlash uchun eng katta qiziqish uyg'otadi.

Guruch. 3.2. Thoth usulida alyuminiy olish sxemasi.
Ikkinchi kondensatordan tushirilgan alyuminiy va temir xloridlari isitiladi, kontaktli tozalagichga pompalanadi, u erda ular qattiq alyuminiy zarralarining harakatlanuvchi qatlami bilan qarama-qarshi oqim bilan aloqa qiladilar. Bu erda reaktsiya sodir bo'ladi:
Tozalangan alyuminiy xlorid metallotermik qaytarilishga beriladi. Xlorga alyuminiydan ko'ra ko'proq yaqinroq bo'lgan texnik jihatdan mavjud qaytaruvchi moddalar natriy, magniy va marganetsdir. Biroq, yo'lning dastlabki ikki elementi va ularni ishlab chiqarish juda energiya talab qiladi. Shu sababli, jarayonni ishlab chiquvchilarning fikriga ko'ra, marganetsdan foydalanish ma'lum afzalliklarga ega bo'lib, ular xloriddan karbotermik usulda ancha kam energiya sarfi bilan qayta tiklanishi mumkin. Alyuminiy xloridni marganets bilan qaytarganda quyidagi reaksiyalar boradi:

MnCl 2 ning reaksiyaga kirishmagan AlCl 3 bilan aralashmasidan alyuminiy siklon ajratgichlarda, marganets va alyuminiy xloridlari esa bug'latgichda ajratiladi. Alyuminiy xlorid alyuminiy ishlab chiqarish uchun reaktorga qaytariladi va marganets xlorid kislorod bilan reaksiyaga kirishib, marganets va xlorning qattiq oksidlarini hosil qiladi. Marganets oksidi karbotermik usulda koks va ohaktosh yuklangan shaftli pechlarda metallga qaytariladi. Jarayon davomida yo'qotishlarni qoplash uchun o'choqqa marganets qo'shiladi.
So'nggi paytlarda Toth Aluminium Corporation yirik sanoat miqyosida asosiy komponentning kamida 99,97 foizini o'z ichiga olgan alyuminiy xlorid ishlab chiqarishga muvaffaq bo'lganligi haqida xabarlar paydo bo'ldi.Elektrolizda grafit sarflanmaydigan elektrodlardan foydalaniladi. Ushbu afzallik (kriolit-alyuminiy eritmalarining elektrolizi bilan solishtirganda) nisbatan past jarayon harorati (taxminan 700ºS) bilan birga elektrolizatorlarni to'liq yopish imkonini beradi.

Guruch. 2.5. Alyuminiy xloridni elektroliz qilish uchun bipolyar elektrodli elektrolitik hujayraning sxemasi.
1 - qopqoq: 2 - suvni sovutish: 3 - anod; 4 - bipolyar elektrodlar; 5 - katod; 6 - astar; 7 - alyuminiy yig'ish uchun bo'linma. Material: A - grafit; B - shamot; B - diatom.
Alyuminiy xloridning elektrolitik parchalanishi nazariy jihatdan kriolit-alyuminiy eritmalarining elektroliziga qaraganda yuqori kuchlanishni talab qiladi, chunki alyuminiy xloridning parchalanish kuchlanishi ancha yuqori. Shunday qilib, jarayonning kamchiliklari elektrolizatorga katta miqdorda issiqlik etkazib berish zarurati va sezilarli kuchlanish yo'qotishlarini o'z ichiga olishi mumkin. Biroq, bipolyar elektrod tizimidan foydalanganda yuqori ohmik va termal yo'qotishlar sezilarli darajada kamayadi. Hujayrada yuqori elektrod anod, pastki qismi katod va ular orasida grafit elektrodlari joylashgan bo'lib, ularning yuqori qismi katod, pastki qismi esa anoddir. Shu bilan birga, hisoblash natijalari shuni ko'rsatadiki, bipolyar elektrodlar sonining ko'payishi va ularning tasavvurlar maydonining pasayishi bilan qochqin oqimlari kuchayadi, ya'ni. oqimning bir qismi elektrokimyoviy ishlarni bajarmasdan, qoplamaning elektrolitlar bilan singdirilgan qismi va astar va bipollar orasidagi kanallar orqali oqadi. Ushbu qochqin oqimlari oqim chiqishining pasayishiga olib keladi.
Atmosfera bosimida erish va qaynash nuqtalarining yaqinligi tufayli alyuminiy xlorid amalda erimasdan sublimatsiyalanadi. Sublimatsiya harorati 180,2 ° S. Uch nuqta 192,6 ° S haroratga va 0,23 MPa mutlaq bosimga to'g'ri keladi. Shu munosabat bilan elektrolit sifatida alyuminiy xlorid (5 ± 2% (massa)), litiy xlorid (~ 28% (massa)) va natriy xloridning (67% (massa)) eritilgan aralashmasi ishlatiladi. Bu eritmalarda A1C1 3 ning faolligi pasayadi. Bu asosan xloridlarning erigan aralashmalarida, masalan, A1C1 3 ning murakkab anionlar bilan bog'lanishi bilan bog'liq.
Interpol masofasi 1,0 - 1,5 sm, harorat 700 ± 30ºS, oqim zichligi -0,8 - 2,5 A / sm 2.
.
Adabiyotlar ro'yxati

1. Rozen B. M., Rozen Ya. B. Maxsus qimmatli metall. - M.: Metallurgiya, 1975. - 128 b.

2. Kolodin E. A., Sverdlin V. A., Svoboda R. V. Alyuminiy elektrolizatorlarining kuygan anodlarini ishlab chiqarish. - M.: Metallurgiya, 1980, - 84 b.
3. Yanxo E. A., Vorobyov D. N. Anod massasini ishlab chiqarish. - M.: Metallurgiya, 1975. - 128 b.
4. M. M. Vetkzhov, A. M. Ts’shlakov va S. N. Shkolnikov, alyuminiy va magniyning elektrometallurgiyasi. - M.: Metallurgiya, 1987. - 320 b.
5. Shchenkov V.V., Litvak S.N. Yangisini ishlab chiqish texnologik jarayonlar alyuminiy ishlab chiqarish // Tsv. metallurgiya: buqa. NTI / Rang haqida ma'lumot. - 1974. - No 9. - S. 38 - 41.
6. Sandler R. A., Rapier A. X. Alyuminiy va magniyning elektrometallurgiyasi. - L: LGI, 1983. - 94 b.