Переработка титановой губки в товарную продукцию 3 страница

Алюминий получают путем электролитического разложения глинозема, растворенного в расплавленном электролите (криолите – Na₃AlF₆).

Расплавленный криолит диссоциирует по сле­дующей схеме:

Na₃AlF₆ ↔ 3 Na⁺ + AlF^3-₆

Глинозем, растворенный в расплавленном криолите, диссоциирует на алюминий и кислородсодержащие ионы. Диссоциацию глинозема можно представить в виде следующей схемы:

Al₂ O₃ ↔ 2 Al ³⁺ + 3 O^2-

Если через расплавленный электролит пропустить постоянный ток, то на различных полюсах электроподводящих электродов будет происходит: выделение алюминия - на отрицательном электроде (катоде), кислорода – на положительном электроде (аноде).

На катоде в первую очередь разряжаются ионы А1^{3 +}, так как в электролите нет других более электроположительных ионов (а ионы натрия имеют более отрицательный потенциал).

Процесс электролиза проводят в электролизере, рис. 11.

Электролизер состоит из стального корпуса, футерованного внутри угольными блоками 9, в подовую часть которого с помощью шин 7 и токоподводящих стержней подведен отрицательный полюс источника тока.

Для того чтобы защитить токоподводящие стержни от разрушения на подину укладывают угольные блоки 9.

Над корпусом подвешены угольные аноды 3, к которым с помощью шин 2 подведен положительный полюс. Если в электролизер залить расплав 10, состоя­щий из криолита и глинозема, опустить в этот расплав аноды и пропус­кать через расплав постоянный ток большой силы и необходимого напряжения, то через определенное время на дне электролизера можно обнаружить расплавленный алюминий 8 под слоем расплавленного электролита 10, состоящего из криолита Na ₃AIF₆, в котором при тем­пературе, близкой к 1000 °С, обычно растворено 1-10 % глинозема.

Рис. 11. Схема алюминиевого электролизера с верхним подводом тока к самооб­жигающемуся аноду:

1 - токоподводящие стержни; 2 - анодные шины; 3 - анодный угольный блок; 4 - газо­отсосная система; 5 - слой глинозема;6 - гарнисаж; 7 - катодные шины; 8 - жидкий алюминий у катода; 9 - угольный катод; 10 - жидкий электролит; 11 - чугунный сборник анодных газов; 12 - твердожидкая анодная масса

Процесс электролиза сводится к разряду ионов Al^{3 +} + О^{2 -}, из которых состоит непрерывно расходуемый глинозем. Крио­лит не подвергается непосредственному электролизу и расходуется мало.

В результате чего на дне ванны об­разуется слой металлического алюминия 8. На аноде 3 преимущественно разряжаются ионы кислорода, который немедленно окисляет уголь­ный анод, образуя СО и СО₂.

Для того чтобы не происходило разрушение боковых графитовых блоков футеровки производят наращивание гарниссажа 6 из застывшего электролита и глинозема.

Электролит поддерживается в расплавленном состоянии только за счет теплоты, выделяющейся при прохождении через него электриче­ского тока, поэтому часть электролита всегда настывает на холодных стенках и образует твердую застывшую корку, на которую сверху насыпают порошкообразную окись алюминия 5.

Алюминий извлекают из электролизера, пробивая корку электро­лита и опуская на дно футерованную огнеупором стальную трубку, через которую алюминий откачивают в вакуумный ковш.

По мере извлечения алюминия постепенно опускают анод и тща­тельно регулируют напряжение и межполюсное расстояние электро­лизера. Поскольку нижняя часть анода сгорает и он постепенно опускается, его необходимо наращивать в верхней части. В кожух анода систематически загружают анодную массу, которая постепенно кок­суется на горячем конусе анода за счет теплоты, выделяющейся из ванны. Токоподводящие стальные штыри постепенно опускаются с анодом и во избежание их расплавления и загрязнения алюминия железом в очередной последовательности они выдергиваются из тела анода и поднимаются на более высокий уровень, а в образовавшуюся полость затекает анодная масса и затем коксуется.

3.5. Металлургия магния

3.5.1 Общие сведения о магнии

Магний - серебристо-белый металл. Важнейшее его физическое свойство -малая плотность, равная 1,738 г/см³ (при 20 °С).

При хранении магния в сухом воздухе на его поверхности обра­зуется окисная пленка, предохраняющая металл при небольшом нагре­вании (до 200 °С) от дальнейшего окисления; в этих условиях корро­зионная стойкость чистого магния превышает стойкость низкоуглеродистой стали. Однако во влажном воздухе его коррозия значительно усиливается. На него практически не действуют керосин, бензин и минеральные масла. Он не стоек в водных растворах солей (кроме фтористых) и растворяется во многих минеральных и органических кислотах.

Магний в виде слитков или изделий не огнеопасен. Возгорание маг­ния может произойти лишь при температуре, близкой к точке его плавления (651 °С), или после расплавления, если он не изолирован от кислорода воздуха. Применение покровного флюса обеспечивает безопасное плавление и нагревание этого металла. Порошкообразный магний или тонкая магниевая лента легко загорается от спички и горит ослепительно белым пламенем. Магний немагнитен и не искрит при ударах или трении.

Предел прочности и другие механические свойства магния в боль­шой степени зависят от его чистоты и способа приготовления образца (литой, деформированный); при температуре 20 °С Ств = 115 - 200 МПа (11,5 - 20 кгс/мм²), 6 = 8 - 11,5 %; НВ 30 - 36.

Как конструкционный материал магний не применяют из-за низких механических свойств. Наи­большее количество магния расходуют на приготовление его сплавов с другими металлами. Применяют магний и как раскислитель при получении некоторых тяжелых ме­таллов, а также для изготовления различных реактивов. Порошок магния в смеси с окислителями широко исполь­зуют для изготовления осветительных ракет, в фото- и кинотехнике.

Основное достоинство сплавов магния—их легкость (ρ = 1,8 кг/л). По прочности они уступают сплавам А1, хорошо воспринимая ударные нагрузки. Прекрасно обра­батываются резанием, шлифуются и полируются. Широ­ко применяются в машиностроении там, где главное зна­чение имеет масса (авиация, ракетная техника и др.).

Со многими металлами магний обра­зует сверхлегкие сплавы. Распространены системы спла­вов Mg—Al—Zn. Их механические свойства почти в два раза лучше, чем у металлического магния. Основные марки литейных сплавов магния МЛ4, МЛ5, МЛ12 со­держат 5 – 9 % Al, 2 –5 % Zn, до 0,5% Мn, остальное - Mg.

3.5.2. Сырьевые источники магния

Магний - один из распространенных металлов в земной коре (по Ви­ноградову -2,1 %). В свободном виде он не встречается, а является составляющей многих горных пород в виде карбонатов, силикатов или растворен в морской и озерной воде в виде хлоридов и сульфатов.

В настоящее время для получения магния применяют магнезит, доломит, карналлит, а также морскую воду и отходы ряда производств.

Магнезит - углекислый магний MgC0₃. Природный белый ми­нерал – твердость 4-4,5; плотность – 2,2 – 3,14 г /см ³ магнезит обычно содержит карбонат кальция, кварц, а также примеси других минералов, включающих окислы алюминия и железа. Используется для производства огнеупоров и вяжущего материала в химической промышленности. Также является рудой для получения магния и его солей.

Рис. Магнезит

Для производства магния применяют только чистый каустический магнезит, полученный по реакции MgC0₃ == MgO + СО₂ при нагре­вании (обжиге) природного магнезита до температуры 700 - 900 °С.

Доломит - горная порода, представляющая собой двойной кар­бонат кальция и магния MgC0₃*СаСО₃, твердость 3,5 – 4,0; плотность 2,9 – 3,2 г/см³. Доломиты обычно содержат примеси кварца, кальцита, гипса и др. Доломит, так же как и магнезит, применяемый магниевой промышленностью, предварительно обжигают до получения смеси окислов MgO и СаО. Применяют доломит ьакже для производства огнеупоров, в химической промышленности, в производстве стекла.

Рис. Доломит

Карналлит КС1*MgCl₂ * 6H₂O - природный хлорид магния и ка­лия - очень гигроскопичное кристаллическое вещество, обычно окра­шенное примесями в розовый, желтый или серый цвет; твердость – 2,5; плотность 1,6 г/ см³.

Рис. Карналлит

Используется для получения магния, хлора и калийных солей.

Неисчерпаемые запасы магния (бишофита MgCl₂* 6Н₂О) находятся в морской воде; в среднем в 1 кг воды содержится 3,8 г MgCI₂, 1,7 г MgS0₄ и 0,1 г MgBr. Морскую воду пока редко используют для полу­чения бишофита, так как во многих странах имеются соляные озера, в воде которых содержание хлористого магния значительно выше, чем в морской воде. Кроме того, сырьем для получения магния теперь служат отходы ряда производств. При этом особенно широко исполь­зуют хлористый магний, получаемый при извлечении титана.

Рис. Бишофит

3.5.3. Общие принципы производства магния

Металлический магний получают двумя способами: электролитиче­ским и термическим.

Электролитический способ получения магния в настоящее время яв­ляется основным. Этот метод предусматривает получение магния в не­сколько стадий, основными из которых являются: получение чистого безводного хлорида магния, электролиз расплавленного хлорида и ра­финирование магния.

Рис.. Принципиальная технологическая схема получения магния электро­литическим способом

В зависимости от вида перерабатываемого сырья и способа получе­ния хлорида возможны варианты технологических схем получения элек­тролитического магния (рис. 161).

3.5.4. Получение безводного хлорида магния

Сырьем для получения безводного хлорида магния мо­гут служить карналлит, бишофит и магнезит. Однако ме­тоды подготовки МgCl₂ к электролизу из этих видов сырья различны.

Обезвоживание искусственного карналлита протекает по схеме:

MgCl₂*KCl*6H₂O ® MgCl₂*KCl*2H₂O® MgCl₂*KCl

Первую стадию проводят в трубчатых вращающихся печах длиной 35 -40 м и диаметром 3,0 - 3,5 м при темпера­туре на загрузочном конце печи ниже 120°С, а на разгру­зочном - не выше 500 - 560 °С. При такой операции сте­пень обезвоживания составляет 85 - 90 %. Обезвоженный в трубчатых печах карналлит содержит 6 - 8 % Н₂0 и до 2,5 % МgО.

Вторая стадия обезвоживания с целью полного удаления влаги и отстаивания MgO проводится путем плавки в стационарных карналлитовых печах непрерывного действия (СКН) или в хлораторах.

Безводный карналлита содержит, %: 49 – 51 MgCl₂; 40 - 46 KCl; 6 – 7 NaCl;

0,5 – 1,0 MgO; 0,01 – 0,1 H₂O.

3.5.5.Электролитический способ получения магния

Электролитическая сущность процесса электролитического получения магния заключается в следующем. В хлоридном расплаве в результате электролитической диссоциации образуются катионы металлов Mg²⁺, Na⁺, K⁺ и анионы хлора Cl^-.

Под воздействием постоянного тока на катоде разряжаются только катионы по электролитической реакции

Mg²⁺ + 2 e ® Mg.

Анодный процесс сводится в разряду ионов хлора

2Cl^- - 2 e ® Cl₂

В процессе электролиза, проводимом при 690 – 720⁰ С, магний получают в жидком виде.

Процесс электролитического получения магния и хлора проводится в электролитической ячейке, представленной на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Электролизер для получения магния:

1 - анод; 2 – катоды; 3 - диаф­рагма, отделяющая анодное и ка­тодное пространства; 4 - труба для отвода хлора из анодного пространства; 5 - катодные шины

Анодами служат графитированные плиты 1, катодами - стальные пласти­ны 2. Так как плотность расплавленно­го электролита больше, чем плотность магния при температуре электролиза, то выделяющийся на катоде жидкий магний, не растворяясь в электролите, в виде капель всплывает на его поверхность. На аноде выделяется газообразный хлор, который так­же поднимается и выбрасывается из электролита. Во избежание взаимодействия хлора и магния и короткого замыкания анода и като­да расплавленным магнием вверху устанавливают перегородку, ко­торую принято называть диафрагмой 3. Выделяющийся в анодном пространстве хлор отсасывают через трубы и используют, например, для хлорирования окиси магния или двуокиси титана.

Магниевые ванны соединяют последовательно в серии из 60 - 100 шт. Напряжение источника постоянного электрического тока на ванне колеб­лется в пределах 5,5 -7,5 В.

Извлекают магний из электролизера не реже одного раза в сутки с помощью вакуумного ковша. Извлеченный из ванн магний обычно содержит более 0,1 % при­месей поэтому он всегда подвергается очистке.

3.6. Предприятия цветной металлургии Украины

3.6.1. Горно- обогатительные предприятия

3.6.1.1. «Иршанский горно- обогатительный комбинат» (п.г.т. Иршанск, Житомирская область).

Рис. – Обогатительная фабрика Иршинского ГОКа

(Что лучше?)

Продукция: ильменитовый концентрат, пески.

3.6.1.2. Вольногорский горно-металлургический комбинат

Комбинат включает в себя два основных передела: горно-обогатительный и металлургический.

Сырьевая база комбината представлена комплексными россыпями третичного возраста. Вскрышные породы представляют собой плотные зеленовато-серые и красновато-бурые глины, желтовато-бурые и палево-желтые лессовидные суглинки. Руда - это кварцевые мелкозернистые пески с содержанием глинистой фракции от 10 до 45% и суммы тяжелых минералов до 15-20%. Небольшая мощность вскрышных пород предопределила открытый способ разработки. Верхние горизонты карьеров отрабатываются вскрышными комплексами машин непрерывного действия в составе: роторных экскаваторов, системы конвейеров и отвалообразователей. Добыча рудных песков производится с применением шагающих и роторных экскаваторов с последующей подачей их на участок пульпоприготовления конвейерным и автомобильным транспортом.

(Убрать правую часnь)

.

Рис. Концентрат: рутиловый, цирконовый, ильменитовый,

Дата добавления: 2015-03-31