--PAGE_BREAK--
1 – смешивание бокситов с содой; 2 – выщелачивание водой;
3 – обработка известью; 4 – обработка углекислым газом;
5 – сушка, прокаливание; 6 – электролитическое разложение;
7 — рафинирование
Известные в настоящее время методы получения глинозема можно разбить на три группы: щелочные, кислотные и электротермические. Наиболее широкое применение получили щелочные методы.
В одних разновидностях щелочных методов боксит, обезвоженный при 1000 C, измельчают в шаровых мельницах, смешивают в определенных пропорциях с мелом и содой и спекают для получения растворимого в воде твердого алюмината натрия по реакции
Al O + Na CO = Al O Na O + CO .
Спекшуюся массу измельчают и выщелачивают водой, алюминат натрия при этом переходит в раствор.
В других разновидностях щелочного метода глинозем, содержащийся в боксите, связывают в алюминат натрия путем непосредственной обработки руды щелочами. При этом сразу получается раствор алюмината в воде.
В обоих случаях образование водного раствора алюмината натрия приводит к отделению его от нерастворимых компонентов руды, представляющих собой в основном окиси и гидроокиси кремния, железа и титана. Отделение раствора от нерастворимого осадка, называемого красным шламом, осуществляют в отстойниках.
В полученный раствор при 125 C и давлении 5 ам добавляют известь, что приводит к обескремниванию-CaSiO уходит в осадок, образуя белый шлам. Очищенный от кремния раствор после отделения его от белого шлама обрабатывают углекислым газом при 60-80 C, в результате чего в осадок выпадает кристаллический гидрат окиси алюминия:
Al O Na O + 3H O + CO = 2Al(OH) + Na CO .
Его промывают, просушивают и прокаливают. Прокаливание приводит к образованию глинозема:
2Al(OH) = Al O + 3H O .
Описанный способ обеспечивает довольно полное извлечение глинозема из боксита-около 80%.
Получение металлического алюминия из глинозема заключается в его электролитическом разложении на составные части – на алюминий и кислород. Электролитом в этом процессе является раствор глинозема в криолите (AlF 3NaF). Криолит, обладая способностью растворять глинозем, одновременно снижает его температуру плавления. Глинозем плавится при температуре около 2000 C, а температура плавления раствора, состоящего, например, из 85 % криолита и 15 % глинозема, равна 935 C.
Схема электролиза глинозема достаточно проста, но технологически этот процесс сложный и требует больших затрат электроэнергии.
В поду ванны с хорошей теплоизоляцией и угольной набивкой заложены катодные шины, соединенные с отрицательным полюсом источника электрического тока. К анодной шине присоединены электроды. Перед началом электролиза на дно ванны насыпают тонкий слой кокса, электроды опускают до соприкосновения с ним и включают ток. Когда угольная набивка накалится, постепенно вводят криолит. При толщине слоя расплавленного криолита, равной 200-300 мм, загружают глинозем из расчета 15% к количеству криолита. Процесс происходит при температуре 950-1000 C.
Под действием электрического тока глинозем разлагается на алюминий и кислород. Жидкий алюминий скапливается на угольной подине (дно угольной ванны), являющейся катодом, а кислород соединяется с углеродом анодов, постепенно сжигая их. Криолит расходуется незначительно. Глинозем периодически добавляют, электроды для компенсации сгоревшей части постепенно опускают вниз, а накопившийся жидкий алюминий через определенные промежутки времени выпускают в ковш. При электролизе на 1 т алюминия расходуется около 2 т глинозема, 0.6 т угольных электродов, служащих анодами, 0.1 т криолита и от 17000 до 18000 квт ч электроэнергии.Полученный при электролизе глинозема алюминий-сырец содержит металлические примеси (железо, кремний, титан и натрий), растворенные газы, главным из которых является водород, и неметаллические включения, представляющие собой частицы глинозема, угля и криолита. В таком состоянии он непригоден для применения, так как имеет низкие свойства, поэтому его обязательно подвергают рафинированию. Неметаллические и газообразные примеси удаляют путем переплавки и продувки металла хлором. Металлические примеси можно удалить только сложными электролитическими способами.
После рафинирования получают торговые сорта алюминия.
Чистота алюминия является решающим показателем, влияющим на все его свойства, поэтому химический состав положен в основу классификации алюминия.
Неизбежными примесями, получающимися при производстве алюминия, являются железо и кремний. Обе они в алюминии вредны. Железо не растворяется в алюминии, а образует с ним хрупкие химические соединения FeAl и Fe Al. С кремнием алюминий образует эвтектическую механическую смесь при 11.7% Si. Поскольку растворимость кремния при комнатной температуре очень мала (0.05%), то даже при его незначительном количестве он образует эвтетику Fe+Si и включения очень твердых (НВ 800) хрупких кристалликов кремния, которые снижают пластичность алюминия. При совместном присутствии кремния и железа образуется тройное химическое соединение и тройная эвтектика, тоже понижающие пластичность.
Прочность алюминия незначительна, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.
Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается относительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластичность в нагретом состоянии, а литейные — хорошую жидкотекучесть. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.
Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, о котором речь шла выше, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и несколько отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общей содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы называют силуминами и маркируют у нас в стране СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2. Поставляют их в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг. Силумин в чушках тоже является товаром на мировом рынке.
Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. В них не должно эвтектики, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.
Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.
Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.
Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые и неупрочняемые. Это наименование отражает способность или неспособность сплава заметно повышать прочность при термической обработке.
Структурные превращения, происходящие в алюминиевых сплавах при их термической обработке, существенно отличается от таковых в стали потому, что алюминий не имеет аллотропического превращения. В них повышение прочности может происходить только за счет процессов, связанных с выделением из перенасыщенного в результате закалки твердого раствора каких-то упрочняющих фаз.
Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии-сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7 %.
Название марок дюралюминия начинается буквой Д, затем идет цифра, которая не отражает химического состава, а представляет собой просто номер. В разное время было разработано много марок дюралюминия, но многие из них не нашли широкого применения. Сейчас промышленность выпускает пять основных марок дюралюминия, химический состав которых приведен в таблице.
5. Нормативно-технические документы по алюминию первичному, нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.
Основными нормативно-техническими документами, определяющими качество алюминия первичного, являются ГОСТ 11069 – 2001 «Алюминий первичный. Марки» и ГОСТ 11070 – 74 «Чушки первичного алюминия. Технические условия».
ГОСТ 11069 – 2001 устанавливает требования к маркам первичного алюминия высокой и технической чистоты, выпускаемого в жидком виде, в виде чушек, слитков, катанки, ленты и др.
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 3221–85 Алюминий первичный. Методы спектрального анализа.
ГОСТ 7229–76 Кабели, провода и шнуры. Метод определения электрического сопротивления токопроводящих жил и проводников.
ГОСТ 11739.10–90 Сплавы алюминиевые литейные и деформируемые. Метод определения лития.
ГОСТ 12697.1–77 Алюминий. Методы определения ванадия.
ГОСТ 12697.2–77 Алюминий. Методы определения магния.
ГОСТ 12697.3–77 Алюминий. Методы определения марганца.
ГОСТ 12697.4–77 Алюминий. Метод определения натрия.
ГОСТ 12697.5–77 Алюминий. Метод определения хрома.
ГОСТ 12697.6–77 Алюминий. Метод определения кремния.
ГОСТ 12697.7–77 Алюминий. Методы определения железа.
ГОСТ 12697.8–77 Алюминий. Методы определения меди.
ГОСТ 12697.9–77 Алюминий. Методы определения цинка.
ГОСТ 12697.10–77 Алюминий. Метод определения титана.
ГОСТ 12697.11–77 Алюминий. Метод определения свинца.
ГОСТ 12697.12–77 Алюминий. Методы определения мышьяка.
ГОСТ 12697.13–90 Алюминий. Методы определения галлия.
ГОСТ 12697.14–90 Алюминий. Метод определения кальция.
ГОСТ 13843–78 Катанка алюминиевая. Технические условия.
ГОСТ 23189–78 Алюминий первичный. Спектральный метод определения мышьяка и свинца.
ГОСТ 24231–80 Цветные металлы и сплавы. Общие требования к отбору и подготовке проб для химического анализа.
ГОСТ 25086–87 Цветные металлы и их сплавы. Общие требования к методам анализа.
EN 573-3-94* Алюминий и алюминиевые сплавы. Химический состав и форма деформируемых полуфабрикатов. Часть 3. Химический состав.
В зависимости от химического состава первичный алюминий подразделяется на алюминий высокой и технической чистоты.
В алюминии технической чистоты всех марок, используемом для изготовления пищевой посуды, массовая доля мышьяка должна быть не более 0,015%.
В алюминии высокой чистоты массовая доля магния не учитывается в сумме примесей при расчете марки алюминия.
По согласованию с потребителем производитель определяет массовую долю натрия и лития и указывает результат с точностью до третьего знака после запятой в документе о качестве на конкретный вид продукции.
Таблица – Химический состав
Марка алю-миния
Химический состав, %
Алюми-ний, не более
Массовая доля примесей, %
Прочие примеси
Железо
Кремний
Медь
Цинк
Титан
Каждая в отдельности
сумма
Алюминий особой чистоты
А999
99,999
____
____
____
____
____
____
0,001
Алюминий высокой чистоты
А995
99,995
0,00015
0,0015
0,001
0,001
0,001
0,001
0,005
А99
99,990
0,0030
0,0030
0,003
0,003
0,002
0,001
0,010
А97
99,970
0,0150
0,0150
0,005
0,003
0,002
0,002
0,030
А95
99,950
0,0300
0,0300
0,0015
0,005
0,002
0,005
0,050
Алюминий технической чистоты
А85
99,850
0,0800
0,0600
0,010
0,020
0,008
0,020
0,150
А8
99,800
0,1200
0,1000
0,010
0,040
0,010
0,020
0,200
А7
99,700
0,1600
0,1500
0,010
0,040
0,010
0,020
0,300
А7Е
99,700
0,2000
0,0800
0,010
0,040
0,010
0,020
0,300
А6
99,600
0,2500
9,1800
0,010
0,060
0,020
0,030
0,400
А5Е
99,500
0,3500
0,1200
0,020
0,040
0,015
0,020
0,500
А5
99,500
0,3000
0,2500
0,020
0,060
0,020
0,030
0,500
А0
99,000
0,5000
0,5000
0,020
0,080
0,020
0,030
1,000
Примечания
1 В алюминии марки А5Е, предназначенном для изготовления катанки марки АКЛП-ПТ по ГОСТ 13843, допускается массовая доля кремния не более 0,12%.
2 В алюминии марки А5Е при массовой доле примесей титана, ванадия, марганца и хрома не более 0,010% допускается массовая доля кремния до 0,15% при условии соответствия .
По согласованию потребителя с изготовителем перечень определяемых примесей, их предельные массовые доли, порядок расчета марки алюминия и содержание документа о качестве устанавливают в заказе.
Массовую долю алюминия в металле высокой чистоты определяют по разности 100,00% и суммы массовых долей определяемых примесей, массовая доля каждой из которых равна или более 0,0010% и рассчитывается до третьего знака после запятой перед определением суммы.
Поправка. ИУС 1–2003.
Массовую долю алюминия в металле технической чистоты определяют по разности 100,00% и суммы массовых долей определяемых примесей, массовая доля каждой из которых равна или более 0,010% и рассчитывается до второго знака после запятой перед определением суммы.
Сведения о соответствии марок алюминия по настоящему стандарту маркам, установленным в Европейском стандарте EN 573–3 и зарегистрированным Американской алюминиевой ассоциацией.
Электрическое сопротивление при 20°С проволоки, изготовленной из алюминия марок А5Е и А7Е и отожженной при (350 ± 20) °С в течение 3 ч, должно быть не более:
0,0277 Ом·мм2/м — для алюминия марки А7Е;
0,0280 Ом·мм2/м — для алюминия марки А5Е.
4 Контроль качества
Массовые доли железа, кремния и меди в алюминии следует контролировать в каждой плавке или выливке и указывать в документе о качестве.
Массовые доли остальных определяемых примесей следует контролировать в алюминии технической и высокой чистоты периодически, но не реже, чем в каждой 100-й плавке или не менее чем в одном анализе на 2000 т алюминия, и указывать в документе о качестве по требованию потребителя.
В алюминии марок А5Е, А7Е сумму массовых долей титана, ванадия, хрома и марганца определяют в каждой плавке.
Методы контроля
Отбор и подготовка проб для анализа — по ГОСТ 24231 и ГОСТ 3221.
Химический состав алюминия определяют по ГОСТ 25086, ГОСТ 12697.1 — ГОСТ 12697.14, ГОСТ 11739.10, ГОСТ 3221, ГОСТ 23189. Допускается использовать другие методики, не уступающие по точности стандартным.
При разногласии в оценке химического состава алюминия анализ проводят по ГОСТ 25086, ГОСТ 12697.1 — ГОСТ 12697.14, ГОСТ 11739.10, ГОСТ 3221, ГОСТ 23189.
Массовые доли примесей, полученные по результатам анализа, записывают в процентах.
Правила округления результатов анализа:
а) если цифра после последней значащей цифры меньше 5, то последняя значащая цифра остается неизменной.
Пример. Число 0,0518, округленное до второго знака после запятой, записывают 0,05; число 0,00244, округленное до четвертого знака после запятой, записывают 0,0024;
б) если цифра после последней значащей цифры больше 5 или равна 5, а следующая за ней цифра любая, кроме 0, последняя значащая цифра увеличивается на единицу.
Пример. Число 0,0158, округленное до второго знака после запятой, записывают 0,02; число 0,05771, округленное до третьего знака после запятой, записывают 0,058;
в) если две цифры после последней значащей цифры 5 и 0, то последняя значащая цифра увеличивается на единицу, если она нечетная, или остается неизменной, если она четная.
Пример. Число 0,02509, округленное до второго знака после запятой, записывают 0,02; число 0,03504, округленное до второго знака после запятой, записывают 0,04; число 0,082508, округленное до третьего знака после запятой, записывают 0,082, число 0,05501, округленное до второго знака после запятой, записывают 0,06.
Маркировка
Алюминий маркируют путем нанесения на чушки, слитки и др. несмываемой краской следующих отметок:
для алюминия марки А995 — четыре зеленые вертикальные полосы;
» » » А99 — четыре черные вертикальные полосы;
» » » А98 — четыре желтые вертикальные полосы;
» » » А97 — три желтые вертикальные полосы;
» » » А95 — три зеленые вертикальные полосы;
» » » А85 — две белые вертикальные и одна зеленая горизонтальная полосы;
» » » А8 — две белые вертикальные полосы;
» » » А7 — две желтые вертикальные полосы;
» » » А7Е — две желтые вертикальные полосы и одна желтая горизонтальная полоса, пересекающая вертикальные;
» » » А7Э — одна желтая вертикальная полоса;
» » » А6 — две синие вертикальные полосы;
» » » А5 — две зеленые вертикальные полосы;
» » » А5Е — две зеленые вертикальные полосы и одна зеленая горизонтальная полоса, пересекающая вертикальные;
» » » А35 — одно зеленое пятно (диаметром до 15 мм);
» » » А0 — две черные вертикальные полосы.
По согласованию с потребителем допускается наносить маркировку иным способом. Маркировка должна быть нестираемой и не должна быть источником загрязнения.
ГОСТ
6. Контроль качества алюминия первичного. Требования нормативно-техничеких документов на правила приемки, хранения, испытания и эксплуатации алюминия первичного.
Контроль качества алюминия первичного определяется документом ГОСТ 11070 – 74 «Чушки первичного алюминия. Технические условия».
Настоящий стандарт распространяется на чушки первичного алюминия всех марок высокой и технической чистоты, предназначенные для переплавки.
1. Форма и размеры
1.1 Форма, масса, геометрические размеры чушек определяются договором между потребителем и изготовителем.
Размеры и масса чушек приведены на чертежах 1, 2, 3, 4 для конструирования и изготовления изложниц.
продолжение
--PAGE_BREAK--