Курсовая работа: Расчет электролизера по заданным параметрам

317

386

432

1092

3029

3500

1282

852

549

724

745

403

370

293

226

3140

3343

1540

1024

844

798

738

440

341

322

41

3079

3695

2305

1385

1170

887

552

590

356

426

-

2871

3577

2283

1366

1197

859

576

635

362

349

-

Всего в мире

6410

10209

13129

16379

16168

17096

19609

20844

Раздел 1. Основы электролитического получения алюминия

1.1 Свойства алюминия

Алюминий представляет собой серебристо- белый металл с синеватым оттенком. Уникальное сочетание свойств – малая плотность, высокая теплопроводность и электропроводность, коррозионная стойкость, хорошая механическая прочность в сочетании с высокой пластичностью – обеспечили широкое применение как чистого металла , так и сплавов на его основе.

Физические свойства

Плотность алюминия 2,69 г/см³ при 20⁰ С. Зависимость между плотностью и его составом носит практически линейный характер, что позволяет определять плотность как сумму плотностей каждого элемента. С ростом температуры плотность алюминия снижается, и при 965⁰ С составляет 2,35г/см³ . Удельный вес алюминия в 3,3 раза меньше меди, вследствие чего медные провода в линиях электропередач часто заменяются алюминиевыми

Температура плавления . Очень чувствительна к чистоте металла, для высокочистого алюминия (99,996%) она составляет 660,3⁰ С. Благодаря этому свойству алюминий высокой чистоты долгое время использовался для калибровки термопар .Температура плавления изменяется с изменением чистоты металла, а также зависит от содержания примесей, с их ростом она возрастает. С ростом внешнего давления температура плавления возрастает. Температура кипения алюминия -2497⁰ С.

Теплопроводность. Теплопроводность отожженного алюминия в твердом состоянии снижается по мере роста температуры с 2,37 (при 210⁰ С) до 2,08 Вт/см.К (при 660⁰ С). При температуре выше 70,7 ⁰ С она малочувствительна к чистоте металла. В жидком состоянии теплопроводность алюминия резко падает до 0,907 Вт/см.К.

Удельное электросопротивление алюминия высокой чистоты ( 99,99%) при температуре 20⁰ С составляет 2,6548·10^­8 Ом·м. С ростом

температуры удельное электросопротивление возрастает практически по линейной зависимости. Электросопротивление в значительной степени зависит от чистоты металла. Электропроводность технического алюминия составляет 62-65% от электропроводности меди. При переходе в жидкое состояние электросопротивление возрастает и достигает 3,8·10^­8 Ом·м при 1000⁰ С.

Удельная теплоемкость алюминия по мере увеличения температуры возрастает от 0,90 Дж·г^­1 ·К^­1 при 0⁰ С до 28,12 Дж·г^­1 ·К^­1 при 327⁰ С.

Поверхностное натяжение имеет максимальное значение при температуре плавлении, и с ростом температуры оно снижается.

Вязкость алюминия в жидком состоянии с ростом температуры снижается и увеличивается с ростом твердых включений.

Химические свойства

Алюминий относится к третьей группе элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, порядковый номер 13 , атомный вес 26,98. Алюминий трехвалентен, в химических соединениях он обычно является ионом АL⁺³ , при определенных условиях атом алюминия становится одновалентным ионом АL⁺¹ ,образуя субсоединения. Алюминий обладает большой химической активностью; энергия образования его соединений с кислородом, серой, углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди электроотрицательных элементов, его нормальный электродный потенциал равен ­1,67В. В обычных условиях при взаимодействии с кислородом воздуха алюминий покрывается прочной пленкой оксида алюминия (AL₂ O₃ ) толщиной 2 ∙10^-5 см, которая защищает его от дальнейшего окисления, при наличии в алюминии или окружающей среде Na, Ca, Cu прочность оксидной пленки резко снижается.

Высокая теплота образования AL₂ O₃ , позволяет использовать алюминий для восстановления других металлов из оксидов. При нагревании AL взаимодействует с S, образуя AL₂ S₃ . При взаимодействии AL с F образуется AL F₃ , реакция идет с выделением тепла, при нагревании AL F₃ в присутствии алюминия, идет реакция с образованием субфторида (AL F ). При охлаждении AL F разлагается с образованием AL.

Алюминий при температуре 1200⁰ С взаимодействует с С, с образованием карбида алюминия (AL₄ С₃ ) с большим выделением тепла. В присутствии расплавленных солей (криолит) взаимодействие С с алюминием протекает при температуре около 1000⁰ С.