Виды сырья для получения алюминия и требования к ним

Глинозем АI₂О_з является основным исходным материалом в производстве алюминия. Рудной базой для производства глинозема служат преимущественно бокситы, а также нефелины, алуниты и некоторые другие глинозёмсодержащие руды.

Можно назвать несколько опреде­ляющих требований к качеству глинозёма:

- повышенная скорость растворения в электролите и доста­точная адсорбционная (поглащающяя) активность поверхности от­носительно летучих фтористых соединений;

- хорошая текучесть при возможно меньшем пылении;

- удовлетворительные теплофизические свойства.

В промышленных условиях следует стремиться к макси­мальному совмещению этих свойств в используемом глинозёме.

Также глинозем подразделяется на следующие типы:

- мучнистый (пылевидный);

- с пониженной степенью кальцинации (слабопрокаленный);

- песчаный (крупнозернистый).

Второй тип глинозема производится для некоторых отечественных предприятий с учетом использования его в установках «сухой» очистке газа.

Скорость растворения являются наиболее значимым показателем качества глинозёма. Промышленный опыт пока­зывает, что узкий диапазон частиц глинозёма +45-100 мкм со сдвигом крупности ближе к 100 мкм И содержание a-А1₂О_з не более 10% (остальное 'У- А1₂О_з) обеспечивают хорошую смачи­ваемость и удовлетворительную скорость растворения глино­зёма в электролите.

Это достигается за счёт большого содержания в глинозёме частиц y-АI₂О_з, имеющих развитую ультрапористую структуру, дос­таточно большую удельную поверхность (более 60-80 м²/г), опреде­лённую методом гелиевой адсорбции или сокращенно «по БЭТ», и высокую степень насыщения структуры не скомпенсированными химическими связями. Особенно велико их химическое сродство к фтору, что и придаёт им свойства повышенной растворимости в электролите. Химическое сродство глинозёма· к фтору проявляется также в эффективном улавливании фтористых соединений в сухой газоочистке.

Не менее важным свойством глинозёма является его способ­ность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц образуется при использовании глинозёма с теми же характеристика­ми по содержанию a-А1₂О_з и класса менее 45 мм, которые указаны выше для песчаного глинозёма.

Такая корка хорошо пропитывается электролитом и содер­жит больше глинозёма, легче поддаётся разрушению при обработке электролизёров и при ударе пробойника АПГ, чем корки, образую­щиеся при использовании мучнистого глинозёма. Следует также от­метить, что устойчивая корка образуется при условии, когда глино­зем хорошо смачивается электролитом. Мучнистый глинозём, в от­личие от песчаного, смачивается значительно хуже, и корка состоит преимущественно из застывшего электролита, поверх которого на­ходится глинозём. Прочность такой корки очень высока.

Теплопроводность и объёмная плотность глинозема играют большую роль в тепловом балансе электролизёра, в том числе в регулировании тепловых потерь через глинозёмную засыпку или ук­рытие анодного массива у электролизёров ОА, в поддержании ста­бильного уровня электролита и защите боковых поверхностей анода от окисления.

Текучесть глинозёма определяется в основном грануломет­рическим составом материала, а также содержанием в нём а- АI₂О_з. Материалом с хорошей текучестью можно считать глинозём с по­ниженной степенью прокалки. Он имеют крупность зерна более 45 мкм, высокую степень однородности гранулометрического соста­ва и угол естественного откоса 30-400. Однако в наибольшей степе­ни требованию высокой текучести удовлетворяет песчаный глинозем, содержащий фракцию < 45 мкм не более 10% и а- А1₂О_з в пре­делах 5%, с углом естественного откоса менее 350.

Глинозёмы со слабой текучестью и углом естественного откоса >40-450 комкуются при контакте с электролитом. Образовав­шиеся комки обволакиваются электролитом и, имея больший удель­ный вес, оседают через границу металл-электролит, образуя осадок.

Кроме того, на электролизёрах ВТ глиноземы с плохой текучестью при перемещении анода зависают, образуя пустоты, но которым воздух проникает до боковых граней анода и окисляет их. Однако если текучесть глинозема будет слишком велика, то надежное укры­тие анодов будет затруднено, что особенно важно для электролизё­ров с обожженными анодами.

Потери глинозема за счет уноса с анодными газами в виде пыли зависят, главным образом, от его гранулометрического состава (от содержания фракции менее 10-20 мкм), от технологии обработки электролизёров, настройки АПГ и частоты анодных эффектов. Сум­марные потери мучнистого глинозёма составляют 17-25 кг/т алюми­ния, что на ~ 10-15 кг/т выше по сравнению с результатами для пес­чаного глинозёма.

В глинозёме, используемом для производства алюминия, должно содержаться минимальное количество соединений железа, кремния, тяжелых металлов с меньшим потенциалом выделения на катоде, чем алюминий, т.к. они легко восстанавливаются и перехо­дят в катодный алюминий. Нежелательно также присутствие в гли­нозёме избытка оксидов щелочных металлов, поскольку они всту­пают во взаимодействие с фтористым алюминием электролита по реакции

3 Na₂0 + 2 АlF_з = 6 NaF + Аl₂О_з

разлагают его и тем самым нарушают установленное криолитовое отношение. Для восстановления к.о. требуется корректировка элек­тролита фтористым алюминием, что удорожает стоимость первич­ного алюминия. В случае содержания Na₂0 в глинозёме 0,3 % и бо­лее при работе на кислых электролитах начинается наработка из­лишнего количество электролита, который необходимо периодиче­ски сливать из ванны.

Для расчёта количества АIF_з (Сфа, кг), требуемого для кор­ректировки электролита, можно пользоваться формулой И.П. Гупало

Сфа = 2 т (К1-К2) /С (2 + Ю)К2

где: К1 и К2 - к.о. электролита соответственно до и после корректировки; т - масса корректируемого электролита, кг; С - со­держание АIF_з в промышленной соли фтористого алюминия, доли ед.

Эта формула с соответствующими коэффициентами на со­став сырья, срок службы электролизёра, температуру электролита JI др. служит основой существующих методик расчета корректирую­щей дозы фтористого алюминия.

По химическому составу глинозём должен соответствовать приведенным в ГОСТ 30558-98 «Глинозём металлургический».

Боксит является лучшим и во всем мире основным сырьем для по­лучения алюминия. Его используют также для производства искусственного корунда, высокоогнеупорных изделий и для других назначений. По хими­ческому составу эта осадочная горная порода представляет собой смесь гидратов глинозема Al O nH O с окислами железа, кремния, титана и других элементов.

Нефелин Na(AlSiO) - минерал светло-серого или зеленоватого цвета. Твердость 5.5-6. Содержит 30-40% Al O. Используют нефелин как металлургическую руду для последовательного извлечения глинозема и алюминия, а также в химической, стекольной и кожевенной промышленно­сти.

Алунит ( квасцовый камень) KAl (SO) (OH) - минерал белого, се­рого или красноватого цвета. Твердость 3.5-4.0. Содержит 37 % Al O. Служит для получения квасцов, глинозема и калиевых солей.

Фтористые соли

Для наплавления электролита - основной среды, в которой протекает процесс электролиза, используется криолит. Выпускае­мый в промышленности технический криолит должен соответство­вать требованиям ГОСТ 10561-80.

Выпускаемый отечественной промышленностью криолит отличается пониженным криолитовым модулем (т.е. пониженным отношением NaF:AIF₃). Это помогает поддерживать при переплавке такого криолита достаточно низкое криолитовое отношение в элек­тролите.

Кроме технического криолита на предприятиях, имеющих систему мокрой газоочистки, используют регенерированный крио­лит, который поступает в виде смеси с флотационным криолитом и носит название смешанного. Это так называемый вторичный крио­лит. В нём контролируют содержание фтора, натрия, серы, углерода и влаги.

В качестве основного модификатора электролита алюми­ниевых ванн используется соль A1F3. С помощью этой добавки ком­пенсируются потери фтора из-за улетучивания A1F3 и поддержива­ется заданное криолитовое отношение. Технический фтористый алюминий должен соответствовать условиям ГОСТ 19181-78.

Фтористый натрий применяется после пуска электролизёров как компенсация соли NaF, которая теряется в результате пропитки угольной футеровки. Эта соль выпускается согласно ТУ 113-08-586-56. В высшем сорте содержится 97%, в первом сорте - 95% NaF. На практике как Источник натрия чаще всего используют соду.

Другие добавки (фтористый кальций, фтористый магний и кальцинированная сода) выпускаются по техническим условиям, согласованным производителем и пользователем.

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ