Авторазбор

Разборка грузовиков Мерседес–Бенц (Mercedes-Benz)

Содержание

Аллюминий — металл из глины

Алюминий — самый распространенный на земле металл. Запасы его в два раза превышают запасы железа. Соединения алюминия встречаются повсюду, но металл настолько тщательно маскируется, что о его присутствии в горных породах и минералах догадаться нелегко. Трудно предположить, что алюминий содержится даже в обычной буро-рыжей глине. Еще больше его в белой (каолине) и особенно в бокситовой глине (бокситах). Металл находится в этих осадочных породах в виде оксида алюминия — глинозема. Из глинозема состоит очень твердый минерал — корунд. Некоторые его разновидности являются драгоценными камнями. Среди них — прозрачный кроваво-красный рубин и василькового цвета сапфир. С непрозрачным мелкозернистым корундом в быту приходится встречаться довольно часто: ведь он применяется в качестве абразивного материала для точильных камней и шлифовальных шкурок.

Соединения алюминия входят в состав квасцов — минеральной породы, применявшейся древними греками еще в V веке до н. э. для закрепления красителей на тканях. Поскольку квасцы надежно и прочно связывали красители с тканью, этот минерал называли «алюменом», то есть «вяжущим». Впоследствии, когда был открыт металл, скрывающийся в квасцах, его первоначально называли «алюменом», затем «алюмнием» и, наконец, «алюминием». В России алюминий назывался также «глинием». В толковом словаре В. И. Даля можно прочитать: «Алюминий, алюмий… щелочной металл глиний, основа глинозема, глины; так же, как основа ржавчины железо; а яри — медь».

Почему же, находясь буквально под ногами, так долго скрывал себя от человеческих глаз такой ценный универсальный металл? Во-первых, он не встречается в самородном виде, как золото или серебро; во-вторых, его нельзя выплавить из руды, как, скажем, медь или олово. Его можно получить только с помощью сложных химических реакций и так называемым электролитическим способом. Но как же в таком случае был изготовлен алюминиевый сосуд чуть ли не два тысячелетия назад, о котором рассказывает в «Естественной истории» Плиний Старший?

Один из мастеров Древнего Рима явился однажды перед императором Тиберием с небольшим сосудом в руках. Красота и легкость металла, из которого был сделан сосуд, поразили императора. Но, узнав, что изобретатель изготовил его из глины, Тиберий страшно испугался, решив, что широкое распространение нового металла может если не обесценить, то значительно понизить цены на серебро и золото. Было принято «мудрое» решение: изобретателя обезглавить, а мастерскую сравнять с землей.

Способ получения металлического алюминия из водяной суспензии глиняных частиц и устройство для его осуществления

Способ получения металлического алюминия из водяной суспензии глиняных частиц и устройство для его осуществления.

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, а, именно, к технологиям получения первичного алюминия из содержащего глину сырья и к используемым для их осуществления устройствам.

Известны способы, применяемые и по настоящее время, которые предназначены для получения первичного алюминия. Последние выполняются проведением электролиза сформированного на основе глинозема расплава криолита.

Протекающая реакция восстановления глинозема углеродом, который вводится в состав последнего, повышает К.П.Д. процесса, увеличивая выход осаждаемого на катоде металла (см. книгу Фореблем Т.Ф «Электролиз алюминия» Москва, «Металлургия», 1967, стр.22-28).

Однако этому известному способу присущи существенные недостатки;

Необходимость применения при осуществлении процесса переработки сырья нагреваемого до температур 950°С и выше расплава, состоящего из входящих в него, указанных выше соединений, приводит к увеличению затрат используемой при его осуществлении технологической энергии(как тепловой, так и эклектрической).

Кроме того, при выполнении такого рода технологии, т.е. электролиза расплавов из соединений алюминия и фтора,. в окружающую электролизер атмосферу производится выброс образующихся в нем вредных соединений и газов (таких, например, как фтористый водород, оксид углерода, серосодержащие продукты и так далее).

Все перечисленное выше приводит к необходимости использования в производстве алюминия, осуществляемого при помощи этих известных методов, обслуживающих такого рода процессы комплексов, состоящих из сложного и дорогостоящего оборудования, а так же таких же обеспечивающих их работу систем.

Перечисленные выше обстоятельства оказывают отрицательное влияние на получаемые с применением этих технологий экономические показатели, характеризующие эффективность проведения процесса переработки исходного сырьевого материала в необходимый конечный продукт.

Кроме того, к известным следует отнести и способ получения первичного алюминия, в процессе выполнения которого указанный выше конечный продукт извлекают из исходного сырьевого материала при помощи осуществляемой в объеме расплава термохимической реакции восстановления глинозема углеродом.

Вырабатываемый в рабочей зоне электролизера входе ее осуществления металл в конечном итоге осаждается на его дно, накапливаясь в этой области.

Сам этот процесс протекает во внутренней полости плазменно-индукционной печи, в которой между тугоплавким катодом и анодом создают электродуговой разряд, и подают прямо в него смесь, состоящую из глинозема и углерода.

Управление траекторией перемещения полученной там плазменной дуги осуществляют с помощью магнитного поля, генерируемого соленоидом, расположенным вокруг тела анода.

Как видно из описания этого известного способа, при его проведении под воздействием высокой температуры сформированного для достижения требуемой конечной цели сгустка плазмы, в полости используемого устройства протекает химическая реакция карботермического восстановления алюминия из содержащих глинозем окатышей. Последнее осуществляется при помощи генерируемых в этой зоне атомов углерода.

Полученный в этой области металл в виде жидкого расплава осаждается на дно плазменно-индукционной печи. Оттуда накопленный в этой части ней жидкий алюминий периодически удаляется через имеющийся в печи отводящий трубопровод.

Индуктор, коаксиально расположенный вокруг находящихся в нижней части известного устройства графитовых блоков, создает необходимый для поддержания нужной температуры расплава электрический ток.

Кроме того, такая плазменно-индукционная печь снабжена трубопроводами для удаления шлаков и диоксида углерода. Последний в дальнейшем используется в качестве горючего материал, обеспечивающего генерацию применяемого в устройстве дугового электрического разряда.

Как следует из описания этого известного способа, вырабатываемый при его выполнении алюминий образуется в зоне генерации используемой в устройстве плазменной дуги при температурах 2050°С. Удаление его осуществляется за счет охлаждения сформировавшихся там его частиц струей подаваемого в туже же самую зону инертного газа (см. патент №2170278 «Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления», РФ, С22В 21/02, публикация 10.07.2002, далее прототип).

Управление перемещением получающейся в газовом облаке мощного электрического разряда т.е. самой плазменной дугой производят с помощью магнитных полей, генерируемых в полости печи имеющимся в ней соленоидом.

Однако и это известное техническое решение — прототип, то же имеет целый ряд присущих и ему очевидных недостатков.

Как и в разобранном ранее известном способе, получение алюминия с помощью генерируемой в устройстве плазменной дуги связано с высокими затратами применяемой для достижения этой цели электрической энергии.

Кроме того, для его осуществления, как и было отмечено при проведении анализа условий выполнения разобранной выше другой известной технологии, приходится применять достаточно сложное в конструктивном отношении оборудование, а также отличающихся тем же обслуживающих его работу систем.

Наличие указанных выше факторов отрицательно сказывается на целом ряде эксплуатационных показателей, относящихся как к самим этим применяемым при получении алюминия устройствам, так и к обеспечивающим их функционирование обслуживающим системам, что, в конечном итоге, снижает степень надежности всего состоящего из указанных элементов используемого в производстве технологического комплекса.

Применение мощных электрических разрядов и высокая температура дугового плазменного образования связано с необходимостью введения в конструкцию известного устройства дополнительных узлов и механизмов, обеспечивающих безопасность работы обслуживающего его персонала, а также снижающих степень вредного воздействия такого рода факторов на окружающую весь этот комплекс природную среду.

Кроме всего перечисленного, проведение этого известного процесса связано еще и с необходимостью выполнения периодических перерывов для осуществления загрузки новых порций, применяемого при обработке сырьевого материала взамен уже израсходованного.

Все выше перечисленное отрицательно сказывается на получаемых технико-экономических показателях характеризующих производительность процесса переработки исходного сырья в необходимый конечный продукт — т.е. в металл.

И, последнее, полученный при помощи указанного выше известного способа первичный алюминий, не обладает достаточной высокой степенью чистоты.

Для доведения этого продукта до требуемой кондиции, приходиться применять трудоемкие и затратные дополнительные операции но его последующей доочистке.

К последним, например, можно отнести вакуумное рафинирование расплавов, полученных из такого рода первичного металла.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение затрат связанных с необходимостью получения металлического алюминия в процессе переработки применяемого сырья, а также снижение степени конструктивной сложности используемого при осуществлении предлагаемого способа устройства.

Достижение указанной цели обеспечивается за счет применения в предлагаемом решении следующих факторов:

При получении металлического алюминия из водяной суспензии глиняных частиц производят загрузку в полость применяемого устройства алюмосодержащей глины, а также выгрузку из нее готового металла по окончанию процесса обработки. В этой же части используемого устройства производят восстановление упомянутого сырьевого материала, осуществляемое под воздействием генерируемого в зоне обработки магнитного поля. В этих же самых областях производят осаждение восстановленного алюминия, а также и его последующую выгрузку.

Устройство, используемое для осуществления предложенного способа получения металлического алюминия, содержит корпус для размещения в его полости обрабатываемой алюмосодержащей глины, а также рабочие элементы для создания магнитного поля. Эти упомянутые элементы соединены с внешним источником их электрического питания. В составе устройства имеется еще и соленоид, размещенный на рабочем элементе, а также средства загрузки и выгрузки полученного с его помощью алюминия.

Новым в предлагаемом способе является то, что алюмосодержащую глину размалывают на частицы с размерами 0,001-1,0 мм и перемешивают с водой в количестве 30-40% от суммарной массы размолотой глины, с получением водяной суспензии. Изготовленную суспензию затем загружают в упомянутую полость и продувают через зону обработки сжатый воздух.

Восстановление алюминия из глинозема осуществляют углеродом, входящим в состав газов, присутствующих в струях продуваемого через зону обработки упомянутого воздуха, при воздействии на водяную суспензию переменным вращающимся магнитным полем с напряженностью в зонах обработки 4×104-1×106 А/м и частотой 40-70 Гц. В процессе проведения обработки водяную суспензию перемещают через последовательно расположенные в корпусе устройства зоны обработки, количество которых составляет от 2 до 6.

Указанные выше зоны обработки водяной суспензии используют в качестве замыкающих соединительных звеньев для генерируемого магнитного потока при проведении его воздействия на водяную суспензию.

Загрузку водяной суспензии и выгрузку готового алюминия осуществляют без остановки устройства для получения алюминия.

Кроме того, подачу в толщу водяной суспензии струй сжатого воздуха осуществляют под избыточным давлением 0,1÷0,6 кгс/см2.

Само же перемещение водяной суспензии внутри полости выполняют с помощью вращающегося шнека при ее непрерывном механическом перемешивании.

Новым в конструкции предлагаемого устройства является то, что оно снабжено размещенным во внутренней полости упомянутого корпуса вокруг своей оси шнеком для перемещения обрабатываемой водяной суспензии из алюмосодержащей глины и воды. Перенос упомянутого сырьевого материала выполняется по направлению от переднего конца корпуса к заднему его концу. Устройство еще имеет и привод, обеспечивающий выполнение угловых перемещений шнека с заданной скоростью, а также сопла для проведения подачи сжатого воздуха.

В переднем конце корпуса выполнено отверстие, сообщенное с полостью находящегося над ним загрузочного бункера для подачи упомянутой суспензии, и на заднем его конце расположен люк для выгрузки из него полученного алюминия, в установленный над люком накопитель.

Рабочие элементы устройства выполнены в виде состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала, смонтированных в замкнутый прямоугольный контур, в количестве от 2 до 6.

Соленоиды в устройстве выполнены в виде трех электрических обмоток-катушек размещенных в теле рабочих элементов, составляющих каждый замкнутый прямоугольный контур. При этом каждая электрическая обмотка-катушка соединена с соответствующей фазой внешнего трехфазного источника электрического питания. В каждом же используемом в составе устройства контуре, в одном из его рабочих элементов выполнен сквозной паз, охватывающий размещенный в нем упомянутый корпус. Эти контуры последовательно установлены на равном расстоянии друг от друга.

Новизна предложенной конструкции устройства будет состоять еще и в том, что его корпус смонтирован с наклоном продольной оси к уровню горизонта под углом, составляющим 10-20°. При этом его передний конец приподнят, а задний конец опущен.

Следует дополнительно отметить еще и то, что сопла, используемые в этом устройстве для проведения подачи сжатого воздуха, размещены на наружной поверхности корпуса в виде равномерно отстоящих один от другого рядов и с наклоном относительно упомянутой поверхности.

И, наконец, к отличиям предложенного устройства следует отнести еще и то, что на корпусе закреплены проходящие сквозь его стенки полые патрубки с редукционными клапанами, установленные в его переднем и заднем концах, сообщенные полостью корпуса и предназначенные для проведения удаления избыточных объемов подаваемого туда сжатого воздуха.

Введение всех перечисленных выше особенностей выполнения предлагаемого способа, а так же и указанных выше новых конструктивных признаков в состав используемого при его проведении устройства, позволяет коренным образом изменить характер протекания процесса формирования металлического алюминия при осуществлении переработки применяемого для его получения исходного сырьевого материала.

В связи с изложенным выше последний начинает приобретать следующие характерные именно для него отличия.

Во первых, к числу последних следует отнести то, что сама начальная стадия осуществления предлагаемого способа отличается от известных технологий тем, что включает в себя этап так называемого «тонкого помола» кусков исходной руды, содержащей соединения алюминия.

При его проведении используются любые известные в промышленном производстве методы дробления комкового материала, например выполняемые при помощи шаровых мельниц. При применении для достижения этой цели указанного выше устройства, куски исходной сырьевой массы, используемой в предлагаемом способе при его выполнении, растирались с помощью последнего на частицы глины, имеющие габаритные размеры от 0,001 мм до 1,0 мм.

Осуществление этого «размола» крупных комков породы и обеспечивало в дальнейшем возможность формирования из полученных с ее помощью мелких частиц глины вязкой однородной нерасслаивающейся на отдельные составляющие в течении длительного временного периода времени массы — водяной суспензии. Для того же, чтобы создать последнюю, потребуется только произвести добавление к полученному таким образом объему глины, необходимого количества воды (30-40% от суммарной массы этого материала). После выполнения такого действия полученная таким образом двухкомпонентная субстанция тщательно перемешивается. Для осуществления этой операции может использоваться любое, переназначенное для осуществления указанной цели оборудование, например, обыкновенная лопастная механическая мешалка.

Сформированная по окончанию ее проведения однородная «грязеобразная» порция объема водяной суспензии 2, состоящая из этих двух указанных выше веществ, помещается затем в полость загрузочного бункера 1, входящего в состав используемого для переработки этого сырьевого материала устройства. После завершения этапа такой загрузки, сразу же и одновременно подключаются к внешнему источнику питания все обмотки-катушки 15, входящие в состав контуров 5 и кроме того, вступает в работу привод вращения подающего шнека 4, а так же выполняется подсоединение обдувочных сопел 6 к внешней, подводящей сжатый воздух под избыточным давлением, магистрали. Через загрузочное отверстие «В», находящиеся в самой нижней части бункера 1 порции сырьевого материала 2 проваливаются вниз, попадая во внутреннею полость корпуса 3 применяемого для обработки устройства. Попавшие туда объемы ранее полученной указанным выше образом водяной суспензии 2 подхватываются лопастями вращающегося подающего шнека 4, и передвигаются с помощью последнего по внутренней полости корпуса по направлению от его переднего конца до самой задней его части. В процессе их такого «проталкивания» вращающиеся лопасти шнека 4 производят дробление более крупных порций помещенного в полость корпуса 3 сырья, на более мелкие, периодически осуществляя их подъем на определенную высоту выше уровня горизонта, а так же и сброс их оттуда через определенные промежутки времени, в самую нижнюю зону корпуса 3. Через какое либо относительно небольшое количество выполненных вокруг продольной оси симметрии оборотов шнека 4, заполняющая полость корпуса 3 масса перерабатываемого материала 2 выноситься лопастями последнего в область воздействия создаваемого самым первым из установленных контуров 5 переменного вращающегося магнитного поля.

Формирование последнего протекает со следующими характерными особенностями, наличие которых и предопределяет получение при осуществлении предлагаемого способа требуемого положительного эффекта. При проведении рассмотрения причин, приводящих к появлению этих факторов его воздействия, надо вспомнить о том, что монтаж корпуса 3, заполненного текучей массой обрабатываемой в нем сырьевой суспензии, произведен в выполненных с этой целью сквозных пазах «Б» применяемых в устройстве магнитных генераторов (см. фиг.1). Т.е. фактически корпус 3 используемого устройства проложен через оставленные в них для этой цели искусственно созданные «щели» (т.е. пазы «Б»). При этом такая его «прокладка» осуществлена с формированием однотипных монтажных зазоров «а» в местах прохода его наружной поверхности через тело любого контура 5, входящего в эту применяемую для обработки магнитную систему.

Кроме того следует отметить еще и то, что входящие в нее магнитные генераторы размещены на одинаковом друг от друга расстоянии.

В связи с тем, что входящие в каждый из магнитных контуров 5 по три единицы в расчете на один генератор, обмотки-катушки 15 в момент осуществления процесса обработки включаются во внешнюю электрическую цепь, то вследствии этого каждая из них начинает выполнять функцию соленоида. При этом надо указать дополнительно еще и на то, что каждая имеющаяся в любом контуре 5 обмотка-катушка 15 подсоединяется при включении к своей подводящей ток только для нее, соответствующей фазе трехфазного внешнего источника электрического питания.

При выполнении такого подключения любая отдельно взятая из этих обмоток-катушек 15 начинает генерировать вокруг себя магнитное переменное поле.

Такого рода полученные в зонах установки обмоток-катушек 15 индивидуальные поля, проходя через объем включающих в себя такого рода соленоиды и составляющих каждый отдельный контур магнитопроводящих элементов 14, суммируются в них с формированием в каждом контуре 5 в конечном итоге единого общего.

Так как для подачи на обмотки-катушки 15 используется переменный электрический ток, то и соответственно, такое суммарное магнитное поле, создающееся в зоне «Д» каждого контура 5 в момент прохождения через нее обрабатываемой сырьевой массы, тоже будет переменным (см. фиг.1).

Кроме того, в связи с тем, что каждая из используемых для питания входящих в состав генератора трех обмоток-катушек 15 фаз применяемого внешнего подающего энергию источника имеет соответствующие угловые смещения составляющих ее синусоидальных импульсов относительно соседних, то созданное с их помощью суммарное магнитное поле еще и как бы «вращается» в той области, где и осуществляется его воздействие. Формируемый же внутри разорванного установочным пазом «Б» в каждом отдельно взятом контуре 5 результирующий магнитный поток стремиться соединить образованные этим искусственно выполненным расчленением его половины в единое целое, совершая своего рода «прыжок» через разделяющие их воздушное пространство, а так же соответственно, через размещенные на траектории его полета прилегающие к этой зоне объемы внутренней полости самого корпуса 3 этого устройства (см. фиг.1). Т.е. траектория его перемещения внутри любого отдельно взятого контура 5 будет представлять собой своего рода «замкнутую петлю». Таким образом, расположенные рядом с магнитными генераторами соответствующие зоны во внутренней полости корпуса 3 как бы превращаются в своеобразные ступеньки, с опорой на которые такого рода переход между рабочими элементами 14 в применяемых для обработки контурах 5 и становится осуществимым с минимально возможными потерями энергии.

Т.е. заполненные перерабатываемой водяной суспензией объемы корпуса 3 выполняют в момент осуществления соединения разделенных пазом «Б» половин контура в единое целое формируемыми в нем физическими полями, соответственно, роль замыкающих соединительных звеньев для генерируемых и создаваемых с помощью этих систем самих возникающих в них магнитных потоков.

Все перечисленное выше и обеспечивает максимально возможную концентрацию силовых линий формируемых в устройстве магнитных полей непосредственно в зонах протекания преобразования сырьевых частиц в необходимый конечный продукт.

Если мысленно представить, что требуется провести соединение в единую фигуру кривых, проходящих через конечные точки, фиксирующие положение конца результирующего суммарного вектора такого магнитного потока в процессе осуществления последним колебательных угловых пространственных перемещений с заданной частотой (40-70 Гц) за определенный заранее выбранный промежуток времени, то указанным выше образом с помощью последних, и будет получен пространственный «эллипсоид». Следует отметить то, что этот пространственный эллипсоид (см. зону «Д» на фиг.1, фиг.2) располагается в зонах корпуса 3, заполненных обрабатываем сырьевым материалом 2, практически перекрывая всю находящуюся в этой области его массу своим собственным телом.

Имеющее место сужение переднего и заднего конца этого эллипсоида «Д» обусловлено, прежде всего, увеличением значения магнитного сопротивления, неизбежно появляющемуся ввиду возникновения монтажных зазоров «а», образующихся при проведении размещения корпуса 3 в «щели», сформированной системой последовательно расположенных друг за другом установочных пазов «Б». Последние, в свою очередь, выполнены в используемых для выполнения переработки генераторах. В связи же с тем, что полученный указанным выше образом этот результирующий вектор совершает весь этот набор из колебательных пространственных перемещений непосредственно в объеме, занятом обрабатываемой средой 2, то на находящиеся в нем частицы глины, а так же на подаваемые в эту же область молекулы газов окиси углерода; метана, обрушивается целая серия создаваемых этим вектором и периодически повторяющихся (40-70 Гц) «толчков» и «ударов». При этом нанесение их производится сразу же со всех сторон и с использованием всего набора направлений их возможного воздействия.

Все эти явления возникают в следствии того, что результирующий суммарный вектор магнитного потока, генерируемый непосредственно в зоне осуществления обработки, с заданной в устройстве частотой (40-70 Гц) совершает колебательные угловые перемещения в указанных областях, с высокой скоростью меняя не только свое пространственное положение но и свою величину (последний движется внутри вытянутого по продольной оси пространственного эллипсоида). Под влиянием этих искусственно созданных в слоях перерабатываемого сырья и объемах возникших в его массе газовых пузырей, интенсивно воздействующих на указанные компоненты такого рода «силовых» факторов, в зонах переработки исходного материала начинают протекать следующие процессы.

К причинам, обслуживающим их появление, следует отнести прежде всего то, что в результате выполняемого этим магнитным потоком мощного энергетического воздействия, неизбежно активируются входящие в качестве исходных структур, используемых при построении этих компонентов атомы их молекул. Электроны последних при этом переходят на более высокие орбиты относительно их ядра. При этом разрываются ранее имевшиеся между ними ковалентные молекулярные связи, и в этих областях обработки появляются вновь созданные там ионы, образующиеся из числа ранее входивших в состав исходных молекулярных соединений составляющих их элементов.

В самих же этих подвергнутых такому магнитному «облучению» и заполненных обрабатываемым материалом областях, в конечном итоге, возникают активированные молекулярные фрагменты, синтезированные из ранее составлявших и входивших в рецептуру используемой сырьевой смеси ее отдельных компонентов, а так же и из заполняющих пузыри пропускаемого через суспензию газов, из которых и состоят струи подаваемого в нее сжатого воздуха.

При протекании в последующем в областях такого магнитного воздействия целого ряда реакций, все полученные в ходе их осуществления соединения формируют в толще применяемой суспензии кристаллические «зародыши» нового, ранее отсутствующего в ее составе элемента — самого металлического алюминия.

При рассмотрении всего комплекса протекающих в зонах обработки физико-химических процессов, надо еще вспомнить и следующее. Входящие в состав используемой при обработки водяной суспензии частицы глины пересекают генерируемые в устройстве магнитные поля за счет подхвата этих составляющих сырьевой массы и последующего переталкивания их с одних участков полости корпуса 3 на другие, при помощи лопастей вращающегося шнека. Воздействие указанных выше элементов, кроме дробления крупных порций исходного сырья на более мелкие объемы, заставляют последние перемещаться в области максимально возможной концентрации силовых линий генерируемого там магнитного поля, по сложной пространственной траектории (т. е. возможные точки их нахождения определяются координатами x,y,z). Таким образом, под влиянием этого принудительного и непрерывно выполняемого переноса шнеком слоев применяемого сырьевого материала 2, составляющие его слои частицы, попадая в зоны «Д» (см. фиг.1), многократно меняют свою первоначальную ориентацию, тем самым открывая наиболее удобный доступ к составляющим их кристаллическим структурам генерируемым в указанных областях магнитным потокам.

Многократно осуществляемые «прокручивание» указанных сырьевых микрообъемов относительно собственных «осей симметрии» в процессе пересечения сформированных в полости корпуса 3 системы воздействующих на последние магнитных полей, и предопределяет в конечном итоге, оптимальную величину скорости преобразования частиц исходного материала в металл, а так же и полноту его осуществления (т.е. создает предпосылки для ликвидации появления возможности «встраивания» инородных примесей в формирующуюся при обработке кристаллическую решетку).

С учетом всего изложенного раньше, можно прийти к выводам, что в процессе осуществления операций «омагничевания» в объеме заполняющей корпус 3 водяной суспензии, толщу которой «пронзают» газовые пузыри создающиеся при подаче к ее слоям струй сжатого воздуха, протекают следующие реакции.

Al2O3→2Al+3+3O-2;

CO→C+2+O-2;

CO2→C+4+2O-2;

CH4→C+4+4H+;

Al2O3+C+4→2Al+3+CO2-2;

C+2+O-2→COo;

H2O→2Н+-2;

3O-2+O-2→2O2;

2H++O-2→Н2О;

Al+3+3е→Al0;

Проведенное выше их рассмотрение показывает, что полученный из углеродосодержащих молекул, входящих в состав атмосферы газов (СО; CO2, СН4) в ходе осуществления наносимых по ним «магнитных ударов», атомарный углерод С+4, в итоге и отнимает у молекулы окиси алюминия высвобожденный при ее распаде атомарный кислород, соединяясь при этом с последним. Кроме указанных выше в зоне обработки протекают и обратные реакции, с формирование объемов газа, имеющих в условиях этого мощного и непрерывно выполняемого энергетического воздействия минимум своей внутренней энергии (Н2О и СО2). В силу наличия действия всего указанного выше комплекса условий, полученный таким образом металлический алюминий представляет собой устойчивые по отношению к всем этим внешним искусственно созданным факторам кристаллы, которые не переходят в соединение с другими находящимися рядом с ними компонентами в условиях этого интенсивно проводимого энергетического воздействия.

Т.е. в указанных выше условиях обработки в зоне протекания химических реакций преобразование попадающих туда компонентов происходит со смещением его химического равновесия в сторону наибольшей вероятности формирования в последней металлического алюминия и отходящих в атмосферу выделяемых в процессе его кристаллизации новых микрообъемов появляющихся в этой области газов.

Другие вещества «загрязнители», также входящие в состав имеющихся в исходном сырье примесей, точно таким же образом, как и сам металлический алюминий, будут преобразованы в новые кристаллические структуры, в последующем которые и будут составлять появляющиеся по завершения процесса обработки пластинчатые отходы («шлаки»). Полученные же указанным выше способом в самой первой по счету зоне осуществляемого в ней магнитного воздействия «зародыши» из металлического алюминия стремятся под действием сил гравитации переместится в нижнюю часть полости корпуса 3. Передвигаясь в слоях заполняющей последнюю водяной суспензии 2 в вертикальном направлении — из верхней точки своего первоначального размещения в самую нижнюю, эти «зародыши» из вновь полученного металла захватывают по дороге мелкие частицы глины из окружающей их со всех сторон сырьевой массы, и «облачаются» в состоящее из них своеобразное покрытие (как бы нацепляя на себя сшитую из этих компонентов «шубу»). Как правило, достичь самой нижней области корпуса 3 им так и не удается, так как они неизбежно в процессе выполнения своего перемещения сталкиваются с поверхностью изменяющей свое угловое положение лопасти вращающего в полости корпуса 3 шнека 4. Подхватываясь последней, они вместе с непрореагировавшими в силу действия какого либо комплекса неблагоприятных для этого условий, порциями исходного сырьевого материала 2, «проталкиваются» шнеком дальше, т.е. попадают в область воздействия второго, установленного на заданном удалении от первого магнитного контура 5.

Такое продвижение перерабатываемой массы используемого сырьевого материала по направлению от переднего конца корпуса 3 к его задней части облегчается за счет установки его под углом к уровню горизонта. Значение этого угла составляет 10-20°. Досылаемая в зону формирования вторым применяемым в устройстве контуром 5, интенсивно воздействующего на окружающую его область пространства, магнитного потока, эта масса сырьевого материала 2 проходит через те же самые преобразования что и имели место в зоне магнитного «облучения», осуществляемого самым первым из применяемых в устройстве магнитных генераторов.

Отличие в проведении процессов обработки в указанных выше областях корпуса 3 будет состоять только в том, что в зону генерации магнитного потока создаваемого вторым контуром 5 будут попадать не только находящиеся в объеме водяной суспензии частицы глины, но и нацепившие на себя «шубу», состоящую из последних, «зародыши» уже полученного кристаллического алюминия. В итоге, под воздействием формируемого вторым контуром мощного магнитного поля в пересекающей зону его наложения массе исходного сырья, дополнительно к уже имеющимся, добавляются и вновь созданные мелкие центры из кристаллизующегося там металла.

Наросшая же на ранее возникших «зародышах» «шуба» из мелких частиц глины превращается в силу наличия действия указанных выше факторов, в полноценное металлическое покрытие. Т.е. мелкий кристаллик алюминия за счет выполнения такого рода «прироста», протекающего при переводе покрывающей его наружную поверхность состоящей из глины «шубы» во вновь сформированную на ее основе металлическую структуру, существенно увеличивает свои первоначально полученные размеры. Покидая зону обработки, создаваемую с помощью магнитного потока, формируемого вторым по счету генератором используемого устройства, и преобразованная указанным выше способом сырьевая масса 2 продолжает осуществлять процесс своего перемещение по полости корпуса 3.

Схема его выполнения точно соответствует той, что была указана и раньше, при описании особенностей процесса переноса объемов этого же материала внутри такого устройства в зону установки на нем первого по счету генератора.

За счет этого и обеспечивается неизбежность поступления частично переработанного сырьевого материала 2 уже и в зону проведения интенсивного магнитного воздействия осуществляемого с помощью третьего по счету из числа применяемых в устройстве однотипных магнитных контуров 5.

Разобранные ранее процессы преобразования соединений из алюминия в металл в области воздействия формируемого и в третьем контуре 5 магнитного поля будут протекать в последней точно таким же образом, как и в зонах установки других используемых в устройстве генераторов т.е. первого и второго.

Особенность их выполнения будет состоять только в том, что практически все входящие в состав водяной суспензии частицы глины оказываются «присоединенными» к формирующимся в этой части корпуса устройства новым кристалликам металла.

Такие вновь полученные металлические зародыши обязательно «оденут» в этой зоне оставшиеся микрообъемы этой глины прямо на себя, используя их в качестве своеобразного сырьевого покрытия, выполненного из этих их последних находящихся в этой зоне ее остатков.

Таким образом, на завершающем этапе выполнения такого рода обработки, сформированная в зоне воздействия третьего по счету магнитного контура, и преобразованная под воздействием генерируемого им магнитного потока сырьевая масса, передается вращающимся шнеком 4, на другой участок полости корпуса 3, еще дальше отодвинутый от его переднего конца.

Вследствие этого, такого рода материал поступает в итоге в зону установки в устройстве четвертого по счету контура 5.

В процессе же осуществления последней, «финишной» части этапа обработки, в указанной выше области, размещенной в зоне действия генерируемого четвертым контуром магнитного потока, из поступившего туда объема материала, уже «насыщенного» мелкими и крупными кристаллическими «зародышами» алюминия, удаляются последние остатки находящихся в нем частиц глины. Указанные компоненты переводятся в кристаллики металла, и в последующем, попадая под воздействие того же самого, создаваемого в этой же зоне магнитного потока, начинают выполнять функции «строительного раствора», обеспечивающего соединение слипающихся на этом участке корпуса между собой мелких «зародышей» в более крупные гранулы.

При рассмотрении завершающего этапа предлагаемого способа переработки сырья, выполняемого в зоне монтажа последнего магнитного генератора, следует отметить то, что протекающий в этой области синтез крупных кусков металла из более мелких, обусловленный воздействием эффекта «склеивания» на находящиеся там мелкие кристаллические образования, которые, в силу его наличия, соединяются между собой и образуют более крупные «агрегаты», в указанном временном промежутке его осуществления, является процессом превуалирующим.

Так как переработка сырья продолжает осуществляться без использования каких-либо промежуточных, связанных с ее выполнением остановок, то полученные в указанной выше области корпуса 3 «укрупненные» гранулы металла 10 переносятся шнеком 4 к плоскости выходного проема «Г». Передвинутые его лопастями на открытую поверхность этого участка полости корпуса 3, гранулы 10 под действием силы тяжести соскальзывают в этот не имеющий никаких ограждений проем, и в конечном итоге попадают в полость используемого для их сбора накопительного бункера 9. Процесс обработки исходного сырья по окончанию этого ее четвертого этапа можно считать уже законченным.

После открытия его заслонки 13, можно осуществить вывод накопленного в бункере 9 материала в любую, удобную для выполнения его последующей транспортировки, технологическую тару.

Убыль объемов сырьевого материала 2 по мере осуществления непрерывного процесса его переработки в полости корпуса 3 постоянно компенсируется за счет подачи туда новых порций последнего из соединенной входным проемом «В» полости загрузочного бункера, который при помощи его напрямую сообщается с последней. Так как применяемый сырьевой материал 2 представляет собой вязкую пластическую массу, то по мере уменьшения ее объема в полости переднего конца корпуса 3, новые порции сырья легко проходят из бункера 1 на освободившееся там место, не испытывая при этом каких либо дополнительных затруднений (т.е. подача их выполняется «самотеком»).

Образующиеся в процессе восстановления металла из его сырьевых соединений газы, а так же накопленные в полости корпуса 3 избыточные объемы воздуха, автоматически удаляются из полости 3 с помощью установленных на переднем и заднем его концах полых патрубков 7, снабженных редукционными клапанами 8. Удаление указанных газовых составляющих производиться за счет выброса их в окружающую устройство наружную атмосферу, в момент срабатывания настроенного на заданное избыточное давление и входящего в состав конструкции патрубка 7 редукционного клапана 8.

Эксплуатация используемого при осуществлении предлагаемого способа устройства может производиться в круглосуточном режиме, с выполнением его остановок только с целью проведения необходимого ему ремонта.

Кроме гранул полученного обработкой металлического алюминия 10, в бункер накопитель 9 попадают и формирующиеся в ходе выполнения обработки из входящих в состав применяемого сырья различных примесей шлаковые отходы, имеющие пластинчатую форму.

В связи с тем, что гранулы из алюминия и такого рода попадающие в полость бункера 9 вместе с ними шлаки имеют резко отличающиеся друг от друга размеры (габариты А1 — один их тип 6-9 мм; второй — 40-60 мм, у отходов пластинчатой формы — 1-3 мм) то последующее разделение этих конечных продуктов при выгрузке их из бункера может без особых трудностей осуществляться с применением системы, включающей в свой состав обыкновенные калиброванные сита.

В качестве исходного сырья для выполнения предлагаемого способа обработки могут использоваться любые линзы породы, в рецептуру которых в качестве одного из составляющих их компонентов входят частицы глины.

Переработка их может осуществляться без привлечения, каких либо дополнительных операций для их подготовки или обогащения.

Т.е. какое месторождение глиняной руды окажется вблизи зоны ее переработки, то оно и будет являться пригодным для получения из этой «залежи» химически чистого металлического алюминия.

Если сырье будет «бедным» по содержанию окиси алюминия, то соответственно, будут падать и показатели, характеризующие процентное соотношение выхода металла из объемов применяемого для его синтеза исходного материала. Однако с учетом высокой чистоты вырабатываемого конечного продукта получение его даже и в этом случае будет отнесено к процессам, проведение которых можно считать вполне экономически оправданным.

Обработка водяной суспензии, осуществляемая в соответствии с предложенной технологией, производится при напряженности переменных вращающихся магнитных полей, замеряемой непосредственно в зоне ее выполнения, составляющей величину в 4×104÷1×106 a/м.

Частота колебаний этих магнитных полей при этом находится в пределах 40-70 Гц. При выполнении предложенного способа для получения алюминия из исходного сырья использовалась смонтированная на корпусе устройства четырехконтурная магнитная система.

Как показало экспериментальная проверка, такая система может включать в свой состав указанные выше составные элементы в количестве от 2 до 6. Выбор именно такой схемы установки магнитных генераторов на корпусе используемого для выполнения обработки устройства определяется прежде всего наличием следующих соображений.

При применении в устройстве только одного контура, а не двух, создаются условия для осуществления «врастания» в формирующиеся в зонах обработки металлические гранулы большого количество атомов чужеродных элементов, которые обязательно присутствуют в составе используемого для переработки сырьевого материала.

При увеличении же количество такого рода элементов свыше 6 единиц, не достигается получение какого либо дополнительного положительного эффекта в процессе выполнения переработки водяной суспензии. В то же время применение избыточного числа таких составных элементов в используемой в устройстве магнитной системе приводит к ее усложнению, и увеличивает необходимые для проведения обработки сырья эксплуатационные затраты.

Исходя из изложенного выше, при получении металлического алюминия обработка применяемого сырьевого материала была проведена при помощи системы, состоящей из расставленных равномерно вдоль корпуса устройства генераторов с использованием в ней их оптимального количества — т.е. в системе применялось четыре контура.

Общая длинна корпуса, используемого для осуществления предложенной технологии устройства составила 1,5 метра. Его габаритные размеры т.е. ширина и высота, соответствовали величинам 0,2 м × 0,2 м (в поперечном сечении — квадрат).

Диапазон возможных изменений углов наклона этого корпуса к уровню горизонта находится в пределах 10-20°.

В данном конкретном случае, при осуществлении экспериментов, данные о которых приведены ниже, этот угол наклона составлял 15°.

Для упрощения конструкции магнитного контура, установка на корпусе устройства такого рода составных его элементов, проводилась под углом 90° к плоскости наружной поверхности последнего. Т.е. эти контура в процессе выполнения их монтажа, соответственно, тоже имели угол наклона по отношению к вертикали, равный тем же 15°. При использовании указанного выше варианта их установки, равномерно охватывающий корпус устройства сквозной паз, выполненный в каждом из применяемых в этой системе генераторов, представлял собой обычный прямоугольный параллелепипед (а не сложную фигуру, формируемую при пересечении пространственного объема тела рабочего элемента проходящей под углом наклона к нему секущей плоскостью).

Во входящий в состав предлагаемого устройства загрузочный бункер пред началом осуществления процесса получения металлического алюминия, загружалась по 200-240 кг исходного сырьевого материала(или 340-350 кг сформированной на его основе смеси).

Последняя представляла из себя полученную при проведении размешивания мелких частиц глины в заданном объеме воды двухкомпонентную водяную суспензию.

Применяемая в этой суспензии глиняная порода была извлечена из ближайшего карьера, в котором производилась ее разработка для удовлетворения нужд строительного производства. Перед началом проведения приготовления водяной суспензии выполнялась операция по разбивке ее крупных кусков на более мелкие с помощью обычной шаровой мельницы.

Получаемые при этом частицы исходного сырья имели габаритные размеры в диапазоне от 0,001 мм до 1 мм. Время обработки указанного объема сырья с применением указанной выше четырехконтурной системы и использовании приводимого выше диапазона значений напряженности переменного магнитного поля составляло 51-80 минут (0,85-1,33 часа).

Выход металлического алюминия в расчете на применение 200-240 кг в составе водяной суспензии указанной выше глиняной породы, по окончанию процесса обработки достигал величины в 34,2-36,9 кг (т.е. 17,1÷18,25% от общего ее применяемого объема).

Эти показатели достаточно близко подходят к теоретически возможному пределу, определяющему количество вырабатываемого из исходного сырья металла при указанном ниже процентом содержании окиси алюминия в используемой при осуществлении процесса руде.

Степень чистоты полученного при осуществлении предлагаемого способа металла, соответствует значению 99,99992% (т.е. такой аллюминий соответствует критерию «химически чистый»).

В случае же необходимости сохранения полученного значения чистоты в изготовленном при помощи предложенного способе металле, в процессе его накопления и дальнейшей транспортировки может использоваться для изоляции сформированного таким образом конечного продукта от неблагоприятных внешних воздействий, инертная газовая среда. Она может включать в свой состав достаточно распространенный в отраслях промышленного производства газ аргон.

Полученные переработкой сырья предложенным способом гранулы можно разделить на 2 вида. Первый вид — гранулы с габаритными размера от 6 до 10 мм. Их количество относительно полученной обработкой металлической массы составляет 60-70%. Второй вид гранул имеет габаритные размер, равные 40-60 мм, их содержание в общем, формируемом обработкой объеме металла соответственно доходит до значения в 30-40%. Наряду с такими гранулами металла, в состав полученного при осуществлении предложенного способа конечного продукта входит и пластинчатые отходы, образующиеся из входящих в состав исходного сырья различных примесей. Они имеют габаритные размеры величиной от 1 до 3 мм, их количество относительно исходной массы применяемой для формирования водяной суспензии породы, достигает значения 49-54%.

Остальные продукты переработки представлены сформировавшимися в полости корпуса устройства и выброшенными в наружную атмосферу объемами полученных там газов.

Занимаемая используемым устройством в случае проведения переработки указанного сырья с помощью предложенной технологии, производственная площадь составляет 2,5 м2.

Количество вырабатываемого с ее применением металла соответствует 1 тонне при условии проведения работы в трехсменном режиме.

Количество затрачиваемой электрической энергии для получения указанного выше объема алюминия, находится в пределах 2-2,5 тыс. кВт. часов.

Существующий на сегодняшний день классический способ его изготовления связан с необходимостью ее использования в количествах, соответствующих значению 17-18,5 тыс. кВт. час.

Следует иметь ввиду еще и то, что при осуществлении наиболее широко распространенных в промышленном производстве вариантов переработки алюминиевого сырья, приходится выполнять процесс вакуумного рафинирования изготовленного с их помощью первичного металла.

Наличие указанного выше обстоятельства обуславливает то, что для получения указанного конечного продукта потребуется привлечь дополнительное количество необходимой для осуществления и этой операции электрической энергии. В результате этого, ее употребляемое для осуществления обработки суммарное количество заведомо превысит уже указанные ранее пределы.

Предложенный способ выполняется при комнатной температуре (17°-27°С), а обработка сырья производится под действием избыточного давления, которое лишь незначительно превышает атмосферное (на 0,1÷0,6 кгс/см2).

Скорость вращения проталкивающего сырьевой материал от начала корпуса устройства к его концу шнека имеет относительно малые значения и составляет 6-10 об/мин.

Используемые при осуществлении предложенного метода получения металла технологические режимы назначены исходя из следующих соображений.

Напряженность применяемого для получения металла переменного вращающего магнитного поля, замеренная непосредственно в зонах воздействия на перерабатываемое сырье генерируемыми в устройстве магнитными потоками, как уже указывалось, составляет 4×104÷1×106 а/м.

Применение меньших, чем указанные выше значений этого параметра — 4×104 а/м не обеспечивает формирование условий, гарантирующих выделение металла из его соединений, входящих в состав исходной сырьевой массы. Использование же более высоких значений, чем 1×106 а/м, не позволяет обеспечить достижение какого либо дополнительного положительно эффекта. В то же время увеличение величины напряженности применяемых в устройстве магнитных полей свыше указанных пределов — 1×106 а/м потребует дополнительных затрат используемой для формирования последних электрической энергии.

Те же самые факторы определяют и подбор диапазона частот клебаний, в пределах которого осуществляется генерация переменных магнитных полей.

То есть при применении значений частоты меньших, чем 40 Гц, затрудняется протекание процесса выделения металлического алюминия из его соединений при осуществлении предложенной технологии.

Получаемые в процессе генерации таких переменных магнитных полей результирующие вектора магнитных потоков воздействуют на обрабатываемые частицы глины в этом случае с недостаточной степенью интенсивности.

Т.е. такие результирующие векторы в окружающие их объемах водяной суспензии, включающей в себя частицы глины, перемещаются слишком «вяло».

Наоборот, при значении величины частоты более высокой, чем 70 Гц, указанные выше вектора передвигаются в зонах своего воздействия настолько стремительно, что попадающие на траекторию их пространственного переноса частицы глины не успевают вступить с ними во взаимодействие. Опять таки и в этом случае не гарантируется создание оптимальных условий для получения при обработке необходимого конечного продукта.

Назначение применяемых при получении металла интервалов времени (0,85-1,33 часа), произведено основываясь на следующем. При значениях используемого при переработке сырья временного промежутка меньшего, чем 0,85 часа (51 минута) не успевают полностью закончиться необходимые для формирования этого конечного продукта структурные преобразования в самих частицах используемой для обработки сырьевой массы.

При применении же временного интервала в случае, если его величина больше чем 1,33 часа, не обеспечивается достижение какого либо дополнительного положительно эффекта. В тоже время использование больших, чем необходимые временных промежутков, приводит к неизбежному увеличению суммарных затрат, связанных с выполнением такого рода процесса переработки исходного сырья в указанный выше конечный продукт.

Исходя из этих же соображений назначена и величина избыточного давления подаваемого через внешнюю магистраль к раздающим его соплам сжатого воздуха. Объемы последнего поступают к этим элементам, имея избыточное давление 0,1÷0,6 кгс/см2.

При величинах в поступающих к этим соплам объемах сжатого воздуха избыточного давления меньших, чем 0,1 кгс/см2, падают показатели, характеризующие производительность выполняемого процесса получения металлического алюминия. При значениях же этого параметра больших, чем 0,6 кгс/см2, не удается обеспечить дополнительную интенсификацию его выполнения.

В тоже время, при использовании значений величины избыточного давления в объемах подаваемого к таким элементам устройства сжатого воздуха больших, чем эта указанная выше величина, возрастают затраты необходимой для его получения и подвода в эти области, применяемой электрической энергии.

Процентное содержание частиц глины в составе используемой в процессе обработки водяной суспензии, имеющее значение 60-70%, назначено исходя из наличия действия следующих факторов.

При концентрации такого рода компонента в последней меньшей, чем 60%, применяемый сырьевой материал превращается в «бедный», что отрицательно сказывается на показателях эффективности процесса переработки сырья, так как существенно уменьшается выход необходимого конечного продукта.

При увеличении же его содержания выше значения 70%, перерабатываемая сырьевая масса резко снижает показатели, определяющие степень ее пластичности. Это в конечном итоге, существенно затрудняет выполнение процесса перемещения ее из загрузочного бункера в полость корпуса устройства, а так же и последующий перенос составляющих сырье объемов такого материала по внутренней поверхности последнего.

Наличие же указанного выше обстоятельства так же отрицательно сказывается на результатах, обеспечиваемых при выполнении предложенной технологии получения металлического алюминия.

Выбор значений углов наклона 10-20° продольной оси корпуса устройства к линии горизонта произведен с учетом возможности влияния на процесс переработки сырьевого материала следующих обстоятельств.

При значениях угла такого наклона, меньших чем 10°, существенно замедляется скорость прохождения вязкой водяной суспензии от начала корпуса устройства до самого его конца. Это может негативно повлиять на качественные характеристики получаемого с применение предложенного метода конечного продукта.

Наоборот, при увеличении указанного угла до величины, превышающей 20°, процесс перемещения может ускориться настолько, что в перерабатываемой сырьевой массе не успеют пройти необходимые структурные преобразования. Это обстоятельство, как и в разобранном выше варианте, может тоже отрицательно сказаться на результатах, характеризующих эффективность выполнения процесса.

Диапазон скоростей(6-10 об/мин) в пределах которого проводится вращение шнека, назначен с учетом следующих соображений. При вращении его с угловой скоростью, меньшей, чем 6 об/мин, перемещение сырьевой массы внутри корпуса устройства замедляется настолько значительно, что выход необходимого конечного продукта под влиянием этого фактора будет существенно снижен. При величинах же угловой скорости вращения шнека, превышающих значение в 10 об/мин, содержащий частицы глины перерабатываемый материал, может при прохождении через формируемые в корпусе устройства области его восстановления до металла, пересечь последние за неоправданно короткий промежуток времени.

Наличие этого обстоятельства будет служить в этом случае очевидной помехой для протекания в последнем необходимых для получения конечного продукта структурных превращений.

В связи со всем этим относительный диапазон скорости вращения шнека в корпусе и задается в пределах 6-10 об/мин.

Для осуществления процесса получения металлического алюминия осуществляемого с применение предлагаемого способа, использовалась обыкновенная строительная глина, необходимые объемы которой были изъяты из расположенного поблизости карьера, в котором и проводилось извлечение залегающих в нем пород для удовлетворения соответствующих нужд строительного производства. Применяемая в качестве основного компонента для получения исходного сырьевого материала глина содержала в своем составе следующие соединения:

окись алюминия Al2O3 — 38,3%

окись кремния SiO2 — 41,6%

окись железа Fe2O3 — 6,4%

карбонат кальция CaCO2 — 2,9%

углекислый магний MgCO3 — 0,88%

углекислый натрий Na2CO3 — 0,66%

вода Н2О — остальное до 100%

Для проведения всех указанных ниже экспериментов по получению металлического алюминия с использованием предложенного способа, применялось однотипное сырье, сформированное с применением глиняной породы, имеющей один и тот же, указанный выше состав.

Перед началом приготовления загружаемой в перерабатывающее устройство водяной суспензии, осуществлялось измельчение кусков применяемой в ней глиняной руды с помощью шаровой мельницы, с получением из них частиц глины, дисперсность которых соответствовала значению 0,001-1,0 мм. Входящие в состав исходного сырья примеси — соединения Si; Fe; Ca; Mg; Na на конечных этапах обработки превращались в твердые пластинчатые отходы серовато — бурого цвета.

В случае выполнения предварительного обогащения исходной руды. получаемый процент выхода металлического алюминия из объема используемой породы соответственно увеличится по отношению к указанному раньше. Однако выполнение этой операции связано с существенными дополнительными финансовыми и трудовыми затратами, и в серии приводимых ниже примеров этот прием не применялся. Для выработки металла использовалась только так называемая «бедная» и не отчищенная от примесей «руда». Но и из нее, как уже отмечалось выше, показатели выработки алюминия достигали достаточно существенных значений. Размолотая на мелкие частицы, содержащая глину, исходная порода затем заливалась необходимым объемом водопроводной воды, и перемешивалась до получения из этих двух компонентов однородной вязкой водяной суспензии.

После получения последней производилась загрузка сформированного этой операцией объема суспензии непосредственно в бункер самого используемого для получения металла устройства. Далее процесс выполнения предлагаемого способа иллюстрируется при помощи ряда приводимых ниже примеров.

Пример 1. В загрузочный бункер с емкостью последнего 350 л помещалась водяная суспензия, содержание в которой частиц глины с дисперсностью 0,001-1,0 мм составляло 200 кг или 60% от ее объема. Остальное вода — 143 кг или 40% от суммарного полученного размешиванием составляющих компонентов объема сырья. После окончания операции загрузки одновременно включались: привод вращения обеспечивающего подачу сырья шнека 4 со скоростью 6 об\мин, электрические обмотки катушки 15 во всех четырех смонтированных на корпусе 3 устройства генераторах, а через все сопла 6 осуществлялась подача сжатого воздуха. Поступление его к последним из внешней магистрали производилось под избыточным давлением 0,6 кгс\см2. Корпус 3 применяемого устройства имел наклон к уровню горизонта. Величина такого угла наклона составляла 15°. Напряженность генерируемых во всех четырех контурах 5, равномерно размещенных вдоль корпуса 3 предложенного устройства магнитных полей, замеренная непосредственно в рабочих зонах «Д» с помощью датчика Холла и измерительного моста, составляла 4*104 А\М. Частота их колебания соответствовала значению 70 Гц. Время обработки в этом примере соответствовало значению 1,33 часа. Проходящая по корпусу 3 предложенного устройства водяная суспензия 2 из частиц глины, под воздействием формируемых контурах 5 магнитных потоков, была превращена в набор из металлических гранул из аллюминия с различными размерами, и в пластинчатые отходы, состоящие из входящих в состав исходного сырья соединений-примесей.

Таким образом, по окончанию процесса переработки водяной суспензии, был получен металлический алюминий, количество которого составило величину, равную 35,4 кг — 17,7%, а так же и пластинчатые отходы, масса которых составляла величину, равную 108 кг. Габаритные размеры пластин, входящих в указанные выше шлаки, находились в пределах от 1 мм до 3 мм, а сами пластины имели серовато — бурый цветовой оттенок.

Остальной объем переработанной породы был представлен выпущенными через отводящие патрубки 7 объемами газов (CO2; H2O), которые были отправлены непосредственно в окружающую устройство атмосферу.

Полученные обработкой гранулы металла с размерами от 6 до 10 мм составили 70% от суммарного веса, сформированного по окончанию процесса металла — т.е. соответственно 24,8 кг;

Остальное его количество приходилось на гранулы металла с размером в 40-60 мм т.е. 10,6 кг или 30%. Степень чистоты полученного обработкой металла составляла относительно содержания в сформированных такой обработкой гранулах, как мелких, так и крупных, самого алюминия значение, равное 99,99993%.

Пример 2. обработка исходного сырья осуществлялась в соответствии с той схемой, что была указана и в примере 1.

Количество использованной для приготовления водяной суспензии содержащей глину породы составило 240 кг; или 70% от ее массы, остальное вода — 103 кг или 30% от ее общего объема. Подача воздуха к обрабатываемому сырью осуществлялась под избыточным его давлением равным 0,1 кгс\см2.

Привод вращения шнека обеспечивал скорость его углового перемещения, равную 10 об\мин. Угол наклона корпуса устройства к линии горизонта остался тот же, что и в примере 1-15°. Напряженность генерируемых во всех четырех контурах 5, магнитных полей в зонах «Д», составляла 1*10 А\М, при частоте их 40 Гц.

Время проведения процесса обработки составляло 51 минуту (0,85 часа). Полученная после окончания процесса обработки масса из алюминиевых гранул имела вес 43,8 кг (18,25%). Объем сформировавшихся в результате проведения обработки пластинчатых шлаков составил 117,6 кг; остальной объем используемого для получения металла сырья был представлен выпущенными из устройства в наружную атмосферу газами. Степень чистоты полученного металла соответствовала значению 99,99991%.

Количество гранул металлического алюминия, выделенного из содержащего соединения последнего исходного сырьевого материала, с размерами 6-10 мм, составило значение в 60% от всего полученного его объема, или 26,3 кг. Остальную полученную по окончанию процесса обработки его массу составили гранулы с размерами 40-60 мм — около 40% от суммарного количества, или 17,5 кг.

Пример 3. Обработка полученной из частиц глины водяной суспензии производилась в соответствии со схемой, указанной в примерах 1,2.

Количество входящей в состав применяемой водяной суспензии содержащей глину породы составляло 220 кг или 65%, остальное вода — 118,5 кг или 35% от всей ее массы. Подача сжатого воздуха к обрабатываемому сырью выполнялась под избыточным его давлением в 0,4 кгс\см2. Вращение шнека осуществлялось со скоростью 8 об\мин. Угол наклона корпуса устройства к линии горизонта был таким же, что и в примере 1,2-15°. Напряженность всех создаваемых в зонах «Д» и расположенных в зоне действия всех четырех генераторов магнитных полей, составляло величину в 0,8*105 А\М, а частота последних была равна 50 Гц. Временной промежуток, по истечению которого была осуществлена переработка всего объема исходного сырья в необходимый конечный продукт, составил 60 мин (1 час). Полученная в результате ее выполнения масса металла имела вес 39,6 кг, или 18% от количества использованной для его получения породы.

Вес сформировавшегося вместе с металлом объема пластинчатых отходов, составлял 113,5 кг. Остальной объем использованного для получения металла сырьевого материала был превращен в газы, выведенные из полости применяемого для выработки алюминия устройства, прямо в окружающую его атмосферу. Степень чистоты — сформированных обработкой гранул металлического алюминия, относительно его содержания в последних, соответствовало значению 99,99992%.

Количество полученных обработкой гранул металла, имеющих размеры в 6-1,0 мм, составляло 65%, или 25,7 кг Остальной объем накопленного по окончанию процесса переработки металла были представлены гранулами с размерами в 40-60 мм, т.е. 35% от полученного обработкой объема, или соответственно, 13,9 кг.

Из всех представленных выше примеров наглядно видно, что получение металлического алюминия, отличающегося высокой степенью чистоты, может осуществляться с применением любого, содержащего глину рудного сырья, определение месторождений которого не связано с выполнением трудоемкой геологической разведки. Последнее при выполнении предлагаемого способа не подвергается ни обогащению, ни отчистке от содержащихся в нем примесей, представленных другими, распространенными в природе элементами. Наличие указанных выше обстоятельств позволяет предполагать, что применение предложенного способа может оказаться достаточно эффективным в случае его использования для удовлетворения нужд действующего промышленного производства.

В дальнейшем, в представленных ниже материалах, излагаются конструктивные принципы, в соответствии с которыми выполняется используемое для осуществления этого способа устройство, наличие которых, в конечном итоге и обеспечивает получение в процессе его применения необходимого положительного эффекта.

Применяемое для осуществления предложенного способа устройство изображено на фиг.1, фиг.2.

На фиг.1 — продольный разрез корпуса устройства и схема размещения обеспечивающих переработку исходного сырья магнитных контуров.

На фиг.2 — поперечный разрез по А-А корпуса устройства, выполненный на том его участке, на котором установлен сам используемый в многоконтурной системе и составляющий ее магнитный генератор.

На фиг.1, фиг.2 в свою очередь изображены:

Позиция 1 — загрузочный бункер, с помещенной в его объем массой перерабатываемого исходного сырья 2.

Позиция 2 — обрабатываемый исходный материал, состоящий из размолотых предварительно кусков глины и воды.

Позиция 3 — корпус устройства, во внутренней полости которого и протекает процесс обработки исходного сырья 2.

Позиция 4 — винтовой шнек, лопасти которого осуществляют перемещение перерабатываемого сырья от переднего конца корпуса 3 к его заднему.

Позиция 5 — смонтированные с зазорами «а» на корпусе 3 обрабатывающие сырье магнитные контура, имеющие угол наклона к наружной поверхности корпуса, равный 90°.

Позицией 6 — проходящие насквозь через стенки корпуса 3 сопла, осуществляющие подачу струй сжатого воздуха к массе перерабатываемого сырьевого материала, и размещенные на корпусе 3 отстоящими друг от друга на одинаковых расстояниях рядами.

Позицией 7 — полые патрубки, закрепленные на передней и задней частях корпуса 3, нижний конец которых заходит во внутренний объем корпуса 3, а верхний обеспечивает сообщение полости последнего с наружной атмосферой.

Позиция 8 — отделяющий нижний конец патрубка 7 от верхнего редукционный клапан, осуществляющий пропуск поступающих из полости корпуса 3 объемов газа, в случае, если давление в ней превышает заданную его настройкой величину.

Позиция 9 — накопительный бункер, в который осуществляется сброс полученных обработкой в полости корпуса 3 ее конечных продуктов.

Позиция 10 — накапливаемые в объеме накопительного бункера гранулы металлического алюминия и сбрасываемые туда же шлаковые отходы.

Позиция 11 — стойки для закрепления корпуса 3 устройства под заданным углом к линии горизонта на самом его основании.

Позиция 12 — такие же стойки, обеспечивающие фиксацию в заданном положении применяемых в устройства магнитных контуров 5.

Позиция 13 — заслонка, при помощи которой открывается нижняя часть бункера 9, в случае, когда последний оказывается заполнен целиком.

Позиция 14 — магнитопроводящие элементы, контура 5, с помощью которых создаются оптимальные условия для прохождения генерируемого в их объеме суммарного магнитного потока.

Позиция 15 — электрические обмотки — катушки, выполняющие функцию соленоидов, и обеспечивающие при включении их в электрическую цепь формирование переменных магнитных полей.

Позиция 16 — выполненные на переднем и заднем концах шнека 4 оси, с помощью которых обеспечивается его непрерывное вращение в полости корпуса 3.

Буквами «а» — образующиеся в процессе монтажа корпуса 3 в сквозном пазе «Б» магнитного контура установочные воздушные зазоры.

Буквой «Б» — выполненный в одном из составляющих магнитный контур элементов 14 сквозной паз, в полости которого размещается корпус 3 используемого устройства.

Буквой «В» — сформированный в корпусе 3, примыкающих к нижнему концу бункера 1 входной проем, через который производится подача сырьевого материала в его внутреннюю полость.

Буквой «Г» — аналогичный выходной проем в корпусе 3, через который осуществляется удаление из последнего полученных там конечных продуктов.

Буквой «Д» — пространственные эллипсоиды, формируемые в процессе колебательного углового перемещения генерируемых магнитными контурами 5 результирующих векторов суммарных магнитных потоков.

Буквами «φ» — угол наклона продольной оси симметрии корпуса 3 к уровню горизонта — 10°-20°, а также торцевых плоскостей установленных на корпусе 3 генераторов 5 относительно линии вертикали — 10°-20°.

Следует обратить внимание на то, что указанное на фиг.1; фиг.2 устройство для осуществления предложенного способа, имеет следующие особенности своего конструктивного исполнения, а именно:

Закрепление корпуса 3 под заданным углом к линии горизонта и поверхности основания производится с использованием системы из стоек 11 (см. фиг.1). Аналогично осуществляется и размещение используемых в устройстве, и то же смонтированных с наклоном к наружной поверхности корпуса 3 генераторов — т.е. с применением поддерживающих их стоек 12.

Вращение же винтового шнека 4 выполняется на осях 16, проходящих сквозь торцевые стенки корпуса 3 и закрепленных там в соответствующих подшипниках (на чертеже не показаны). Одна из этих осей 16 имеет кинематическую связь с внешним приводом вращения шнека 4 (на чертеже показан). Подающие струи воздуха к сырьевой массе 2 сопла 6 (см. фиг.1) размещены вдоль тела корпуса 3 равномерно, образуя чередующиеся ряды. При этом они как бы расположены по периметру получаемому при сечении этого же корпуса 3 квадрата, если мысленно провести через него секущую плоскость, расположенную под пространственным углом к его продольной оси, значение которого равно 90°. Сопла 6 также закреплены на равных друг от друга расстояниях, и имеют относительно той поверхности, к которой они присоединяются как тангенциальные, так и радиальные углы наклона в 30-45° (на чертеже же эти углы не отображены). Применение именно такой схемы расстановки сопел 6 на наружной поверхности корпуса 3 (т.е. под двумя углами наклона) позволяет не только обеспечить подачу необходимых для протекания процесса восстановления металла из его соединенной порций применяемого для этого газа, но и осуществлять при этом дополнительно, в момент попадания в полость корпуса формируемых в них струй сжатого воздуха, интенсивное перемешивание находящихся в зоне воздействия последних микрообъемов перерабатываемого сырья 2.

С целью упрощения конструкции предлагаемого устройства, его корпус 3 в поперечном своем сечении имеет форму квадрата, в центре которого смонтирован вращающийся в нем винтовой спиральный шнек 4. Соответственно, сквозной паз «Б», выполняемый для размещения в генераторах 5 корпуса 3, имеет простую прямоугольную форму, что обеспечивается за счет наличия углов наклона φ их торцевых плоскостей относительно вертикали. Следует еще и указать, что на фиг.1 показаны закрепленные на корпусе 3 магнитные контура 5 — первый из четырех прикрепляемых установленный около его самой передней части, и последний — четвертый, наиболее близко смещенный к заднему его концу.

Второй и третий из контуров 5 на чертеже фиг.1 не показаны, так как они попали в зону условного разрыва, выполненного примерно на половине всей длинны корпуса 3, для упрощения чтения чертежа.

Размещение всех четырех генераторов 5 вдоль корпуса 3 производится на одинаковом расстоянии их друг от друга, и от переднего и заднего его концов.

Установка всех магнитных контуров 5 на наружной поверхности корпуса 3 предлагаемого устройства производится с помощью выполненных в них сквозных прямоугольных пазов «Б», через которые и проходит тело последнего. В процессе монтажа этих магнитных генераторов на корпусе 3 и создаются отмеченные на фиг.1, фиг.2 воздушные зазоры «а», наличие которых и обеспечивает возможность проведения их размещения в этих зонах, равномерно расположенных по всей длине корпуса 3.

Работа предлагаемого устройства в процессе получения алюминия из используемого для этого сырья осуществляется следующим образом.

После загрузки сырьевого материала 2 в полость загрузочного бункера 1, включается привод вращения расположенного в полости корпуса 3 винтового спирального шнека 4. Одновременно с началом проведения проворачивания входящих в состав этого узла его криволинейных лопастей, подключаются к источнику внешнего питания все электрические обмотки — катушки 15, размещенные в магнитопроводящих элементах 14 применяемых в составе устройства четырех магнитных контуров 5. В этот же момент времени предварительно подготовленная пластичная сырьевая масса 2 через загрузочное отверстие «В» поступает из бункера 1 во внутреннюю полость корпуса 3.

Ее объемы на самом первом этапе выполнения процесса обработки попадают в его переднюю, лежащую в самой верхней зоне устройства часть. Следует отметить, что уровень размещения по вертикали конструктивных элементов корпуса 3 относительно линии горизонта регулируется соответствующей подборкой длины используемых для закрепления его основания стоек 11 (см. фиг.1). Поступающие в указанную выше область корпуса 3 порции сырьевого материала подхватываются криволинейными лопастями вращающегося шнека 4, перемешиваются и их общая масса разделяется с участием последних на отдельные, ранее составляющие ее, микрообъемы. Полученные указанным выше образом мелкие порции водяной суспензии 2, продолжая совершать процесс такого поступательного перемещения, попадают в зону генерации мощного магнитного потока «Д», который создается с помощью самого первого из четырех используемых генераторов (см. фиг.1). Досылаемые в эту часть полости корпуса 3 микрообъемы сырьевого материала 2 неизбежно пересекают размещенные там и сконцентрированные на относительно небольшой площади, силовые линии формируемого в этой области переменного вращающегося магнитного поля. Следует дополнительно обратить внимание еще и на то, что навстречу создающимся с помощью шнека 4 потокам в состав которых входят микрообъемы используемого сырьевого материала, посылаются струи сжатого воздуха, которые образуются в закрепленных на наружной поверхности корпуса соплах 6. Последние подключаются к подающей сжатый воздух под избыточным давлением (0,1-0,6 кгс\см2) внешней питающей их магистрали (на чертеже не показана) в тот же самый момент времени, когда в работу вступают и остальные обслуживающие процесс обработки системы предлагаемого устройства (сеть питания магнитных контуров 5, привод вращения подающего шнека 4).

Благодаря наличию радиальных и тангенциальных углов наклона сопел 6 по отношению к наружной поверхности корпуса 3 (на чертеже не показаны), формируемые ими струи сжатого воздуха встречаясь с такими же соседними, образуют в местах такого пересечения своего рода «завихрения». Так как точки такого «скрещивания» генерируемых в полости 3 потоков сжатого воздуха как правило, попадают в зоны прохождения перемещаемых по полости корпуса 3 микрообъемов сырья 2, то встречаясь с составляющими их слоями, возникающие там «вихри» обеспечивают их дополнительное и интенсивное перемешивание. Кроме этого, они осуществляют и главную свою функцию — добавляют к активированным с помощью мощного магнитного потока молекулярным фрагментам, входящим в состав применяемой водяной суспензии, необходимый для их восстановления до металла углерод. Последний как отмечалось ранее, входит в состав углеродосодержащих газов, присутствующим в обыкновенном атмосферном воздухе.

Как и остальные сырьевые компоненты, молекулы этих газов, попадая в зону «Д», активируются с помощью генерируемого в этой области мощного магнитного потока, и разрушаются в ней при помощи его с образованием в указанном выше объеме ионов углерода — восстановителя. Поступление же этих ионов к находящемся в зоне максимально возможной концентрации силовых линий генерируемого в этой части полости корпуса 3 магнитного поля, активированным при участии последнего, фрагментам сырьевых компонентов, и обеспечивает оптимальные условия для протекания процесса восстановления металлического алюминия из содержащих этот элемент его соединений. Таким образом, покидая область внутренней полости корпуса 3, размещенную в зоне установки первого по счету генератора и проталкиваемая шнеком 4 масса сырьевого материала «обогащается» мелкими кристаллическими зародышами полученного там металла. Последние равномерно распределяются в ее объеме за счет продолжающегося процесса интенсивного перемешивания порций сырьевого материала как вращающимися лопастями шнека, так и струями подаваемого в корпус 3 сжатого воздуха.

После прохождения зоны установки первого контур 5, объемы заполняющей полость корпуса 3 водяной суспензии 2, под воздействием все тех же лопастей вращающегося вокруг собственной продольной оси шнека 4, проталкиваются дальше, уже в зону генерации магнитного потока, создаваемого вторым контуром 5. Последний отстоит от первого контура 5 на заранее выбранном и одном и том же одинаковом для расстановки применяемых в устройстве магнитных контуров расстоянии (на чертеже второй контур не показан, так попадает в зону условно выполненного разрыва устройства на две приблизительно одинаковые половины). Перемещение обрабатываемых сырьевых масс по направлению от переднего конца корпуса 3 к заднему, облегчается за счет наличия угла наклона его продольной оси к линии горизонта(для изображенного на фиг.1, устройства угол φ равен 15°). При прохождении порций обрабатываемого сырьевого материала через такую же область «Д» второго магнитного контура 5, размещенного на заданном удалении от места установки самого первого, на входящие и составляющие последние компоненты воздействует генерируемый там магнитный поток. Вследствие этого и в этой зоне будут наблюдаться те же самые явления, что имели место при преобразовании такого рода соединений в необходимый конечный продукт и в зоне монтажа в устройстве самого первого по счету такого же контура.

Каких либо существенных отличий протекающие и в том, и в другом случае такого рода процессы не имеют. Единственно, что следует отметить, так это то, что покинувшая зону размещения второго магнитного контура 5 масса сырьевого материала 2, будет еще в большой степени обогащена дополнительно образованными в этой области новыми кристалликами металла. При этом последние, ранее сформированные в области установки самого первого генератора, увеличит свои первоначальные габариты за счет присоединения к составляющим их наружным слоям кристаллической решетки вновь возникших в зоне воздействия потока второго контура мелких кристалликов этого металла. Увеличение размеров ранее полученных «зародышей» будет происходить и за счет восстановления превращаемых в металл ранее налипших на их поверхность мелких частиц глины. То есть при этом протекает процесс преобразования покрывающей их «шубы» в металлическую кристаллическую решетку, разрастающуюся на последних с использованием наружных составляющих эти «зародыши» слоев в качестве применяемой для этого материальной основы по мере продолжения указанного этапа проведения обработки. Такого рода «обогащенная» полученным в указанных областях металлом сырьевая масса 2 перемещается и дальше по плоскости установленного с наклоном корпуса 3 применяемого для обработки устройства. «Подталкивание» ее по направлению от его передней части к задней, как уже отмечалось ранее, продолжает осуществляться криволинейными лопастями непрерывно вращающегося на осях 16 винтового шнека 4. Следуя по этой заданной конструкцией используемого устройства траектории, «проложенной» в полости корпуса 3, микрообъемы уже насыщенной металлом на предыдущих этапах обработки сырьевой массы, в конечном итоге подходят в зону интенсивно выполняемого воздействия магнитного потока, формируемого все в той же зоне «Д» на участке установки на корпусе 3 уже третьего по счету генератора

В указанной выше области будут наблюдаться все те же самые процессы, как и в разобранных ранее случаях, при рассмотрении явлений, протекающих на аналогичных участках полости корпуса 3, в зонах воздействия формируемых при помощи первого и второго контуров 5 магнитных полей. Опять же к незначительным отличиям выявляемым после прохождения обрабатываемыми порциями сырьевой массы и этой, расположенной в зоне монтажа третьего по счету контура 5 области, следует отнести наличие действия там следующего обстоятельства.

В прошедших зону установки третьего по счету магнитного генератора объемах перерабатываемого материала, уже практически не содержатся частицы входящие в состав исходного сырья глины. Отдельные частицы последней захватываются разросшимися в зоне воздействия третьего контура укрупненными гранулами полученного там металла. Оставшиеся после прохождения и этой указанной выше области мелкие «зернышки» из соединений алюминия оказываются полностью израсходованными для формирования на наружной поверхности последних состоящего из них своеобразного покрытия («шубы»).

Одетые в него металлические гранулы в конечном итоге покидают и эту зону. Сформированное там их скопление переносится подающим шнеком 4 в расположенные на удаление от нее другие области полости корпуса 3, перемещаясь все дальше и дальше по направлению к заднему концу последнего (третий контур 5 как и второй попадает в зону выполнения условного разрыва корпуса устройства и на чертеже не показан) последовательно проходя на этом пути по всем его участкам. Полученное ранее, это указанное скопление металлических гранул в конце концов оказывается в зоне «Д», попадая под воздействие магнитного потока, генерируемого последним по счету из числа примененных в устройстве генераторов т.е. четвертым магнитным контуром 5. Следует отметить еще и то, что в процессе прохождения указанной выше области, тоже находящейся прямо на пути перемещения используемого сырьевого материала, в полученных на предшествующих «финишному» этапах обработки скоплениях перерабатываемого в устройстве продукта, практически полностью заканчивается весь комплекс необходимых структурных преобразований.

Входящие же в качестве отдельных составляющих указанных выше скоплений гранулы металла, к этому моменту времени приобретают степень чистоты, определяемую по процентному содержанию в них алюминия, позволяющую отнести этот продукт к группе «достигшие требуемых кондиций». При завершении комплекса необходимых преобразований исходного сырья, выполняемого в зоне воздействия указанного выше магнитного потока, полученного с применением четвертого по счету магнитного генератора, налипшие на поверхность проходящих через нее гранул и создающие на последней своеобразное неметаллическое покрытие, мелкие частицы глины переформировываются в обволакивающие их новые слои, состоящие из того же самого алюминия.

Из за наличия действия всех указанных выше обстоятельств, и протекает процесс укрупнения находящихся в этой области кристаллических «зародышей», которые дополнительно увеличивают свои первоначально полученные габаритные размеры.

Кроме того этот же самый эффект будет иметь место при осуществлении «слипания» в этой же зоне между собой мелких кристаллических «зародышей» из алюминия, при взаимном соединении которых и образуются достаточно крупные куски металла.

Таким образом, на этой завершающей стадии обработки вся исходная сырьевая масса оказывается целиком переработанной, а полученные в области установки последнего четвертого магнитного контура 5 укрупненные в ней гранулы металла 10 переправляются из нее продолжающим совершать обороты вокруг собственной продольной оси шнеком 4, освобождая эту зону от своего присутствия и попадая в конечном итоге в задний конец корпуса 3 используемого устройства. Дойдя до этой указанной его части, которая занимает горизонтальный уровень, расположенный ниже, чем тот, что используется для размещения верхнего конца корпуса 3, гранулы 10, а так же образовавшиеся вмести с ними пластинчатые шлаки, наталкиваются на расположенный прямо на пути их движения выходной проем «Г» (см. фиг.1). В силу всего этого все указанные выше продукты проваливаются в последний, и в конечном итоге, попадают на дно накопительного бункера 9. По мере заполнения его полости указанными выше конечными продуктами переработки, осуществляется открытие заслонки 13, которое обеспечивает их удаление с высыпкой последних в используемую для этого технологическую тару (на чертеже не показана). В случае необходимости сохранения полученной обработкой степени чистоты металла, как накопление его гранул, так и их последующая транспортировка может осуществляться под слоем защитной атмосферы, состоящей из инертного газа — аргона (на чертеже не показано).

Убыль объемов исходного сырьевого материала 2 по мере его расхода компенсируется за счет подачи новых порций последнего из полости загрузочного бункера 1, сообщающейся с внутренней полостью корпуса 3 через входной проем «В» (см. фиг.1). Поступление их в указанную часть корпуса устройства из полости бункера 1, т.е. в его передний конец, осуществляется самотеком.

По мере расхода помещенного в загрузочный бункер исходного сырьевого материала 2, в последний производится загрузка его новых объемов. В силу этого процесс переработки сырья в металл выполняется в предлагаемом устройстве без каких либо его остановок и перерывов.

Так как в процессе восстановления металлов из его соединений в зоне его протекания образуются объемы ранее отсутствующих там газов, формирующих в полости корпуса 3 так называемые газовые «пузыри», а следовательно, и повышается величина создаваемого там избыточного давления, то для ликвидации возможного негативного воздействия этих факторов выполняется периодический выброс накапливаемых в полости корпуса этих летучих соединений непосредственно в наружную атмосферу.

Удаление последних, а так же избыточных объемов подаваемых в корпус 3 сжатого воздуха, осуществляется при помощи установленных на его передней и задней частях, сообщающихся напрямую с его полостью патрубков 7. Открытие последних осуществляется редукционными клапанами 8 в моменты времени, когда величина избыточного давления в полости корпуса 3 превышает ту, что задана технологией переработки. Регулировка же момента срабатывания запорных элементов в клапанах 8 произведена с учетом этого заданного значения величины избыточного давления (см. фиг.1).

Таким образом и обеспечивается беспрепятственное перемещение перерабатываемой сырьевой массы 2 вдоль всей полости корпуса 3, без каких либо ее остановок там из за местного повышения величины избыточного давления на ее каких либо отдельных участках.

Применяемые в устройстве внешние блоки электрического питания магнитных контуров 5, снабжаются дополнительно электронными управляющими схемами, с помощью которых выполняются необходимые изменения частоты подаваемого на обмотки — катушки 15 переменного электрического тока, его величины и напряжения (на чертеже не показаны). За счет этого обеспечивается возможность получения в зоне обработки магнитных полей с заранее заданными значениями их напряженности, а так же их частоты. Минимально возможное количество обслуживающих устройство магнитных контуров соответствует двум, однако в этом случае приходится использовать низкооборотный привод вращения подающего шнека, что создает дополнительные трудности в процессе его эксплуатации и обслуживания.

Максимально возможное количество последних может составлять шесть. Дальнейшее увеличение их количества свыше указанного значения приводит к тому, что все остальные дополнительные магнитные генераторы будут работать практически в «холостую».

Кроме того применение магнитных контуров в таком количестве опять же приводит к усложнению используемого для переработки сырья устройства, и отрицательно сказывается на его эксплуатационных показателях.

В качестве наиболее оптимального варианта в предложенной конструкции устройства была использована магнитная система, включающая в свой состав четыре контура. Наличие положительного влияния этого обстоятельства и обеспечило достаточно высокую эффективность выполнения указанной выше технологии переработки сырья обусловленную применением именно этого варианта такого конструктивного исполнения предлагаемого устройства. Достигнутые в процессе использования для достижения указанных выше целей такого типа предложенной конструкции устройства технико-экономические показатели, характеризующие степень эффективности выполняемой с его помощью обработки, позволили определить следующее:

При длине устройства в 1,5 метра и ширине его с учетом габаритов обслуживающих его систем в 1,2 м а так же при ширине и высоте его корпуса 0,2*0,2 м, и при эксплуатации его с применением трехсменного режима, обеспечивается получение одной тонны металлического алюминия. Степень чистоты получения металла составляла значение 99,99992% Размеры сформированных с его помощью гранул алюминия имели значение — 60-70% с габаритами от 6 до 10 мм и 30-40% с габаритами 40-60 мм. Расход электроэнергии в расчете на одну тонну полученного металла составляет 2,0-2,5 тыс. Квт\ч

В качестве исходной содержащей соединения алюминия руды применялась глиняная многокомпонентная порода, доставленная на место переработки из ближайшего, расположенного рядом с установкой карьера, в котором осуществлялась ее разработка для удовлетворения соответствующих нужд строительного производства.

Для разделения собранных в полости накопительного бункера конечных продуктов — т.е. гранул металлического алюминия и сброшенных в нее же пластинчатых шлаков, извлеченная из бункера масса последних, пропускалась через систему, состоящую из набора обычных калиброванных сит.

Так как указанные выше компоненты имеют существенное отличия в габаритных размерах, то после прохождения этих накопленных в бункере 9 продуктов через указанную выше калибровочную систему, они легко разделяются на составляющие общую насыпную массу фракции — гранулы металлического алюминия, и синтезированные в процессе обработки из входящих в исходное сырье примесей шлаковые отходы.

Для подачи воздуха к раздаточным соплам 6 используется внешняя питающая магистраль (на чертеже не показана), сжатый воздух под избыточным давлением в которую подается при помощи обычного компрессора. Указанный выше компрессор может иметь любое конструктивное исполнение.

Для проведения ремонта или необходимого технического обслуживания работающей в «непрерывном» режиме установки выбирается момент времени, когда загрузочный бункер, а так же весь объем полости корпуса 3 будут освобождены от проходящего по ним сырьевого материала, т.е. последний должен быть выработан до нуля. После этого отключаются все обслуживающие устройства системы — т.е. отсоединяются от источника питания все входящие в состав магнитного контура 5 обмотки — катушки 15, а также останавливают привод вращения подающего сырье шнека 4 и перекрывают подающую сжатый воздух к соплам 6 внешнюю магистраль.

После выполнения всех указанных выше этапов, устройство может быть использовано для выполнения на нем необходимого комплекса работ, обеспечивающих возможность проведения его дальнейшей эксплуатации.

Повторный запуск его в работу осуществляется следующим образом. Прежде всего загрузочный бункер 1 заполняют необходимым объемом перерабатываемого сырья 2, затем в указанном ранее порядке производится включение всех обслуживающих работу устройства систем, и после этого процесс переработки исходного сырья 2 в металл протекает в соответствии с уже указанной выше схемой его выполнения (т.е. опять используется так называемый «непрерывный цикл»).

Учитывая все изложенное выше можно прийти к следующему заключению. Использование предлагаемого способа получения металлического алюминия а так же применяемого для его осуществления устройства, обеспечивает существенное уменьшение необходимых для проведения переработки исходного сырья в конечный продукт затрат электрической энергии. То есть применение предлагаемых технических решений создает условия для сокращения ее расхода в 8-15 раз по отношению к количеству необходимому при выполнении процесса электролиза расплавов из соединений алюминия с добавками фтористых солей.

Кроме того, в случае осуществления переработки содержащего глину исходного сырья, с применением предлагаемого метода, полностью отпадает необходимость использования веществ и материалов, попадание которых в атмосферу (газообразный фтор), может привести к загрязнению окружающей это производство природной среды, и нанести вред здоровью человека.

Следует дополнительно отметить еще и то, что в отличие от известных в настоящее время способов, для такого рода технологии производства металла проводимых с помощью предложенного способа, в качестве пригодного для использования при его осуществлении исходного сырья могут применяться руды, содержащие любые возможные формы имеющихся в природе соединений алюминия, в своем первозданном «сыром» виде.

Сам процесс переработки сырья в алюминий в котором будет использоваться предложенный способ, может выполняться в непрерывном режиме без необходимости проведения каких либо дополнительных технологических остановок. Получаемый из широко распространенной в природной среде глиняной породы по предлагаемому способу металл отличается высокой степенью чистоты, значение которой относительно содержания в нем алюминия соответствует величине 99,99992%, т.е. он является «химически чистым».

Таким образом, можно утверждать, что использование предлагаемого способа обработки, а так же осуществляющего его выполнение устройства, исходя из всего изложенного ранее, позволит применять в качестве исходного сырья широкую гамму из содержащих окись алюминия глиняных пород, которые ранее никогда не рассматривали в качестве пригодных для достижения этой цели сырьевых продуктов.

Внедрение предлагаемого процесса, а так же и применяемого в ходе его выполнения устройства в производство не требует привлечения значительных капиталовложений, и не связано с необходимостью использования существенных трудовых затрат, а так же длительных сроков времени необходимых для подготовки производства.

Выбор входящих в состав предлагаемого, устройства материалов и узлов произведен с учетом возможности использования в качестве последних аналогичных, широко распространенных и применяемых в оборудовании, предназначенном для осуществления похожих на предложенную технологий.

Т.е. применяемое в ходе обработки сырья в соответствии с предлагаемым способом устройство, учитывая указанные выше особенности его конструктивного исполнения, будет отличаться простотой изготовления, а, следовательно и обладать, высокой степенью надежности при осуществлении его эксплуатации.

Получение оксида алюминия из глины





    Во Франции предложен способ получения коагулянта из глин, содержащих 40 % АЬОз, путем спекания их с концентрированной серной кислотой во вращающейся печи при 400 °С. В результате спекания образуется безводный сульфат алюминия, благодаря чему содержание водорастворимого оксида алюминия в продукте значительно повышается. Спек с 22 % АЬОз в виде сульфата, содержащий ЗЮг, представляет собой продукт, который можно транспортировать навалом в вагонах. [c.63]









    Оксид алюминия — составная часть глины и исходный продукт для получения алюминия. [c.94]

    Металлический алюминий первым выделил в 1825 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777—1851), известный также своими работами в области электромагнетизма. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем. Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий. Эрстеду понадобилось обработать А1С1з амальгамой калия (жидким сплавом калия со ртутью). Через два года немецкий химик Фридрих Вёлер усовершенствовал метод получения алюминия, заменив амальгаму металлическим калием. Электролитический способ получения алюминия через 30 лет разработали независимо друг от друга Роберт Вильгельм Бунзен в Германии и Анри Сент-Клер Девилль во Франции. На Всемирной выставке 1855 г. в Париже демонстрировался слиток очень дорогого алюминия — серебра иа глины , полученного электролизом. В массовом масштабе алюминий стали получать после 1886 г., благодаря усилиям Чарльза Холла (США) и Поля Эру (Франция). [c.288]

    Алюминия оксид (глинозем) AI2O3 — соединение алюминия с кислородом, составная часть глин, исходное сырье для получения алюминия. Т. пл. 2050 °С. В природе встречается также в виде минералов корунда (бесцветный), рубина (красный) и сапфира (синий). А. о. образуется при нагревании до высоких температур (1200 °С) гидроксида алюминия и его солей, а также при алюминотермии. Получают А. о. из бокситов, нефелинов, каолинов и др. А. о. нерастворим в воде, обладает амфотерными свойствами. Из А. о. получают алюминий. Кроме того, А. о. применяется как абразивный материал (см. Корунд), как огнеупор, как катализатор, в хроматографии для разделения различных веществ. [c.13]

    Э. Гриффин, 1916), но и сейчас не потеряла своего значения и стала наиболее широко распространенным способом получения иммобилизованных ферментов в промышленности. В литературе описано получение адсорбционным способом более 70 иммобилизованных ферментов с использованием главным образом таких носителей, как кремнезем, активированный уголь, графитов сажа, различные глины, пористое стекло, полисахариды, синтетические полимеры, оксиды алюминия, титана и других металлов. Последние применяются наиболее часто. Эффективность адсорбции молекулы белка на носителе определяется удельной поверхностью (плотностью центров сорбции) и пористостью носителя. Процесс адсорбции ферментов на нерастворимых носителях отличается крайней простотой и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем (статистическим способом, при перемешивании, динамическим способом с использованием колонок). С этой целью раствор фермента смешивают со свежим осадком, например, гидроксида титана, и высушивают в мягких условиях. Активность фермента при таком варианте иммобилизации сохраняется практически на 100%, а удельная концентрация белка достигает 64 мг на 1 г носителя. [c.88]










    Оба метода активирования испытаны в том виде, в каком они применялись с целью получения активных контактов для обесцвечивания смазочных масел. Так как активная поверхность алюмосиликатных катализаторов, но-видимому, мало зависела от наблюдающегося в природе соотношения между основными компонентами глины — оксидами кремния, алюминия и железа, а также учитывая установленное С. В. Лебедевым влияние на каталитическую активность алюмосиликатов теплового активирования, следовало ожидать, что значительную роль в формировании активной новерхности катализатора будут играть режимы процессов активации и последующего процесса сушки активированной глины. Однако подобрать оптимальный режим активации для каждого образца глины отдельно практически не представлялось возможным, поэтому все исследованные образцы глин активировались серной кислотой, а часть глип — также и соляной кислотой. Влияние всех факторов процесса активации еш формирование каталитической активности глиегы детально изучено на образцах наиболее активных Г.ЕИЕЕ. [c.84]

    Алюминий — металл, которого на Земле больше, чем любого другого. К сожалению, он входит главным образом в состав глин. В настоящее время отсутствует экономически оправданный крупномасштабный способ получения алюминия из такого сырья. Наиболее важным алюминиевым сырьем сейчас является боксит, состоящий в основном из оксида алюминия А12О3 2Н,0. [c.160]

    Н2О. Обыкновенная глина — этот тот же каолин, но загрязненный примесями, главным образом оксидом железа и др. Нужно еще указать на имеющий большое техническое значение боксит, состоящий из гидроксидов алюминия различного состава и служащий исходным сырьем для получения металлического алюминия, и криолит Маз[А1Рв1. [c.435]

    В процессе, разработанном Г. О. Иву патент США 3985567, 12 октября 1976 гл Университет Гайаны, Гайана), отходы красного шлама, полученные при производстве оксида алюминия, обрабатывают соляной кислотой для растворения только натрийсодержащих соединений. Обработанный материал смешивают с каолиновой глиной и используют для формовки строительных кирпичей. [c.71]

    Свойства полученного сорбента — осушителя — во многом определяются видом используемого в качестве пористой основы носителя. К ним могут относиться силикагели, полученные по обычному способу (см. раздел Неорганические сорбенты ), смеси-композиции силикагеля с активным оксидом алюминия, синтезированные гидротермальным методом. Носителями могут быть различные формованные алюмосиликаты, содержащие 8102, А12О3, а также органически ориентирующие агенты формулы К1К2КзК40 и растворитель или смесь растворителей, смешанные оксиды алюминия, кремния, титана, циркония с добавкой ванадия и сурьмы. Кроме этого в качестве носителя могут использоваться усиленные осажденные кремнеземы. Они получены введением в силикаты натрия растворимых солей щелочных металлов или кислот сложных оксидов титана и циркония, а также носителей, полученных смешением различных макропористых компонентов, например глин или осажденного оксида алюминия, для образования макропористого носителя. [c.554]

    Однако, несмотря на высокую потребность в различного рода сорбентах число используемых адсорбентов невелико и практически остается постоянным (за последние десятилетия). В основном это уголь, оксид алюминия, силикагель, природные сорбенты (глины), цеолиты, соли. Получение новых типов сорбен- [c.153]

    Получение и использование. В природе алюминий находится в форме многочисленных соединений— глины, полевых шпатов, слюды, роговой обманки и многих других. Основное значение имеют окснд, гидроксид алюминия (корунд, боксит, диаспоргидраргиллит) и криолит NasAlFe. Самый распространенный способ получения алюминия — электролиз безводного оксида алюминия в расплаве криолита. Соединение, существуюш ее в расплаве — NasAlFe, диссоциирует [c.252]

    В Институте химии АН УзССР в последнее время разработан способ получения сульфата алюминия из ангренских глин. Каолин из бункера, серную кислоту в количестве 90 % стехиометрического из напорного бака и промывную воду смешивают в двухвалковом смесителе. Пульпу спекают при 280—300 °С в течение 1,5 ч в барабанной печи. Спек, содержащий до 16 % водорастворимого оксида алюминия и отвечающий техническим условиям на неочищенный коагулянт, может использоваться для очистки питьевых и сточных вод. При отношении Ж/Т = 3 и температуре 90—95 °С спек выщелачивают водой в аппарате с мешалкой. Извлечение глинозема в раствор составляет 80 %. Пульпу фильтруют на рамном фильтр-прессе. Кремнеземистый шлам предлагают использовать в производстве строительных материалов. Раствор сульфата алюминия концентрацией 50—60 г/дм А12О3 упаривают при 100—ПО °С до концентрации 145 г/дм и затем подвергают грануляционной сушке в аппарате кипящего слоя. [c.65]


«СЕРЕБРО ИЗ ГЛИНЫ»

КРЫЛАТЫЙ МЕТАЛЛ

Люминий находится всюду. Он лежит у нас под но­гами. Этот химический элемент настолько распро­странён в природе, что составляет примерно около трети всех металлов, встречающихся в земной коре. Но не пы­тайтесь отыскать его в чистом виде. Алюминий химически очень активен и потому он «не терпит одиночества». Его можно встретить лишь в соединении с другими элемен­тами. И таких соединений очень много; известный совет­ский геолог академик А. Е. Ферсман насчитал около 250 различных минералов, содержащих в себе алюминий. Среди них — различные сорта глин; несколько похожая на глину алюминиевая руда — боксит; криолит, прозванный за своё сходство со льдом «ледяным камнем»; драгоцен­ные минералы — красный рубин и голубой сапфир.

Конечно, ни рубин, ни сапфир не могут служить сырьём для добычи алюминия. Для этой цели используют бок­ситы. Такая алюминиевая руда была обнаружена ещё в 1894 году на Северном Урале выдающимся русским учё­ным Е. С. Фёдоровым.

Собирая коллекцию уральских минералов, Е. С. Фёдо­ров забрёл далеко на север, в окрестности глухого посе­ления Турьи. Там, у отрогов Северного Урала, он нашёл огромные залежи коричневых камней, похожих на желез­ную руду. Это были бокситы, содержащие свыше 50% окиси алюминия.

В 1916 году большое месторождение бокситов было открыто под городом Тихвином (вблизи Ленинграда).

Но все эти алюминиевые руды стали разрабатываться только после Великой Октябрьской социалистической ре­волюции. Несмотря на то, что огромные залежи бокситов имелись в распоряжении человека, глиний, как называли прежде алюминий, извлекался первое время в очень небольших количествах из соединений, приготовленных искусственно. Техника не располагала промышленным способом добычи, несмотря на то, что она уже велико­лепно освоила получение железа, меди, свинца, цинка, серебра, золота.

Алюминия можно было добывать больше, чем железа, однако долгое время он считался редким элементом. Ещё в середине прошлого столетия парижские модницы прика­лывали к своим одеждам изящные безделушки из алюми­ния, называвшегося в то время «серебром из глины», но стоившим намного дороже серебра.

Первым естественным сырьём для получения глиния стал «ледяной камень» — криолит. Освоить производство алюминия из этого минерала позволили работы про­фессора Харьковского университета Н. Н. Бекетова. В 1865 году Бекетов предложил использовать для полу­чения алюминия химическую реакцию замещения. Как известно, так называют химическое взаимодействие, при котором одна часть сложного вещества, участвующего в реакции, замещается другой. Воздействуя на химиче­ское соединение каким-нибудь активным элементом, химик может вытеснить из этого соединения другой, нуж­ный ему. В данном случае из криолита вытеснялся алюминий. Его место занимал магний.

Работы Бекетова позволили существенно изменить спо­соб получения серебристого металла. Если прежде алю­миний удавалось извлекать только из специально приго­товленных химических соединений, то способ русского учё­ного позволял использовать уже природное сырьё.

Однако, как это было со многими русскими открытиями, способ Бекетова в условиях царского самодержавия не

Известный русский химик Николай Николаевич БЕКЕТОВ.

Нашёл применения на своей родине. Царские чиновники не признали изобретения, неизвестного за границей. Но зарубежные промышленники оказались более предприим­чивыми. Узнав о работах Бекетова, они быстро наладили производство алюминия по методу русского учёного. В не­мецком городке Гмелингене и во Франции, в Руане, были построены специальные фабрики. Способ Бекетова исполь­зовался в Германии и во Франции около 10 лет. За это время было выплавлено более 58 тысяч килограммов серебра из глины — 25% всей мировой добычи алюминия за те годы.

Работы Бекетова были важным шагом в развитии алюминиевой промышленности. Но они не могли пол­ностью решить проблему получения этого металла. Рас­пространённый в Гренландии криолит почти не встречался в других странах и его приходилось везти издалека или приготовлять искусственно. Надо было найти способ полу­чения алюминия из распространённых отечественных руд. Но сделать это оказалось очень трудно.

Основная трудность заключалась в том, чтобы на­учиться отделять окись алюминия (соединение металла с кислородом), содержащуюся в различных минералах, от окислов других металлов.

Как уже говорилось, алюминий находится всюду. Но руда считается достаточно богатой и заслуживающей пе­реработки, если она содержит не менее 20% глинозёма — окиси алюминия. Одной из таких богатых руд являются бокситы, состоящие из окислов алюминия, кремния, же­леза и воды. По внешнему виду эта руда напоминает со­бой обычную глину, но отличается от неё тем, что, взаимо­действуя с водой, не даёт пластичной массы. Больше всего в бокситах окиси алюминия — глинозёма — и окиси железа.

Химик К. И. Байер, работавший в конце XIX века на заводах Петербурга и Елабуги (у реки Камы), занялся разделением этих «соседей». Ему удалось подыскать веще­ство, способное растворить в себе глинозём, содержа­щийся в бокситах, и в то же время не растворявшее окись железа. Этим веществом оказалась натриевая щёлочь[18]), разведённая в воде. Байер установил, что если вести про­цесс в плотно закрытых сосудах при повышенном давле­нии и с подогревом, то почти весь глинозём переходит из боксита в раствор, позволяя таким образом освободиться от окиси железа, а также и от окиси кремния.

Была решена и последующая задача освобождения глинозёма от щёлочи, в которой он растворялся. Чтобы понять, как это осуществляется, вспомним простой опыт.

Если разводить в горячей воде поваренную соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться, отделить нераст — ворившийся осадок и затем бросить в раствор несколько крупинок (кристаллов) соли, то они начнут быстро расти. Кристаллы, попавшие в насыщенный раствор, ускоряют выделение из него твёрдого вещества.

Таким же путём можно выделить из раствора щёлочи и глинозём.

Однако кристаллы, выпавшие из раствора — это ещё не чистый глинозём. К нему присоединились молекулы воды, поэтому, чтобы избавиться от влаги, кристаллы прокали­вают.

Так просто и остроумно разрешил Байер задачу выде­ления чистого глинозёма из бокситов. Вскрытие бокситов, то-есть получение из них чистого глинозёма, являлось од­ной из труднейших проблем, которую необходимо было ре­шить, чтобы научиться извлекать из природного сырья лёгкий металл.

Работы Байера как бы подготовили фундамент для здания молодой алюминиевой промышленности. Дальней­шее развитие её связано прежде всего с работами осново­положника электрометаллургии цветных металлов Павла Павловича Федотьева.

В то время, когда Федотьев приступил к своим иссле­дованиям, физикам были уже хорошо известны законы прохождения электрического тока через жидкости. Учёные знали, что если погрузить в раствор соли или кислоты электроды — металлические или угольные пластины,— со­единённые с источником тока, то между ними потечёт ток. Причина этого — вот в чём. Молекула любого вещества состоит из атомов, а каждый атом представляет собой электрическую систему — положительно заряженное ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные частицы — электроны. Достаточно атому потерять один из электро­нов, чтобы его электрическое равновесие нарушилось. Он будет иметь избыток положительного электричества. Та­кая же картина произойдёт и в том случае, когда атом, наоборот, приобретёт лишний электрон. Тогда он будет заряжен отрицательно. Атомы и группы атомов, несущие на себе электрический заряд (и положительный и отри­цательный), называются ионами[19]). Молекулы соли или кислоты в растворе и распадаются на ионы. Когда замы­кается цепь тока, подключённого к электродам, то ионы, содержащиеся в растворе, приходят в движение. Поло­жительные стремятся к отрицательно заряженной пла­стине — катоду, а отрицательные — к положительной пла­стине — аноду. Этот процесс называется электролизом, и

Павел Павлович ФЕДОТЬЕВ, основоположник электрометаллургии алюминия.

Если раствор состоит из солей металла, то при этом на катоде выделяются частицы чистого металла, входившего раньше в состав сложного вещества.

Именно электролиз и решил П. П. Федотьев поставить на службу алюминиевой промышленности. Было известно, что глинозём хорошо растворяется в расплавленном крио­лите. Такой криолито-глинозёмный расплав Федотьев и подвергал электролизу.

П. П. Федотьев глубоко и подробно изучил этот про­цесс: он описал, как проходит электролиз для криолито­глинозёмного расплава, установил растворимость глино­зёма в криолите, создал теорию переноса тока в распла­вленных солях.

Растворённый в расплавленном криолите глинозём распадается на ионы. Под действием тока отрицательно заряженные ионы кислорода уходят к аноду, отдавая ему лишние электроны и превращаясь в нейтральные атомы. На катоде положительные ионы алюминия превращаются в нейтральные атомы этого металла.

Работы Федотьева привели к тому, что алюминий из редкого металла стал одним из самых применяемых.

Электролиз криолито-глинозёмного раствора был более выгоден по сравнению со способом Бекетова, так как в каждой молекуле глинозёма содержится в 4 раза больше алюминия, чем в криолите; кроме того, глинозём, выделяющий на электродах основную массу металла, бо­лее дёшев, чем криолит (хотя для электролиза прихо­дится искусственно приготовлять и тот и другой).

П. П. Федотьев был учёным нового типа. Все теорети­ческие выводы он проверял на практике и, обогащённый опытом, смело исправлял теорию.

Работы русского учёного явились настоящим открове­нием для иностранных электрометаллургов. Зарубежные исследователи Теребези, Андрие и другие считали, что криолит в расплавленном состоянии представляет собой смесь солей, а не химическое соединение. Федотьев опро­верг эту точку зрения, и его выводы, выдержав ответст­венное испытание временем, теперь признаны всеми.

Особенно плодотворно работал учёный после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1929 году он получил первые 8 килограммов советского алюминия.

Капитальный труд П. П. Федотьева «Электрометал­лургия», вышедший в 1921 и 1923 годах, и книга «Элек­тролиз в металлургии», опубликованная в 1933 и 1934 го­дах, являются до сих пор научными руководствами для инженеров всех стран.

Одновременно с П. П. Федотьевым изучением электро­лиза криолито-глинозёмных расплавов занималась группа русских исследователей во главе с профессором Петер­бургского электротехнического института Николаем Анто­новичем Путиным. Они поставили себе целью — добиться получения алюминия из отечественного сырья. Их совмест­ный труд, вышедший в 1914 году, так и был озаглавлен: «О получении алюминия из русских минералов». Вместо боксита, месторождение которого не было известно этим исследователям, они использовали уральский минерал — соймонит, содержащий в своём составе глинозём.

Подобно Федотьеву, Н. А. Пушин и его помощники проделали весь трудный путь, начиная от извлечения из соймонита окиси алюминия и кончая процессом электро­лиза в специально сконструированной ванне.

Далеко не все сорта бокситов, этих наиболее распро­странённых алюминиевых руд, одинаковы по содержа­нию глинозёма. Некоторые содержат его свыше 60%, но такие месторождения довольно редки. Обычно количество глинозёма в бокситах не превосходит 35—50%. Профессор А. Н. Кузнецов и Е. И. Жуковский в 1915 году разрабо­тали способ, позволяющий получать чистый глинозём не только из таких руд, но даже из простых глин, в которых глинозёма имеется всего лишь 20—30%. Запасы простых глин на земле огромны, поэтому метод Кузнецова—Жуков­ского имеет большое значение. Сущность способа чрез­вычайно проста. Боксит или глина, смешанная с окисью кальция и углём, расплавляется в электрической или доменной печи. Глинозём, содержащийся в глине, при этом соединяется с окисью кальция и всплывает в виде шлака над дышащей огнём массой. Обычно при производстве металла шлак представляет собой побоч­ный продукт. Здесь же именно он идёт в дальнейшую обработку. Получившееся в шлаке соединение глинозёма с окисью кальция легко растворяется в водном растворе соды, из которого осаждают водный глинозём. Разъедине­ние глинозёма и воды осуществляется тем же путём, что и в методе Байера.

Выдающимся русским химиком А. А. Яковкиным в 20-х и 30-х годах нашего столетия был разработан ещё один способ получения глинозёма из низкосортных бокситов. Этот способ носит название сухого щелочного способа и заключается в том, что боксит, смешанный с известняком и содой, подвергается нагреванию (спеканию) в больших цилиндрических вращающихся печах. Под влиянием высо­кой температуры глинозём боксита взаимодействует с со­дой, образуя в продуктах реакции химическое соедине­ние — алюминат натрия, хорошо растворимый в воде. Другие составные части спекшейся массы в воде не рас­творимы. Это даёт возможность отделить алюминий от примесей в виде раствора алюмината. Из раствора алю­мината выделяют затем кристаллы водного глинозёма, ко­торые после прокаливания (для удаления влаги) и идут для получения металлического алюминия. Способ, разра­ботанный А. А. Яковкиным, имел огромное значение для развития советской алюминиевой промышленности.

В строительстве и других сферах сегодня активно используется алюминиевый лист. Его широкая распространенность объясняется перечнем привлекательных эксплуатационных качеств. Чтобы заказать требуемое количество листов подходящих размеров и характеристик, достаточно обратиться в …

Сейчас появляется все больше современных и необычных материалов используемых в строительстве или в сельскохозяйственной промышленности, но наибольшим спросом пользовался и пользуется алюминиевый профиль самого различного сечения. При этом, больше всего …

Профиль из алюминия по внешнему виду представляет собой конструкцию из металла заданной формы. Современные методы производства позволяют изготавливать продукции различной конфигурации: треугольного, круглого, прямоугольного сечения. . Профиль – основа прочного …

Исследование процесса выщелачивания алюминия из каолиновых глин Ангренского месторождения

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по вовлечению каолиновых глин Ангренского месторождения в процессе получения сульфата алюминия – эффективного коагулянта. Показано, что прокалка каолиновых глин при температуре 650ОС в течение 2 часов позволяет повысить степень извлечения алюминия до 96,1%.

Максимальная степень извлечения алюминия при концентрации серной кислоты 60% составляет 97,1%, степень извлечения железа при этом 82,5%.

При повышении нормы серной кислоты с 50% до 125% степени извлечения алюминия и железа возрастают и достигают значений 78,2-99,8% и 84,6-88,8%. С повышением концентрации серной кислоты с 50% до 55% и 60% степень извлечения железа снижается с 83,5% до 82,5% при норме кислоты 100%, алюминия возрастает с 75,7 до 97,1%.

ABSTRACT

The results of research on the involvement of caolin clays of Angren deposit in the process of obtaining aluminum sulfate — an effective coagulant are presented. It is shown that calcination of caolin clays at 650° C for 2 hours makes it possible to increase degree of aluminum recovery to 96.1%.

The maximum degree of extraction of aluminum at concentration of sulfuric acid 60% is 97.1%, the degree of iron recovery is 82.5%.

With an increase in the sulfuric acid rate from 50% to 125%, the aluminum and iron recovery rates increase and reach 78.2-99.8% and 84.6-88.8%. With an increase concentration of sulfuric acid from 50% to 55% and 60%, the degree of recovery iron decreases from 83.5% to 82.5% with an acid rate of 100%, aluminum increases from 75.7 to 97.1%.

 

Ключевые слова: алюмосиликат, каолин, алюминий, сульфат алюминия, прокалка, серная кислота, выщелачивание, степень извлечения, химический состав.

Keywords: aluminosilicate, caolin, aluminum, aluminum sulphate, calcination, sulfuric acid, leaching, degree of extraction, chemical contents.

 

Алюмосиликаты, т.е. каолинитовые, монтморилло­нитовые глины, алуниты и другие минералы являются очень ценным сырьем в производстве огнеупоров, керамики и используются для получения бумаги, сульфата алюминия, глинозема и др. химических веществ.

Из алюмосиликатов большое народнохозяйст­венное значение имеют каолины, алуниты, нефелины, бокситы, монтмориллониты. Они используются в алюминиевом производстве, из них изготавливают фарфор, керамзит, глиняную посуду, сувениры, силикатные кирпичи, бенто­порошки и др.

Каолины относиться к группе мономинеральных глин. Глины отличаются от каолинов более высокой дисперсностью частиц каолинита, большей пластич­ностью, способностью спекаться при высоких температурах и содержат более 50% минерала каолинита – Al2Si2O5(OH)4. В глинах преобладают частицы менее 2 мкм, в каолинах – менее 5 мкм.

В Узбекистане разведано 2 крупных месторож­дения каолина – Ангренское в Ташкентской и Альянс – в Самаркандской областях [2, 5].

Однако, каолинитовые глины из-за низкого содержания алюминия (Al2O3 = 13-25%), высокого содержания железа (Fe2O3 = 1,5-6,0% иногда до 12%) и оксида кремния (30-80%) в настоящее время не перерабатываются. На окраинах города Ангрен имеется более 0,45 миллиарда тонн серых вторичных каолинов, состава Al2O3 = 19-25%; Fe2O3 = 1,5-4,5%; SiО2 = 40-58% и др.

Сырьевые ресурсы алюминия разнообразны, имеют свойственный только им состав, отличаются кристаллической структурой вследствие чего отличаются по выходу основного вещества при кислотно-щелочной переработке. Поэтому необходимо для каждого вида сырья проведение отдельных научных и технологических подходов, выбор наиболее подходящих методов переработки. Известные в мировой практике технологии не приемлемы для переработки каолиновых глин Ангренского месторождения.

Кислотные методы переработки алюминий­содержащего сырья предусматривают стадию предварительного обжига для перевода алюмосиликатов в более растворимую в кислотах форму.

Интерес к азотнокислотному вскрытию алюмини­йсодержащего сырья связан с легкостью регенерации кислоты путем термического гидролиза. При вскрытии непрокаленного аргиллита и боксита 40% кислотой степень извлечения не превышает 35-54%, соответственно. Использование предварительного обжига при температуре 650-7500С в течение 3 часа позволяет повысить степень извлечения алюминия до 81,6 и 98,32% соответственно [1].

Степень извлечения оксида алюминия из влади­мирских каолинов 20%-ной Н2SO4, не превышает 2-3% [6]. С увеличением температуры обжига образуется высокоактивный метакаолинит, легко разлагаемый серной кислотой по реакции:

Al2O3 · 2SiO2 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 2SiO2+ 3H2O                     (1)

Степень извлечения оксида алюминия в раствор в результате этого резко повышается до 90%. С увеличением температуры обжига до 8500С и особенно до 9000С извлечение алюминия в раствор снижается, что объясняется образованием у-Al2O3 и муллита, труднорастворимых в серной кислоте [4]. Кремнезем в растворах Н2SO4 растворяется незначительно, и его содержание в сульфатном растворе невелико (0,1-0,2 г/дм3).

Сульфат алюминия являются наиболее эффек­тивным и широко применяемым коагулянтом, который находит широкое применение в промышленности при очистке производственных и сбросных вод, водоподготовке, в целлюлозно-бумажной промышленности, дублении кожи, крашении тканей [3]. Однако, несмотря на наличие мощной сырьевой базы для производства коагулянтов на основе солей алюминия они в Республике не производятся и завозятся в большем количестве из-за рубежа.

Поэтому исследования, направленные на пере­работку имеющихся каолиновых глин, на получение коагулянта – сульфата алюминия являются актуальными.

С целью переработки каолиновых глин Ангренского месторождения на сульфат алюминия изучено влияние продолжительности процесса термообработки каолиновых глин, нормы и концентрации серной кислоты, температуры, продолжительности процесса разложения каолина растворами серной кислоты на степень извлечения оксида алюминия в раствор.

Для исследований использовали каолиновые глины Ангренского месторождения, содержащие (масс. %): Al2O3 = 21,73; Fe2O3 = 1,68; SiO2 = 65,2; TiO2 = 0,4; СаО = 0,4; MgO = 0,65; R2O = 0,8; SO3 = 0,6; п.п.п. = 8,5.

На рисунке 1 приведены данные влияние продол­жительности прокалки при температуре 650ОС на степень извлечения оксидов алюминия и железа в раствор 60%-ной серной кислоты при ее норме 100%.

Из рисунка видно, что с увеличением продолжительности прокалки с 30 мин до 300 мин степень извлечения алюминия повышается с 56,5% до 96,1%, при этом степень извлечения железа составляет 81,8%. Повышение продолжительности прокалки свыше 1 часа практически не влияет на степень извлечения оксидов алюминия и железа.

Дальнейшие исследования были направлены на изучения влияния технологических параметров на степень извлечения оксидов алюминия и железа из прокаленных каолиновых глин Ангренского месторождения.

Влияние концентрации серной кислоты изучали при 100%-ной норме, температуре 800С и продолжительности процесса 1 час. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что максимальная степень извлечения оксида алюминия отмечается при концентрации серной кислоты 60%. При этом степень извлечения алюминия составляет 97,1%, а железа 82,5%.

 

Рисунок 1. Влияние продолжительности процесса прокалки на степень извлечения: 1 – Al2O3, 2 – Fe2O3

 

Таблица 1.

Влияние концентрации серной кислоты на степень извлечения алюминия из прокаленного каолина











Концентрация H2SO4, %

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

20

5,1

51,1

30

30,3

65,4

40

54,8

76,3

50

78,4

83,6

60

97,1

82,5

70

85,2

67,2

80

69,0

48,3

90

47,6

27,8

 

В таблице 2 приведены данные влияния нормы серной кислоты на степень извлечения оксидов алюминия и железа при концентрации кислоты 50, 55 и 60%, температуре 800С и продолжительности процесса 1 час.

Таблица 2.

Влияние нормы и концентрации серной кислоты на степень извлечения оксида алюминия из прокаленного каолина


















Норма H2SO4, %

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

H2SO4— 50%

50

36,4

33,6

75

59,5

63,6

100

75,7

83,5

125

78,2

88,8

H2SO4— 55%

50

40,7

30,3

75

67,1

62,7

100

89,4

83,1

125

92,8

87,4

H2SO4— 60%

50

43,6

28,2

75

71,8

61,8

100

97,1

82,5

125

99,8

84,6

 

Из таблицы 2 видно, что с повышением нормы серной кислоты степени извлечения оксидов алюминия и железа возрастают и достигают значений 78,2-99,8 % и 84,6-88,8%, соответственно. Однако, с повышением концентрации серной кислоты с 50% до 60% степень извлечения окислов железа в раствор снижается. Так, при норме серной кислоты 100% степень извлечения оксида алюминия повышается с 75,7 до 97,1%, тогда как степень извлечения оксида железа снижается с 83,5 до 82,5%.

Приведенные исследования показали возможность переработки каолинов Ангренского месторождения сернокислотным методом. Для этого необходимо каолиновые глины прокалить при температуре 650-700ОС в течение не менее 1 часа, а выщелачивание осуществлять серной кислотой с концентрацией 60% при норме кислоты не менее 100% из расчете на оксиды металлов. При этом степень извлечения алюминия составляет 97,1%, железа 82,5%.

 

Список литературы:
1. Вайтнер В.В., Калиниченко И.И. Выщелачивание аргиллита азотной кислотой // Журнал «Вестник УГТУ-УПИ», № 3 (23), 2003. – С. 185-191.
2. Геология и полезные ископаемые Республики Узбекистан / Т.Н. Долимов, Т.Ш. Шаякубов и др. Редкол.:
Т.Ш. Шаякубов. – Т.: Университет, 1998. – С. 602-603.
3. Запольский А.К, Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получения. Применения. – Л.: Химия, 1987. – 208 с.
4. Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотным способами. – М.: Наука, 1982. – С. 72.
5. Пак А.И., Чиж Л.М. «Первичные и вторичные каолины Западного Узбекистана». В кн.: Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин. – М.: Наука, 1990. – С. 94-96.
6. Петров В.П. Условия образования каолинов и их свойства //Каолины. – М.: Наука, 1974. – 152 с.

 

Технология получения алюминия в домашних условиях. Промышленное получение алюминия.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ
АЛЮМИНИЯ

В настоящее время по объему
производства алюминий занимает первое место среди цветных металлов, и
производство его постоянно расширяется.

Сегодня отечественная алюминиевая
промышленность для производства глинозема использует апатито-нефелиновые
породы Хибинского массива и нефелиновые сиениты ряда ме­сторождений Сибири и
Урала.

Глины и каолины широко используют
во многих отраслях промышленности при производстве керамики, огнеупоров и других
изделий. Глина, как извесно, является алюмосиликатом кальция, а кроме этого
содержит много разных компонентов. Глина состоит из мельчайших кристаллов.
Эти кристаллы формируют глинообразующий минерал класса силикатов — каолинит.
Его состав: 47% оксида кремния IV (SiO2), 39% оксида алюминия (АL2О3) и 14 %
воды (Н20).

Следует обратить внимание на
самые важные качества используемых сортов глины, наиболее распространенными
из которых являются: красная глина, белая керамика (майолика), глина из
песчаника, глина для производства фарфора и огнеупорная глина (каолин).
Лучшие сорта каолинов, содержащие .до 49% Al2О3, ис­пользуют либо в
алюминиевой промышленности для получения алюминиево-кремниевых сплавов прямым
восстановлением, либо в качестве сырья для получения глинозема.

Глинозем — чистый оксид алюминия
(Аl2О3), основной, исходный материал для производства алюминия электролизом.

При промышленном производстве бокситы сначала подвергают
химической переработке, удаляя из них примеси оксидов кремния (Si), железа
(Fe) и других элементов. В результате такой переработки получают чистый оксид
алюминия Al2O3 — основное сырье при производстве
металла электролизом. Однако из-за того, что температура плавления Al2O3
очень высока (более 2000°C), использовать его расплав для электролиза не
удается.

Выход ученые и инженеры нашли в
следующем. В электролизной ванне сначала расплавляют криолит Na3AlF6
(температура расплава немного ниже 1000°C). Криолит можно получить, например,
при переработке нефелинов Кольского полуострова. Далее в этот расплав
добавляют немного Al2О3 (до 10% по массе) и некоторые
другие вещества, улучающие условия проведения последующего процесса. При
электролизе этого расплава происходит разложение оксида алюминия, криолит
остается в расплаве, а на катоде образуется расплавленный алюминий:

2Al2О3 = 4Al + 3О2.

Так как анодом при электролизе
служит графит, то выделяющийся на аноде кислород (O) реагирует с графитом и
образуется углекислый газ СО2.

При электролизе получают металл с
содержанием алюминия около 99,7%. В технике применяют и значительно более
чистый алюминий, в котором содержание этого элемента достигает 99,999% и
более.

Электролиз криолитоглиноземных
расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое
количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

Первые промышленные электролизеры
были на силу тока до 0,6 кА и за последующие 100 лет она возросла до 300 кА.
Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного
процесса.

Общая схема производства алюминия
представлена на рисунке ниже:

Основным агрегатом является
электролизер. Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим
избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс ведут при
переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % (масс.). Сверху
в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существуют
два основных типа расходуемых анодов: самообжигающиеся и предварительно
обожженные. Первые используют тепло электролиза для обжига анодной массы,
состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Обожженные аноды представляют
собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего.

Расплавленный алюминий при
температуре электролиза (950 – 960°С) тяжелее электролита и находится на
подине электролизера. Криолитоглиноземные расплавы – очень агрессивны,
противостоять которым могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них
и выполняется внутренняя футеровка электролизера.

Процесс, протекающий в
электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема,
растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется
алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и
направляется в литейное отделение на разливку или миксер, где в зависимости
от дальнейшего назначения металла готовятся сплавы с кремнием, магнием,
марганцем, медью или проводится рафинирование. На аноде происходит окисление
выделяющимся кислородом углерода. Отходящий анодный газ представляет собой
смесь СО2 и СО.

Теоретически на процесс
электролиза расходуются глинозем и углерод анода, а также электроэнергия,
необходимая не только для осуществления электролитического процесса –
разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры.
Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые
испаряются и впитываются в футеровку. Для получения 1 т алюминия необходимо:










глинозема, кг

1925 – 1930

углерода анода, кг

500 – 600

фтористых солей, кг

50 – 70

электроэнергии (в перемен­ном токе), кВт-ч

14500 –
17500

Производство алюминия является одним из самых
энергоемких процессов, поэтому алюминиевые заводы строят вблизи источников
энергии.

Работа № 6. Получение кристаллогидрата сульфата алюминия из глины или каолина

Принцип
метода:

Сырьём
для получения сульфата алюминия в
промышленности служат широко
распространенные в природе глины и
каолины (каолиновые глины). Они относятся
к классу алюмосиликатов основными
природными соединениями которых являются
галлуазит Al2O3·
2SiO2·
2H2O
+ аq, аллофан Al2O3
·
SiO2
+ аq, пирофиллит Al2O3
·4SiO2·
4H2O,
каолинит Al2O3·2SiO2,
монтморилленит Al2O3
·4SiO2
·H2O
и др.

Сырье,
используемое для производства сульфата
алюминия, должно содержать значительное
количество глинозема (оксида алюминия)
и легко разлагаться кислотами. Указанные
глины в наибольшей степени удовлетворяют
этим требованиям. Они содержат 15-40%
Al2O3,
55-75% SiO2,
1-2% Fe3+
(в виде оксида и сульфида), 0,5­1%
Fe2+
(в виде оксида и карбоната), примеси
СаСО3
и CaSO4
·2H2O,
а также вещества органического
происхождения. Бокситы, хотя и содержат
большие количества Al2O3,
труднее разлагаются кислотами.

Глины
и каолины различаются между собой
минералогическим и химическим составом,
а также размером зерен (степенью
дисперсности). Глины в отличие от каолинов
имеют меньший размер зерен и более
богаты примесями щелочных и щелочноземельных
металлов а также соединениями железа.

Кристаллогидрат
сульфата алюминия Al2O3
18H2O
получают в результате обработки
предварительно обезвоженной глины или
каолина концентрированной серной
кислотой, которая сопровождается
реакциями:

Al2O3
·2SiO2·
2H2O
+ 3H2SO4
= Al2(SO4)3
+ 2SiO2
+ 5Н2О
(I)

или

Al2O3
·2SiO2
+ 3Н24
= А12(SO4)3
+ 2SiO2
+ 3Н2О
. (2)

Далее
отфильтрованный раствор упаривается
с целью увеличения концентрации сульфата
алюминия, выделяемого затем из раствора
кристаллизацией.

Известен
такжe лабораторный способ получения
кристаллогидрата сульфата алюминия,
основанный на взаимодействии гидроксида
алюминия с серной кислотой:

2Al(ОН)3
+ 3Н2SO4
+ 12H2O
= Al2(SO4)3
·18H2O.
(3)

Безводный
сульфат алюминия представляет собой
порошок белого цвета с плотностью 2,71
г/cм3.

Кристаллогидрат
сульфата алюминия представляет собой
пластинчатые или игольчатые кристаллы
гексагональной сингонии. Беспримесные
кристаллы бесцветны. Окраска кристаллов
определяется химической природой и
количеством содержащихся в них примесей.
Плотность кристаллогидрата 1,69 г/см3.
Он устойчив на воздухе, растворяется в
воде (36,2% при 20 о
С),
практически нерастворим в этаноле.

Нагревание
кристаллогидрата Al2(SO4)3
.
18H2O
приводит к постепенному удалению
кристаллизационной воды с образованием
безводного сульфата алюминия, который
при дальнейшем нагреве до красного
каления (свыше 500 оС)
разлагается с выделением оксида алюминия
и оксида серы (VI).

Выпускаемый
промышленностью очищенный технический
сульфат алюминия должен содержать не
менее 14 масс. % алюминия (в пересчете на
оксид алюминия) и не более 0,04% железа (в
пересчете на оксид железа) и 0,003% мышьяка
(в пересчете на Аs2О3).

Сульфат
алюминия (и его кристаллогидрат) является
наиболее распространенным коагулянтом,
применяемым в водоочистке для обработки
питьевых и промышленных вод. Коагулирующие
свойства Al2(SО4)3
обусловлены образованием при растворении
его в воде в результате гидролиза
гидроксида алюминия и основных сульфатов.
В процессе коагуляции Al(OH)3
коллоидные частицы примесей, находящиеся
в воде, захватываются и выделяются в
виде студенистых хлопьев. После химической
обработки воду фильтруют. В водоочистке
сульфат алюминия применяется также для
устранения временной жесткости воды.
Процесс описывается реакцией:

Al2(SO4)3
+ 3Ca(HCO3)
= 3CaSO4
+ 2А1(ОН)3
+ 6СО2.
(4)

Помимо
водоочистки сульфат алюминия применяется
в больших количествах в целлюлозной
промышленности, для проклейки бумаги
и других целей. Его используют в
текстильной промышленности в качестве
протравы при крашении хлопчатобумажных,
шерстяных и шелковых тканей, при дублении
кож, для консервирования дерева, в
производстве древесно-волокнистых
плит, в промышленности искусственных
волокон и др.

Цель
работы.

Получить
кристаллогидрат сульфата алюминия и
определить eго выход.

Посуда
и оборудование

Фарфоровый
стакан,

воронка
Бюхнера (или воронка горячего фильтрования),

стакан
на 250 мл,

песчаная
баня,

муфельная
печь,

технические
весы,

стеклянная
палочка.

Реактивы:

Глина
(или каолин),

серная
кислота концентрированная.

Ход
выполнения работы:

Глину
или каолин прокаливают на воздухе для
удаления кристаллизационной воды и
примесей органических веществ при
температуре 450­500
о
C.
40­50
г прокаленного продукта смешивают в
фарфоровом стакане с концентрированной
серной кислотой (
= 1,84 г/см3),
количество которой составляет 80­90%
от расчетного. Процесс взаимодействия
с кислотой осуществляют на песчаной
бане или на слабом огне газовой горелки
под тягой при постоянном перемешивании
стеклянной палочкой. Процесс кислотного
разложения, который протекает по реакции
(2), проводят до полного прекращения
выделения паров и получения сухой и
сыпучей однородной массы.

Сухую
массу охлаждают до комнатной температуры
и выщелачивают в стеклянном стакане,
содержащем 200 мл нагретой до кипения
воды. Полученную после выщелачивания
пульпу фильтруют на воронке горячего
фильтрования или через воронку Бюхнера.
Фильтрат концентрируют при его упаривании
до плотности 1,21­1,25
г/cм3.

Полученный
концентрированный раствор охлаждают
при постоянном перемешивании. После
завершения процесса кристаллизации
фильтрованием отделяют образовавшиеся
кристаллы кристаллогидрата сульфата
алюминия от раствора, отжимают их между
листками фильтровальной бумаги,
взвешивают и определяют выход
кристаллогидрата в пересчете на безводный
сульфат алюминия. Выход сульфата алюминия
()
в % определяют по формуле:

 =
(m2
100)/m1,
(5)

где
m2
— масса сульфата алюминия Al2(SO4)3,
содержащегося в выделенных кристаллах,
г; m1
— масса теоретически рассчитанного
количества безводного сульфата алюминия,
входящего в состав выделенного продукта
взаимодействия прокаленной глины с
серной кислотой по реакции (2), г.

При
определении массы m2
принимают, что все кристаллы содержат
максимально возможное количество
кристаллизационной воды (18 молей воды
на один моль сульфата алюминия). Массу
m2
рассчитывают с участием реального
количества и полного использования
серной кислоты, а также содержания Al2O3
в глине от 20 до 40 % (по указанию
преподавателя).

Расчеты
и оформление результатов:

Записать
методику (ход выполнения) работы. Записать
экспериментально полученные и теоретически
рассчитанные результаты. Результаты
занести в таблицу № 1.

Таблица
№ 1.

Масса
прокален-ной глины, г

Масса
(объём)
H2SO4,
г

(мл)

Масса
продукта кислотного разложения, г

Масса
кристаллов, г

Масса
m1,
г

Масса
m2

Выход
Al2(SO4)3,
%

Контрольные
вопросы

1.
Охарактеризуйте сырьё, используемое
для получения Al2(SO4)3
и его кристаллогидрата.

2.
Каковы свойства Al2(SO4)3
и Al2(SO4)3
.
18H2O?

3.
Перечислите основные области применения
сульфата алюминия.

4.
С какой целью рекомендуется прокаливать
глину или каолин перед их обработкой
серной кислотой?

5.
Какие превращения испытывают Al2(SO4)3.
18H2O
и безводный сульфат алюминия?

6.
Приведите структурную формулу Al2(SO4)3.

7.
Охарактеризуйте кристаллическую
структуру и форму
кристаллов Al2(SO4)3
.
18H2O.

8.
Укажите в весовых процентах содержание
алюминия в его безводном сульфате,
кристаллогидрате сульфата алюминия и
в каолине.

Литература

  1. М.Ю.
    Тихвинская, В.Е. Волынский. Практикум
    по химической технологии. М. Химия,
    2004, 234 с.

2.
Карякин
Ю.В., Ангелов И.И
.
Чистые химические вещества. М.: Химия,
1974.

4.
Позин
М.Е
.
Технология минеральных солей. Л.: Химия,
1974. Т. 1. С. 633-640.

5.
Руководство по неорганическому синтезу.
Под ред. Н.В.
Коровина
М.: Химия, 1997.

6.
ГОСТ 5155-74. Алюминий сернокислый технический
неочищенный.

7.
ГОСТ 12996-85. Алюминий сернокислый
технический очищенный.

Получение глинозема из каолиновой глины через хлорид алюминия

Реферат

Изучен способ получения глинозема, основанный на солянокислотной переработке каолиновых глин Восточно-Сибирских месторождений. Выщелачивание соляной кислотой проводили при 160 ° C. Выщелачивающий раствор подвергали двухстадийной кристаллизации из гексагидрата хлорида алюминия (ACH). Осажденные кристаллы прокаливали на воздухе при температуре выше 800 ° C для получения оксида алюминия. Основная часть воды и хлора при термическом разложении АХГ удалялась при 400 ° C.Изучено влияние температуры и продолжительности прокалки АХГ на остаточное содержание хлора в глиноземе. Оптимальная температура прокаливания АХГ составляла 900 ° С, продолжительность — 90 мин. Было показано, что повышение температуры прокаливания способствует снижению содержания хлора в конечном продукте. Однако повышение температуры прокаливания выше 900 ° C привело к переходу хорошо растворимой фазы γ-Al 2 O 3 в нерастворимую α-Al 2 O 3 , что отрицательно сказалось на дальнейшем электролиз алюминия.На размер частиц оксида алюминия режим прокаливания не влиял. Скорость растворения прототипа Al 2 O 3 в Na 3 AlF 6 была выше, чем для оксида алюминия, полученного классическим методом. Содержание оксида алюминия, морфология частиц и гранулометрический состав полученного оксида алюминия были изучены методами дифракции рентгеновских лучей (XRD), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и лазерной дифракции. Полученный глинозем по исследованным характеристикам пригоден для производства алюминия.

Ключевые слова: глинозем, гексагидрат хлорида алюминия, процесс соляной кислоты, выщелачивание, физико-химические свойства

1. Введение

В настоящее время процесс Байера является преобладающим методом производства глинозема в мире. Этот метод основан на выщелачивании предварительно измельченного боксита в щелочных растворах. После выщелачивания гидроксид алюминия отделяется от алюминатного раствора и затем прокаливается для получения оксида алюминия. Высококачественные бокситы с массовым соотношением Al 2 O 3 к SiO 2 более 8 требуются в качестве сырья для производства глинозема по процессу Байера [1].Мировые запасы высококачественных бокситов с каждым годом сокращаются [2,3,4]. В связи с этим были проведены интенсивные исследования, направленные на расширение сырьевой базы с привлечением низкокачественного алюминиевого сырья (высококремнистый боксит, каолиновая глина, нефелин, зола) [5,6 , 7,8].

Разработка высокоэффективных методов переработки низкокачественного алюминиевого сырья с высоким содержанием кремнезема является актуальной задачей. Одним из возможных способов переработки высококремнистого сырья является метод спекания.Однако этот метод является многоступенчатым и отличается высокой сложностью, а также большим расходом топлива и реагентов.

Одним из наиболее перспективных методов получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд является солянокислая технология с последующим селективным выделением соединений алюминия из кислых растворов [9,10,11]. Основное преимущество этой технологии — удаление оксида кремния на первой стадии процесса. Отделение кремнезема помогает упростить процесс и предотвратить образование вредных отходов производства глинозема [12,13,14].Преимущество соляной кислоты в качестве выщелачивающего агента заключается в возможности селективного осаждения гексагидрата хлорида алюминия (ACH) из выщелачивающих растворов. Кроме того, метод соляной кислоты является наиболее простым с точки зрения регенерации кислоты по сравнению с серной и азотной кислотами. [15,16]. После термогидролиза хлорида алюминия и кристаллов железа газообразный HCl улавливается водой и возвращается на выщелачивание.

Целью исследования является изучение физико-химических свойств глинозема, полученного по солянокислотной технологии с использованием каолиновых глин Восточной Сибири, а также оценка пригодности полученного глинозема для электролиза алюминия.

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

В качестве сырья для производства глинозема использовалась проба каолиновой глины Восточно-Сибирских месторождений. показывает химический состав каолиновой глины методом рентгеновской дифракции (XRD).

Таблица 1

Химический состав каолиновой глины.

Компонент SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaO Na O6 K 2 O MgO Потери при зажигании
Массовая доля,% 50.71 28,77 6,14 0,42 0,43 0,18 0,23 0,72 12,40

Исходные образцы каолиновой глины состояли более чем на 50% из кремнезема, содержание оксида алюминия в выборка составила 28,77%. Каолиновая глина также содержит оксиды железа, титана, кальция, натрия, калия и магния. Эксперименты проводились с соляной кислотой (37 об.%). Необходимая концентрация соляной кислоты в процессе выщелачивания достигалась разбавлением дистиллированной водой.В процессе кристаллизации использовали газообразный хлористый водород.

2.2. Определение характеристик

Термический анализ образцов AlCl 3 · 6H 2 O был проведен с использованием термоанализатора STA 409 CD (Netzsch Group, Зельб, Германия) со скоростью нагрева образца 10 ° C в минуту в газообразном аргоне. Атмосфера. Электронный сканирующий микроскоп Vega LMH (Tescan, Брно, Чешская Республика) с приставкой для анализа Oxford Instruments Advanced AZtecEnergy (Asylum Research, NanoAnalysis, High Wycombe, UK) использовался для анализа кристаллов ACH с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM).Исследования гранулометрического состава глинозема проводили на лазерном анализаторе частиц Microsizer-201S (ООО «Научные инструменты», Санкт-Петербург, Россия). XRD оксида алюминия проводили на оборудовании D8 Advance (Bruker Corp., Биллерика, Массачусетс, США).

2.3. Экспериментальные исследования

Приведена технологическая схема солянокислотного способа получения глинозема из каолиновых глин.

Технологическая схема производства глинозема из каолиновых глин.№

Выщелачивание каолиновой глины проводили в течение 3 ч при 160 ° С в автоклаве. В качестве выщелачивающего агента использовали соляную кислоту (20 об.%). Пульпа после выщелачивания использовалась для сгущения и фильтрации Si-stoff. Si-stoff с остаточной влажностью 40–50 мас.% Промывали водой с целью абсорбции HCl из газов прокаливания. После этого процесса получали циркулирующую кислоту. После промывки Si-stoff отправили на сушку, и его можно использовать как продукт для производства цемента.

После отделения Si-stoff раствор хлорида алюминия кристаллизовался [17,18,19,20,21]. Процесс проводили путем насыщения раствора хлорида алюминия газообразной HCl. Кристаллизация AlCl 3 · 6H 2 O проводилась в две стадии. Первую стадию кристаллизации проводили при температуре 20 ° С в течение 45 мин для достижения максимальной степени кристаллизации АХГ (до 97%). Осажденные на первом этапе кристаллы перекристаллизовывали в течение 45 мин для получения кристаллов с низким содержанием примесей.Кристаллы AlCl 3 · 6H 2 O прокаливали в трубчатой ​​вращающейся печи при температуре 900–1100 ° C в течение 90 мин [22,23].

Электрохимическая ячейка была разработана для определения скорости растворения Al 2 O 3 в Na 3 AlF 6 . Схема этой ячейки представлена ​​на рис. Графитовый тигель был выбран в качестве основы для электрохимической ячейки из-за устойчивости к агрессивным расплавленным солям криолита [24,25,26].Графитовый тигель был заключен в стальной кожух, а засыпка из оксида алюминия располагалась в пространстве между тиглем и кожухом. В качестве электродов использовали графитовые стержни (0,5 см × 14 см). Измерительный стержень устанавливали для регулировки межэлектродного расстояния между электрододержателями. Температуру расплава контролировали платино-платино-родиевой термопарой. В качестве источника постоянного тока (DC) использовался источник питания GW PSW7 30-72 (GW instek, Тайвань). Ячейку нагревали с помощью муфельной печи KC 2/15 (Nabertherm GmbH, Лилиенталь, Германия).

Схема электрохимической ячейки.

На электроды подавали электрический ток заданной плотности (I-const.). Изменение напряжения на электрохимической ячейке из-за добавления глинозема в расплав регистрировалось до тех пор, пока оно не достигало постоянного значения. В качестве электролита был использован состав, близкий к промышленному электролиту (5 мас.% Al 2 O 3 ; 95 мас.% Na 3 AlF 6 (криолитное соотношение 2,7)), температура плавления этого электролита находился в диапазоне 945–960 ° C [27].Во избежание замерзания расплава из-за добавки оксида алюминия (5 мас.%) Эксперимент проводили при температуре электролита 1100 ° C.

Эксперимент проводился при плотностях тока 0,5–1,0 А / см 2 и межэлектродном расстоянии 4 см.

3. Результаты и обсуждение

Основными реакциями каолиновых глин при выщелачивании соляной кислотой были уравнения (1) и (2):

Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O + 6HCl → 2AlCl 3 + 2SiO 2 ↓ + 5H 2 O,

(1)

Me x O y + 2yHCl → xMeCl (2y / x) + yH О,

(2)

где Me — Fe, Ca, K, Na, Mg.

Как показано в уравнениях (1) и (2), алюминий растворяется в соляной кислоте с образованием ACH. Количество алюминия, извлеченного в раствор соляной кислоты, составляло 95%. При этом кремнезем (основной компонент каолиновых глин) не растворялся в соляной кислоте и отделялся от раствора фильтрацией. Другие примеси также переходили в раствор для выщелачивания с другим значением экстракции. Состав раствора хлорида алюминия представлен в.

Таблица 2

Химический состав выщелачивающего раствора соляной кислоты.

Компонент AlCl 3 FeCl 3 NaCl KCl CaCl 2 MgCl 2 HCl
Массовая доля,% 21,96 3,62 0,25 0,15 0,29 0,48 0,84

После отделения от твердого остатка раствор хлорида алюминия подвергали двухступенчатой ​​кристаллизации AlCl 3 · 6H 2 O.Селективное осаждение кристаллов AlCl 3 · 6H 2 O происходило во время кристаллизации, и большая часть примесей хлоридов металлов оставалась в растворе. Осажденные кристаллы AlCl 3 · 6H 2 O представляли собой частицы гексагональной формы, объединенные в агломераты разного размера () с размером зерна до 550 микрон.

СЭМ-изображения кристаллов гексагидрата хлорида алюминия.

Основная примесь в кристаллах ACH — железо. Основная часть железа концентрировалась на поверхности кристаллов и была представлена ​​остаточным мастер-раствором (см.).При этом часть примесей железа точечно распределялась по объему кристаллов АЦГ (см. И).

СЭМ-изображения гексагидрата хлорида алюминия (ACH) с отмеченными точками спектрального анализа микро-XRD.

Таблица 3

Результаты спектрального анализа микро-XRD кристаллов ACH.

Этикетка Spectrum O Al Cl Fe Всего
S1 50.66 31,89 17,03 0,42 100,00
S2 72,43 12,58 14,97 0,02 100,00
S3 69,69 11,92 19,69 11,92 0,06 100,00
S4 66,74 13,83 19,33 0,1 100,00
S5 55,06 16.69 28,20 0,05 100,00
S6 29,83 4,26 65,91 0,00 100,00
S7 57,84 12,70 29,37 100,00 900 0,09
S8 49,08 18,46 32,41 0,04 100,00
S9 53,38 17,00 29.58 0,04 100,00
S10 60,28 10,91 28,81 0,00 100,00

Для определения температур обезвоживания, удаления воды и хлора, а также фазовых переходов, полученные образцы АХГ были подвергнуты термическому анализу (см. и). Измерения проводились на исходной АКГ при динамическом нагреве образца до 1200 ° C со скоростью 10 градусов в минуту в атмосфере аргона.

TG / DTA образца AlCl 3 · 6H 2 O в атмосфере аргона: кривая потери массы TG, кривая скорости потери массы DTG, кривая дифференциальной сканирующей калориметрии DSC.

Синхронный термический анализ ACH: масс-спектральный ионный ток в зависимости от температуры.

Первая стадия потери массы произошла между 105 ° C и 156 ° C и была связана с удалением адсорбированной воды. Дальнейший нагрев образца (до 1200 ° С) удалял воду и хлор из AlCl 3 · 6H 2 O с потерей массы 76.66%. Основной выброс воды и хлора произошел до 400 ° C. При высоких температурах кривая ДСК показала экзотермический пик, связанный с началом перехода от γ-Al 2 O 3 к α-Al 2 O 3 . Реакция термического разложения кристаллов ACH может быть представлена ​​следующим уравнением (3):

2AlCl 3 · 6H 2 O → Al 2 O 3 + 6HCl ↑ + 9H 2 O ↑.

(3)

Для определения остаточного содержания хлора в продуктах прокалки АХГ проводили термическое разложение АХГ в стационарном режиме при 450–1250 ° С длительностью 30–90 мин.Прокаливание (на воздухе) проводили в трубчатой ​​печи RT 50-250 / 13 (Nabertherm GmbH, Лилиенталь, Германия). Масса образца ACH составляла 10 г. Результаты исследования представлены в. На остаточное содержание хлора в черновом глиноземе наибольшее влияние оказала температура прокаливания. Содержание хлора уменьшалось с 7,20% до 0,12% при повышении температуры с 450 ° C до 1250 ° C в течение 30-минутной продолжительности процесса прокаливания. При увеличении продолжительности с 30 до 90 мин содержание хлора снижалось с 7.От 20% до 4,26% при температуре 450 ° C. Минимальное содержание хлора в оксиде алюминия (0,05 мас.%) Было получено при 1250 ° C и 90 мин прокаливания. Оксид алюминия, полученный при 1250 ° C, характеризовался увеличением содержания α-Al 2 O 3 , что отрицательно сказывалось на последующем электролизе алюминия. Прокаливание ACH ниже 900 ° C способствовало увеличению содержания хлора в конечном продукте.

Таблица 4

Зависимость остаточного содержания хлора от параметров прокаливания.

Код эксперимента Температура, ºС Продолжительность, мин Содержание хлора, мас.%
1 450 30 7.20
2 450 60 6,00
3 450 90 4,26
4 900 30 1,70
5 900 60 0.91
6 900 90 0,22
7 1250 30 0,12
8 1250 60 0,08
9 1250 90 0,05

По результатам термического анализа AlCl 3 · 6H 2 O (см.) Проведены исследования прокаливания кристаллов гексагидрата хлорида алюминия.Исследования проводились при трех различных температурах прокаливания по 90 мин каждое. Химический состав глинозема, полученного прокаливанием, представлен в.

Таблица 5

Химический состав глинозема, полученного разными режимами.

Температура, ° С Al 2 O 3 MgO Na 2 O K 2 O CaO SiO 2 Fe 2 O 3 Класс
800 99.362 0,043 0,003 0,010 0,028 0,005 0,015 0,534
900 99,678 0,047 0,003 0,007 0,029 0,007 0,020 0,209
1000 99,799 0,048 0,002 0,006 0,031 0,008 0,025 0.081

В зависимости от температуры прокаливания образовывались различные модификации глинозема (см.). Оксид алюминия, полученный при 800 ° C, в основном представлен γ-Al 2 O 3 с небольшой долей δ-Al 2 O 3 . Идентичные пики были получены при 900 ° C. При 1000 ° C произошел переход к θ-Al 2 O 3 и α-Al 2 O 3 . Эти результаты были сопоставимы с предыдущими исследованиями [28,29]. Как видно на фиг. И, повышение температуры прокаливания выше 900 ° C привело к снижению содержания хлора в конечном продукте, но в то же время способствовало переходу γ-Al 2 O 3 в α-Al 2 O 3 , что отрицательно сказалось на растворении образующегося оксида алюминия при электролизе алюминия.

Рентгенограммы оксида алюминия, полученные при 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C.

Для изучения влияния температурного режима на размер частиц глинозема эксперименты по прокаливанию АХГ проводились в двух технологических режимах:

  1. с плавным нагревом материала до рабочей температуры в течение 2 ч, затем 2 ч. ч выдержки при рабочей температуре;

  2. Термоударное помещение материала в горячую печь с выдержкой 4 часа при рабочей температуре.

Рабочая температура прокаливания составляла 900 ° C. Размер кристаллов ACH, подвергнутых прокаливанию, составлял более 450 мкм. Гранулометрический состав оксида алюминия, полученного прокаливанием, показан на рис.

Гранулометрический состав глинозема (процесс прокаливания при 900 ° C).

Средний размер частиц оксида алюминия, полученных при обоих температурных режимах прокаливания, составил 150 мкм. Таким образом, при прокаливании АХГ размер частиц уменьшился более чем в 3 раза, что можно объяснить как разрушением агломератов исходного АЦГ, так и первичных кристаллов.Согласно данным, когда ACH был помещен в горячую печь, наблюдалось небольшое чрезмерное измельчение материала по сравнению с плавным нагревом. Это было связано с более интенсивным выделением газовой фазы из ACH.

показывает SEM-изображения оксида алюминия, полученные с помощью технологии соляной кислоты. Образцы были получены прокаливанием гексагидрата хлорида алюминия при 900 ° C. Как видно из рисунка, поверхность оксида алюминия, полученного из ACH, была покрыта сеткой тонких трещин, выходящих из тела зерна.Эти трещины способствуют удалению хлористого водорода и водяного пара. В то же время в соответствии со структурной анизотропией кристалла AlCl 3 · 6H 2 O в определенных направлениях наблюдалось развитие трещин без значительного разрушения исходной формы частицы ACH. Разрушение частиц АХГ при прокаливании происходило в основном за счет разрушения агломератов, состоящих из большого количества мелких фракций. Кроме того, развитая пористая поверхность оксида алюминия, полученного из ACH, имела высокую активную поверхность и способствовала адсорбции фторсодержащих отходящих газов электролиза алюминия и увеличивала скорость растворения оксида алюминия в электролите.

СЭМ-изображения оксида алюминия, полученные с помощью солянокислотной технологии. №

показывает соответствие содержания примесей в исследуемых образцах требованиям, предъявляемым к металлургическому глинозему. Содержание контролируемых примесей в опытных образцах глинозема, полученного по солянокислотной технологии, соответствовало требованиям, что продемонстрировало возможность электролиза алюминия.

Таблица 6

Сравнительная оценка примесей глинозема.

Компонент Среднее содержание, мас.% Промышленные требования, мас.%
SiO 2 0.006 ≤0,020
Fe 2 O 3 0,020 ≤0,030
Na 2 O 0,003 ≤0,400
(Na 2 O + K 2 O + K 2 O + K 2 O)
K 2 O 0,007
ТiO 2 <0,001 ≤0,010
CaO 0,029 Не указано
MgO 900

0.045 Не указано
Cl 0,21 Не указано

Глинозем производился по технологической схеме () переработки каолиновых глин по солянокислотной технологии. Для получения глинозема использовали следующие параметры: температура выщелачивания 160 ° С, продолжительность 3 ч. Затем была проведена двухстадийная кристаллизация АХГ: при температуре 20 и 80 ° C. Продолжительность обоих этапов составила 45 мин.Согласно исследованиям термообработки ACH, оптимальный режим прокаливания был при 900 ° C и продолжительности 90 мин. Полученный глинозем обладал следующими свойствами: содержание Al 2 O 3 99,7 мас.%, Содержание примесей не превышало предельно допустимых значений. Глинозем был представлен γ-модификацией, средний размер частиц составлял 150 мкм.

Для оценки применимости глинозема, полученного методом соляной кислоты, были проведены исследования его растворимости в сравнении с глиноземом, полученным классическим способом Байера.Результаты экспериментальных исследований представлены в.

Изменение напряжения в электрохимической ячейке.

Достижение постоянного напряжения на электрохимической ячейке с использованием оксида алюминия, полученного по кислотной технологии, происходило в среднем на 4 секунды быстрее, что указывает на лучшую растворимость оксида алюминия в криолите.

Электрохимическое напряжение состоит из падения напряжения в электролите (U 1 ), падения напряжения на контактах и ​​проводниках (U 2 ), напряжения разложения (U 3 ) и напряжения поляризации (U ). 4 ) (4):

U = U 1 + U 2 + U 3 + U 4 .

(4)

С учетом малой площади контакта токоведущих элементов и малой силы тока падение напряжения на контактах и ​​проводниках (U 2 ) принято равным нулю. При добавлении оксида алюминия в криолит реакция электролиза принимает вид (5):

Al 2 O 3 + 1.5C → 2Al + 1.5CO ​​ 2 .

(5)

Напряжение разложения (U 3 ) в интервале температур 1000–1100 ° C составляло 1.15 В [30]. Согласно результатам [31], напряжение поляризации в системе С – СO 2 | Na 3 AlF 6 (криолитное соотношение 2,7–3,1) + Al 2 O 3 | Al-C при плотность тока до 1 А / см 2 находится в диапазоне 0,03–0,06 В, при принятом 0,04 В.

Падение напряжения в электролите зависит от плотности тока, проводимости электролита и межэлектродного расстояния , согласно Формуле (6):

где ρ — удельное сопротивление электролита, Ом · см; i — плотность тока, А / см 2 ; l — межэлектродное расстояние, см.

Определено удельное сопротивление электролита в точках стабилизации напряжения на электрохимической ячейке ().

Таблица 7

Расчет удельного сопротивления электролита.

900

Параметр Плотность тока, А / см 2
0,50 0,75 1,00
Напряжение разложения, В 1,15 1,15 1,15
Напряжение поляризации, В 0.04 0,04 0,04
Падение напряжения в электролите, В 1,25 1,87 2,55
Всего 2,44 3,06 3,74
Удельное сопротивление электролита , Ом · см 0,625 0,623 0,637
Параметры электролиза: межэлектродное расстояние = 4 см; температура = 1200 ° С; состав электролита = 5 мас.% Al 2 O 3 ; 95 мас.% Na 3 AlF 6 (2.7 криолитное соотношение)

Согласно данным, удельное сопротивление использованного электролита, измеренное с помощью разработанной конструкции электрохимической ячейки, находилось в диапазоне 0,623–0,637 Ом · см. Это значение соответствовало литературным данным [32,33], что свидетельствует об адекватности использованного метода.

Бокситы | The Aluminium Association

Quick Read

Бокситовая руда является основным источником алюминия в мире. Сначала руду необходимо химически обработать для получения глинозема (оксида алюминия).Затем глинозем плавится с использованием процесса электролиза для получения чистого металлического алюминия. Бокситы обычно встречаются в верхнем слое почвы в различных тропических и субтропических регионах. Руду добывают в результате экологически ответственных операций по вскрышным работам. Наиболее богатые запасы бокситов находятся в Африке, Океании и Южной Америке. По прогнозам, запасов хватит на века.

Заключительные факты

  • Алюминий должен быть очищен от руды
    Хотя алюминий является наиболее распространенным металлом, обнаруживаемым на Земле (в общей сложности 8 процентов коры планеты), этот металл слишком реактивен с другими элементами, чтобы возникать естественным образом.Бокситовая руда, перерабатываемая двумя способами, является основным источником алюминия.
  • Сохранение земель является ключевым направлением отрасли
    В среднем 80 процентов земель, добываемых для добычи бокситов, возвращаются в его естественную экосистему. Верхний слой почвы с участка добычи хранится, чтобы его можно было заменить в процессе восстановления.
  • Запасов хватит на века
    Хотя спрос на алюминий быстро растет, запасов бокситов, оцениваемых в настоящее время в 40–75 миллиардов метрических тонн, по прогнозам, хватит на века.Гвинея и Австралия обладают двумя крупнейшими доказанными запасами.
  • Богатые запасы бокситов
    Вьетнам может обладать богатыми запасами бокситов. В ноябре 2010 года премьер-министр Вьетнама объявил, что запасы бокситов в стране могут составить до 11 миллиардов тонн.

Боксит 101

Бокситовая руда — главный источник алюминия в мире

Боксит — это порода, образованная из красноватого глинистого материала, называемого латеритной почвой, и чаще всего встречается в тропических или субтропических регионах.Бокситы в основном состоят из соединений оксида алюминия (глинозема), кремнезема, оксидов железа и диоксида титана. Примерно 70 процентов мирового производства бокситов перерабатывается химическим способом Байера в глинозем. Затем глинозем превращается в чистый металлический алюминий с помощью электролитического процесса Холла-Эру.

Добыча бокситов

Бокситы обычно находятся на поверхности земли, и их можно рентабельно добывать. Промышленность взяла на себя ведущую роль в усилиях по охране окружающей среды.Когда земля очищается перед добычей, верхний слой почвы хранится, чтобы его можно было заменить во время реабилитации. В процессе вскрыши бокситы дробятся и вывозятся из шахты на глиноземный завод. После завершения горных работ верхний слой почвы заменяется, а территория подвергается процессу восстановления. Когда руда добывается в лесных районах, в среднем 80 процентов земли возвращается в ее естественную экосистему.

Добыча и запасы

Ежегодно добывается более 160 миллионов тонн бокситов.Лидерами по добыче бокситов являются Австралия, Китай, Бразилия, Индия и Гвинея. Запасы бокситов оцениваются в 55–75 миллиардов метрических тонн, главным образом, в Африке (32 процента), Океании (23 процента), Южной Америке и Карибском бассейне (21 процент) и Азии (18 процентов). В Соединенных Штатах есть небольшие запасы бокситовой руды, расположенные в Арканзасе, Алабаме и Джорджии. Однако сегодня в Соединенных Штатах добыча полезных ископаемых ведется очень мало.

В ожидании: дальнейшее совершенствование усилий по восстановлению окружающей среды

Цели восстановления окружающей среды продолжают продвигаться.Ведущим примером является проект восстановления биоразнообразия, осуществляемый в Западной Австралии. Цель: восстановить эквивалентный уровень богатства видов растений на реабилитированных территориях, равный не заминированному лесу Джарра. (Лес Джарра — это высокий открытый лес. Доминирующим деревом является Eucalyptus marginata.)

Ле Бо, родина бокситов

Бокситы были названы Пьером Бертом в честь деревни Ле Бо. Этот французский геолог нашел руду в близлежащих месторождениях. Он был первым, кто обнаружил, что бокситы содержат алюминий.

Microsoft Word — внутри _Eng ._. Doc

% PDF-1.6
%
1 0 объект
>
эндобдж
4 0 obj
> поток
2010-01-03T09: 38: 20 + 03: 002010-01-03T09: 38: 20 + 03: 002010-01-03T09: 38: 20 + 03: 00PScript5.dll, версия 5.2application / pdf

  • Microsoft Word — внутри _Eng ._. doc
  • Администратор
  • uuid: a534cf03-3363-4cab-956a-adec8f136efduuid: 8e61ca9d-f467-42da-be46-2689883b3914 Acrobat Distiller 8.0.0 (Windows)

    конечный поток
    эндобдж
    217 0 объект
    > / Кодировка >>>>>
    эндобдж
    2 0 obj
    >
    эндобдж
    198 0 объект
    >
    эндобдж
    197 0 объект
    >
    эндобдж
    106 0 объект
    >
    эндобдж
    73 0 объект
    >
    эндобдж
    58 0 объект
    >
    эндобдж
    26 0 объект
    >
    эндобдж
    5 0 obj
    >
    эндобдж
    25 0 объект
    > поток
    hlToPOZ @ XH϶wKLL | -H`F) z.OE2: h5R Գ] DzC # .4¼Ys2S [1? K $ | zsHhpd (⺚ I $ «U * 2

    Основы производства алюминия

    ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА

    1. Добыча бокситов

    В качестве боксита используется Основное сырье для производства алюминия. Это глинистый минерал, встречающийся в тропических и субтропических регионах, таких как Австралия и Вест-Индия.

    Бокситы часто добывают всего на нескольких метрах ниже уровня земли. Приблизительно 4- На 1 тонну алюминия требуется 5 тонн бокситов.

    Для извлечения чистого глинозема используется процесс Байера.

    2. Измельчение бокситов

    Минерал боксита транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы, где смывается глина, а боксит проходит через измельчитель для получения более однородного материала.

    3. Дробление и сбраживание бокситов — производство алюмината натрия

    Измельченный минерал закачивается в большие напорные резервуары с раствором едкого натра или гидроксида натрия, и применяется паровой нагрев.Каустическая сода реагирует с соединениями алюминия в бокситовом материале с образованием раствора алюмината натрия (также известного как суспензия ). Нежелательные остатки (также известные как красный шлам ), содержащие железо, кремний и титан, постепенно оседают на дно резервуара и удаляются.

    4. Отстаивание

    Затем раствор алюмината натрия пропускают в отстойники с более низким давлением. Раствор в верхней части резервуаров направляется вниз через ряд фильтров для удаления излишков красного шлама .Оставшийся оксид алюминия затем пропускается через огромные «листья» или тканевые фильтры для удаления любых твердых частиц в растворе.

    5. Осаждение

    Раствор алюмината натрия затем охлаждается и закачивается в большие осадители (иногда высотой с 6-этажное здание). К раствору добавляют затравочные кристаллы гидроксида алюминия, чтобы начать процесс осаждения. В этот момент образуются большие кристаллы алюминия.

    6. Прокаливание

    Затем кристаллы нагревают во вращающихся печах до температуры выше 960 ° C.При этом удаляются последние примеси и образуется белый порошок, известный как оксид алюминия или оксид алюминия.

    Очищенный глинозем превращается в алюминий в процессе плавки или процесса Холла – Эру.

    7. Процесс плавки

    Глинозем заливают в восстановительную ячейку с расплавленным криолитом при температуре 950 ° C. Через смесь пропускают электрический ток 400 кА, разрывая связь между алюминием и кислородом. В результате получается алюминий чистотой 99,8%.

    .

    ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ ПОЛЕЗНО

    Чистый алюминий имеет ограниченное применение, и для повышения прочности этот материал необходимо легировать.

    Распространенные сплавы включают сплавы серии 6000, которые сформированы из силицида магния для создания коррозионно-стойкого, прочного и поддающегося механической обработке материала.

    Затем жидкий алюминий обрабатывается тремя способами:

    Экструзия:

    Это широко используемый метод для создания профиля с фиксированным поперечным сечением. Слиток алюминиевого сплава нагревается до 350-500 ° C, а затем проталкивается гидравлическим прессом через матрицу.Затем материал охлаждается и растягивается, чтобы снять напряжение. Этот универсальный процесс используется для создания многих балюстрадных изделий BA Systems, таких как опорный канал ICE B40 Frameless Balustrade (рис. 2).

    Прокат:

    Из алюминиевого сплава отливают большие прямоугольные балки длиной до 9 метров. Затем гибкие алюминиевые балки можно свернуть в тонкие листы. Он используется для банок для напитков и фольги и может быть свернут до толщины 0,006 мм.

    Литейные сплавы:

    Этого можно добиться путем литья в холодной камере.Металл нагревается в печи и затем подается в матрицу с помощью гидравлического поршня. Затем фильера придает алюминию желаемую форму. Этот процесс используется во многих приложениях, например, в аэрокосмической и электронной промышленности.

    .

    ПЕРЕРАБОТКА

    Переработка алюминиевого лома требует всего 5% энергии, используемой для производства нового алюминия. Алюминий можно перерабатывать снова и снова, не теряя при этом своих природных качеств.

    Переработанный алюминий сортируется, очищается и переплавляется с образованием расплавленного алюминия.Затем расплавленный алюминий формуют в слитки для прокатки, литья или экструзии.

    Рис. 1 — Алюминиевые слитки, изготовленные для обработки

    Рис. 2 — Профили каналов балюстрады из экструдированного алюминия

    Рис. 3 — Прокат алюминиевой фольги


    Благодаря прочности, универсальности и легкости алюминия компания BA Systems широко использовать материал. Он используется для небольших накладок для интеграции с нашими деталями крепления балюстрады, накладками на поручни, базовым каналом, накладками каналов и другими приложениями.Свяжитесь с командой, чтобы узнать, как они могут работать с вами, чтобы она соответствовала вашим требованиям.

    Вернуться в блог

    Как работает алюминий | HowStuffWorks

    Два «я» лучше одного?

    В США мы называем его «алюминием». Но весь остальной мир, включая Международный союз теоретической и прикладной химии, называет его «алюминий мкм».
    Вы можете проследить замешательство до сэра Хамфри Дэви, который первым
    идентифицировал неизвестный тогда элемент как «алюминий».»Это он позже изменил
    на «алюминий» и, наконец, на «алюминий», имеющий окончание
    Подобно калию и натрию, Дэви открыл другие металлы.

    Как и десятки других элементов периодической таблицы, алюминий встречается в природе. Как и все элементы, алюминий — это чистое химическое вещество, которое невозможно разложить на что-то более простое. Все элементы расположены в периодической таблице по их атомному номеру — числу протонов в их ядрах.Счастливое число алюминия — 13, поэтому в атоме алюминия 13 протонов. В нем также 13 электронов.

    Элементы, расположенные выше и ниже алюминия в периодической таблице Менделеева, образуют семейство , или группу , которые обладают схожими свойствами. Алюминий относится к группе 13, в которую также входят бор (B), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Tl). В таблице справа показано, как эти элементы будут расположены в периодической таблице. Обратите внимание, что каждый элемент представлен символом, а символ для алюминия — Al .Число над каждым символом — это атомный вес элемента , измеренный в единицах атомной массы ( а.е.м., ). Атомный вес — это средняя масса элемента, определяемая с учетом вклада каждого природного изотопа. Атомный вес алюминия 26,98 а.е.м. Число под символом алюминия — это его атомный номер.

    Группа 13

    Семейство бора

    10,81

    B

    5

    26.98

    Al

    13

    69,72

    Ga

    31

    114,82

    In

    49

    204,38

    9001

    Tl

    Химики относят элементы 13 группы к металлам, за исключением бора, который не является полноценным металлом. Металлы обычно представляют собой блестящие элементы, которые хорошо проводят тепло и электричество.Это также , ковкий, , который можно забивать молотком различной формы, и , гибкий, , который можно вытягивать в проволоку. Эти характеристики, безусловно, относятся к алюминию. Фактически, алюминий часто используется в посуде, потому что он очень эффективно проводит тепло. И только медь лучше проводит электричество, что делает алюминий идеальным материалом для изготовления электротехнических материалов, в том числе лампочек, линий электропередач и телефонных проводов. Другие важные свойства алюминия перечислены ниже:

    • Точка плавления: 660 градусов C (933 K; 1220 градусов F)
    • Точка кипения: 2519 градусов C (2792 K; 4566 градусов F)
    • Плотность: 2.7 г / см 3
    • Высокая отражательная способность
    • Немагнитная
    • Неискрящая
    • Устойчивость к коррозии

    Эти последние два свойства делают алюминий особенно полезным. Его коррозионная стойкость обусловлена ​​химическими реакциями, происходящими между металлом и кислородом. Когда алюминий реагирует с кислородом, снаружи металла образуется слой оксида алюминия. Этот тонкий слой защищает нижележащий алюминий от коррозионного воздействия кислорода, воды и других химикатов.В результате алюминий особенно ценен для использования на открытом воздухе. Он также не производит искр при ударе, а это значит, что вы можете использовать его рядом с легковоспламеняющимися или взрывоопасными материалами.

    Алюминий существует в природе в различных соединениях. Чтобы воспользоваться его свойствами, его необходимо отделить от других элементов, которые с ним сочетаются — долгий и сложный процесс, который начинается с твердого материала, известного как боксит .

    После этой обработки алюминий становится очень мягким и легким в чистом виде.Иногда желательно изменить эти свойства — например, сделать алюминий прочнее и тверже. Для этого металлурги объединят алюминий с другими металлическими элементами, образуя так называемые сплавы . Алюминий обычно легируют медью, магнием и марганцем. Медь и магний повышают прочность алюминия, а марганец повышает коррозионную стойкость алюминия.

    a Сравнительное исследование гидрометаллургических процессов

    Труды 3-го Всемирного конгресса по машиностроению, химии и материаловедению (MCM’17)

    Рим, Италия — 8-10 июня 2017 г.

    Документ No.MMME 133

    ISSN: 2369-8136

    DOI: 10.11159 / mmme17.133

    MMME 133-1

    Извлечение алюминия из каолина: сравнительное исследование

    гидрометаллургических процессов

    Константина Кириакогона, Иоосанна Кириакогона

    Афинский национальный технический университет, Горно-металлургический факультет, инж.

    Iroon Polytechniou 9 — Зографос, Афины, Греция

    [email protected]; ioangian @ metal.ntua.gr; [email protected]

    Аннотация — Увеличение спроса на алюминий во всем мире повышает интерес к разработке альтернативных технологий для производства глинозема

    из небокситных источников, особенно глины. В данной статье исследуется извлечение алюминия из каолина путем выщелачивания с использованием водных растворов кислот и щелочей

    в качестве выщелачивающих агентов. Для этого исследования использовался сырой каолин, добытый на острове Милос в Греции.

    Перед выщелачиванием неочищенный каолин прокаливали; прокаливание приводит к дегидроксилированию каолинита, который является основной минералогической фазой каолина

    , и его превращению в метакаолин, аморфную фазу Al-Si, из которой легко выщелачивается алюминий.Прокаливание

    сырого каолина, использованного в этой работе, проводили при 850 ° C в течение 2 часов, учитывая, что эти условия были определены как оптимальные в соответствующем экспериментальном исследовании

    . Выщелачивание алюминия из прокаленного каолина проводили водными растворами минеральных кислот

    (HCl, HNO3 и h3SO4), органических кислот (C2h3O4, C2h5O2 и C6H8O7) и оснований (NaOH, KOH и Nh5OH). Все эксперименты по выщелачиванию

    проводились в постоянных условиях, независимо от используемого выщелачивающего агента.Результаты экспериментов показали, что кислоты

    более эффективны при извлечении алюминия, чем основания. Однако экстракция алюминия сопровождалась одновременным извлечением Si

    , который содержит важную примесь для производства глинозема из насыщенного раствора. Основываясь на этом соображении, щавелевая кислота

    была выявлена ​​как наиболее эффективный выщелачивающий агент, обеспечивающий извлечение более 75% алюминия и менее 5% кремния.

    Ключевые слова: каолин, алюминий, извлечение, выщелачивание

    1.Введение

    Глобальный рост спроса на алюминий повышает интерес к разработке альтернативных технологий для производства алюминия

    из бедных руд. В этом направлении во многих

    странах проводились интенсивные исследования и инженерные работы по извлечению глинозема из различных природных небокситных источников, особенно из глин [1-3]. Глины

    являются многочисленными минералами, состоящими в основном из алюмосиликатных минералов со следами оксида железа и оксидов щелочных металлов [4].

    Среди различных глин каолин кажется более привлекательным кандидатом для производства глинозема из-за высокого содержания алюминия

    . Каолин состоит в основном из каолинита с репрезентативной химической формулой Al2O3.2SiO2.2h3O,

    , который представляет собой двухслойный силикатный минерал, типичный для группы каолина. Основными загрязнителями каолина являются кварц и слюда

    (10-45%), а также оксид железа (1-10%) [4].

    Извлечение глинозема из каолина широко исследовалось с помощью ряда кислотных и щелочных гидрометаллургических процессов.

    .Предлагается выщелачивание алюминия из кальцинированных каолинитовых глин растворами HCl или h3SO4 с последующим осаждением / кристаллизацией солей алюминия и их термическим разложением с образованием глинозема [2]. Кроме того, процесс спекания сульфата аммония

    исследуется для извлечения алюминия, а также выщелачивания серной кислотой

    и растворами сульфата аммония [5]. Однако существует мало информации относительно сравнения различных процессов

    , используемых для извлечения алюминия из глин.

    Целью данного исследования является сравнение эффективности ряда выщелачивающих агентов при извлечении алюминия из прокаленного каолина

    и получение предварительного понимания взаимодействий между различными выщелачивающими веществами и прокаленным каолином

    , которые влияют на эффективность процесса. .

    2. Материалы и методы

    В этом исследовании в качестве сырья использовался образец сырой каолиновой глины с острова Милос, Греция. Перед прокаливанием образец каолина

    измельчали ​​до размера частиц менее 250 мкм.Химический анализ каолина (таблица 1) составил

    Красный шлам накапливается. Могут ли ученые понять, что с этим делать? | Наука

    Рабочий осматривает пруды с 30 миллионами тонн красного шлама на алюминиевом заводе в Венгрии. В результате разлива 2010 года из прудов погибли 10 человек.

    БЕЛА ШАНДЕЛЬСКИЙ / AP ФОТО

    Автор Роберт Ф.Service

    Практичный и гламурный, алюминий ценится за изготовление изделий от кухонной фольги и банок для напитков до родстеров Tesla и самолетов. Но у серебристого металла — обильного, дешевого, легкого и устойчивого к коррозии — есть темная сторона: красный шлам. Эта коричневато-красная суспензия, едкая смесь оксидов, богатых металлами и кремнием, часто с примесью радиоактивных и редкоземельных элементов, — это то, что остается после извлечения алюминия из руды. И это накапливается.Во всем мире около 3 миллиардов тонн красного шлама в настоящее время хранится в огромных прудах для отходов или высохших насыпях, что делает его одним из самых распространенных промышленных отходов на планете. Алюминиевые заводы производят дополнительно 150 миллионов тонн ежегодно.

    Красная грязь стала проблемой в поисках места, где может произойти. В 2010 году земляная плотина у одного пруда в Венгрии прорвалась, образовав стену из красной грязи высотой 2 метра, похоронившую город Айка, в результате чего 10 человек погибли и 150 получили серьезные химические ожоги. (См. Дополнительную информацию об опасностях, создаваемых плотинами для отходов.) Даже когда красный шлам остается содержащимся, его крайняя щелочность может вымываться, отравлять грунтовые воды и загрязнять близлежащие реки и экосистемы. Такие обязательства, а также растущее давление со стороны регулирующих органов на промышленность с целью разработки экологически безопасных методов стали катализатором глобальных усилий по поиску способов переработки и повторного использования красного шлама. Некоторые исследователи разрабатывают способы извлечения ценных редкоземельных металлов, в то время как другие превращают грязь в цемент или кирпичи.

    «Здесь есть надежда», — говорит Яннис Понтикес, инженер-механик из KU Leuven.Но экономические и маркетинговые препятствия остаются, и «время идет», поскольку регулирующие органы рассматривают новые меры контроля, говорит Эфтимиос Баломенос, инженер-металлург из Национального технического университета Афин. «В какой-то момент мы не сможем производить отходы. Итак, необходимо срочно внести изменения ».

    Алюминий — это один из наиболее часто перерабатываемых материалов, при этом 75% всего алюминия, когда-либо произведенного, все еще используется. Но спрос постоянно растет. Производство алюминия начинается с добычи боксита, породы, богатой оксидом алюминия, которая также содержит множество других элементов, включая кремний, железо и титан.Рабочие извлекают алюминий с помощью комбинации методов обработки, включая едкие химические вещества, тепло и электричество. То, что остается, обычно красное из-за железа, но его точный состав может варьироваться от региона к региону, в зависимости от руды, что усложняет борьбу с ним. «Состав [красного шлама] настолько разнится, что один [тип раствора] не будет работать», — говорит Браджендра Мишра, материаловед из Вустерского политехнического института.

    Один из подходов, который, похоже, действительно работает, — это использование красного шлама в качестве источника скандия, редкоземельного металла, используемого для упрочнения металлических сплавов.Недавно исследователи показали, что сплавы скандий-алюминий на 40% прочнее чистого алюминия. Это заставляет производителей с нетерпением ждать сплава; Производители самолетов, например, могли бы использовать его для создания самолетов с более легким алюминиевым каркасом и меньшим сжиганием топлива. Но в настоящее время скандий стоит 3500 долларов за килограмм, поэтому есть много стимулов для поиска новых, более дешевых источников.

    Ученые придумали несколько способов очистки скандия от красного шлама. Группа Баломеноса, например, показала, что может использовать как серную кислоту, так и соединения, называемые ионными жидкостями, для извлечения редкоземельных элементов.По словам Баломеноса, в конечном итоге красный шлам может удовлетворить 10% потребности Европы в скандии. «Русал», один из крупнейших производителей алюминия в мире, уже строит пилотную установку, которая использует родственные методы для извлечения скандия из красного шлама на одном из своих предприятий на Урале в России. Но скандий составляет всего около 140 частей на миллион красного шлама, отмечает Понтикес, поэтому «99,99% остатка» все еще остается.

    Другие подходы направлены на использование большего количества отходов. Одна из идей состоит в том, чтобы использовать красный шлам, который обычно содержит от 40% до 70% оксида железа, для производства цемента, богатого железом.В мире используется более 4 миллиардов тонн цемента в год, в основном в качестве вяжущего для бетона. Самая распространенная версия — портландцемент, сделанный из силикатов кальция, которые вступают в реакцию с водой, образуя прочную твердую матрицу.

    Но в 2015 году исследователи из Новой Зеландии сообщили, что, добавляя к красному шламу обычную цементную добавку, называемую дымом кремнезема, вместе с небольшим количеством железа, они могут создать цемент примерно такой же твердости, как портландцемент. Понтикс и его коллеги работают над расширением этих результатов, разрабатывая рецепты, которые позволят производителям производить цемент из широкого спектра красных шламов с различными концентрациями железа.Команда надеется, что красный шлам может стать источником как дополнительного железа, добавляемого в их цемент, так и щелочных соединений, необходимых для катализа реакций твердения.

    Спецвыпуск: Мир грязи

    Тем временем лаборатория Понтикеса уже производит около 1000 кг цемента с высоким содержанием железа в день. Они даже использовали свой продукт для демонстрационных проектов, таких как 2-тонная лестница, сделанная из сверхвысокопрочного бетона. «Это больше не лабораторное предприятие», — говорит Понтикс.Он начал говорить с компаниями о производстве цемента в промышленных масштабах.

    Красный шлам может служить основой для других строительных материалов. Понтикес и его команда обнаружили, что если они добавляют около 10% глины и силикатных минералов в красный шлам и запекают смесь в печи, они могут сделать кирпичи, способные выдерживать силу сжатия 80 мегапаскалей, что в 40 раз больше, чем у обычных кирпичей. Сейчас они стремятся расширить эту технику, чтобы с ее помощью можно было сделать все, от черепицы до тротуарной плитки.

    Из-за своего химического состава красный шлам также может улавливать и удерживать углекислый газ (CO 2 ), главный газ, способствующий потеплению климата. В Австралии производитель алюминия Alcoa превращает CO 2 в красный шлам, образуя мягкую кислоту, которая вступает в реакцию с щелочными отходами, образуя карбонатные минералы, которые превращают красный шлам в красный песок, который можно использовать для выравнивания дорожного полотна. По оценкам компании, красный шлам с одного завода по переработке алюминия может заблокировать 70 000 тонн CO 2 в год, что эквивалентно удалению более 15 000 автомобилей с дороги.

    Тем не менее, эти проблески прогресса могут исчезнуть, говорит Баломенос, как и прежние надежды. Он отмечает, что с 1964 года исследователи запатентовали около 700 применений красного шлама, в том числе для изготовления декоративной керамики, красителей и даже удобрений. Однако в настоящее время перерабатывается всего 3% красного шлама.

    Одна из основных причин заключается в том, что многие схемы предусматривают использование красного шлама для производства товаров, которые уже дешевы и производятся методами, оптимизированными за столетие или более.Кроме того, с красным шламом непросто обращаться. Металлургическая промышленность воздерживается от извлечения из него металла, например, потому что едкие отходы разрушают ключевые компоненты в их плавильных печах. «В отрасли имеется железная руда гораздо более высокого качества», — говорит Мишра.

    Баломенос утверждает, что страны могут способствовать прогрессу, установив для производителей алюминия требования об отсутствии отходов или другие стимулы, которые вынуждают компании перерабатывать красный шлам вместо того, чтобы позволять ему скапливаться. Европейский Союз, например, рассматривает возможность введения налога на отходы, размещаемые на свалках.Но этого не произошло, и похоже, что в других странах нет особого интереса к подобным идеям.

    Еще одним препятствием, по словам Баломеноса, является международное противодействие провозу опасных материалов через границу. В результате перемещение красного шлама, содержащего даже следовые количества тяжелых металлов или радиоактивности, может быть обременительным и дорогостоящим. На данный момент, говорит он, просто выбросить отходы на свалку дешевле и намного проще.

    Наконец, возникает вопрос о приемлемости для потребителей.Даже если ученым и инженерам удастся придумать набор практических применений красного шлама, последнее слово остается за потребителями в том, будут ли они покупать продукты с такой опасной отправной точкой. «Будете ли вы использовать кровельную черепицу из красной глины?» — спрашивает Понтикес. «Рынок может сказать« да »».

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.