Реферат: Создание эффективной химико-технологической схемы ХТС производства алюминия
Основным аппаратом в процессе электролитического получения алюминия является электролизер или алюминиевая ванна.
Рис. 4.3. Схема электролизера: а – ванна с самообжигающимися анодами, б – блок с предварительно обожженным анодом 1-кожух, 2-огнеупорная футеровка, 3-футеровка из угольных плит, 4-глинозем, 5-слой расплавленного электролита, 6-гарнисаж, 7-слой алюминия, 8-рабочий блок обожженного электрода, 9-токоподводы, 10-наращиваемый блок, 11-кожух анодной массы, 12-анодная масса.
Электролизер состоит из катодного и анодного устройств. Катодное устройство представляет металлический кожух прямоугольной формы с огнеупорной изоляцией, футерованный изнутри угольными плитами и блоками. Нижние блоки являются одновременно токоподводами для расплавленного алюминия, играющего роль катода. Электролизер снабжен системой газоулавливания и дожигания оксида углерода (II), устройством для непрерывной подачи глинозема и системой откачивания металлического алюминия.
Анодное устройство состоит из угольных анодов, частично погруженных в расплавленный электролит, и запрессованных в них токоподводов. Применяют непрерывные аноды различной конструкции. В современных электролизерах используют непрерывные аноды двух типов: самообжигающиеся и предварительно обожженные. Самообжигающийся анод состоит из алюминиевого кожуха, в который помещена брикетированная анодная масса с запрессованными в нее токоподводами.
В современных электролизерах высокой мощности применяют предварительно обожженные аноды, которые состоят из блоков, наращиваемых сверху по мере их обгорания. Токоподводы впрессованы сбоку в готовые блоки.
Вследствие разности плотностей жидкий алюминий отделяется от криолит-глиноземного расплава и собирается на дне ванны. В процессе электролиза в результате охлаждения ванны наружным воздухом на поверхности расплава образуется твердый слой электролита (гарнисаж), который утепляет ванну и снижает расход энергии. Для извлечения из ванны расплавленного алюминия используют вакуумные ковши или сифоны, засасывающая труба которых вводится в жидкий алюминий через слой гарнисажа.
Глинозем непрерывно подается в электролизер с помощью пневматического штокового устройства, позволяющего пробивать корку гарнисажа и дозировать глинозем.
Система газоулавливания электролизера предназначена для сбора выделяющихся при электролизе газов и удаления их в газоочистную систему.
2. ОЧИСТКА И РАФИНИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ
Примеси значительно ухудшают механические, электрические и литейные свойства алюминия и снижают его коррозионную стойкость. Для очистки от механических примесей и растворенных газов алюминий, выкаченный из ванны, хлорируют в вакуум-ковшах. При этом хлорируются водород и некоторые металлы, а образовавшиеся хлориды и механические примеси, всплывают на поверхность металла и удаляются:
Рис. 4.4. Схема электролитического рафинирования алюминия: 1-слой рафинируемого (верхний слой) – очищенный алюминия, содержащего медь, 2-слой электролита, 3-слой чистого алюминия.
После хлорирования алюминий выдерживают в электрических печах для удаления остатков примесей и усреднения состава, после чего отливают в слитки. После такой очистки получают алюминий марки А85, который содержит не менее 99,85% металла. Для получения алюминия высокой и особой чистоты его подвергают дополнительному рафинированию. В промышленности применяют два метода рафинирования: электролитический и с помощью субсоединений алюминия.
В основе электролитического трехслойного метода рафинирования лежит процесс анодного окисления и последующего катодного восстановления алюминия. Анодом электролизера является рафинируемый алюминий, содержащий для увеличения
Между катодом и анодом располагается расплавленный электролит, состоящий из смеси хлоридов бария и натрия и фторидов алюминия и натрия.В процессе рафинирования алюминий растворяется на аноде:
,
ионы его, вследствие разности плотностей слоев загрязненного алюминия и электролита, проходят через слой последнего и восстанавливаются на катоде:
В то же время примеси с большим потенциалом остаются в слое рафинируемого металла и накапливаются в слое электролита. По мере накопления примесей анодный сплав и электролит периодически заменяют. Полученный этим методом рафинирования алюминий имеет чистоту 99,99%.
Рафинирование с помощью субсоединений основано на возгонке легколетучих субсоединений одновалентного алюминия, образующихся при высокотемпературной обработке рафинируемого алюминия хлоридом алюминия (III). Примеси при этом не перегоняются и остаются в остатке от рафинирования.
Чистота алюминия, полученного через субсоединения равна 99,9995%.
Алюминий сверхвысокой чистоты (99,9999%) может быть получен методом зонной плавки.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТОПОЛОГИИ ХТС
Определение видов связи между аппаратами в технологической схеме производства глинозема по методу Байера.
В этой схеме в основном используется последовательный тип соединения аппаратов.
Смеситель пульпы, подогреватель пульпы, греющие автоклавы и реакционные автоклавы имеют последовательное соединение, таким образом, бокситовая пульпа проходит через эти аппараты последовательно, где происходит ее дробление, мокрый размол и выщелачивание. Реакционные автоклавы соединены с сепаратором пара и жидкости и с разбавителем последовательно-обводной связью. Сепаратор пара соединен с подогревателем обратной связью, так как образовавшийся в сепараторе пар возвращается в подогреватель для его обогрева. Пульпа из сепаратора подается последовательно в разбавитель, далее в сгуститель шлама, а затем на отделение красного шлама в вакуум-фильтр. Вакуум-фильтр параллельно соединен с промывателем шлама и декомпозером, так как отделившийся на фильтре шлам поступает на промывание, а раствор алюмината натрия поступает в декомпозер, где перемешивается воздухом. Далее декомпозер, сепаратор глинозема, бункер, трубчатая печь и трубчатый холодильник соединены между собой последовательно.
Так как в схеме существует обратная технологическая связь, то схема является замкнутой.