Metalurgia aluminium: Otrzymywanie metalicznego aluminium opiera się na elektrolizie tlenku Al2O3 rozpuszczonego w stopionym kriolicie. Elektroliza odbywa się w wannach mających wyłożenie węglowe. Katodę stanowi trzon wanny, a anody - elektrody węglowe ciągle zanurzone w elektrolicie. Tlenek glinowy rozkłada się na glin metaliczny wydzielający się na katodzie i tlen, który spala węglowe anody. Podczas przepływu prądu przez warstwę elektrolitu wydziela się ciepło, które utrzymuje elektrolit w temp. 9500. W pewnych odstępach czasu usuwa się z wanny metaliczne aluminium. Aluminium otrzymane podczas elektrolizy zawiera szereg zanieczyszczeń. Oczyszcza się je poprzez rafinację. Rafinację przeprowadza się sposobem chlorowania z następnym przetapianiem w piecu elektrycznym.
Metalurgia aluminium
•Podstawowe rudy aluminium:
•1. -boksyty,
•2. -nefeliny,
•3. -ałunity,
•4. -kaoliny.
•Najbardziej znanąmetodąotrzymywania aluminium jest metoda składająca sięz dwóch faz:
•1. -otrzymywanie czystego tlenku aluminium metoda Bayera,
•2. -elektroliza tlenku glinowego w ciekłym kriolicie.
Metalurgia aluminium
Jest metalem srebrzysto białym o
temperaturze topnienia 660oC i temperaturze
wrzenia 2000oC miękki i plastyczny.
Znajduje 2 miejsce pod względem
przewodnictwa cieplnego i elektrycznego.
Najbardziej rozpowszechnioną rudą
zawierającą aluminium jest boksyt, jako
minerał zawiera krzemiany i glinokrzemiany
Al., tlenki, wodorotlenki żelaza, związki sodu,
potasu itp. Kolor rudy boksytu jest od
czarnego do białego. Niektóre rudy boksytu
stanowią kamień półszlachetny.
W technice stosuje się następujące metody
otrzymywania aluminium
1)metody alkaliczne (mokre i suche),
2)metody kwaśne,
3)metody elektrotechniczne.
Metoda alkaliczna Bayer'a na mokro, która
umożliwia wyprodukowanie aluminium o
czystości do 99,998% opiera się o
następujące etapy:
1)otrzymywanie Al2O3
2)otrzymywanie wodorotlenku Al.(OH)3
3)otrzymywanie 100% Al2O3
4)etap otrzymywania czystego aluminium z
Al2O3 na podstawie elektrolizy
1.
rafinacja aluminium
a)
rafinacja za pomocą chloru
b)
rafinacja elektrolityczna,
Al2O3+2NaOH→2Na AlO2+2H2O w czasie
mieszania i gotowania boksytu z wodą
wytwarza się tzw. czarny szlam zawierający
NaAlO2 następnie oddziaływuje się woda na
NaAlO2 w wyniku czego otrzymujemy
NaAlO2+2H2O→NaOH+Al(OH)3 następnym
etapem jest otrzymywanie Al2O3 Al(OH)3→
Al2O3+3(H2O)↑ W skład elektrolitu wchodzi
Al2O3 + kriolit (kriolit = Na3AlFe + sole
fluorowe magnezu, wapnia, i aluminium.
Kriolit składa się z 8-10% Al2O3, 80% kriolitu,
4-8% fluorku Al., 2-7% fluorku wapnia z
niewielkim dodatkiem fluorku magnezu.
Anoda i katoda wykonane są z - płyty
grafitowej lub miału węglowego. Napięcie na
zaciskach 4,5V. Natężenie od 30 - 60 tys.
amper. Aby uzyskać 1 tonę aluminium
metalowego zużywa się 60kg anod i 16,5
tys. kWh. Aluminium uzyskuje się w
czystości 98-99,4%.
Spód pieca stanowią płyty grafitowe. Nad
powierzchnią ciekłego elektrolitu znajdują się
bloki katodowe. Na powierzchni elektrolitu
znajdują się zanieczyszczenia . w czasie
elektrolizy następuje dysocjacja Al2O3 i na
dnie spoczywa czysty metal. Całość tego
procesy przeprowadza się w temperaturze
989oC, trwa on tak długo aż trwa wypełnienie
wanny. W czasie przepływu prądu w
okolicach anody towarzyszy iskrzenie
spowodowane brakiem Al2O3 w elektrolicie
który należy uzupełnić, po uzupełnieniu efekt
katodowy znika. Ciekły metal po
zakończeniu procesu zlany do wlewnic. Ilość
zanieczyszczeń od 1-1,5%.
Rafinacja:
Rafinacje aluminium przeprowadza się w
dwóch etapach:
1)za pomocą chloru przeprowadza się ja w
wyniku przedmuchiwania aluminium za
pomocą chloru, który powoduje wrzenia Al.
W kadzi w wyniku którego następuje
usunięcie zanieczyszczeń niemetalicznych,
które osadzają się na powierzchni w postaci
proszku białego, który zostaje usunięty.
Aluminium to służy do wyrobu stopów.
2)Za pomocą elektrolizy w wyniku której
otrzymujemy aluminium o czystości 99,998%
stosując rafinację za pomocą trzech warstw.
I warstwa - stop anodowy Al. + 6%Cu,
II warstwa - elektrolit chlorek boru + chlorek
potasu + chlorek sodu,
III warstwa - czyste rafinowane aluminium
Zanieczyszczenia przechodzą do elektrolitu
lub zostają w stopie anodowym. Otrzymane
aluminium zawiera trzy rodzaje
zanieczyszczeń:
- zanieczyszczenia niemetaliczne
zawierające związki sodu, potasu i Al2O3
- zanieczyszczenia metaliczne żelazo,
krzem, tytan
- gazowe, wodór, tlen itp