Металлургия цветных металлов

Только осадительной ка­ меры недостаточно для пол­ ного улавливания пыли, по­ этому вслед за ней устанав­ ливают батарейные циклоны или электрофильтры. Так как частицы глинозема вы­ носятся газами еще до пол­ ного их обезвоживания, пыль смешивают с сырым глино­ земом и возвращают на кальцинацию.

Готовый глинозем выгру­ жается из холодильника

через мелкую сетку в бун­ кер, а оттуда транспортиру­ ется по трубам сжатым воз­ духом в бункера (силосы) цеха электролиза.

§ 47. Производство глинозема способом спекания

Спекание боксита

После крупного и сред­ него дробления боксит и из­ вестняк измельчают в шаро­ вых мельницах в среде обо­ ротного содового раствора; сюда же добавляют свежую соду. Из мельниц пульпу вы­ пускают в бассейны с ме­ шалками, где состав ее контролируют и корректиру­ ют. Спекание ведут в труб­ чатых вращающихся печах, похожих на печи для кальци­ нации глинозема (рис. 95).

В горячей зоне печи сжи­ ганием распыленного мазу­ та температура поддержи­

2NaFe02+ (n+ 1) H20 —>2NaOH + Fe20 3 • /iH20.

Для наиболее полного выщелачивания алюмината натрия требуется тонкое измельчение спека и достаточно продолжительное перемешивание его с горячей водой, а затем отделение и промывка нерастворимого остатка.

Все эти переделы сложны и дороги; кроме того, они существенно повышают извлечение алюминия только из

бедных шихт. Поэтому, перерабатывая достаточно бога­ тое сырье, часто ограничиваются измельчением спека до крупности около 7 мм и применяют проточное выщела­

и диаметром 3,6 м. В трубе укреплена дырчатая спираль. При вращении она передвигает спек вверх по трубе, а через отверстия навстречу спеку поступает вода или алюминатный раствор. При растворении алюмината нат­ рия выделяется тепло, от этого раствор чрезмерно разо­ гревается, поэтому трубу охлаждают водяными холо­ дильниками и просасывают через нее воздух, способст­ вующий испарению воды, а следовательно, и охлаждению.

На других заводах проточное выщелачивание прово­ дят в диффузорах (рис. 97). Спек загружают сверху и он ложится слоем высотой до 5 м на колосниковую решет­ ку — мелкую сетку.

Под решетку подают горячую воду; она заполняет диффузор, просачиваясь через слой спека, и отводится сверху. Последовательно соединенные 12—14 диффузо­

ров работают непрерывно, растворы перетекают из одно* го в другой. В один конец батареи подается горячая вода, а из другого сливается крепкий раствор алюмината нат­

ры алюмината натрия. Наряду с этим извлечение не всегда высокое из-за большой крупности кусочков спека, их неподвижности в диффузоре и неравномерного дви­ жения растворов по поперечному сечению столба спека.

Обескремнивание алюминатных растворов

Растворы алюмината натрия содержат от 80 до 240 г/л А120 3. Растворы из диффузоров наиболее богаты,

Щелочь в 3—4 раза дороже соды, а известняк срав­ нительно дешев. Однако затраты на топливо в способе спекания существенно больше, они заставляют приме­ нять этот способ по возможности реже.

Затраты боксита зависят от содержания А120 3 и ко­

Потери алюминия и щелочи при работе по способу Байера зависят от содержания кремнезема. Поэтому при оценке качества боксита учитывают не только со­ держание в нем А120 3, н о и Si02, пользуясь кремневым

модулем акр = ^j203^ Для способа спекания кремнеSi02%

вый модуль имеет малое значение: кремнезем связы­ вается известью и мало влияет на потери А120з.

Сопоставление расходов на сырье с прочими затра­ тами показывает выгодность способа Байера только для бокситов с акр>8. Способ спекания заведомо луч­ ше при акр<7. Для бокситов, в которых 8 > а кр >7, раз­ работаны комбинированные процессы, сочетающие ав­

По первому из них — параллельному — удается сни­ зить расход щелочи и заменить ее более дешевой со­ дой. Для этого одну часть боксита подвергают авто­ клавной варке, а другую (меньшую) спекают с содой и известняком. После выщелачивания спека и обескремнивания раствор из ветви спекания смешивают с раствором автоклавного процесса и вместе выкручивают. Соду, ко­ торая выделяется при выпарке оборотного раствора, используют для спекания. Количество боксита, посту­ пающее в каждую из ветвей производства, рассчитыва­ ют так, чтобы потери щелочи можно было компенсиро­ вать преимущественно введенной в процесс содой.

Параллельный вариант выгоден при переработке на одном заводе высококремнистых и низкокремнистых бокситов.

При последовательном варианте, кроме замены ще­ лочи содой, достигают и большого извлечения алюми­ ния из бокситов с низким кремневым модулем. Весь боксит подвергают автоклавному выщелачиванию, а по­ лученный красный шлам — спеканию с содой и извест­ няком.

При спекании алюминат натрия образуется как из введенной в шихту соды, так и из щелочи, содержащей­ ся в красном шламе:

Na2Al2Si08 -{“ 4СаСОз— 2NaA102 -f-2 Ca2Si0 4 4С02.

Растворы, получаемые в результате автоклавного выщелачивания и выщелачивания спека, выкручивают вместе. Соду, выделяемую при выпарке оборотного рас­ твора, полностью используют для спекания и этим из­ бавляются от необходимости ее каустификации.

Последовательный вариант сохраняет основной не­ достаток спекания — высокий расход топлива.

§ 49. Электролиз глинозема

Приготовление электролита

Главную составную часть электролита — криолит Na3AlF6 сначала добывали из недр. Месторождения этого минерала редки, они не смогли обеспечить быст­ рый рост производства алюминия и криолит стали син­ тезировать.

Сырьем для этого служит природный флюорит (пла­ виковый шпат) CaF2. Минерал измельчают, обогащают флотацией и обрабатывают при температуре около 200 °С крепкой серной кислотой. При этом выделяется газообразный фтористый водород:

CaF2 + H2S04 + CaS04 + 2HF.

Примесь кремнезема дает с HF также летучий про­ дукт SiF4.

Смесь газов HF и SiFe поглощают водой, получая плавиковую кислоту HF, загрязненную кремнефтори­ стоводородной кислотой H2SiF6.

Соль Na2SiF6 менее растворима в воде, чем NaF, по­ этому при добавлении соды кремнефтористый натрии выпадает в осадок:

H2SiFe + NaaCOs-» Na2SiFe + Н20 + С02.

Очищенную таким образом и отфильтрованную плави­ ковую кислоту обрабатывают стехиометрическим коли­ чеством гидроокиси алюминия, получая фтороалюми­ ниевую кислоту:

6HF + А1 (ОНЬ = H3A1F6 + ЗН20.

Последующая нейтрализация H3AIF6 содой дает криолит:

2H3A1F6 + 3Na2C03 -> 2Na3AlF6 + 3C02 + 3H20. Криолит трудно растворим в воде, поэтому он выпада­ ет в осадок, который отфильтровывают и сушат.

Нейтрализуя плавиковую кислоту большим количе­ ством гидроокиси алюминия, получают фтористый алю­ миний:

3HF + А1 (ОН)з = A1F3 + ЗН20.

Действием соды на ту же кислоту получают фтори­ стый натрий:

2HF + Na2COs->■ 2NaF + Н20 + С02.

Для производства алюминия электролизом нужны все три соли: Na3AlF6, NaF и A1F3.

Криолит Na3AlF6 плавится при 1000° С; добавки A1F3 или NaF несколько понижают температуру его плав­ ления.

В расплаве криолит диссоциирует двояко:

Na3AlF6 =** 3Na+ + AlFe3_

и

Na3AlF64=t3NaF+AlF3.

Фтористый алюминий имеет сравнительно высокое давление паров: температура кипения его 1260° С. При продолжительном нагревании жидкого криолита из не­ го частично испаряется A1F3.

Примеси ИагО, НгО, СаО и БЮг, свойственные крио­ литу и глинозему, разлагают криолит в расплаве по реак­ циям:

2Na3AlF6 + 3Na20 -v A120 3 + 12NaF, 2Na3AlF6 “I- 3CaO —>- A120 3 -j- 3CaF2 -|- 6NaF,

4Na3AlF0 + 3Si02 2AI20 3 + 12 NaF + 3SiF4, 2Na3AlF6 + 3H20 ->■ A120 3 + 6NaF + 6HF.

ную футеровку ванны в начальный период ее работы. Тогда в электролит добавляют фтористый натрий. Та­ ким образом, отдельные фториды алюминия и натрия нужны для регулирования криолитового отношения, наи­ более благоприятные величины которого от 2,6 до 2,8.

Расплавленный криолит способен растворять в себе глинозем, с повышением концентрации которого до 15% температура затвердевания расплава понижается. Для электролиза алюминия наиболее удобны электролиты, содержащие от 1,3 до 8% А120з.

Примесь фтористого кальция всегда присутствует в криолите, а при продолжительной работе ванны ее накапливается до 2—3%. В этой концентрации фтори­ стый кальций снижает температуру начала затвердева­ ния электролита. Такое же и иное благоприятное дей­ ствие оказывают применяемые иногда добавки MgF2 и NaCl.

При сравнении напряжений разложения окиси алю­ миния и фторидов, входящих в электролит, видим, что восстановление натрия, кальция и магния на катоде, а также фтора на аноде во время электролиза А120з про­ исходить не может. Напряжения разложения этих солей при 950° С имеют следующие величины, в:

Ионы натрия, концентрация которых в электролите довольно велика, могут восстанавливаться на катоде только при обеднении прикатодного слоя глиноземом вследствие задержки загрузки или плохого размешива­ ния. Восстановленный натрий испаряется и сгорает.