Основное сырье – алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты, коалины.

Бокситы – горные породы сложного состава: 50-60% Al₂O₃, 1-15% SiO₂, 2-25% FeO, 2-4% TiO, 10-30%H₂O. Способы восстановления алюминия непосредственно из бокситов и других руд еще не разработаны. Современное производство алюминия состоит из следующих процессов:

1. Получение глинозема Al₂O₃.

2. Получение алюминия из глинозема.

3. Рафинирование алюминия.

Глинозём получают способом выщелачивания из руд Al₂O₃, в виде растворимого в воде алюмината натрия (Al₂O₃ Na₂O₂). Для этого мелкоизмельченную руду обрабатывают едким натром (NaOH) или содой (Na₂CO₃). Выщелачивание производится в специальных автоклавах при Т=150-200⁰ С и давлении 12 атм. (способ Байера). Получение алюминия из глинозема заключается в электролизе расплава, состоящего из глинозема Al₂O₃ - 8-10% и криолита – фторита алюминия и натрия Na₃ AlF₆. Так как глинозем вследствие его тугоплавкости трудно расплавлять, его смешивают с криолитом, температура плавления при этом составляет 950⁰С.

 

Рис. 2.11. Схема ванны для электролитического получения алюминия:

1- слой глинозема; 2 - токоподводящие стержни; 3 - анод;

4 - катодный угольный блок; 5 - газоотсосная система; 6 - гарниссаж.

 

Электролиз производится в специальных ваннах (рис.2.11) – электролизерах, который заключен в стальной кожух, внутри футерована углеродис тыми блоками. В под вмонтированы катодные шины и сам под является катодом.Анодное устройство состоит из вертикального угольного электрода, нижняя часть которого погружена в электролит. Рабочая темпе ратура электролита 930-950⁰С. Ток постоянный напряжение 4-4,5В, плотность тока 0,7-1,2А/cм. В расплавленном электролите происходит диссоциация молекул криолита и глинозема:

Na₃AlF₆ → 3Na⁺ + AlF₆^3-; Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃^3-

На катоде разряжаются только катионы алюминия: Al + 3e → Al.

На аноде выделяется газообразный кислород, вызывающий сгорание угольного электрода:

2AlO₃^3- - 6e → Al₂O₃ + O₂.

Расплавленный алюминий скапливается на дне ванны и периодически удаляется при помощи сифонов и вакуумных ковшей (1 раз в 3-4 суток). Для

получения 1 т алюминия расходуется около 2 т глинозема, до 0,6 т угольных анодов, около 0,1 т криолита и 16500-18500 КВтЧ электроэнергии. Полученный первичный алюминий содержит примеси Fe, Si, Zn и др. и поэтому подвергается рафинированию, которое осуществляется продувкой расплава газообразным хлором при Т=700-750⁰ С. При этом образуется хлористый алюминий AlCl₃, который, находясь в газообразном состоянии, пронизывает Al, обеспечивая его очистку от газов и примесей. Соединяясь с примесями, алюминий образует хлориды, которые всплывают на поверхность ванны и удаляются. Чистота полученного алюминия 99,5-99,8%.

Для получения алюминия более высокой чистоты применяют электролитический способ рафинирования (99,99%Al).

 

Производство титана

Титан как элемент открыт в 1791 г. Его промышленное производство началось в 50 годы ХХ века. Титановые сплавы имеют наиболее высокую удельную прочность, среди всех металлических материалов, высокую жаропрочность и коррозионную стойкость. Титан, по распространению в природе, занимает четвертое место среди металлов и входит в состав более 70 минералов. Для производства титана, применяют главным образом, следующие руды: рутил (90%TiО₂), ильменит TiO₂ FeO (60%TiO₂), сфен CaOSiO₂ TiO₂ (30-40% TiO₂), перовскит CaOTiO₂ (60%TiO₂).

Производство титана является технологически сложным процессом. Наиболее широкое применение получил магнитермический способ: титановая руда обогащается до концентрата содержащего 50% TiO₂, затем производится его плавка на титановый шлак, полученный четыреххлористый титан TiCl₄ восстанавливают магнием, после чего рафинируют и разливают в слитки.

Обогащение титановых руд производят электромагнитным, флотационным, гравитационным и др. способами, получая концентрат, содержащий до 50% TiO₂ и около 35% Fe₂O₃ и FeO. Плавку производят в электродуговой печи. В результате получают титановый шлак, содержащий до 80% TiO₂. Побочным продуктом является чугун – до 0,5 % Ti. Измельченный шлак смешивают с мелким коксом и связующими, спрессовывают, прокалывают при Т=800-900⁰С и направляют на хлорирование. Полученный четыреххлористый титан восстанавливают в герметичных реакторах, куда заливают расплавленный магний и при Т=700⁰С начинают подачу TiCl₄:

ТiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Рафинирование титановой губки проводят методом вакуумной дистиляции, при Т-950 –1000⁰С в вакууме около 0,133Па, примеси титановой губки расплавляются и частично испаряются. Титановые слитки получают переплавкой титановой губки в вакуумных дуговых печах. Для получения высокого качества слитков плавку повторяют два раза.

 

Производство магния

Промышленное производство магния, открытого в 1828г., началось в 30 годах. Магний используется для получения титана, высокопрочного чугуна, входит в состав многих алюминиевых сплавов. Магний среди металлов занимает шестое место. Сырьём для получения магния служит: карналлит MgCl₂ KCl6H₂O (20%MgCl₂), магнезит MgCО₃ (45%MgO), доломит СаСО₃ MgCO₃ (15-20% MgO), бишофит MgCl₂ 6H₂O (50%MgCl₂). Магний получают двумя способами – электролитическим и термическим. Наиболее распространен электролитический:

1- получение хлористого магния – руду подвергают обжигу для удаления СО и получения MgO. Затем хлорированием в присутствии углерода получают хлорид магния: MgO + Cl₂ + C = MgCl₂ + CO.

2 - электролиз хлорида магния – ведут в специальных ваннах. Электролитом является сплав солей: 8-16% MgCl₂, 25-35%СaCl₂; 18-25% KCl и 25-35% NаСl_.

При электролизе MgCl₂ разлагается на аноде (+) выделяется хлор, откуда он отсасывается в хлоропровод. На катоде (-) всплывает магний, откуда удаляется вакуумными ковшами.

3- рафинирование – заключается в переплавке полученного магния с флюсами (MgCl₂, KCl и др.). При этом примеси опускаются на дно тигля. Температура рафинирования 720-750⁰С. При разливке в изложницы для защиты от окисления поверхность расплавленного металла опыляют порошком серы.

 

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Введение

Отливка изделий известна человечеству с незапамятных времён. Ещё за VI веков до нашей эры производство отливок было поставлено на высоком уровне. В России литье металлов известно со времён Киевской Руси, когда началась отливка пушек в начале из бронзы, а затем из чугуна.

Царь-пушка отлита Андреем Чоховым в 1586 г. её вес 39400 кг., вес ядра 1970 кг., заряд пороха 490кг. Моторин И. Отлил в 1735г. Царь-колокол весом 196800 кг. В 1782г. был отлит памятник Петру –1, огромная пустотелая статуя весом 22100кг. толщина стенки 7,5 мм. (Фальконе). Основоположником литейной науки является Д.К.Чернов.

Сущность литейного производства состоит в получении отливок – литых металлических изделий путем заливки расплавленного металла в литейную форму.

Основные способы литья: в разовые песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемой модели, под давлением, центробежное литье, литье в кокиль. Наибольший процент отливок получают литьем в песчаные формы. Рассмотрим модельно-опочную оснастку, с помощью которой производится изготовление отливок в песчано-глинистых формах.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: