Презентация на тему Цветная металлургия

добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов

и их сплавов.

группы:
1) тяжелые металлы — медь, никель, свинец, цинк, олово;

2) легкие металлы

— алюминий, магний, кальций, калий, натрий, барий, бериллий, литий;

3) благородные металлы — золото, серебро, платина и ее природные спутники (родий, иридий, палладий, осмий);

4) редкие металлы; к этой группе относятся:
тугоплавкие металлы— молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, тантал и цирконий;
легкие — стронций, скандий, рубидий и цезий;
радиоактивные — уран, радий, торий, актиний и протактиний;
рассеянные и редкоземельные — германий, галлий, гафний, индий, лантан, таллий, церий и рений.

периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный

номер 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов.

Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния). Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

(бемит) —AlOOH
Шпинель — Al2O3·MgO
Гиббсит —Al(OH)3
Кианит (андалузит, силимонит) — Al2O3·SiO2
Каолин

— Al2O3·2SiO2·2H2O
и д.р.

Основные алюминиевые руды – бокситы, нефелины, алуниты, каолины и кианиты.

Содержание глинозёма в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии. К числу крупных месторождений бокситов в нашей стране относится Тихвинское (Ленинградская область), Северо-уральское (Свердловская область), Южноуральское (Челябинская область), Тургайское и Краснооктябрьское (Кустанайская область).

плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия

высокой чистоты — 660 °C
удельная теплота плавления — 390 кДж/кг,
температура кипения — 2500 °C
твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²,
высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
модуль Юнга — 70 ГПа.
Алюминий обладает высокой электропроводностью (0,0265 мкОм·м) и теплопроводностью (1,24×10−3 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.
слабый парамагнетик
Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами
Сродство алюминия к кислороду очень большое

состоящий из двух стадий. Первая - эти получение глинозема

(Аl2O3) из рудного сырья и вторая— получение жидкого алюминия из глинозема путем электролиза.

боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся

в боксите оксид алюминия Аl2O3, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO2, Fe2O3 и др.).

В основе способа лежит обратимая химическая реакция:

Аl2O3 · n Н2O + 2NaOH = Na2O · Аl2O3+ (n + 1)H2O

При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реакции образующийся гидратированный Аl2O3 выпадает в осадок.

фракций размером 0,05—0,15 мм в среде добавляемой щелочи и

оборотного раствора щелочи NaOH, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.

от взаимодействия с водным раствором щелочи; гидраты окиси алюминия

при взаимодействии со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия:

AlOOH+NaOH → NaAlO2+H2O

или

Al(OH)3+NaOH → NaAlO2+2H2O;

Содержащийся в боксите кремнезем взаимодействует со щелочью и переходит в раствор в виде силиката натрия:

SiO2+2NaOH → Na2SiO3+H2O;

нерастворимый натриевый алюмосиликат; в нерастворимый остаток переходят окислы титана

и железа, предающие остатку красный цвет; этот остаток называют красным шламом. По окончании растворения полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи при одновременном понижении температуры на 100 °С.

Выщелачивание производится в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Продуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюминатного раствора (содержащего Na2O · Аl2O3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).

от красного шлама обычно осуществляемого путем промывки в специальных

сгустителях; в результате этого красный шлам оседает, а алюминатный раствор сливают и затем фильтруют (осветляют).

Получаемый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe2O3) идет в отвал, шлам содержит, %: Аl2O3 12—18, SiO2 6—11, Fe2O3 44—50, CaO 8—13.

или выкручиванием, проводят с целью перевести алюминий из раствора

в осадок в виде Аl2O3 · 3 Н2O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выщелачивания влево, в сторону образования Аl2O3 · 3 Н2O.

раствора и классификация кристаллов по крупности: после декомпозиции пульпа

поступает в сгустители, где гидрооксид отделяют от раствора.

глинозема; ее осуществляют в трубчатых вращающихся печах, а в

последнее время также в печах с турбулентным движением материала при температуре 1150-1300 °С; сырая гидроокись алюминия, проходя через вращающуюся печь, высушивается и обезвоживается; при нагреве происходят последовательно следующие структурные превращения:

Al(OH)3 → AlOOH→ γ-Al2O3 → α-Al2O3

В окончательно прокаленном глиноземе содержится 30-50% α- Al2O3 (корунд), остальное γ- Al2O3.

в расплавленном электролите, основным

компонентом которого является криолит Na3AlF6.

Сырьем для производства криолита служит плавиковый шпат или флюорит CaF2

Из концентрата криолит можно получить двумя способами: кислотным и щелочным.

200 °С протекает реакция взаимодействия плавикового шпата с крепкой

серной кислотой с образованием фтористого водорода и гипса:

CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4

Если в плавиковом шпате присутствует кремнезем, то возможно протекание следующих реакций:

SiO2(тв) + 4HF(г) = SiF4(г) + H2O

SiF4(г) + 2HF(г) = H2SiF4(г)

Эти реакции показывают, что примеси кремнезема снижают выход HF и загрязняют его кремнефтористой кислотой. Газы поглощаются водой в специальных башнях с насадкой.

добавляют соду:

H2SiF4 + NaCO3 = NaSiF6↓ + CO2 +

H2O

Далее для получения криолита в раствор чистой плавиковой кислоты добавляют расчетное количество Al(OH)3:

6HF + Al(OH)3 = H3AlF6 + 3H2O

Затем на образовавшуюся фторалюминиевую кислоту действуют содой, при этом получается криолит:

2 H3AlF6 + 3 NaCO3 = 2NaAlF6 + 3CO2 + 3H2O

Далее криолит отделяют от раствора, промывают и сушат в сушильных барабанах при 140 – 160 °С.

шамот;
3 — угольный блок;
4 — угольная плита;

5 —глинозем;
6 — анод;
7 — токоподводящая шина;
8 — подвеска (токоподвод);
9 — корка затвердевшего электролита;
10 — гарнисаж (затвердевший электролит);
11 — токоподвод

Глинозем в ванну подается сверху. Алюминий накапливается на подине

под слоем электролита. В ванне протекают реакции:

На катоде: Al3+ + 3e = Al
На аноде: 2O2- - 4e = O2

Т.е. на катоде выделяется алюминий, который впоследствии скапливается на дне ванны. На анодах выделяется кислород, взаимодействующий с углеродом электродов с образованием газов CO и CO2. По мере сгорания анодов их постепенно опускают вниз. Глинозем добавляют в ванну по мере расходования. В результате электролиза получают алюминий-сырец или черновой алюминий. Слив алюминия проводят через сифон.

содержит примеси трех видов:

Неметаллические включения (их механически захватывает металл

при выпуске, к ним относится глинозем, электролит, карбид алюминия, угольные частицы).
Металлические примеси, переходящие из сырья (Fe, Si, Ti, Na, Ca, Cu, Zn и др.)
Газообразные примеси (в основном водород, появляющийся в результате электролиза воды)

от механически захваченных примесей, растворенных газов, а также от

Na, Ca и Mg алюминий подвергают хлорированию.

Хлор энергично реагирует с алюминием, образуя хлористый алюминий Al2O3.

Пары хлористого алюминия поднимаются через слой металла и вместе с ними всплывают взвешенные неметаллические примеси, часть газов и образующиеся хлориды Na, Ca, Mg и Н2. В результате продувки хлором удаляются также и газообразные примеси.

как:
Электролитические методы (они более эффективны, чем хлор)

Дистилляция (перевод алюминия

в парообразное состояние с последующей конденсацией)

Зонная плавка (перемещение расплавленной зоны вдоль твердого стержня алюминия; метод основан на различно растворимости разных элементов в твердой и жидкой фазах одного и того же материала)

используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его

основе:

Алюминиево-магниевые Al-Mg
Алюминиево-марганцевые Al-Mn
Алюминиево-медные Al-Cu (Al-Cu-Mg, дюралюминий)
Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu)
Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины)

алюминия.
Методы рафинирования алюминия.
Сущность метода “зонной плавки”.
Основные составляющие себестоимости

производства алюминия.
Последовательность химических реакций, используемых для получения алюминия.
Физические свойства и области использования алюминия. Какой металл близок по свойствам алюминию.
Что такое криолит и для чего он используется.