Əдебиеттер 1 [37-127] 7 [61-314] Бақылау сұрақтары

1 [37-127]

7 [61-314]

Бақылау сұрақтары:

1. Байер тəсілі бойынша бокситтерден сазбалшық алу схемасына қандай

негізгі переделдар енеді;

2. Алюминатты ерітіндіні декомпозициялау деген не;

3. Пісіру тəсілі бойынша нефелиндерден сазбалшық схемасына қандай

негізгі переделдар енеді;

4. Нефелинді пісіру əдісімен өңдеген кезде қандай өнімдер алынады;

5. Сазбалшық алудағы құрастырмалы тəсілдердің қандай вариантарын білесіз.

12000С бұл өтуі процесс аяқталады. Сазбалшықтың физика-химиялық қасиеті анықталатын технологиясына жəне шикізатқа байланысты. Шет елдерде физикалық қасиет бойынша сазбалшық үш топқа бөлінеді: 1) шаң-тозаңды (европалық немесе ұнтақты); 2)құмды (америкалық);

3) қыздыруға жеткізбеген (аралық). АҚШ, Канада, Батыс Европа сазбалшықтың құмды түрін қолданады. ТМД-да қыздыруға жеткізбегенді қолданады. Электролизге мынандай көрсеткіштер əсер етеді: электрэнергияның шығыны, сазбалшық, анод, фторидтер, жұмыс зонасының ауасындағы шаң-тозаң, фтор ұсталу сапасы құрғақ газды тазалау кезіндегі. γ-сазбалшықтың еру жылдамдығы, a - сазбалшыққа қарағанда жоғары, ол анықталған, егерде 2 3 g - Al O -ті электролитке батырған кезде, ол тез арада 2 3 a - Al O өтеді. Сазбалшықтың аралық құрамы оның жылдам еруіне əсер етпейді, ал электролиттің температурасы жоғарлаған сайын 1010-10800С дейін еру жылдамдығы жеті есе өседі.Алюминий алынатын сазбалшықтың құрамына мынандай талаптар қойылады:

TiO2 +V2O5 + CrO3 + MnO = 0.01- 0.02%: қыздырған кезде жоғалу 0,6- 1,2%.
Нефелинді жыныс ылғалды ұнтақтан кейін əк таспен араластырылады, сілтілеуге автоклавқа жіберіледі, температурасы 2800С, сілтілеу уақыты 10 минут. Каустикалық модулі жəне концентрациясы Na2O-ның 30 жəне 400г/л тен. Сілтілеуден кейінгі пульпаның a к =10. CaO:SiO2=1:1. 2 3 a - Al O ерітіндіге өтуі 90%. Шламды бөліп жуып шаюдан кейін алынған алюминатты сілтілі

ерітіндіні кремнийсіздендіріп буландырады концентрациясы 400г/л . 2 3 a - Al O . Кристалдау 800С-ден 300С дейін, 20-24 сағат араластыру арқылы жүргізіледі. Алюминат натрийдің кристалдары сүзгіштерде бөлінеді. Алюминат ерітіндісінің к a =1,7-1,8. Шикізат жəне сазбалшықтың сапаларының жоғарлату үшін жаңа технологияларды келешекте енгізу қажет. Шикізаттын сапасы жоғарлау үшін байыту əдістерінің механикалық жəне химиялық екеуінің бағыттары қатарласа дамуы қажет. Қазіргі кезде химиялық əдіс арқылы байыту зертханалық жəне өндірістік тəжірибе түрінде зерттеулер

жүргізілуде. Соңғы кезде күрделі мəселе шешілген алюминий мен кремнийдің иондарын толық бөлуге мүмкіндік бар. Алюминатты жүйелерде эффективті кальций бар реагенттер қолданумен. Төменгі сапалы алюмосиликаты минералды шикізаттарды өңдеген кезде технология бойынша жоғары сапалы сазбалшық алуға болады, бұл əдіс шешілген мəселеге негізделген. Бірқатар өндірісте жаңа технологиялар енгізу мəселесі қарастырылған.

Əдебиеттер

6 (79-118,238-248)

7 (5-345).

Бақылау сұрақтары:

1.Гидрохимиялық əдіспен сазбалшық өндірудің технологиясы;

2.Шикізатты ыдыратудың шарттары;

3.Нефелинді сілтілеу кезіндегі технологиялық параметрлері;

4.Алюминат натрийдің кристалдау ережелері;

5.Алюминидің гидроксидін декомпозиция əдісімен алу.

қарлы, қызғылт жəне қара түрі сирек кездеседі. Кен орындары: Гренландия; ТМД-де: Орал – Елмен тау. Жасанды криолит.Негізгі шикізат ретінде плавикты шпат немесе флюорит

қолданылады.Плавикты шпаттың түстері: ақ, қара болып келеді; тығыздығы 3,1– 3,25г/см3, қаттылығы 4. Плавикты шпаттың қоры жер қыртысында едəуір. Кен орындары: Забайкалье, Орта Азия. Шикі плавикті шпатының құрамында қоспа ретінде - əктас, кремнезем, аллюминиймен темірдің оксидтері кездеседі. Ең бірінші плавикті шпатты алынатын орындарында байытады немесе

зауытта. Плавикті шпатты байыту үшін қолданылатын əдістері – се мен жуу,

флотация жəне басқа əдістер. Шикі плавикті шпатты байытқан кезде алынатын концентраттын құрамында 96% СаҒ2. Сазбалшықты электролиздеу жəне алюминий алу үшін криолит Na3AlF6, фторлы алюминий AlF3 жəне фторлы натрий NаF қажет. Оларды əдетте қышқылды тəсілмен, бастапқы шикізат ретінде плавикті шпат СаF2, күкірт қышқылын, алюминийдің гидроксидін Al(ОН)3, кальцинирленген соданы Na2СО3 пайдалана отырып алады. Криолитті қышқыл əдіспен өндіру. Дозалау жəне араластыру Плавикті шпаттың концентратын немесе таза байытылмаған материалды ұнтақтаудан кейін концетрациялы қукірт қышқылымен питатель-араластырғышта араластырады.Араластырғыштың жұмыс істеу дəрежесі плавикті шпаттың сапасына байланысты. Араластырғыштан плавикті шпат қүкірт қышқылымен араласқан айналмалы цилиндрлі реакционды пешке жіберледі, онда ол ыдырайды.Процестің температурасы : пештің бас жағында 160-1800, пештің соныңда 300-3500С, уақыты 2 сағат. Келесі операция фторлы сутегін сору, ол процесс жүргізіледі сору башняда.Ластанған плавикті

қышқылды кремнийсіздендіреді, ол процесс темірлі чанда жүргізіледі. Криолитті пісіру, ол үшін таза плавикті қышқылға қосады гидроксид алюминия пульпа түрінде жəне сода ерітінді түрінде. Криолитті пульпаны сүзеде барабанды вакуум-сүзгіште, сүзілген криолитті пастаны кептіреді барабанды кептіргіште температурасы 130-1400С. Процесті екі сатыға бөлуге болады. Бірінші сатыда плавикті қышқыл алынады:

CaF2+H2SO4=CaSO4+2HF (200 0С дейін).
Екінші саты плавикті қышқылдың тұздарын өндіруге негізделген. Криолит алу үшін, плавикті қышқылдың ертіндісін алюминийдің гидроксиді мен соданы араластырады. Құрылған пульпа қорыту деп аталатын операцияға ұшырау барысында мынадай реакция жүреді:

6HF+Al(OH)3=H3AlF6+3H2O,

2H3AlF6+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2+3H2O.

Криолит тұнбаға түседі, оны жақсылап сүзеді, жуады жəне 130-1500С кезінде кептіреді. Фторлы алюминий алу үшін плавикті қышқылды толық алюминий гидроксидімен бейтараптандырады:

3HF+Al(OH)3=AlF3+3H2O,

ал фторлы натрий содамен алу үшін:

2HF+Na2CO3=2NaF+CO2+H2O.

Қышқыл əдстің кемшіліктері: процестің зияндығы,себебі плавикті қышқыл

алынады, ол күшті уландырғыш болып келеді;далалық шпаттың құрамында

темірмен кремнеземның мөлшері аз бөлуға тиісті; аппаратуралар болаттан бөлу керек, ол қымбат;қукірт қышқылы қайтарылмайтын шығын. Криолитті сілтілі əдіспен өндіру Сілтілі əдіс зиянсыз əдіс. Криолиттегі темірмен кремнеземның мөлшері шектелмейді.Аппаратуралар темірден жасалынады. Фторлы натрийді содамен алудын реакциясы:

2НҒ + Νа2СО3 = 2NаҒ + СО2 + Н2О.

Криолитті сілтілі əдіспен өндірудің негізінде екі процесс жатады: 1. плавикті шпатты содамен жəне темірмен кремнийдің оксидтарымен пісіреді пісірінді алу үшін,құрамында фторлы натрий бар(Сажиннан); 2. Фторлы натриймен алюминат натрийдің қосылған ерітінділерің карбонизацияға жіберледі криолитті алу үшін (Коксановта). Коксановтың берілген мəліметтері бойынша карбонизация мынадай схема бойынша өтеді. Белгілі ерітіндіден көмірқышқыл газ жіберілген кезде сілті бейтараптанады жəне натрийдің алюминаты ыдырайды.Бұл кезде алюминийдің гидроксиді фторлы натриймен эрекеттесіп криолит жəне сілті түзеді.Көмірқышқыл газды жібереді сілті содаға айналғанша. Алюминийдің гидроксиді фторлы натриймен эрекеттесіп криолит жəне сілті түзеді:

6ΝаҒ + ΝаА1(ОН)4 + 2СО2 = Νа3А1Ғ6 + 2Νа2СО3 + 2Н2О.

Шихтаның құрамында далалық шпат, табиғи аморфты кремнезем жəне сода бар, далалық шпатпен кремнеземды ұнтақтайды, содан сон барлық компоненттерді араластырадыжəне айналмалы пеште пісіреді 800-8500С. Алынған пісіріндіні ұсақтайды жəне ұнтақтайды одан кейін сілтілейді. Процестің параметрлері: температура 50-550С, уақыты 40 минөт,

с:қ=10:1.Сілтлеуден кейін алынатын ерітіндінің құрамында 20-25 г/л ΝаҒ бар .Ерітіндіні шламнан бөліп карбонизацияға жібереді.Карбонизаторға бір уақытта СО2 мен алюминат натрия беріледі, криолит түзілу үшін. Карбонизацияның уақыты 7-8 сағат, температурасы 70-750С.

Əдебиеттер

1 [128-138];

9 [7-29].

Бақылау сұрақтары:

1.Фторлы алюминийге жəне криолитке қойылатын талаптар;

2.Криолитті өндіру кезіндегі қышқыл əдістің кемшілігі;

3.Криолитті кептіру температурасы жəне аппаратура;

4.Жасанды криолитті алыдың əдістері;

5.Криолитті алудың шикізаттардың көздері.

Электродтардың екі түрі бар: 1. Престелген күйдірілген; 2.Үздіксіз өзін күйдіретін. 1-ші түрі жасалынады:алынады усақ көмірдің бөлшектері, араластырады біріктіргіш көміртектес массамен. Ол масса «пек» деп аталады. Алынған жумсақ масса престеледі, содан соң күйдіріледі ауасыз. Алынған электродтың құрылымы үқсас бетонның құрылымына, грвий мен кұмның орнына усақ көмірдің бөлшектері, ал цементтің орнына пек. 2-ші түрі жасалынады: металл қаптаманың ішін толтырады шикі күйдірілмеген көміртектес массамен. Электропештен жəне электролизерден шығатын жылумен жəне электродтардан өтетің тоқпен электрод кокстеледі. Электрод жанып болған соң металл қаптаманы өсіреді, оның ішін шикі күйдірілмеген массаның жаңа порциясымен толтырады.Графиттелген электродтарды престелген күйдірілген электродтарды термиялық жолмен өндеу арқылы жоғары температурада 25000С-да электропеште алынады. Престелген күйдірілген электродтар силикоалюминий өндірісінде қолданылады. Үздіксіз өзін күйдіретін электродтар алюминий өндірісінде қолданылады. Графителген электродтар жеңіл металдар металлургиясында, қара металлургияда, химиялық өндірісте, атомдық энергетикада қолданылады. Электродтарға қойылатын талаптар:

1. Жоғары температураға төзімді болуға тиісті;

2. Электрөткізгіштігі жақсы, механикалық мықтылығы жəне химиялық төзімді;

3. Электродтар арзан болу керек;

4. Электродтардың құрамында ұсақ ұшатын заттардың мөлшері аз болуға тиісті.

Қатты көміртектес материалдар

Қатты көміртектес материалдар көмірлі электродтар өндірісінде қолданылатындар бөлінеді: табиғи жəне жасанды. Табиғи, ол антрацит. Жасанды: термоантрацит, құймалы кокс(таскөмірлі), мұнайлі кокс жəне пекті кокс. Антрациттің құрамында 92-96% С, 3-4% үшатың заттар, тығыздығы 1,3- 1,7г/см3, қаттылығы 3. Антрацит құнды шикізат, ол электродтар өндірісінде блокпен плиталар футеровка жасау үшін қолданылады. Термоантрацитті алады антрацитті термиялық өңдеу арқылы шахталы пеште температурасы 110-12500С, антрациттің қабатынан бір уақытта судың буі

жіберледі. Термоантрациттің құрамында 97-98%С, 0,3-0,75% үшатың заттар, 0,1-0,4%

ылғал. Термоантрацит электротермиялық электродтар жəне катодты блоктар, плиталар жасауға қолданылады. Тас көмірді кокстеген кезде 900-1100%С алады құймалы коксті, оның құрамында 85%С, 1,0-1,5% үшатың заттар, 8-15%күл. Құрамында күлдің мөлшері көп болғандықтан оны сирек қолданады.Кейбірді катодтық блоктар жəне электротермиялық электродтар жасауға қолданады. Мұнайлі коксті мұнайды кокстеген кезде алады,оның түсі жылтыр қара жəне омырғыш болып келеді. Ол таза көміртектес шикізатқа жатады, ол негізгі материал болып саналады анодтарды өндіруге электролиттік жолмен алюминий алған кезде. Одан графиттелген электродтар жасайды. Пекті коксті тас көмірдің пегің кокстеген кезде алады. Сырт көзге мұнайлы кокске ұқсас.Механикалық мықты болып келеді, құрамында үшатын заттардың мөлшері аз жəне оттегімен эрекеттесуде активті емес.Ол құнды шикізат болып саналады анод жəне анодтық масса жасау үшін.

Электродтар өндірісінде біріктіргіш заттар ретінде қолданады, оларды тас көмірді құрғак айдау кезінде-пек жəне таскөмірдің шайырын алады. Біріктіргіш заттар үш топқа бөлінеді:

Асфальтендер – маңызды біріктіргіш заттың бөлігі болып саналады,оның құрамында кокстеуші көміртегі бар. Мальтендер , олар асфальтендерге еріткіш ретінде қолданады.

Карбоидтар, олардың құрамында бос көміртегі бар. Электродтарды күйдіру кезінде, олардың жарығың азайтады. Пек ең негізгі біріктіргіш болып саналады электродтар

өндірісінде,олардың жумсақтау температурасы əртұрлі болады: жумсақ пек 44-480С, орташа 60-750С, қатты 80-1000С. Жұмсақ жəне орташа пек біріктіргіш ретінде қолданады қоспасыз, қатты пек – таскөмірдің шайырімен қоспа түрінде қолданады, оны шайырпек

(смолопек) деп атайды. Зауытқа шикі таскөмірдің шайырі келеді, одан ылғал жəне үшатың

заттарды кетірледі 230-2700С. Электродтарды өндірудің жалпы технологиялық схемасы

Қатты көміртектес материалдарды ұсақтайды, содан соң жоғары температурада қыздырады. Қыздырылған көміртектес материалдарды шарлы диірменде ұнтақтайды. Ұнтақталған қатты көміртектес материалдарды сұрыптайды, дозалап араластырады біріктіргіш затпен. Алынған шикі көміртектес массаны қалыпқы күяды немесе престейді гидравликалық престе. Престеуден кейін алынады «жасыл» электродтар, оларды 24 сағатқа қоймаға қояды, қажетті қасиеттерің (электрөткізгіштігін, механикалық мықтылығын жəне басқаларды) жақсарту үшін. Қатты көміртектес материалдарды қыздырады реторты немесе қүбырлы пештерде 13000С. Қатты көміртектес материалдарды ұнтақтау операциясы жəне содан соң сұрыптау жасанылады көмір бөлшектірінің əртүрлі дəннің іріліғің алу үшін. Ірі көмірдің бөлшектері майда көмірдің бөлшектерімен араластырылады жəне біріктіргіш қосылады, ірі бөлшектердің бос раларың толтыру үшін. «Жасыл» электродтарды күйдіреді камерлі пештерде ауасыз 14000С 14-30 тəулік.

1 [142-169].

1.Электродтар алу үшін шикізат көздері;

2.Көмірлі электродтардың түрлері;

3.Электродтарды өндіру үшін қолданылатын шикізаттар;

4.Көмірлі электродтарды өндіру технологиясы;

5.Электродтарды қолдану салалары.

Сазбалшықтан алюминийді электролиздеу арқылы алады, ерітілген балқытылған криолитте, құрамында натриймен алюминийдің фторлары бар, сондай-ақ бірнеше басқа да тұздар қосылған. Электролиттің құрамы криолиттік қатынасы жағынан осылай аталып сипатталады, яғни NaF –нің мольдің концентрацияның, электролиттегі AlF3 –ке қатынасы алынады. Таза криолит үшін Na3AlF6 немесе 3NaFּ AlF3 – ол үшке тең. Егер ерітінді NaF-пен байытылса, онда криолиттік қатынас 3-тен көп. Мұндай элетролит сілтілі деп

аталады. Электролит AlF3 байытылса, онда қатынас 3-тен аз жəне оны қышқыл деп атайды. Алюминийді электролиздеу кезінде криолиттік қатынас 2,6-2,8 қышқыл электролиттер қолданылады. Электролиттің балқу температурасын жəне алюминийдің жоғалуын төмендету үшін кальцийдің СаF2 жəне магнийдің MgF2 фторидтары қосылады. Олардың ерітіндідегі жиынтық мөлшері 7-9% аспайды.

Кендерді жəне шоғырларды алюминий алу мақсатында өңдеудің негізгі əдісі болып электролиттік əдіс саналады. Бірақ, сулы ерітіндіден алюминийді, оның тұздарын электролиздеу мүмкін емес, себебі, катодта сутегі бөлінуі, өйткені ол алюминийге қарағанда көп жоғары (+) оң потенциалға ие. Сазбалшықты электролиттік ыдырату процесін оның ерітіндісінде балқытылған Na3AlF6 – криолитпен жүргізеді. Осы процесті іске асыру үшін, сазбалшық, криолит, фторлы тұздар (электролиттің құрамын түзету үшін), көмірлі электродтар, сондай-ақ көп мөлшерде электр энергиясы қажет.

құруға əкеледі. Температураны төмендету кезінде, электролитте қатты бөлшектер бөліне бастайды, бұл процесті күрделендіреді жəне электр энергиясының шығынын жоғарылатады. Ваннадағы электролиттің ашық бетінде жоғары қарқынды ауамен салқындату себепті, қатты қабыршық пайда болады, сондықтан электролиздің жүру жағдайына байланысты, периодты сазбалшық үлесін салып отырады. Электролиттің қатуы, сондай-ақ ваннаның бүйірлік бетінде де құрылады, бұл жылудың жоғалуын азайтып жəне электролизердің футеровкасын бүлінуден сақтайды. Ваннадағы электролиттің қалыңдық қабаты 150-250 мм құрайды, ваннаның жалпы тереңдігі 400-600 мм. Электролитте, электролит массасынан 6-8% сазбалшық ериді. Электролиттегі сазбалшық мөлшерін көтеру кезінде оның электр өткізгіштігі төмендейді, сол себепті электр энергиясының шығыны өседі. Балқытылған криолитті – сазбалшықты электролит мынадай иондардан тұрады: Al3+, Na+, Ca2+, Mg2+, F-. O2-, AlO2

-, AlOF5 4- жəне басқалардан. Бұл иондар электролит арқылы тоқ тасымалдауға қатысады. Бірақ, электродтарда тек мынадай иондарға ғана разрядталады – олар электродты потенциалдық мағынаға ие иондар. Катодта алюминийдің иондары, ал анодта – оттегі

иондары разрядталады. Қалған – натрийдің, кальцийдің, магнийдің, фтордың жəне басқалардың иондары балқымада қалады. Көмірлі анодқа бөлінген оттегі көміртегімен əрекеттеседі, сонымен бірге СО жəне СО2-нің қоспасын құрайды. Осының нəтижесінде электролиздеу процесінде тек сазбалшықтың ыдырауы жүріп, мынадай жинақы реакция

құрылады:

Al2O3+3С=2Al+3СО

2Al2O3+3С=4Al+3СО2

Электролиздеу температуралары кезінде, электролиттің тығыздығына (2,1г/см3) қарағанда, балқыған алюминий едəуір жоғары (2,3 г/см3) тығыздыққа ие. Сол себепті, катодқа бөлінген алюминий ваннаның түбінде электролит қабатының астында қалады. Электролиздеу процесін ваннадағы кернеу 4-4,5 В кезінде жəне тоқ күші 50-ден 250 кА дейін жəне электролизердің қуатына байланысты жүргізеді. Электролиздеу барысында электролиттегі сазбалшықтың мөлшері ақырындап төмендейді жəне оның концентрациясы 0,5-1,5% жетуі бойынша «анодтық əсер» деген болады: ваннадағы кернеу алдымен ақырын, кейін секіріп-секіріп 30-60 В дейін ұлғаяды; ашық жарқылдап сəуле беру байқалады (тұтану), бір түрлі шуыл пайда болады; электролиттің булануы күшейеді.

Анодтық əсердің басталуын əдетте бақылаушы шамның жануы арқылы анықтауға болады. Оны жою электролитке сазбалшықтың тиісті бөлігін салып еріту арқылы іске асады. Мұндайда ваннадағы кернеу төмендеп, қалыпты электролиздеу жүрісі қалпына келеді. Анодтық əсер фторлы тұздардың жоғалуымен электр энергияны көп шығындауға əкеледі. Сондықтан анодтық əсердің аз болуын қарастырған жөн – ол бір ваннада тəулігіне бір саннан аспауы керек, ал алдыңғы қатардағы бригадалар, мұндай əсердің болуын 3-5

тəулікте бірақ рет кездестіреді. Осы мақсатта ваннаға сазбалшық салу жиі (тəулігіне 10 ретке дейін) жүргізіледі, бұл «тұтану» болудың алдын алу болып табылады. Электролиттегі сазбалшықты еріту үшін, оның қабыршығын арнаулы машинаға орнатылған пневматикалық балғамен теседі, тағы да сазбалшық үлесін салып араластырады. Бірқатар зауыттарда ванналарға сазбалшық салудың (əр 4-8 сағат сайын) үздіксіз автоматтандырылған түрі меңгерілген. Электролиттік тəсілмен негізінен алюминийдің техникалық таза маркалары: А85 жəне А8 (99,85 жəне 99,8% А1) алынады. Өте жоғары тазалықтағы металл алу үшін, электролизердан алынған алюминийді тазалауға жібереді. Тазалаудың əртүрлі əдістері, сондай-ақ екінші алюминий өндірісі мен

алюминийдің қорытпаларын балқыту өндірісінде де қолданылады. Металдық алюминийді жəне оның қорытпаларын тазарту Электролизденген алюминийді қоспалардан тазарту үшін, үш қабатты деп аталатын тəсіл қолданылады, ол электролиттік тазалаудың бір түрі.

Алюминийді балқытылған ортада тазалайды. Анод болып алғашқы алынған алюминийді пайдаланады, оған 30% Cu қосады. Осының нəтижесінде анодтық қорытпаның тығыздығы 3,5 г/см3-ке өседі жəне ол ваннаның түбінен қалқып бетіне шықпайды. Катод болып ваннаның бетіне жинақталған сұйық қабат, яғни тазаланған алюминий есептеледі. Бұл сұйық металдар қабатының арасында, балқытылған электролит қабаты жинақталған. Мұны қамтамасыз ету үшін, анодтық қорытпаның тығыздығына қарағанда электролиттің тығыздығы аз болуы керек, бұған жету үшін хлорлы барийдің фторлы алюминиймен

натрий тұздарының қоспасы пайдаланылады, бұлардың тығыздығы процесс температурасы 2,7 г/см3 тең (мұндай жағдайда таза алюминийдің тығыздығы 2,35 г/см3). Катодты тұрақты тоқ көзіне қосқан кезде, эектролит арқылы анодқа тоқтың өтуі, анодта алюминий иондарының пайда болуына əкеледі. Ол катодқа бағытталып онда алюминийдің металл түрін бөледі, алюминийге қарағанда мұндай элементтер теріс электронды (Mg, Na, Ca), анодтан электролитке өткенімен катодқа, электролиттегі алюминий иондарының жоғары концентрациясы сақталып тұрғанға дейін ештеңе бөлінбейді. Көптеген оң электронды элементтер (Si, Fe, Cu жəне басқалары) анодтан электролитке өте алмайды, өйткені анодтық қорытпада алюминий жеткілікті. Сонымен

алюминийдің тазалығы 99,995% дейінгі (А995 маркасы) алынуы мүмкін. Электролиттік тазалау кезінде 1 тонна металға шамамен 18000 кВт·сағ электр энергиясы жұмсалады. Сондықтан үш қабатты тазалау құны едəуір қымбат жəне оны қолдану көлемі шектелген.

Алюминий мен қорытпалар үшін, олардың негізінде балқыманы құрғатылған газдармен үрлеп тазалау жолы қолданылады. Тазалағыш газдар ретінде хлор, азот, аргон пайдаланылады. Тазаланылатын металдың жоғарғы бетінің тазалағыш газдармен жанасуы үшін, газдың сорғалап ағуын бөлшектеу, яғни ұсақ тамшыларға айналдырып жүргізіледі, ол үшін тазалағыш газды, кварцты немесе графитті құбырға орнатылған ұсақ тесікті керамикалы шашыратқыш арқылы жібереді. Осы құбыр арқылы газбен қорытпаларда

үрленеді. Мұндай кезде металл ондағы еріген сутегінен тазартылады, нəтижесінде оның диффузиясы балқымадан тазалағыш газдың тамшысына өтеді. Бір уақытта металл емес қатты заттар, оларға қоса газ тамшыларының флотациялануы себепті ваннаның бетіне қалқып шыққан бөлшектерден (металда ерімейтін қоспалар мен басқа да оксидтардан) тазарту жүреді. Алюминий қоспаларының мол массасын терең газдан тазарту вакуумды

тəсілмен жүргізу арқылы іске асуы мүмкін, яғни балқыманы қалған қысымы

100-400 Па кезінде 20-30 минут ұстау керек. Алюминді қоспаларды темірден, кремнийден жəне басқа қоспалардан (екінші қоспаларды ерекше) тазарту үшін, магнийлі тазалау тəсілі

қолданылады. Қоспалармен ластанған металл 30% магниймен қорытылады. Мұндай қоспаларды балқыту температурасы шамамен 5000С, мұндай температура кезінде қорытпадан темірмен, кремниймен байытылған қатты фазалар бөлінеді. Оларды балқымадан сүзу арқылы ажыратады, артынан вакуумде магний айдалады. Айдауды вакуумды индукционды, конденсаторлармен қосылған пештерде жүргізеді. Қорытпа, қалған қысымы 10- 15 Па кезінде, пеште шамамен 850 0С-ге дейін қыздырылады. Мұндай жағдайда магний буға айналады жəне оның буы конденсаторларға өтеді, оның температурасы 2000С шамасында. Мұнда булар конденсацияланады жəне конденсаторлар камерасының қабырғаларында қатты магний отырады.

Əдебиеттер

1 [252-257];

2 [103-321].

Бақылау сұрақтары:

1. Алюминий ванналарының конструкциясы;

2. Алюминийді қандай тəсілмен тазартады;

3. Электролиздеу процесінде сазбалшықтың ыдырауы қандай қорытынды

реакциямен жүре

4. Алюминийді электролиздеу процесіне анодтық əсердің ықпалы;

5.Электролизерларды қосу жəне күту.
8-ші дəріс. Алюминийді электролиз əдісімен өндіру
Балқымалардың электролизі - металдарды тотықсыздандырудың салыстырмалы қымбат əдісі. Сонымен қатар, таза тотықтарды (немесе тұздарды) алу үшін ең алдымен күрделі өндеуден өтуі тиіс, содан кейін олар электролиз кезінде бастапқы шикізат түрінде қолданылады. Сулы ерітінділерден тотықсыздандыруға келмейтін металдарды балқымалардың электролиз арқылы алады. Бұл - сілтілі жəне сілтіліжер металдары, сонымен қатар алюминий, хром , титан, цирконий, торий, марганец жəне т.б. Балқымалардың электролизі кезінде судың ыдырауымен байланысқан жанама реакциялар жоқ болуы керек, өйткені жоғары температура кезінде сілтілердің жəне тұздардың балқымалары иондарға жақсы диссоцацияланады. Олардың иондары сулы ерітіндідегі гидратталған иондарға қарағанда қозғалғыштығы жоғары, ал электрондардың өтуінің жəне химиялық реакциялардың артық кернеуі жоғары температура кезінде үлкен емес.

Балқымалардың электролиз процесі электролиз өнімдерінің жоғары химиялық белсенділігімен, олардың ауадағы газбен əрекеттесу мүмкіндігімен, ванна дайындалатын электролит пен материалдармен күрделенеді. Сол себепті электролиздің əрбір нақты жағдайы үшін тəжірибе жүзімен ваннада минималды кернеу кезінде тоқ бойынша жоғары шығысты қамтамасыз ететін неғұрлым оптималды жағдайлар табылған.

өндірудің технологиялық схемасы

Өнеркəсіпте электролит негізінен фторлы алюминийімен байытылған криолит-сазбалшықты балқымасынан тұрады, олардың қасиеттері қосып алғанда 8-10%-дан жоғары болмайтын əртүрлі химиялық қосылыстардың қоспаларымен жақсартылған. Электролитке қоспа ретінде CaF2, MgF2, LiF, NaCl қосылыстары кеңінен қолданылады. Қоспаны қосудың мəні – балқу температурасын жəне электролит тығыздығын төмендету, оның электрөткізгіштігі жəне аққыштығын жоғарылату болып табылады.

1 - сазбалшық салуға арналған бункер; 2 - шегелер; 3 - қатқан электролит

қабығы; 4 – көмірлі катод; 5 – сұйық анодты масса; 6 - жартылай қатқан

анодты масса; 7 – кокстелген анодты масса; 8 – газ шығатын тесік; 9 - сұйық

алюминий
Сурет 6 - Сазбалшықтың криолиттегі балқымасынан алюминий алуға

арналған электролизёрдің схемасы:

катод ретінде сұйық алюминийдегі табан табақшада түзілетін қабат болып

табылады). Анодқа жəне катодқа (табақшаға) тоқ өткізгіш орама арқылы беріледі. Көрсетілген негізгі түйіндерден басқа, элетролизерлар сазбалшықты енгізу үшін бункермен (1), түзілетін газдарды шығару үшін арнайы құрылғылармен жабдықталған (8).

Анодты массаны арнайы күйдірілген кокстан (70%) жəне күлділігі төмен көмірден (30%) дайындайды. Көмірлі массаны брикет түрінде анодтың алюминийлі қорапшасына енгізеді. Анодтың үстіңгі жағы жұмсарады (5), ал ортасынан (6) ұшқыш заттар ұшып кетеді жəне жартылай қатты масса түзіледі. Анодтың төменгі бөлігінде (7), температурасы неғұрлым жоғары жерінде масса (коксталған масса) піседі. Анодқа тоқты жеткізу үшін болатты шеге (2) қағады. Анодтың түсі өзгеруіне қарай шеге алынып тасталып, анодтың үстіңгі

бөлігіне қайтадан қағылады (өздігінен жанатын аноды жəне жоғарыдан тоқ

болуын қамтамасыз ету үшін оның температурасын 950-9600С аралығында

ұстайды. Балқымадағы бар болатын иондардың ішіндегі электролиз процесінде

катодта Al3+ катиондары оңайырақ тотықсызданады, анодта аниондар -2 AlO

анағұрлым оңайырақ тотығады:

2AlO- - 2e = Al O + 1 O

Балқымадағы тоқ құрамына Na+ мен F- иондары кіретін аниондармен тасымалданады, Бұл кезде анодты кеңістікте алюминий фториді, ал катодты кеңістікте - натрийдің фториді мен алюминаты жиналады. Бірақ балқыма өз бетінше қарқынды араласады жəне алюминат алюминий фторидімен əрекеттескен кезде қайтадан криолит жəне алюминий тотығы түзіледі: 3NaAlO + 2AlF = Na AlF + 2Al O

Тоқ бойынша шығынның төмендеу себебі бір зарядты алюминий қосылысының түзілуімен балқымада алюминийдің еруі болып табылады, ол анодта қайтадан Al3+-ке дейін тотығады: AlF 2Al 3AlF 3 + =

Сонымен қатар, алюминий анодта көміртегі тотығын (IV) көміртегіне дейін тотықсыздандырады, ол алюминиймен əрекеттеседі:

4Al + 3C = Al C

Алюминийдің карбиді катодқа тұнбаға түсе отырып, кедергіні жоғарылатады. Тоқ бойынша шығын еріген алюминийдің натрий фторидімен əрекеттесуі нəтижесінде катодта металдық натрийдің түзілуі салдарынан төмендейді:

6NaF + Al = 3Na + Na AlF

Ваннамен жұмысы кезінде алюминий тотығының концентрациясы 1-2%- ға дейін төмендейді жəне бір уақыттан екінші уақытқа дейін анодтың электролитпен жұғысуының төмендеуімен жəне тізбекте кедергінің жоғарылауымен байланысты «анодтық эффект» байқалады. Бұл кезде ваннадағы кернеу секірмелі 4-5 В-тан түрде 40-45 В-қа дейін жоғарылайды, ол сазбалшықты (Al2O3 ) электролитке енгізу керектігін білдіретін белгі болып табылады. Электролиз процесінде түзілген газдардың құрамында көміртегінің тотықтары (II, IV), фторлы сутегі, сазбалшық кесектері, криолит жəне көмір күйіндісін құрғақ айдаудың өнімдері (көмірлі газдар) болады. Газдарды жинағышта сода ерітіндісімен жуу арқылы тазартады. Электролиз ваннасынан алынатын алюминий көбінде соңғы өнім емес, оны шикі алюминий немесе техникалық алюминий деп атайды. Оның құрамында (H2) газдары, сазбалшық, алюминий карбиді жəне нитриді, көміртегі жəне металдар (кремний, темір, мыс) түріндегі қоспалар болады. Газдан жəне металл емес қоспалардан тазартуды араластырғыш электропештерінде жүргізеді. Пештен шығарылған металды массасы 15 кг құймаларға (чушка) немесе массасы 35 кг вайербарстарға құю үшін үздіксіз құйғыш машиналардың ыдысына жібереді. Осылайша, криолит- сазбалшықты балқыманың электролизі процесінен техникалық тазалығы 99,5-99,85% алюминий алады. Жоғары тазалықты металды (99,95-99,995% Al) техникалық металды электролиттік тазарту арқылы алады.