Металлургия кафедрасы ПӘН БОЙЫНША ОҚЫТУ БАҒДАРЛАМАСЫ (SYLLABUS) MLM 3301 «Жеңіл металдар металлургиясы»

Transcript

1 Пән бойынша оқыту бағдарламасының титульдік парағы (SYLLABUS) Нысан ПМУ ҰС Н /19 Қазақстан Республикасының бiлiм және ғылым министрлiгi С.Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттiк университетi Металлургия кафедрасы ПӘН БОЙЫНША ОҚЫТУ БАҒДАРЛАМАСЫ (SYLLABUS) MLM 3301 «Жеңіл металдар металлургиясы» Павлодар, 2013 ж.

2 Пән бойынша оқыту бағдарламасын бекіту парағы (Syllabus) Нысан ПМУ ҰС Н /19 БЕКІТЕМІН ММЖжКФ деканы Т.Т.Тоқтағанов (қолы) Құрастырушылар: аға оқытушы Бакиров А.Г. (қолы) оқытушы Маженов А.Е. (қолы) Металлургия кафедрасы Пән бойынша оқыту бағдарламасы (Syllabus) MLM 3301 «Жеңіл металдар металлургиясы» 5В «Металлургия» мамандықтарына арналған Пәннiң 20 ж. бекітілген жұмыс бабындағы оқу бағдарламасының негізінде әзірленген. Металлургия кафедрасының отырысында ұсынылған 20 ж. хаттама Кафедра меңгерушісі Сүйіндіков М.М. Металлургия, машина жасау және көлік факультетiнiң оқу-әдістемелік кеңесі қолдады 20 ж. хаттама, ОӘК төрағасы Ж.Е. Ахметов (қолы)

3 1. Пән бойынша оқыту бағдарламасының паспорты Пәннің атауы «Жеңіл металдар металлургиясы» Кредиттер саны және оқу мерзімі Барлығы 3 кредит Курс: 3 Семестр: 6 Аудиториялық сабақтардың барлығы 45 сағат Дәрістер 30 сағат Тәжірибелік сабақтар- 15 сағат СӨЖ 90 сағат Жалпы еңбек сыйымдылығы 135 сағат Бақылау түрі Емтихан 6 семестр Пререквизиттер Бұл пəнді оқып үйрену студенттердің: «Жалпы химия», «Физикалық химия», «Металлургия өндірісіндегі процестер мен аппараттар», «Металлургиялық процестердің теориясы» сияқты тиісті курстардан алған білімдеріне негізделген. Постреквизиттер Студент алған білімін курстық, дипломдық жұмыстары мен жобаларды орындау кезінде, əрі қарай өндірістік қызметтерде, мамандық бойынша магистратурада оқуын жалғастырғанда, ғылыми зерттеу жұмыстары кезінде оқыған кезде пайдаланады. 2 Оқытушы туралы мағлұмат және байланысу ақпараты Дәріс сабақтары - Бакиров Алтынсары Газизович, аға оқытушы Тәжірибелік сабақтар, СӨЖМ Маженов Адильбек Ерболович, оқытушы «Металлургия» кафедрасы, Б 224 телефон: 8 (7182) Е mail: 3. Пәннiң мақсаты мен мiндеттерi Пәндi оқытудың мақсаты «Жеңіл металдар металлургиясы» пəні металдар жəне олардың қосындыларының физика-химиялық қасиеттерін, шикізат көздерін, қолдану аймақтарын, өңдеу жəне оларды тазалау тəсілдерін, технологиялық процестерді аппараттық жабдықтауды оқытады. Пəнді оқытудың мақсаты студенттерге жеңіл металдар өндірудің технологиялық процестерін, өңдеу тəсілдерінің теориясы мен тəжірибесін, жеңіл металдар жəне олардың химиялық қосындылары кездесетін шикізат көздері, процестер мен аппараттар жөніндегі қажетті металлургиялық есептерді шығара білу үшін білім негіздерін меңгеруге мүмкіндіктер жасау. Пәндi оқытудың мiндеттерi кенді материалдарды, шоғырларды өндірістік өнімдерді ашудың негізгі заңдылықтары жəне металдардың таза қосындыларын алу, оларды қалпына келтіру тəсілдері, металдарды тазалау жəне жоғары тазалықтағы металдар алу, процестер мен аппараттардың құрылымдық, энергетикалық, жылулық есептерін жасай білуіне студенттердің білімін тереңдету үшін.

4 4. Біліміне, қабілетіне және машықтарына қойылатын талаптар: Осы пәнді оқу нәтижесінде студенттердің мағлұматтары болуы керек: Сазбалшық өндірудің əдістері, металдар алу жəне олардың химиялық қосындыларын тазалау, əртүрлі орталарда төменгі жəне жоғары температураларда сілтісіздендіру тəсілдері туралы; істей білуі: - Əртүрлі реагенттер қолдана отырып өңдеу, пиро- жəне гидрометаллургиялық тəсілдермен алғашқы өнімдерді ашу туралы; 5. Пәннің тақырыптық жоспары Сабақ түрлері бойынша академиялық сағатарды бөлу р/с Тақырып атауы Сабақтардың түрлері бойынша тікелей қатынас сағаттар ы дәріс тәжір СӨЖ СОӨЖ Жеңіл металдар металлургиясы жөніндегі жалпы мəліметтер. Жеңіл металдарды классификациялау. 2 Алюминий металлургиясы. Алюминийдің физикахимиялық қасиеттері 3 Сазбалшық өндірісі Гидрохимиялық əдіспен (Пономарев Сажин) сазбалшықты өндіру жəне сазбалшық технологиясының келешекте дамуы 5 Фторлы тұздар жəне криолит өндірісі. Криолитті қышқыл əдісімен өндіру 6 Электрод өндірісі Металдық алюминий өндірісі Алюминийді электролиз əдісімен өндіру Алюминий өндірудің технологиясы Магний металлургиясы Магнийдің қолданылуы жəне оны алудың шикізаттары Магнийді электролиттік əдіспен өндірудің технологиясы мен аппаратурасы 13 Титан металлургиясы Титанның қасиеттері, қолданылуы жəне шикізат көздері 15 Титан өндірудің технологиясы БАРЛЫҒЫ Дәріс сабақтардың тақырыптары мен мазмұны

5 1-ші дəріс. Жеңіл металдар металлургиясы жөніндегі жалпы мəліметтер. Жеңіл металдарды классификациялау. Жеңіл металдарға он бір металдарды жатқызады, олардың тығыздығы қатты түрінде 0,534 3,6 г/см3 тен. Олардың арасында алюминий, магний жəне бериллий өндірісте зор мағнаға ие. Жерсілтілі металдардың арасында ең маңыздысы кальций жəне барий, ал сілтіліден литий жəне натрий. Жеңіл металдар химиялық активті эрекеттеседі оттегімен, галоидтармен, күкіртпен жəне көміртегімен; кернеу қатарында олар электртеріс элементтер орынында орналасқан. Сондықтан, электролитте электроң қоспалары бар элементтер болмауға тиісти, себебі олар бірінші катодта шөгеді де алынатын металдың сапасың төмендетеді. Жеңіл металдарды алу үшін əр түрлі күрделі технологиялық схемалар қолданылады. Бұл технологиялар химиялық жəне электрохимиялық процестермен байланысты. Сондықтан, əр технологияны жеке өндіріске шығаруға болады. Мысалы, алюминий металлургиясы төрт өндірістен тұрады: сазбалшық, фтор тұздар, электродтар өндірісі жəне эектролиттік жолмен алюминийді алу. Техникалық əдебиеттерде жеңіл элементтің негізгі белгісі болып, оның қолданыстағы жаңалықтары саналады. Жеңіл элементті техникалық анықтау нəтижелері, геохимиялық мəліметтермен əрқашанда үйлесе бермейді. Жеңіл металдардың, периодтық элементтер жүйесінің əртүрлі топтарына орналасуы жəне əртүрлі керемет қасиеттері, оларды біріңғай физика-химиялық белгілері бойынша классификациялауға мүмкіндік бермейді. Осыған байланысты жеңіл металдарды техникалық классификациялау, олар əдетте топқа бөлшектенеді, олардың əрқайсысында, əр топтар үшін ерекше белгілері бойынша бір біріне жақын элементтер орналасқан. Жеңіл металдарды техникалық классификациялау 1-кестеде келтірілген. Кесте 1 - Жеңіл металдарды техникалық классификациялау Элементтер Периодтық жүйенің топтары Техникалық классификациялау топтары Жеңіл Li, Rb, Sг, Be, Al, Mg, Ва, Са, К, Νа, Ті І, ІІ, ІІІ,1V Жеңіл металдарды (А1, Мġ ) электролиз арқылы алынады. Сондықтан, қуатты электростанция жəне энергиясы арзан болуға тиісті. Металдардың қолданылатын саласы жəне «таза» заттар жөніндегі түсініктер. ХХ-шы жүз жылдықтың басынан жеңіл металдар өскелең мағынаны иемдене бастады. Қазір жеңіл металдар, олардың қорытпалары немесе əртүрлі қосындылары қолданылмайтын жаңа техникаларды атап шығу қиын. Атом энергетикасы, радиоэлектроника, авиациялық, космостық жəне ракеталық техникалар, машина жасау, прибор жасау, химиялық өнеркəсіп, міне осылар қолданатын сирек металдардың номенклатурасын үздіксіз кеңейтіп жəне олардың тазалығына деген талаптар жоғарылатылуда. Таза зат дегеніміз бұл физикалық жəне химиялық жағынан біртекті жай дене немесе бір анықталған атомдар (иондар) түрінен тұратын немесе өзіне ғана тəн комплексті тұрақты қасиеттерге ие қосындылар. Тазалаудың ең тиімді тəсілдерімен жүргізілетін қайталау операциясы, таза заттың қасиетін өзгерте алмайды. Мүлде таза затты тек теориялық жағынан көзге елестетуге болады. Шет елдерде металдар тазалығын белгілеу үшін көп жағдайда N символы пайдаланылады. Мысалы, 2 N металдың _ ヨ n3 тазалығын білдіреді, яғни 99 пайызға тең, 2 N5=99,5%, 5 N8=99,9998%, 6 N=99,9999% жəне т.б.. Дегенмен металл тазалығы көрсеткішінің мəнін белгілеу немесе жартылай өткізгішті материалдағы, «тоғыздықтар» белгісі қарапайым өнеркəсіптік бұйымдарда да сақталады.

6 Өте таза материалдар үшін тазалықты көрсетудің мұндай тəсілі енді жеткіліксіз. Соңғы кездері металл тазалығын көрсетудің мынадай түрлері кең етек алуда, бірлік санмен ppm-parts per million деген (негізгі металдың бір миллионды бөлігіндегі қоспа бөлігінің санын көрсетеді), сондай ақ ppb бірлік саны parts per billion деген (негізгі металдың бір миллиард немесе бір миллион бөлігіндегі қоспа бөлігінің санын көрсетеді). Бір ppm %-ға сəйкес, ал бір ppb бірлігі %-ға сəйкес. Мына ppm жəне ppb бірліктерін атомдық үлестермен немесе масса бойынша саналатын үлестермен көрсетуге болады. Сондықтан, концентрациялы материалдың атомдық үлестерін көрсету кезінде, ppm-ға тең қоспалардың мөлшері негізгі заттың 10-6 атомдарына 1 атом қоспа келеді. Сондай ақ, өте таза металдармен жартылай өткізгішті материалдардың тазалық көрсеткішін белгілеу үшін, əдетте 1 см3 материалдағы қоспаның атомдар санының түрімен көрсетілген мөлшерлерге сүйенеді, мысалы атомдар/см3. Химиялық қосындылар жəне металл еместер, жоғары тазалықтағы заттарға жатады, егер олардағы қоспалардың лимиттік қосындылары аз жəне тиісті «хч» маркасынмен салыстырғанда бір санға (қоспалардың мөлшері %-дан 0,5%-ға дейін), «Чда» маркасы үшін екі санға (қоспалардың мөлшері %-дан 0,4%-ға дейін) жəне «Ч» маркасы үшін үш санға (қоспалардың мөлшері %-дан 1%-ға дейін) кем емес болуы шарт. Металдар жəне жартылай өткізгішті материалдар, егер олардағы əр лимитталған қоспалар мөлшері (масса бойынша) %-дан, газдар егер олардағы лимитталатын қоспалар мөлшері (көлемі жағынан) %-дан аспаса жоғарғы тазалықтағы заттарға жатады. Жоғары тазалықтағы заттарға лимитталатын қоспалар санымен мөлшеріне байланысты белгілі таңбалар (маркалар) қосып жазылады.жеңіл металдарды талдау жəне технологиясы. Жеңіл металдарды өнеркəсіпте қолданудың технологиялық əдістері, бастапқы шикізаттың сипатына жəне дайын өнімнің сапасына қойылатын талаптарға байланысты бірқатар ерекшеліктерге ие. Бұл ерекшеліктерге: 1) табиғи шикізаттарда немесе өнеркəсіптік қалдықтарда жеңіл металдар концентрациясының төмендігі; 2) олардың құрамының күрделілігі; 3) көптеген жеңіл металдар минералдарының химиялық беріктігі жəне соңғы өнімдердің тазалығына қойылатын өте жоғары талаптар. Сондықтан, кендерден жəне басқа шикізат түрлерінен жеңіл металдар өндіру технологиясы əрқашан да көп сатылы сипатқа ие жəне əдетте мынадай негізгі кезеңдерден тұрады: 1) кендерді немесе əртүрлі қалдықтарды байыту; 2) шоғырларды (ашу) ыдырату; 3) таза химиялық қосындылар алу; 4) оларды металл түріне дейін қалпына келтіру; 5) металды тазарту (рафинерлеу); 6) металдар мен қорытпалардың компакті кесектерін алу. Кендерді байыту. Көптеген жеңіл металдар үшін, зерттеліп жəне өнеркəсіпке енгізілген əдістерге, гравитациялау, флотациялау, магнитті, электростатикалық жəне əртүрлі байытудың құрастырылған тəсілдері жатады. Соңғы жылдары жеңіл металдар кендерін байыту металлургиялық переделдармен байланысы күшейді. Байыту фабрикаларының байыту схемаларында, жоғары сапалы шоғырлар алу мен шығару үшін, күйдіру мен гидрометаллургиялық процестерді өте жиі қолданады. Жеңіл металдарды (ашу) ыдырату. Əртүрлі қышқылдарға, тұздарға, хлорларға негізделген реагенттерді қолдана отырып, пирометаллургиялық, сондай ақ, гидрометаллургиялық процестермен атқарылады. Жеңіл металдарды электрлі пештерде қалпына келтіріп балқыту арқылы оның ферроқорытпасын алу ірі ғалымдар мен инженерлердің жұмыстарына арналған. Жеңіл металдардың мол мөлшердегі шоғырларын ашудың гидрометаллургиялық əдістері

7 де аса толық зерттелген. Металға дейін қалпына келтіру. Химиялық қосындыларды металға дейін қалпына келтірудің əртүрлі əдістері көптеген жеңіл элементтер үшін əбден зерттелген.тотықтардан хлоридтар мен фторидтар арқылы рубидий,берилий,титанды қалпына келтірудің металлотермиялық процестері ашылды. Техникалық рубидий алу үшін, вакуумде кальциймен металлотермиялық калпына келтіру əдісі енгізілді. Электролиттік əдіспен жеңіл металдар алуды үйрену бойынша көптеген зерттеулік жұмыстар жүргізілді. Алюминий, магний, литий жəне берилий үшін балқытылған ортада электролиздеу зерттелді. Металдарды тазалау. Өнеркəсіптің үздіксіз қойып отырған талаптары, ұнтақты металлургия мен жеңіл металдарды балқытып тазалау бойынша кең ғылыми-зерттеулермен қатар өндіріске енгізу жұмыстарын жүргізу. Вакуумда дистилляциялау əдістері, əсіресе жеңіл металдармен сирек жер элементтерінің топтары үшін кең дамыған. Жеңіл металдар өнеркəсібінде, терең вакуумде электронды шоқтармен қыздырылған пештерде тазалау əдістері ерекше маңызды роль атқарады. Соңғы кездері жартылай өткізгішті материалдарды терең тазалау үшін, тазалаудың газдармен тасымалдау реакциясы жылдам дамуда. Металдардың компакті кесегі мен қорытпаларын алу жəне оларды механикалық өңдеу. Жеңіл металдар технологиясында балқыту мен құю əдістері кең дамуда. Көп амалдар, азот жəне оттегімен сұйытылған жеңіл металдарды инертті газдар атмосферасында немесе вакуумде балқыту мен құю жұмыстарын жүргізудің қажетті екендігін анықтайды. Жеңіл металдарды балқыту,əртүрлі құрамалардан тұратын: индукциялы, доғалы жəне электрсəулелі электрлі пештерде жүргізеді. Жеңіл металдарды элеткрлі сəулелі пештерде балқытудың үлкен ерекшелігі металдың тазалығымен қатар кесектердің сапасы жоғарылайды. Терең вакуум, жоғары температура жəне қажетті уақытта осы температура кезіндегі тұрақтылық мүмкіндігі,айтарлықтай мөлшердегі қоспалардан тазартуға мүмкіндік береді, əсіресе сұйытылған газдардан, хлоридтар мен басқа да ұшатын қосындылардан тазартылуы құнды. Жеңіл металдар сапасына тұтынушылардан үздіксіз қойылып отырған талаптар жəне ең бастысы олардың химиялық тазалығын көтеруде, бірінші кезекте зерттеулік жұмыстарды əсерлік жəне өнімдерді талдаудың нақты əдістерін дамыту қажеттілігімен санасуға шақырады. Аналитикалық жұмыстар. Жеңіл металдарды өндіру технологиясында микроқоспаларды анықтау, ерекше маңызды орын алады. Бірқатар жағдайларда, ультратаза материалдардағы микроқоспаларды анықтау əдістерін табу, оларды алудың технологиялық тəсілдерін ашудан жеңіл болған жоқ. Ғалымдардың еңбегім жеңіл металдарды немесе олардағы қоспалармен олардың қосындыларын анықтаудың мыңдаған химиялық жəне спектралды көптеген əдістері жарыққа шыққан. Талдаудың көп еңбек сіңіруді керек қылатын жəне ұзақ салмақтық, көлемдік түрінің орнына жылдамдатылған калориметриялық əдістерді енгізу, жеңіл металдардың аналитикалық химиясының түбірімен өзгеруіне əкелді. Солардың көмегімен жеңіл жəне сирек металдар жəне олардың қосындыларын, қоспалар мөлшерінің мына дəрежеде 10-1%-дан 10-5%-ға дейін, кейбір жағдайда 10-5%-дан 10-7% аралығында болған кезде, металдар алудың бірнеше технологиялық процестері пайдаланылған болатын. Жеңіл, сирек металдар жəне жартылай өткізгішті материалдар өнеркəсібі мекемелерінің жартылай өнімдері мен ақырғы өнімдері, шикізаттар құрамын бақылау кезінде, үлкен таңдаушылықпен ерекшеленетін жəне салыстырмалы түрде жоғары дəлдіктегі талдаудың полярографиялық, Cu, Ta, Zn, Ti, S, Te жəне басқа элементтердің концентрациялардағы % дейінгі қоспаларын анықтауға мүмкіндік беретін əдіс өзінің қолданысын тапты. Химиялық əдістермен қатар талдаудың спектралды эмиссионды əдісі кең қолданысқа ие болды. Оның таратылуының бір басты себебі - əдістің универсалдығы, қарапайым жолмен алынған элементтер үлгісінен, əр жеке элементтер үшін спецификалық шаралар қолданбай ақ анықтауға мүмкіндігі бар. Ион алмасу мен хроматографиялы экстракциялау жолымен қоспаларды концентрирлеу əдістері ашылды, оның анықтаумен сай келушіліктің оптикоспектралдының соңы %-ға дейінгі, ал сай келушіліктің нейтронды-активациялық

8 соңы - сезімталдықты (чувствительность) қамтамасыз етті. Бір уақытта тазалық негіздері 10-6% болатын элементтер алынған. Талдаудың рентгенді спектралды əдістері дамуда. Химиялық талдаулар саласындағы ғалымдардың салмақты жетістіктерінің бірі радиоактивационды əдісті тауып қолданысқа енгізулері болып саналады. Бұл əдістің физикалық негізі, оның көмегімен радиоактивті жəне жоғары шешулік қабілетті спектрометрлерді қоздыру үшін, сəулеленудің əртүрлі көздерін пайдалану кезінде, оны тіркеу үшін кез-келген элементтерді, кез-келген сай келушілікте, басқа талдау əдістерінің қолы жетпейтін дəлдікпен жəне сезімталдықпен анықтауға мүмкіндік бере алады. Жеңіл металдардың газдарын сезімталды жəне дəлдік əдістермен талдау, осы күнгі масспектралды, анықтауға мүмкіндік беретін құралдарды пайдалану арқылы жүргізіледі. Əдебиеттер 1 [5-328]; 2 [5-322]; 3 [29-438]. Бақылау сұрақтары: 1. Таза заттар деген не; 2. Өте таза заттар үшін тазалықты көрсетудің тəсілдері; 3. Жеңіл жəне сирек металдар өндірісіндегі негізгі технологиялық переделдары; 4. Сирек элементтердің негізгі белгілері; 5. Жеңіл элементтерді талдаудың физика-химиялық тəсілдері. 2-ші дəріс. Алюминий металлургиясы. Алюминийдің физика-химиялық қасиеттері Алюминий Д.И. Менделевтің Периодтық жүйелер элементтерінің үшінші топтың химиялық элементі(катар 13; атомдық салмағы 26,9815). Алюминийде түрақты изотоптар жоқ. Валентность 3, қайнау температурасы 25000С, балқу температурасы 6600С, тығыздығы 2,7 г/см3.тазалығы 99,5% алюминийдің электрөткізгіштігі мысқа қарағанда 62% құрайды. Алюминий жеңіл механикалық өңделеді: соғылады, созылады, прокатталады. Алюминийдің амфотерлық қасиеттері бар, ол ериді сілтіде, тұз жəне күкірт қышқылдарда.концентрациялы азот қышқылы жəне органикалық қышқылдар алюминийге əсер етпейді. Алюминий мен оның қорытпаларын қолдану жəне қасиеттері. Алюминий жеңіл металдарға жатады жəне олардың арасында ең жоғарғы маңызға ие, сондай-ақ жер қойнауында өте көп таратылған. Алюминий өндірілу көлемі жағынан темірден кейінгі екінші орында жəне біршама төменгі бағаға ие. Алюминийдің өнеркəсіптік өндірісі 1890 жылдан басталады. XIX ғасырдың аяғына дейін алюминий өте қымбат болды жəне бағасы бойынша тек алтыннан кейін тұрды. Алюминий оттегімен үлкен ұқсастыққа ие. Алюминийдің ұнтағы қыздыру кезінде тұтанады жəне ауада жанады. Бірақ əдеттегі атмосфералық жағдайда алюминийден жасалған заттар коррозияға аз ұшырайды. Бұл алюминийдің бетінде (қалыңдығы 0,01-0,1 мкм) жұқа қабыршық, металды əрі қарай тотығудан қорғайтын тығыз қабыршық Al2O3 оксидінің құрылуымен түсіндіріледі. Алюминий, оксидті қабыршығын бүлдірмейтін орталарда тұрақты. Ол теңіз суларында да коррозияға тұрақты, əртүрлі концентрацияланған минералды қышқылдармен (күкірт, азот) əлсіз əрекеттеседі, бірақ қышқыл ерітінділері жəне сілтілер оны қарқынды ерітеді. Алюминий көптеген органикалық қышқылдарға (сірке, лимонды, плавикті, алма жəне басқа қышқылдарға) өте тұрақты. Келтірілген қаситтер техникалық алюминийді пайдаланудың негізгі бағыттарын анықтайды. Оның иілгіштігі фольгаға соғуға жəне одан жоғары штампты бұйымдар шығаруға мүмкіндіктер береді. Жоғары электр өткізгіштігі алюминийді электротехникалық мақсаттарға пайдалануға болатыны көрсетеді (электр желілерін өндіру үшін). Коррозияға тұрақтылығы себепті жəне əсіресе

9 органикалық қышқылдар ортасында, азық түлік ыдыстарын жасау үшін, алюминий тұрмыста да кең қолданыс табуда. Алюминийдің оттегіне үлкен ұқсастығы себепті металлургияда ашытқы ретінде сондай-ақ бірқатар металдар (хром, ванадий, кальций литий жəне басқалары) жəне олардың оксидтерін алюмотермиялық əдіспен қалпына келтіру жолымен металдар алуға қолданады. Тауарлы алюминийдің тазалығы ГОСТ-қа сəйкес болуы керек. Алюминийдің аса таза маркасы А999 құрамында 99,999% алюминий бар жəне негізінен ғылыми-зерттеу жұмыстарында пайдаланылады. Халық шаруашылығында алюминийдің жоғары тазалықтағы маркалары А995, А99, А95 (99,995-99,95% Al) жəне техникалық тазалықтағы маркалар А85, А8, А7, А6, А5 жəне А0 (99,85-99,0% Al). Халық шаруашылығының кейбір салаларында жəне техникаларда ең кең қолданысты, негізі алюминий-мыспен, кремниймен, мырышпен, марганецпен жəне басқалармен қосындыланған қорытпалар алуда. Өнеркəсіпте алюминийдің 60 аса қорытпалары белгілі. Дайындамалар мен бұйымдарды өндіру тəсілдеріне байланысты алюминді қорытпалар екі топқа бөлінеді:формасын өзгерткіш (деформаланғыш) жəне құйылатын қорытпалар. Формасын өзгерткіш алюминді қорытпаларды əуелі кесекке құйып алады, кейін кесектен жарты өнім жəне қысып-соғу, тығыздау, қызыдру жəне басқа да əдістермен өңделген бұйым алынады, (қысыммен өңделетін алғашқы дайындама (заготовка) сондай-ақ ұнтақты металлургия əдісімен алыну мүмкін). Құйылатын қорытпаларға, олардан дайындалатын бұйымдар үлгі түріндегі (фасон) əдістерімен құйылып жасалатындар жатады. Алюминий жəне оның қорытпалары қолданылады: ғарышта, металлургияда, химияда, автоөндірісте, авиаконструкцияларда, теміржол транспортында, машинажасауда; электротехникада кабель, шинопровод, конденсатор жасау үшін; құрылыста, көпірлерде, металдық конструкцияларда; ядролық энергетикада, радиоэлектроникада, радиолакацияда; алюминді бояу; ыдыс-аяқ жасауда; əскері техникада, кеме жасауда;бронемашиналарға, танктерге, ракеталарға деталь жасау үшін; авиабомбада,снарядтарда. Кеннің сипаттамасы жəне жалпы алюминий өндірудің схемасы. Алюминийдің жер қойнауындағы ең кең тараған түрі оттегімен жəне кремниймен қосындылары. Бұл қосындылар, алюминді кен бокситтер, нефелиндер, алунидтер жəне басқалардың құрамына кіреді. Алюминий өндіру үшін бүгінгі күнге дейін негізінен бокситтер саналады, олар тау жыныстары түрінде де кездеседі. Негізгі массасын алюминийдің гидрооксидтары, кремнийдің, темірдің, титанның жəне басқалардың гидрооксидтері құрайды. Бокситтерде барлығы 40 астам химиялық элементтер табылған. Алюминий гирооксидтері минералдар түрінде қатысады: гиббсит Al2O3 3H2O, бемит жəне диаспор Al2O3 H2O. Соған сəйкес бокситтерді гиббситті, гиббситті-бемитті, бемитдиаспорлы жəне диаспорлы деп бөледі. Бокситтер құрамындағы сазбалшық Al2O3 жəне кремнеземмен SiO2 болып сипатталады. Құрамында сазбалшық көп болып кремнийлі оксиді аз болса, соғұрлым бокситтің сапасы жоғары, сондықтан олардың сапасын Al2O3 мен SiO2 мөлшерінің ара қатынасымен бағалау алынған, оны кремнийлі модуль деп атайды. Бокситтердегі орташа сапа 40-45% Al2O3 жəне олардың кремнийлі модулі 5-8. Жоғары сапалы бокситтердегі Al2O3 мөлшері 50% асады, ал олардың модулі тең. ТМД-да ең белгілі бокситтердің кен орындары Тихвинский Ленинград облысында, Солтүстік жəне Оңтүстік Оралда, Торғайда жəне бірқатары Солтүстік Қазақстанда деп есептеледі. Көптеген бокситтердің сапасы біршама жоғары емес (кремнийлі модулі 3-4). Жоғары сапалыға (модулі11-12) ие бокситтер Солтүстік Орал кен орындарында. Алюминий өндірудің маңызды шикізаты болып нефелиндер саналады. Нефелинді жыныстардың кен орындары Кольский түбегі, Краснояр өлкесі мен Кемеров облысында, сондай-ақ Арменияда, Қырғызыстанда жəне басқа аудандарда. Кеннің құрамына (Na, K)2O Al2O3 2SiO2 нефелин (негізгі минерал), апатит, далалық шпаттар жəне басқа да минералдар кіреді. Апатит мөлшері жоғары кен нефелинді жəне апатитті шоғырлар құрай отырып, флотацияға ұшырайды. Нефелинді кендерде жəне шоғырларда Al2O3 мөлшері 25-30% жəне сазбалшық сондай-ақ сода, поташ жəне цемент өндірудің шикізат көздері

10 болып табылады. Апатитті шоғырлардан фосфоритті тыңайтқыштар алынады. Алунидтар минералдардың сульфатты класына жатады. Онымен бірге алунидтің негізгі минералдары (Na, K)2SO4 Al2(SO4)3 4Al(OH)3, алунитті кендерде кварц, каолинит, жəне басқа да минералдар қатысады. Оларда Al2O3 тің мөлшері жоғары емес (20-22%), бірақ олар комплексті шикізаттар ретінде қызығушылық тудырып отыр, өйткені олардан тек сазбалшық қана емес, сондай-ақ күкіртті ангидрид жəне сілті алуға мүмкіндік болады. Алунитті кеннің кен орындары Өзбекістанда, Закарпатьеде, Азербайджанда бар. Алюминий жоғары химиялық активті металдарға жатады, сол себептен ол табиғатта байланыс түрінде кездеседі. Алюминий оттегінен жəне кремнийден кейін ең коп таралған химиялық элемент. Академик А.Е.Ферсманның мəліметтері бойынша алюминийдің 250-ге жуық минералдары бар,олардың ішінде 40% астам алюмосиликаттар. Алюминийдің оттегімен жəне кремниймен қосылыстары ең коп жердің қыртысында таралған. Алюминий өндірісінде негізгі шикізат ретінде бокситтер саналады. Ол қатты кеуекті тау жынысы, оның негізгі массасы алюминийдің гидроксиды, кремнийдің, темірдің, титанның оксидтері жəне басқа қосындылары. Бокситтің құрамында 40 химиялық элементтер табылды.бокситтің түстері: ақ, қара-қоныр, қызыл-қоныр, қызғылт. Гидроксид алюминийдің минералдары: гиббсит (гидраргиллит) А12О3 3Н2О, бемит жəне диаспор А12О3 Н2О. Осыған сəйкес бокситтердің түрлері: гиббситті, гиббсит-бемитті, бемитдиаспорлы жəне диаспорлы. Кен орындары: Тихвинск Ленинград облысында, Северо- жəне Южноуральское, Торғай жəне Солтүстік Қазақстан. Бұл бокситтердің сапасы жоғары емес, олардың кремнийлі модулі 3-4 тен. Североуральскийдегі кен орындағы бокситтердің сапасы жоғары болып келеді, олардың кремнийлі модулі тен. Нефелин маңызды шикізат алюминий өндірісінде.кен орындары: Кольский түбегі, Краснояр аумағы, Кемеров облысы, Армения, Киргизия. Кеннің құрамында нефелин(негізгі минерал), апатит, далалық шпат жəне басқа минералдар бар. Құрамында жоғары мөлшерде апатиті бар кенді флотация арқылы нефелин мен апатитті концентратті бөліп алады. Нефелинді кендерде жəне концентратта 25-30% А12О3 бар, ол шикізат ретінде қолданылады алюминий өндірісінде. Алунит сульфат класс минералдарына жатады. Негізгі минералы алунит, бірақ та алунит кендерінде кварц, каолинит жəне басқа минералдар бар. Кендегі А12О3 мөлшері жоғары емес (20-22%). Кен орындары: Узбекистан, Закарпатье жəне Азербайджан. Кен орындары шет елдерде: АҚШ, Аргентина, Бразилия, Румыния, Югославия, Индия, Греция,Австралия, Африка, Корея. Нефелинді өндеген кезде алады: сазбалшық, сода(νа2со3), поташ (К2СО3) жəне цемент. Апатитті концентьраттан фосфорлы тынайтқыш алады. Алунитті өндеген кезде алады: сазбалшық, кукірт ангидридін жəне сілті. α-корунд - сирек кездеседі, одан асыл тастар жасайды: рубин, сапфир. Əдебиеттер 1 [7-250]; 7 [7-263]. Бақылау сұрақтары: 1.Алюминийдің негізгі қасиеттері жəне оны қолдану салалары; 2.Алюминийдің маңызды кендерімен минералдары; 3.Алюминий өндірісіндегі кендердің сипаттамасы; 4.Алюминий қорытпаларының бұйымдары жəне оларды дайындау әдістері; 5.Алюминді кендерді өңдеу кезіндегі галлийдің таратылуы. 3-ші дəріс. Сазбалшық өндірісі Алюминий өндіру үшін пайдаланылатын сазбалшық жеткілікті түрде таза болуы керек. Ондағы қоспалардың рұқсат етілген мөлшері көп болмауы, % (масса бойынша):

11 SiO2 0,02-0,2; Fe2O3 0,03-0,08; Na2O 0,4-0,6 керек, қыздыру кезінде оның жоғалуы 0,8-1,1%, сазбалшықтың əртүрлі маркалары үшін, көрсетілгеннен аспауы керек. Сазбалшықтың тазалығына қойылатын мұндай жоғары талаптарды былай түсіндіруге болады, бірқатар қоспалар (кремний, темір жəне басқалар) электролиздеу кезінде алюминиймен бірге бөлініп катодта, оны ластайды. Кейбір қоспалар (сілтілі металдардың оксидтары, су) жүргізіліп жатқан элетролиздегі фторлы тұздардың қосымша шығынына апарады. Өнеркəсіпте сазбалшық алудың əртүрлі тəсілдері қолданылады, мұндайда бастапқы шикізаттың құрамына жəне алдымен ондағы кремнезем мөлшеріне байланысты. Сілтілі автоклавты тəсіл (Байер тəсілі) Байер тəсілін бокситтерді өңдеу үшін қолдану, құрамында аз мөлшерде кремнезем бар, яғни кремнийлі модулі 6-7 кем емес сəтте орынды. Бұл əдіс, К.Н. Байермен Ресейде ХІХ ғасырдың аяғында ашылған. Бокситтерді сілтісіздендіруге дайындау операциясы оларды ұсақтау мен ұнтақтаудан тұрады. Ұсақтау дəрежесі (немесе ұнтақ түріне) шамамен 1,5-нан 0,05 мм дейін, бұл оксидтердің қасиетіне байланысты. Ылғалды ұнтақ тəсілмен жүреді, ол үшін диірменге айналмалы ерітінді жəне сілті жіберіледі. Осылай алынған пульпаны Байер тəсілінің негізгі операцияларының бірі бокситтерден сазбалшықты сілтісіздендіруге жібереді. Əдетте сілтісіздендіруді, қысымның 3 мпа дейінгі жəне температураның С кезінде жүргізеді, мұнда да бокситтердің типіне байланысты: гиббситті бокситтер үшін төменгі температура мен қысым, ал диаспорлы бокситтер үшін көбірек мөлшерлер қолданылады. Байер əдісі тұйықты жəне үздіксіз циклде жүргізіледі.байер əдісінің негізінде мынадай қайтарымды реакция жүреді: А1(ОН)3 + ΝаОН ΝаА1(ОН)4. Сонымен бірге кремнезем ерімейтін тұнбаға өтеді. Басында ол улы натрмен реакцияланады: SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O. Кейін пайда болған натрий силдикаты натрий алюминатымен əрекеттесіп, реакция бойынша ерімейтін натрийдің гидроалюмосиликаты пермутит алынады: 2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O=Na2O Al2O3 2SiO2 2H2O+4NaOH. Реакцияда көрсетілгендей кремнеземнен тазарту сілті мен сазбалшықтың жоғалуымен бірге жүреді. Сондықтан классикалық Байер тəсілі құрамында кремнезем мөлшері жоғары бокситтерді өңдеу үшін ұсынылмайды. Бокситтерде қатысатын темір мен титан оксидтары оларда тұнбаға өтеді, біріншісі оған қызыл қоңыр түс береді сондықтан оны қызыл шламдар деп атайды. Бокситтерді сілтісіздендіру автоклаваларда жүргізіледі, ол өзі жоғары температура кезінде жоғары қысымға төзімділік ету қабілеті бар, болаттан жасалынған ыдыс. Сазбалшық өндіру кезінде 8-11 тізбектеле қосылған автоклавалардан тұратын батареяларда бокситтерді үздіксіз сілтісіздендіру кең қолданылады.

12 Боксит Ұсату Біркелкілеу Ұсақтау Ерітінділеу Қоюландыру Әктас Жаңа сода Қойылтқыштың ағызы Қызыл шлам Сүзілу Шикіқұрамды дайындау бөлімі (Күйежентектелу сұлбасы) Алюминат ерітіндісін суыту Декомпозиция Al(OH) 3 бөлу және жуу Күйежентектелу Ерітінділеу Төл ерітінді Алюминий гидрокисі Буландару Гидрокисті жуу Қор Шламды бөлу және жуу Айналымдағы сілтілі ерітінді Кальциндеу Алюминат ертіндісі Қызыл шлам Тауарлық алюминий тотығы Кремниден ажырату Оксалаттар Na 2CO 3*H 2O Үйінді (сары сода) Ақ шламды жуу және бөлу Таза конденсат ЖЭО Кремниден бөлінген және Ақ шлам сүзілген алюминат ерітіндісі Сурет 1 Байер-күйежентектелу əдісімен сазбалшық өндірудің принципті технологиялық схемасы. Пульпаны автоклаваларға түсуден бұрын, бірінші сатыдағы сепаратордың құбырлы қыздырғыштарынан шығатын бумен шамасы 1500С дейін қыздырылады. Пульпаны қысымның 2,5-3,5 мпа кезінде, керекті температураға дейін соңғы қыздыру бірінші автоклавада жүргізіледі, оған күшті бу жібереді. Пульпаның басқа қалған автоклавалармен жылжуы кезінде, онда жоғарыда атап көрсетілген сілтісіздендіру процесі жүреді. Батареяның соңғы автоклавасынан пульпа тізбектеліп қосылған екі сепараторға (немесе өзі булағышқа) түседі. Бұл болатты ыдыстар, мұнда қысымның төмендеуі жүреді, мысалы біріншіде 20 шамамен 0,8 мпа дейін жəне екіншіде 0,15 мпа дейін. Қысымның тым жылдам төмендеуі себепті, сеператорға түскен пульпа қайнайды жəне салқындатылады. Мұндайда (1- сатыдағы сепаратордан) пайда болған буды пульпаны

13 қыздыруға жəне (екінші сатыдағы сепаратордан) шыққан суды шламды шаюға пайдаланады. Сілтісіздендіру нəтижесінде, натрий алюминаты ертіндісі мен қызыл шлам бөлшектерінен тұратын, автоклавты пульпа алынады. Қызыл шламның бөлінуін жақсарту үшін, оны шаятын сумен сұйылтады жəне ерітіндінің кремнийсіздендіру жағдайында қойылтуға жібереді, яғни қызыл шламды тұндыруға. Əдетте операцияны көп ярусты қойылтқыштарда жүргізеді. Қойылтқыштарда ажыратылған қызыл шламды біренше рет шаяды жəне үйіндіге жібереді. Алынған алюминатты ерітінді мөлшері шамамен Al2O г/л сүзгіленеді жəне келесі операцияға жіберіледі. Ол декомпозиция (немесе бұрау) деп аталады. Декомпозициялау процесі, анықталған жағдайлар кезінде ыдырайтын алюминатты ертініділердің қасиеттеріне негізделген: NaAl(ОН)4 = Al(OН)3 + NaОН. Натрий алюминатының келтірілген ыдырату реакциясы жүру үшін, ерітіндінің температурасын С дейін төмендету қажет жəне сұйытылып «затравка» қосу керек. Процесті жылдамдату үшін ерітіндіге мол мөлшерде жаңа тұндырылған алюминий сулы тотығы «затравка» қосады. Реакцияның жүру барысын анықтайтын маңызды фактор болып, сондай ақ сілтілі ертінідегі натрий алюминатының құрамына кіретін жəне бос мөлшерінің жиынтығы саналады. Осы сілтінің мольдік концентрациясының ерітіндідегі сазбалшыққа қатынасы каустикалық модуль деп аталады. Процестің басындағы ерітіндідегі каустикалық модульдің ыдырауы шамамен 1,6-1,7 құрауы керек, ал каустикалық модуль 3,4-3,7 жеткенде процесс аяқталады. Процестің ұзақтығы сағат. Декомпозицияны декомпозер деп аталатын аппараттарда жүргізеді.. Декомпозициялаудан кейін пульпа ерітіндіден гидроксидті бөлу үшін, қойылтқышқа түседі, алынған гидроксид класталады, былайша айтқанда тұнбаның өнімдік бөлігі, ол негізінен 50 мкм ірілеу бөлшектерден тұрады. Оны жуады, сүзеді, сосын ақырғы операция кальцинациялауға жіберіледі. Ал гидрооксидтің ұсақ фракциясын алюминатты ерітіндіні декомпозициялау кезінде «затравка» ретінде пайдаланады. Кальцинацияны алюминий гидрооксидін сусыздандыру жəне сазбалшық алу үшін жүргізеді. 1,5 сағат гидрооксидті 11000С дейін қыздырады. Мұндай кезде мынадай процестер жүреді: Al(OН)3 AlOОН γ-al2o3 α-al2o3. Алюминий гидрооксидінің сусыздануы температуралардың С аралығында аяқталады. Ұсақ көлемімен жəне жоғары гигроскопиялары кристалдарымен ерекшеленетін γ-модификациясындағы Al2O3 құрайды. Əрі қарай С аралығындағы қыздыру кезінде бұл модификация жарым жартылай (30-40%) α- модификациясын Al2O3 (корунд) айналады. Мұндайда сазбалшық кристалдарының іріленуі жүреді жəне ол тіпті гигроскопиялы емес. Кальцинациялау үшін барабандары кірпіштермен футерленген, ұзындығы 50 м жəне диаметрі 2,5-5 м дейін болаты айналмалы құбырлы пештер қолданылады. Барабанның айналу жылдамдығы 1-2 айн. мин. Пісіру тəсілі. Тəсілдің мəні алғашқы материалдарды жоғару температурада пісіру жолымен пісіріндіні алу, онда натрийдің алюминаты қатты фаза түрінде, оны əрі қарай сілтісіздендіруге жіберу. Осы тəсіл бойынша жоғары кремнийлі бокситтерде (кремнийлі модулі 6 кем) жəне жоғары мөлшердегі Fe2O3 бар нефелиндерде өңдейді. Пісіруге кететін шығын, алынатын сазбалшықтың өзіндік құнының 50% дейін құрайды. Нефелинді əктаспен пісіру диаметрі 3-5 м жəне ұзындығы 190 м дейінгі айналмалы құбырлы барабанды пештерде жүргізеді. Пешке пульпаны құю арқылы газдағы шығатын жағынан беріледі, мұндағы температура шамамен С пулпа жылдам кебеді жəне біртіндеп С дейін қыздырылады. Шихталардың қызу барысына қарай реакция жүреді, яғни нефелин əктаспен əрекеттеседі: (Na, K)2O* Al2O3*2SiO2+4СаСО3=(Na, K)2O* Al2O3+2(2СаО*SiO2)+4СО2. Осы реакция нəтижесінде нефелиннің құрамына кіретін Na2О жəне K2О сазбалшықтың алюминатқа өтуін қамтамасыз етеді, ал кальцийдің оксиді кремнеземмен байланысып аз еритін екі кальцийлі силикат құрайды. Алынған пісіріндіні тоңазытқыштарда

14 салқындатады, бөлшектейді жəне сілтісіздендіруге жібереді. Пісіру пешінен шыққан газдар шаңнан тазартылады, сосын пісіруге қайтарылады, ал газдардың қалған бөлігі құрамында СО2 бар қосымша тазалаудан кейін карбонизациялау тəсілімен алюминатты ерітіндіні ыдыратуға жібереді. Пісіріндіні ыстық сумен сілтісіздендіру процесі, онда алюминаттарды ерітумен жүреді. Екі кальцийлі силикаттың мол бөлігі шламға түседі. Бірақ алюминаттармен əрекеттесу себепті ол біршама ыдырайды жəне бөлінетін кремнезем ерітіндіге гидросиликаттар түрінде өтеді. Сонымен қатар, ерітіндідегі каустикалық модульдің жеткіліксіз кезінде алюминаттардың ыдырауы жүруі мүмкін, бұл Al2O3 жоғалуына əкеліп соғады. Ерітіндінің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін, сілтісіздендіруге шайынды судың қоспасын С кезінде декомпозициялаудан алынған сода сілтілі ертінді жіберіледі. Əдетте нефелинді пісіріндіні сілтісіздендіру, оны ұнтақтаумен қатар жүргізіледі жəне сондықтан мұны шарлы немесе өзекті диірмендерде жүргізеді. Сілтісіздендіру нəтижесінде алынған алюминиатты ерітіндіні кремнийден тазалудың бірінші сатысана ал бемитті шлам шайылғаннан кейін цемент өндірісіне жіберіледі. Сода Боксит Әктас Ұсату Ұсату Шикіқұрамды дайындау Күйежентектелу СО 2 газы Күйежентек Күйежентекті ұсату Ерітінділеу Алюминиат ерітіндісі Кремниден ажырату Қызыл шлам Үйінді Қойюландыру және сүзу Ақ шлам Алюминат ерітіндісі Карбондау Қоюландыру және сүзу Содалы ерітінді Гидрат Буландыру Жуу Су Al(OH) 3 Кальциндеу Өндіріс сулары Алюминий тотығы

15 Сурет 2 - Бокситті пісіру əдісімен өндеудің принципті технологиялық схемасы. Алюминатты ерітінді, кремнийден ажырату үшін кремнийсіздендірудің екі сатысынан өтеді. Бірінші саты автоклаваларда атқарылады, онда ретініді С дейін 1,5-2 сағат бойы қыздырылады. Мұндай өңдеудің нəтижесінде кремнеземнің ерімейтін қосындысы алюмосилика түрінде құрылады, ол тұнбаға отырады жəне ақ шламдар деп аталдаы. Мұндай кезде, ерітіндінің кремнийлі модулі тен дейін жоғарылайдлы. Алюминатты ерітінді кремнийсіздендірудің бірінші сатысынан ақ шламды бөлгенне кейін бұл ерітіндіні ек ібөлікке бөледі. Бір бөлігін карбонизацияға келешекте декомпозицияға бағыттайды. Алюминатты ерітіндінің екінші бөлігін кренийсіздендірудің екінші сатысан бағыттайды. Онда С кезінде 1,5-2 сағат аралығында араластырғышта əктас қосып кремнийден тазалау жүргізеді. Алюминатты ерітініді мұндайда кремний модулі на аса болғанша кремнийсіздендіріледі. Бұлай ерітіндіні терең кремнийсіздендіру келешекте одан алюминий гидрооксидінің жоғары сапасын бөлу үшін, ал қалған ерітіндіден Na2CO3 кальцийланған тауарлы сода мен К2CO3 поташ бөлуге қажет. Ерітіндінің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін, сілтісіздендіруге шайынды судың қоспасын С кезінде декомпозициялаудан алынған сода сілтілі ертінді жіберіледі. Əдетте нефелинді пісіріндіні сілтісіздендіру, оны ұнтақтаумен қатар жүргізіледі жəне сондықтан мұны шарлы немесе өзекті диірмендерде жүргізеді. Сілтісіздендіру нəтижесінде алынған алюминиатты ерітіндіні кремнийден тазалудың бірінші сатысана ал бемитті шлам шайылғаннан кейін цемент өндірісіне жіберіледі. Алюминатты ерітінді, кремнийден ажырату үшін кремнийсіздендірудің екі сатысынан өтеді. Бірінші саты автоклаваларда атқарылады, онда ретініді С дейін 1,5-2 сағат бойы қыздырылады. Мұндай өңдеудің нəтижесінде кремнеземнің ерімейтін қосындысы алюмосилика түрінде құрылады, ол тұнбаға отырады жəне ақ шламдар деп аталдаы. Мұндай кезде, ерітіндінің кремнийлі модулі тен дейін жоғарылайдлы. Алюминатты ерітінді кремнийсіздендірудің бірінші сатысынан ақ шламды бөлгенне кейін бұл ерітіндіні ек ібөлікке бөледі. Бір бөлігін карбонизацияға келешекте декомпозицияға бағыттайды. Алюминатты ерітіндінің екінші бөлігін кренийсіздендірудің екінші сатысан бағыттайды. Онда С кезінде 1,5-2 сағат аралығында араластырғышта əктас қосып кремнийден тазалау жүргізеді. Алюминатты ерітініді мұндайда кремний модулі на аса болғанша кремнийсіздендіріледі. Бұлай ерітіндіні терең кремнийсіздендіру келешекте одан алюминий гидрооксидінің жоғары сапасын бөлу үшін, ал қалған ерітіндіден Na2CO3 кальцийланған тауарлы сода мен К2CO3 поташ бөлуге қажет. Алюминатты ерітіндіден карбонизациялау тəсілімен алюминийдің гидрооксидін бөлу былай жүреді. Ерітінді арқылы құрамында СО2 бар, тазаланған пеш газдары үрленеді. Карбонизация екі сатыда жүреді: 2NaОН + СО2 = Na2CO3 + Н2О, ΝаА1(ОН)4 А1(ОН)3 + ΝаОН. Осының нəтижесінде алюминатты ертінідінің каустикалық модулі азаяды, тұрақтылығы төмендейді жəне антрий алюминатыныңм ыдырау процесі жылдамдатылады. Процестің ұзақтығы 7-8 сағатты құрайды. Карбонизацияны цилиндрлі шынжырлы араластырғыштары бар карбонизаторларда жүргізеді. Бокситтерді пісіру тəсілімен өңдеу. Бокситтердің құрамында сілтілі металдар болмауы себепті, əктасты бокситтермен жəне ақ шламдармен жаңа сода енгізеді. Ылғалды шихталарды айналмалы құбырлы пештерде пісіреді, нефелинді пульпаларға қарағанда бокситті пульпалар едəуір сұйығырақ, сондықтан оны пештерге форсункалардың көмегімен шашыратып жібереді. Пештегі шихта С дейін қыздырылады жəне онда оксидтар содамен, əктаспен əрекеттесіп мына төмендегі реакция жүреді: Na2CO3 + А12О3 = Nа2О А12О3 +CO2;

16 Na2CO3 + Ғе2О3 = Nа2О Ғе2О3 + CO2; 2CaCO3 + SiО2 = 2СаО SіО2 + CO2. Пісіру нəтижесінде кеуекті (ұсақ саңылаулы) кесек пісірінді мен пештік газдар алынады, оны шаңнан тазалап нефелиндерді дəл осылай өңдеу кезіндегі карбонизациялау процесіне пайдаланады. Алынған пісірінді ыстық сумен сілтісіздендіру процесінде натрий алюминатының ерітіндісімен бірге жəне бір уақытта натрий ферритінің гидролизі кезінде сілті құрылады: Νа2О А12О3 + 4Н2О = 2ΝаА1(ОН)4 Улы натр ерітіндіге өтеді ал темір оксиды тұнбаға отырады. Бірақ егер бұл сілті қажетті модульді алу үшін жеткіліксіз болса онда сода қосады. Ерітіндіге натрий алюминаты жəне сілтімен бірге біршама мөлшерде Na2SiO3- натрий силикаты түрінде кремнезем өтеді, сондықтан нефелинді өңдеген сияқты ерітіндіні кремнийсіздендіру қажет. Құрастырылған тəсілдер Сазбалшық алудың бұл тəсілі Байер тəсілімен пісіру тəсілін құрастыруға негізделген. Құрастырудың негізгі мақсаты Байер тəсілі цикліндағы жоғалған сілтінің орынын пісіру тəсілімен алынатын алюминатты ертіндідегі сілтімен толтыруға негізделген. Осының нəтижесінде жоғары мөлшерде кремнезем бар бокситтерді өңдеу үшін автоклавты сілтілі сілтісіздендіруді пайдалану мүмкіндік екені белгілі болды. Бірақ Fe2O3 мөлшері орташа болуы шарт. Автоклавты процестің пісіру процесімен үйлесуі екі вариантта іске асуы мүмкін: қатарлы жəне тізбектелген. Құрастырылған тəсілдің қатарлы варианты кезінде төменгі құрамдағы SiO2 (4-5%) тұратын жоғары сапалы бокситтерді Байер тəсілімен өңдейді, ал жоғары кремнийлі бокситтер 12-16% SiO2 немесе нефелиндер пісіру əдісімен өңделеді. Мұндай кезде өндірістің бірқатар тармақтарында жекелеген операциялар болмауы мүмкін. Мысалы пісіру тармағында карбонизациялау жəне кальцинациялау операциялары алынып тасталуы мүмкін, ал алюминатты ерітініділер келешекте өңдеу үшін Байер тармағына жіберілуі мүмкін. Бұл кезде Байер тармағындағы сілтінің жоғарылауы пісіру тармығынан алынатын кальцийланған содамен орынын толтырады. Əдебиеттер 1 [37-127] 7 [61-314] Бақылау сұрақтары: 1. Байер тəсілі бойынша бокситтерден сазбалшық алу схемасына қандай негізгі переделдар енеді; 2. Алюминатты ерітіндіні декомпозициялау деген не; 3. Пісіру тəсілі бойынша нефелиндерден сазбалшық схемасына қандай негізгі переделдар енеді; 4. Нефелинді пісіру əдісімен өңдеген кезде қандай өнімдер алынады; 5. Сазбалшық алудағы құрастырмалы тəсілдердің қандай вариантарын білесіз. 4-ші дəріс. Гидрохимиялық əдіспен (Пономарев -Сажин) сазбалшықты өндіру жəне сазбалшық технологиясының келешекте дамуы Сазбалшық. Al өндіру үшін қолданылатын сазбалшық тез электролитте еру жəне оның құрамында кремний, темірдің оксидтерінің аз мөлшерде болуға тиісті, себебі олардың потенциялы он болып келеді, олар катодта электролиз уақытында шөгеді Al бірге, оның сапасын төмендетеді. Сондай-ақ сазбалшықта сілтілі жəне жер сілтілі металдардың окситтері болмау тиісті, себебі олар АІЃ3 мен əрекеттесіп электролитте ыдырайды, оның құрамын өзгертеді. Калий оксиді көмірдің футеровкасына өтіп, ваннаның жұмыс істеу мерзімін қысқартады. Егерде сазбалшықтың құрамында 0,33% сода көп болса, онда электролиттін мөлшері көбейеді, ондай электролитті ваннадан төгу қажет, ол кезде Al дің

17 өзіндік құны өседі. Сондай-ақ сазбалшықта ылғал болмауға тиісті, себебі су криолитпен əрекеттесіп фторлы сутегін түзеді, ол дегеніміз қосымша фториттердің шығынына əкеледі. Сазбалшықтың екі түрі белгілі: біріншісі: 2 3 a - Al O немесе корунд; екіншісі :γ-αι2о3. Жылтқан кезде 9000С жоғары 2 3 g - Al O өтуін бастайды 2 3 a - Al O, 12000С бұл өтуі процесс аяқталады. Сазбалшықтың физика-химиялық қасиеті анықталатын технологиясына жəне шикізатқа байланысты. Шет елдерде физикалық қасиет бойынша сазбалшық үш топқа бөлінеді: 1) шаң-тозаңды (европалық немесе ұнтақты); 2)құмды (америкалық); 3) қыздыруға жеткізбеген (аралық). АҚШ, Канада, Батыс Европа сазбалшықтың құмды түрін қолданады. ТМД-да қыздыруға жеткізбегенді қолданады. Электролизге мынандай көрсеткіштер əсер етеді: электрэнергияның шығыны, сазбалшық, анод, фторидтер, жұмыс зонасының ауасындағы шаң-тозаң, фтор ұсталу сапасы құрғақ газды тазалау кезіндегі. γ- сазбалшықтың еру жылдамдығы, a - сазбалшыққа қарағанда жоғары, ол анықталған, егерде 2 3 g - Al O -ті электролитке батырған кезде, ол тез арада 2 3 a - Al O өтеді. Сазбалшықтың аралық құрамы оның жылдам еруіне əсер етпейді, ал электролиттің температурасы жоғарлаған сайын С дейін еру жылдамдығы жеті есе өседі.алюминий алынатын сазбалшықтың құрамына мынандай талаптар қойылады: TiO2 +V2O5 + CrO3 + MnO = %: қыздырған кезде жоғалу 0,6-1,2%. Нефелинді жыныс ылғалды ұнтақтан кейін əк таспен араластырылады, сілтілеуге автоклавқа жіберіледі, температурасы 2800С, сілтілеу уақыты 10 минут. Каустикалық модулі жəне концентрациясы Na2O-ның 30 жəне 400г/л тен. Сілтілеуден кейінгі пульпаның a к =10. CaO:SiO2=1: a - Al O ерітіндіге өтуі 90%. Шламды бөліп жуып шаюдан кейін алынған алюминатты сілтілі ерітіндіні кремнийсіздендіріп буландырады концентрациясы 400г/л. 2 3 a - Al O. Кристалдау 800С-ден 300С дейін, сағат араластыру арқылы жүргізіледі. Алюминат натрийдің кристалдары сүзгіштерде бөлінеді. Алюминат ерітіндісінің к a =1,7-1,8. Шикізат жəне сазбалшықтың сапаларының жоғарлату үшін жаңа технологияларды келешекте енгізу қажет. Шикізаттын сапасы жоғарлау үшін байыту əдістерінің механикалық жəне химиялық екеуінің бағыттары қатарласа дамуы қажет. Қазіргі кезде химиялық əдіс арқылы байыту зертханалық жəне өндірістік тəжірибе түрінде зерттеулер жүргізілуде. Соңғы кезде күрделі мəселе шешілген алюминий мен кремнийдің иондарын толық бөлуге мүмкіндік бар. Алюминатты жүйелерде эффективті кальций бар реагенттер қолданумен. Төменгі сапалы алюмосиликаты минералды шикізаттарды өңдеген кезде технология бойынша жоғары сапалы сазбалшық алуға болады, бұл əдіс шешілген мəселеге негізделген. Бірқатар өндірісте жаңа технологиялар енгізу мəселесі қарастырылған. Əдебиеттер 6 (79-118, ) 7 (5-345). Бақылау сұрақтары: 1.Гидрохимиялық əдіспен сазбалшық өндірудің технологиясы; 2.Шикізатты ыдыратудың шарттары; 3.Нефелинді сілтілеу кезіндегі технологиялық параметрлері; 4.Алюминат натрийдің кристалдау ережелері; 5.Алюминидің гидроксидін декомпозиция əдісімен алу. 5-ші дəріс. Фторлы тұздар жəне криолит өндірісі. Криолитті қышқыл əдісімен өндіру

18 Таза фторлы тұздар қолданылады жеңіл металдар металлургиясында, оның арасында ең маныздысы криолит 3ΝаҒ А1Ғ3 немесе Νа3А1Ғ6. Криолит жалғыз еріткіш болып саналады, ол сазбалшықты электролиздеу кезінде электролиттік жолмен алюминий алу үшін.электролиттік жолмен алюминий алған кезде фторлы алюминий жəне басқа фторлы тұздар керекті қоспа ретінде беріледі. Криолитке қойылатын талаптар: криолиттің құрамында аз мөлшерде темірмен кремний болуға тиісті, себебі электролиз кезінде олар катодқа алюминий мен бірге шөгіп, алюминийдің сапасын төмендетеді; молярлық арақатынасы фторлы натриймен фторлы алюминийдің үш тен кем немесе үшке тен болуға тиісті. Криолиттің екі түрі бар: 1. табиғи, 2. жасанды. Табиғи грек тілден аударғанда мағнасы «мұзды иас». Ылғалды кезінде ол мұзға ұксас, егерде бір бөлшегін суға салсақ, ол судан көрінбейді, себебі, су мен криолиттің сыну көрсеткіштерінің жақындығынан. Криолиттің тығыздығы 3г/см3, қаттылығы 2,5; оның түстері: түссіз, ақ қарлы, қызғылт жəне қара түрі сирек кездеседі. Кен орындары: Гренландия; ТМД-де: Орал Елмен тау. Жасанды криолит.негізгі шикізат ретінде плавикты шпат немесе флюорит қолданылады.плавикты шпаттың түстері: ақ, қара болып келеді; тығыздығы 3,1 3,25г/см3, қаттылығы 4. Плавикты шпаттың қоры жер қыртысында едəуір. Кен орындары: Забайкалье, Орта Азия. Шикі плавикті шпатының құрамында қоспа ретінде - əктас, кремнезем, аллюминиймен темірдің оксидтері кездеседі. Ең бірінші плавикті шпатты алынатын орындарында байытады немесе зауытта. Плавикті шпатты байыту үшін қолданылатын əдістері се мен жуу, флотация жəне басқа əдістер. Шикі плавикті шпатты байытқан кезде алынатын концентраттын құрамында 96% СаҒ2. Сазбалшықты электролиздеу жəне алюминий алу үшін криолит Na3AlF6, фторлы алюминий AlF3 жəне фторлы натрий NаF қажет. Оларды əдетте қышқылды тəсілмен, бастапқы шикізат ретінде плавикті шпат СаF2, күкірт қышқылын, алюминийдің гидроксидін Al(ОН)3, кальцинирленген соданы Na2СО3 пайдалана отырып алады. Криолитті қышқыл əдіспен өндіру. Дозалау жəне араластыру Плавикті шпаттың концентратын немесе таза байытылмаған материалды ұнтақтаудан кейін концетрациялы қукірт қышқылымен питатель-араластырғышта араластырады.араластырғыштың жұмыс істеу дəрежесі плавикті шпаттың сапасына байланысты. Араластырғыштан плавикті шпат қүкірт қышқылымен араласқан айналмалы цилиндрлі реакционды пешке жіберледі, онда ол ыдырайды.процестің температурасы : пештің бас жағында , пештің соныңда С, уақыты 2 сағат. Келесі операция фторлы сутегін сору, ол процесс жүргізіледі сору башняда.ластанған плавикті қышқылды кремнийсіздендіреді, ол процесс темірлі чанда жүргізіледі. Криолитті пісіру, ол үшін таза плавикті қышқылға қосады гидроксид алюминия пульпа түрінде жəне сода ерітінді түрінде. Криолитті пульпаны сүзеде барабанды вакуум-сүзгіште, сүзілген криолитті пастаны кептіреді барабанды кептіргіште температурасы С. Процесті екі сатыға бөлуге болады. Бірінші сатыда плавикті қышқыл алынады: CaF2+H2SO4=CaSO4+2HF (200 0С дейін). Екінші саты плавикті қышқылдың тұздарын өндіруге негізделген. Криолит алу үшін, плавикті қышқылдың ертіндісін алюминийдің гидроксиді мен соданы араластырады. Құрылған пульпа қорыту деп аталатын операцияға ұшырау барысында мынадай реакция жүреді: 6HF+Al(OH)3=H3AlF6+3H2O, 2H3AlF6+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2+3H2O. Криолит тұнбаға түседі, оны жақсылап сүзеді, жуады жəне С кезінде кептіреді. Фторлы алюминий алу үшін плавикті қышқылды толық алюминий гидроксидімен бейтараптандырады: 3HF+Al(OH)3=AlF3+3H2O, ал фторлы натрий содамен алу үшін: 2HF+Na2CO3=2NaF+CO2+H2O.

19 Қышқыл əдстің кемшіліктері: процестің зияндығы,себебі плавикті қышқыл алынады, ол күшті уландырғыш болып келеді;далалық шпаттың құрамында темірмен кремнеземның мөлшері аз бөлуға тиісті; аппаратуралар болаттан бөлу керек, ол қымбат;қукірт қышқылы қайтарылмайтын шығын. Криолитті сілтілі əдіспен өндіру Сілтілі əдіс зиянсыз əдіс. Криолиттегі темірмен кремнеземның мөлшері шектелмейді.аппаратуралар темірден жасалынады. Фторлы натрийді содамен алудын реакциясы: 2НҒ + Νа2СО3 = 2NаҒ + СО2 + Н2О. Криолитті сілтілі əдіспен өндірудің негізінде екі процесс жатады: 1. плавикті шпатты содамен жəне темірмен кремнийдің оксидтарымен пісіреді пісірінді алу үшін,құрамында фторлы натрий бар(сажиннан); 2. Фторлы натриймен алюминат натрийдің қосылған ерітінділерің карбонизацияға жіберледі криолитті алу үшін (Коксановта). Коксановтың берілген мəліметтері бойынша карбонизация мынадай схема бойынша өтеді. Белгілі ерітіндіден көмірқышқыл газ жіберілген кезде сілті бейтараптанады жəне натрийдің алюминаты ыдырайды.бұл кезде алюминийдің гидроксиді фторлы натриймен эрекеттесіп криолит жəне сілті түзеді.көмірқышқыл газды жібереді сілті содаға айналғанша. Алюминийдің гидроксиді фторлы натриймен эрекеттесіп криолит жəне сілті түзеді: 6ΝаҒ + ΝаА1(ОН)4 + 2СО2 = Νа3А1Ғ6 + 2Νа2СО3 + 2Н2О. Шихтаның құрамында далалық шпат, табиғи аморфты кремнезем жəне сода бар, далалық шпатпен кремнеземды ұнтақтайды, содан сон барлық компоненттерді араластырадыжəне айналмалы пеште пісіреді С. Алынған пісіріндіні ұсақтайды жəне ұнтақтайды одан кейін сілтілейді. Процестің параметрлері: температура С, уақыты 40 минөт, с:қ=10:1.сілтлеуден кейін алынатын ерітіндінің құрамында г/л ΝаҒ бар.ерітіндіні шламнан бөліп карбонизацияға жібереді.карбонизаторға бір уақытта СО2 мен алюминат натрия беріледі, криолит түзілу үшін. Карбонизацияның уақыты 7-8 сағат, температурасы С. Əдебиеттер 1 [ ]; 9 [7-29]. Бақылау сұрақтары: 1.Фторлы алюминийге жəне криолитке қойылатын талаптар; 2.Криолитті өндіру кезіндегі қышқыл əдістің кемшілігі; 3.Криолитті кептіру температурасы жəне аппаратура; 4.Жасанды криолитті алыдың əдістері; 5.Криолитті алудың шикізаттардың көздері. 6-ші дəріс. Электрод өндірісі Электролиттік тəсілмен алюминий алу үшін қажетті көмірлі бұйымдар алюминийдің ластануынан аман болу үшін құрамында айтарлықтай мөлшерде күл болмауы керек. Сондықтан бастапқы шикізаттар ретінде аз күлді қатты заттардан тұратын: антрациттің жақсы түрі, мұнайлы жəне шайырлы кокс, байланыстыратын шайырлы пек, айдаудан алынған аралық өнім, жұмсару температурасы С. Ұсақталған қатты құрастырушыларды ұшатын заттардан ажырату үшін, шамамен 13000С ауа жібермей қыздырады. Кейін балқытылған байланыстырғышпен араластырып керекті дайындамалық бұйымға тығыздалады. Сығымдалған дайындамаларды анықталған кесте бойынша, ауа қатыстырмай шамамен 200 сағат ішінде жоғары температурада 14000С дейін күйдіреді. Байланыстырғыштар күйдіру процесінде коксқа айналады. Нəтижесінде бұйым қажетті, қаттылықты, беріктікті жəне электр өткізгіштікті иеленеді. Электродтардың міндеті жəне олрдың классификациясы Электродтар арқылы электрпештегі шихтаға, электролизердегі

20 электролитке тоқ жүргізіледі. Электродтар көміртектес материалдардан жасалынады, сол себептен көмиртектес материалдар таза болуы тиіс. Электродтардың екі түрі бар: 1. Престелген күйдірілген; 2.Үздіксіз өзін күйдіретін. 1-ші түрі жасалынады:алынады усақ көмірдің бөлшектері, араластырады біріктіргіш көміртектес массамен. Ол масса «пек» деп аталады. Алынған жумсақ масса престеледі, содан соң күйдіріледі ауасыз. Алынған электродтың құрылымы үқсас бетонның құрылымына, грвий мен кұмның орнына усақ көмірдің бөлшектері, ал цементтің орнына пек. 2-ші түрі жасалынады: металл қаптаманың ішін толтырады шикі күйдірілмеген көміртектес массамен. Электропештен жəне электролизерден шығатын жылумен жəне электродтардан өтетің тоқпен электрод кокстеледі. Электрод жанып болған соң металл қаптаманы өсіреді, оның ішін шикі күйдірілмеген массаның жаңа порциясымен толтырады.графиттелген электродтарды престелген күйдірілген электродтарды термиялық жолмен өндеу арқылы жоғары температурада 25000С-да электропеште алынады. Престелген күйдірілген электродтар силикоалюминий өндірісінде қолданылады. Үздіксіз өзін күйдіретін электродтар алюминий өндірісінде қолданылады. Графителген электродтар жеңіл металдар металлургиясында, қара металлургияда, химиялық өндірісте, атомдық энергетикада қолданылады. Электродтарға қойылатын талаптар: 1. Жоғары температураға төзімді болуға тиісті; 2. Электрөткізгіштігі жақсы, механикалық мықтылығы жəне химиялық төзімді; 3. Электродтар арзан болу керек; 4. Электродтардың құрамында ұсақ ұшатын заттардың мөлшері аз болуға тиісті. Қатты көміртектес материалдар Қатты көміртектес материалдар көмірлі электродтар өндірісінде қолданылатындар бөлінеді: табиғи жəне жасанды. Табиғи, ол антрацит. Жасанды: термоантрацит, құймалы кокс(таскөмірлі), мұнайлі кокс жəне пекті кокс. Антрациттің құрамында 92-96% С, 3-4% үшатың заттар, тығыздығы 1,3-1,7г/см3, қаттылығы 3. Антрацит құнды шикізат, ол электродтар өндірісінде блокпен плиталар футеровка жасау үшін қолданылады. Термоантрацитті алады антрацитті термиялық өңдеу арқылы шахталы пеште температурасы С, антрациттің қабатынан бір уақытта судың буі жіберледі. Термоантрациттің құрамында 97-98%С, 0,3-0,75% үшатың заттар, 0,1-0,4% ылғал. Термоантрацит электротермиялық электродтар жəне катодты блоктар, плиталар жасауға қолданылады. Тас көмірді кокстеген кезде %С алады құймалы коксті, оның құрамында 85%С, 1,0-1,5% үшатың заттар, 8-15%күл. Құрамында күлдің мөлшері көп болғандықтан оны сирек қолданады.кейбірді катодтық блоктар жəне электротермиялық электродтар жасауға қолданады. Мұнайлі коксті мұнайды кокстеген кезде алады,оның түсі жылтыр қара жəне омырғыш болып келеді. Ол таза көміртектес шикізатқа жатады, ол негізгі материал болып саналады анодтарды өндіруге электролиттік жолмен алюминий алған кезде. Одан графиттелген электродтар жасайды. Пекті коксті тас көмірдің пегің кокстеген кезде алады. Сырт көзге мұнайлы кокске ұқсас.механикалық мықты болып келеді, құрамында үшатын заттардың мөлшері аз жəне оттегімен эрекеттесуде активті емес.ол құнды шикізат болып саналады анод жəне анодтық масса жасау үшін. Біріктіргіш заттар Электродтар өндірісінде біріктіргіш заттар ретінде қолданады, оларды тас көмірді құрғак айдау кезінде-пек жəне таскөмірдің шайырын алады. Біріктіргіш заттар үш топқа бөлінеді: Асфальтендер маңызды біріктіргіш заттың бөлігі болып саналады,оның құрамында кокстеуші көміртегі бар. Мальтендер, олар асфальтендерге еріткіш ретінде қолданады. Карбоидтар, олардың құрамында бос көміртегі бар. Электродтарды күйдіру кезінде, олардың жарығың азайтады. Пек ең негізгі біріктіргіш болып саналады электродтар

21 өндірісінде,олардың жумсақтау температурасы əртұрлі болады: жумсақ пек С, орташа С, қатты С. Жұмсақ жəне орташа пек біріктіргіш ретінде қолданады қоспасыз, қатты пек таскөмірдің шайырімен қоспа түрінде қолданады, оны шайырпек (смолопек) деп атайды. Зауытқа шикі таскөмірдің шайырі келеді, одан ылғал жəне үшатың заттарды кетірледі С. Электродтарды өндірудің жалпы технологиялық схемасы Қатты көміртектес материалдарды ұсақтайды, содан соң жоғары температурада қыздырады. Қыздырылған көміртектес материалдарды шарлы диірменде ұнтақтайды. Ұнтақталған қатты көміртектес материалдарды сұрыптайды, дозалап араластырады біріктіргіш затпен. Алынған шикі көміртектес массаны қалыпқы күяды немесе престейді гидравликалық престе. Престеуден кейін алынады «жасыл» электродтар, оларды 24 сағатқа қоймаға қояды, қажетті қасиеттерің (электрөткізгіштігін, механикалық мықтылығын жəне басқаларды) жақсарту үшін. Қатты көміртектес материалдарды қыздырады реторты немесе қүбырлы пештерде 13000С. Қатты көміртектес материалдарды ұнтақтау операциясы жəне содан соң сұрыптау жасанылады көмір бөлшектірінің əртүрлі дəннің іріліғің алу үшін. Ірі көмірдің бөлшектері майда көмірдің бөлшектерімен араластырылады жəне біріктіргіш қосылады, ірі бөлшектердің бос раларың толтыру үшін. «Жасыл» электродтарды күйдіреді камерлі пештерде ауасыз 14000С тəулік. Əдебиеттер 1 [ ]. Бақылау сұрақтары: 1.Электродтар алу үшін шикізат көздері; 2.Көмірлі электродтардың түрлері; 3.Электродтарды өндіру үшін қолданылатын шикізаттар; 4.Көмірлі электродтарды өндіру технологиясы; 5.Электродтарды қолдану салалары. 7-ші дəріс. Электролизбен алюминий алу Сазбалшықтан алюминийді электролиздеу арқылы алады, ерітілген балқытылған криолитте, құрамында натриймен алюминийдің фторлары бар, сондай-ақ бірнеше басқа да тұздар қосылған. Электролиттің құрамы криолиттік қатынасы жағынан осылай аталып сипатталады, яғни NaF нің мольдің концентрацияның, электролиттегі AlF3 ке қатынасы алынады. Таза криолит үшін Na3AlF6 немесе 3NaF AlF3 ол үшке тең. Егер ерітінді NaFпен байытылса, онда криолиттік қатынас 3-тен көп. Мұндай элетролит сілтілі деп аталады. Электролит AlF3 байытылса, онда қатынас 3-тен аз жəне оны қышқыл деп атайды. Алюминийді электролиздеу кезінде криолиттік қатынас 2,6-2,8 қышқыл электролиттер қолданылады. Электролиттің балқу температурасын жəне алюминийдің жоғалуын төмендету үшін кальцийдің СаF2 жəне магнийдің MgF2 фторидтары қосылады. Олардың ерітіндідегі жиынтық мөлшері 7-9% аспайды. Кендерді жəне шоғырларды алюминий алу мақсатында өңдеудің негізгі əдісі болып электролиттік əдіс саналады. Бірақ, сулы ерітіндіден алюминийді, оның тұздарын электролиздеу мүмкін емес, себебі, катодта сутегі бөлінуі, өйткені ол алюминийге қарағанда көп жоғары (+) оң потенциалға ие. Сазбалшықты электролиттік ыдырату процесін оның ерітіндісінде балқытылған Na3AlF6 криолитпен жүргізеді. Осы процесті іске асыру үшін, сазбалшық, криолит, фторлы тұздар (электролиттің құрамын түзету үшін), көмірлі электродтар, сондай-ақ көп мөлшерде электр энергиясы қажет. Электролиздеу процесін, электролизерлар деп аталатын алюминді ванналарда жүргізеді. Электролиздеу процесінде анодтың бетіне оттегінің бөлген тотығуы жүреді. Осының салдарынан анодтың төменгі бөлігі шамамен тəулігіне 2 см күйеді. Анод пен катодтың ара қашықтығын, ол 4-5 см, тұрақты ұстап тұру үшін, анодты əркез төмендетіп тұру керек. Тұрақты тоқ электролит арқылы өтіп оны қыздырады жəне С кезінде,

22 оны балқыған жағдайда ұстап тұрады. Температураны жоғарлату алюминийдің жоғалуын көбейтеді, сол себепті оның элеткролитте еруін жəне карбидтар (көміртегімен қосынды) құруға əкеледі. Температураны төмендету кезінде, электролитте қатты бөлшектер бөліне бастайды, бұл процесті күрделендіреді жəне электр энергиясының шығынын жоғарылатады. Ваннадағы электролиттің ашық бетінде жоғары қарқынды ауамен салқындату себепті, қатты қабыршық пайда болады, сондықтан электролиздің жүру жағдайына байланысты, периодты сазбалшық үлесін салып отырады. Электролиттің қатуы, сондай-ақ ваннаның бүйірлік бетінде де құрылады, бұл жылудың жоғалуын азайтып жəне электролизердің футеровкасын бүлінуден сақтайды. Ваннадағы электролиттің қалыңдық қабаты мм құрайды, ваннаның жалпы тереңдігі мм. Электролитте, электролит массасынан 6-8% сазбалшық ериді. Электролиттегі сазбалшық мөлшерін көтеру кезінде оның электр өткізгіштігі төмендейді, сол себепті электр энергиясының шығыны өседі. Балқытылған криолитті сазбалшықты электролит мынадай иондардан тұрады: Al3+, Na+, Ca2+, Mg2+, F-. O2-, AlO2 -, AlOF5 4- жəне басқалардан. Бұл иондар электролит арқылы тоқ тасымалдауға қатысады. Бірақ, электродтарда тек мынадай иондарға ғана разрядталады олар электродты потенциалдық мағынаға ие иондар. Катодта алюминийдің иондары, ал анодта оттегі иондары разрядталады. Қалған натрийдің, кальцийдің, магнийдің, фтордың жəне басқалардың иондары балқымада қалады. Көмірлі анодқа бөлінген оттегі көміртегімен əрекеттеседі, сонымен бірге СО жəне СО2-нің қоспасын құрайды. Осының нəтижесінде электролиздеу процесінде тек сазбалшықтың ыдырауы жүріп, мынадай жинақы реакция құрылады: Al2O3+3С=2Al+3СО 2Al2O3+3С=4Al+3СО2 Электролиздеу температуралары кезінде, электролиттің тығыздығына (2,1г/см3) қарағанда, балқыған алюминий едəуір жоғары (2,3 г/см3) тығыздыққа ие. Сол себепті, катодқа бөлінген алюминий ваннаның түбінде электролит қабатының астында қалады. Электролиздеу процесін ваннадағы кернеу 4-4,5 В кезінде жəне тоқ күші 50-ден 250 ка дейін жəне электролизердің қуатына байланысты жүргізеді. Электролиздеу барысында электролиттегі сазбалшықтың мөлшері ақырындап төмендейді жəне оның концентрациясы 0,5-1,5% жетуі бойынша «анодтық əсер» деген болады: ваннадағы кернеу алдымен ақырын, кейін секіріп-секіріп В дейін ұлғаяды; ашық жарқылдап сəуле беру байқалады (тұтану), бір түрлі шуыл пайда болады; электролиттің булануы күшейеді. Анодтық əсердің басталуын əдетте бақылаушы шамның жануы арқылы анықтауға болады. Оны жою электролитке сазбалшықтың тиісті бөлігін салып еріту арқылы іске асады. Мұндайда ваннадағы кернеу төмендеп, қалыпты электролиздеу жүрісі қалпына келеді. Анодтық əсер фторлы тұздардың жоғалуымен электр энергияны көп шығындауға əкеледі. Сондықтан анодтық əсердің аз болуын қарастырған жөн ол бір ваннада тəулігіне бір саннан аспауы керек, ал алдыңғы қатардағы бригадалар, мұндай əсердің болуын 3-5 тəулікте бірақ рет кездестіреді. Осы мақсатта ваннаға сазбалшық салу жиі (тəулігіне 10 ретке дейін) жүргізіледі, бұл «тұтану» болудың алдын алу болып табылады. Электролиттегі сазбалшықты еріту үшін, оның қабыршығын арнаулы машинаға орнатылған пневматикалық балғамен теседі, тағы да сазбалшық үлесін салып араластырады. Бірқатар зауыттарда ванналарға сазбалшық салудың (əр 4-8 сағат сайын) үздіксіз автоматтандырылған түрі меңгерілген. Электролиттік тəсілмен негізінен алюминийдің техникалық таза маркалары: А85 жəне А8 (99,85 жəне 99,8% А1) алынады. Өте жоғары тазалықтағы металл алу үшін, электролизердан алынған алюминийді тазалауға жібереді. Тазалаудың əртүрлі əдістері, сондай-ақ екінші алюминий өндірісі мен алюминийдің қорытпаларын балқыту өндірісінде де қолданылады. Металдық алюминийді жəне оның қорытпаларын тазарту Электролизденген алюминийді қоспалардан тазарту үшін, үш қабатты деп аталатын тəсіл қолданылады, ол электролиттік тазалаудың бір түрі.

23 Алюминийді балқытылған ортада тазалайды. Анод болып алғашқы алынған алюминийді пайдаланады, оған 30% Cu қосады. Осының нəтижесінде анодтық қорытпаның тығыздығы 3,5 г/см3-ке өседі жəне ол ваннаның түбінен қалқып бетіне шықпайды. Катод болып ваннаның бетіне жинақталған сұйық қабат, яғни тазаланған алюминий есептеледі. Бұл сұйық металдар қабатының арасында, балқытылған электролит қабаты жинақталған. Мұны қамтамасыз ету үшін, анодтық қорытпаның тығыздығына қарағанда электролиттің тығыздығы аз болуы керек, бұған жету үшін хлорлы барийдің фторлы алюминиймен натрий тұздарының қоспасы пайдаланылады, бұлардың тығыздығы процесс температурасы 2,7 г/см3 тең (мұндай жағдайда таза алюминийдің тығыздығы 2,35 г/см3). Катодты тұрақты тоқ көзіне қосқан кезде, эектролит арқылы анодқа тоқтың өтуі, анодта алюминий иондарының пайда болуына əкеледі. Ол катодқа бағытталып онда алюминийдің металл түрін бөледі, алюминийге қарағанда мұндай элементтер теріс электронды (Mg, Na, Ca), анодтан электролитке өткенімен катодқа, электролиттегі алюминий иондарының жоғары концентрациясы сақталып тұрғанға дейін ештеңе бөлінбейді. Көптеген оң электронды элементтер (Si, Fe, Cu жəне басқалары) анодтан электролитке өте алмайды, өйткені анодтық қорытпада алюминий жеткілікті. Сонымен алюминийдің тазалығы 99,995% дейінгі (А995 маркасы) алынуы мүмкін. Электролиттік тазалау кезінде 1 тонна металға шамамен квт сағ электр энергиясы жұмсалады. Сондықтан үш қабатты тазалау құны едəуір қымбат жəне оны қолдану көлемі шектелген. Алюминий мен қорытпалар үшін, олардың негізінде балқыманы құрғатылған газдармен үрлеп тазалау жолы қолданылады. Тазалағыш газдар ретінде хлор, азот, аргон пайдаланылады. Тазаланылатын металдың жоғарғы бетінің тазалағыш газдармен жанасуы үшін, газдың сорғалап ағуын бөлшектеу, яғни ұсақ тамшыларға айналдырып жүргізіледі, ол үшін тазалағыш газды, кварцты немесе графитті құбырға орнатылған ұсақ тесікті керамикалы шашыратқыш арқылы жібереді. Осы құбыр арқылы газбен қорытпаларда үрленеді. Мұндай кезде металл ондағы еріген сутегінен тазартылады, нəтижесінде оның диффузиясы балқымадан тазалағыш газдың тамшысына өтеді. Бір уақытта металл емес қатты заттар, оларға қоса газ тамшыларының флотациялануы себепті ваннаның бетіне қалқып шыққан бөлшектерден (металда ерімейтін қоспалар мен басқа да оксидтардан) тазарту жүреді. Алюминий қоспаларының мол массасын терең газдан тазарту вакуумды тəсілмен жүргізу арқылы іске асуы мүмкін, яғни балқыманы қалған қысымы Па кезінде минут ұстау керек. Алюминді қоспаларды темірден, кремнийден жəне басқа қоспалардан (екінші қоспаларды ерекше) тазарту үшін, магнийлі тазалау тəсілі қолданылады. Қоспалармен ластанған металл 30% магниймен қорытылады. Мұндай қоспаларды балқыту температурасы шамамен 5000С, мұндай температура кезінде қорытпадан темірмен, кремниймен байытылған қатты фазалар бөлінеді. Оларды балқымадан сүзу арқылы ажыратады, артынан вакуумде магний айдалады. Айдауды вакуумды индукционды, конденсаторлармен қосылған пештерде жүргізеді. Қорытпа, қалған қысымы Па кезінде, пеште шамамен 850 0С-ге дейін қыздырылады. Мұндай жағдайда магний буға айналады жəне оның буы конденсаторларға өтеді, оның температурасы 2000С шамасында. Мұнда булар конденсацияланады жəне конденсаторлар камерасының қабырғаларында қатты магний отырады. Əдебиеттер 1 [ ]; 2 [ ]. Бақылау сұрақтары: 1. Алюминий ванналарының конструкциясы; 2. Алюминийді қандай тəсілмен тазартады; 3. Электролиздеу процесінде сазбалшықтың ыдырауы қандай қорытынды реакциямен жүре 4. Алюминийді электролиздеу процесіне анодтық əсердің ықпалы; 5.Электролизерларды қосу жəне күту.

24 8-ші дəріс. Алюминийді электролиз əдісімен өндіру Балқымалардың электролизі - металдарды тотықсыздандырудың салыстырмалы қымбат əдісі. Сонымен қатар, таза тотықтарды (немесе тұздарды) алу үшін ең алдымен күрделі өндеуден өтуі тиіс, содан кейін олар электролиз кезінде бастапқы шикізат түрінде қолданылады. Сулы ерітінділерден тотықсыздандыруға келмейтін металдарды балқымалардың электролиз арқылы алады. Бұл - сілтілі жəне сілтіліжер металдары, сонымен қатар алюминий, хром, титан, цирконий, торий, марганец жəне т.б. Балқымалардың электролизі кезінде судың ыдырауымен байланысқан жанама реакциялар жоқ болуы керек, өйткені жоғары температура кезінде сілтілердің жəне тұздардың балқымалары иондарға жақсы диссоцацияланады. Олардың иондары сулы ерітіндідегі гидратталған иондарға қарағанда қозғалғыштығы жоғары, ал электрондардың өтуінің жəне химиялық реакциялардың артық кернеуі жоғары температура кезінде үлкен емес. Балқымалардың электролиз процесі электролиз өнімдерінің жоғары химиялық белсенділігімен, олардың ауадағы газбен əрекеттесу мүмкіндігімен, ванна дайындалатын электролит пен материалдармен күрделенеді. Сол себепті электролиздің əрбір нақты жағдайы үшін тəжірибе жүзімен ваннада минималды кернеу кезінде тоқ бойынша жоғары шығысты қамтамасыз ететін неғұрлым оптималды жағдайлар табылған. Сурет 5 - Криолит-сазбалшықты балқыма электролизімен алюминий өндірудің технологиялық схемасы

25 Балқымалардың электролизінің мысалы ретінде алюминий алудың өнеркəсіптік процесін қарастырамыз. Жылдан жылға алюминий жəне оның негізіндегі балқымалардан халық тұтыну тауарларының ассортименттері кеңеюде. Пола Эру (Франция жылдары) жəне Чарльз Холлдың (АҚШ жылдары) 1886 ж. Бірінші патенттерінің пайда болған уақыттан бері металдық алюминийді алудың жалғыз өнеркəсіптік əдісі ретінде 7.1- суретте көрсетілген сұлба бойынша балқыған криолитте Na3AlF6 еріген алюминийдің тотығын (Al2O3) электролиттік ыдырату болып табылады. Өнеркəсіпте электролит негізінен фторлы алюминийімен байытылған криолитсазбалшықты балқымасынан тұрады, олардың қасиеттері қосып алғанда 8-10%-дан жоғары болмайтын əртүрлі химиялық қосылыстардың қоспаларымен жақсартылған. Электролитке қоспа ретінде CaF2, MgF2, LiF, NaCl қосылыстары кеңінен қолданылады. Қоспаны қосудың мəні балқу температурасын жəне электролит тығыздығын төмендету, оның электрөткізгіштігі жəне аққыштығын жоғарылату болып табылады. 1 - сазбалшық салуға арналған бункер; 2 - шегелер; 3 - қатқан электролит қабығы; 4 көмірлі катод; 5 сұйық анодты масса; 6 - жартылай қатқан анодты масса; 7 кокстелген анодты масса; 8 газ шығатын тесік; 9 - сұйық алюминий Сурет 6 - Сазбалшықтың криолиттегі балқымасынан алюминий алуға арналған электролизёрдің схемасы:

26 Құрылымы мен қуаттылығы əр түрлі болатын қолданыстағы алюминийлі электролизер анодты жүйеден, катодты құрылғыдан, орамалардан (анодты жəне катодты) жəне тіректі метал құрылымдардан тұрады. Электролизер құрылғысының схемасы 6 шы суретте көрсетілген. Ваннаның сырты корпусы болаттан жасалған, ішкі жағынан оны шамотты кірпішпен қапталған. Ваннаның тереңдігі см. Электродтар арасындағы қашықтықты өзгертумен температураны реттейді ( С кезінде электродтар арасындағы қашықтық 4-5 см. құрайды), электролит ваннаның қабырғасында жəне жоғары жағында қатады, ол жылуберілісті төмендетіп, ваннаның қаптамасына балқыманың əсер етуінен сақтайды. Терең емес шахта - электролизер ваннасы электролитпен толған. Электролитке көмірлі массадан жасалған анод (5-7) түсірілген, катод (4) ретінде ванна табанындағы көмірлі табақша қызмет етеді (жұмыс барысында катод ретінде сұйық алюминийдегі табан табақшада түзілетін қабат болып табылады). Анодқа жəне катодқа (табақшаға) тоқ өткізгіш орама арқылы беріледі. Көрсетілген негізгі түйіндерден басқа, элетролизерлар сазбалшықты енгізу үшін бункермен (1), түзілетін газдарды шығару үшін арнайы құрылғылармен жабдықталған (8). Анодты массаны арнайы күйдірілген кокстан (70%) жəне күлділігі төмен көмірден (30%) дайындайды. Көмірлі массаны брикет түрінде анодтың алюминийлі қорапшасына енгізеді. Анодтың үстіңгі жағы жұмсарады (5), ал ортасынан (6) ұшқыш заттар ұшып кетеді жəне жартылай қатты масса түзіледі. Анодтың төменгі бөлігінде (7), температурасы неғұрлым жоғары жерінде масса (коксталған масса) піседі. Анодқа тоқты жеткізу үшін болатты шеге (2) қағады. Анодтың түсі өзгеруіне қарай шеге алынып тасталып, анодтың үстіңгі бөлігіне қайтадан қағылады (өздігінен жанатын аноды жəне жоғарыдан тоқ берілетін электролизёрде). Анодтың жануына қарай тұрақты полюс аралық қашықтықты 4-5 см ұстай отырып, ол төмен түсіріледі, бұл кезде өздігінен жанатын көмірлі массаны қолдана отырып анодтың үстіңгі бөлігі өсіріледі. Криолитті фторалюминий қышқылының натрийлі тұзы Na3AlF6 ретінде ғана емес, сонымен қатар фторлы алюминийдің үш молекуласының қосылысы 3NaF AlF3 ретінде де қарастыруға болады. Фторлы натрийдің молекула санының фторлы алюминийдің молекула санына қатынасы балқымада криолитті қатынас деп аталады. Таза криолите ол үшке тең. Егер балқыған криолитке фторлы натрийдің бірнеше мөлшерін қосса, онда криолитті қатынас үштен көп болады, (мұндай электролиттер сілтілі деп аталады). Фторлы алюминийді криолитке қосқан кезде криолитті қатынас үштен аз болады жəне электролитті мұндай жағдайда қышқылды деп атайды. Электролиттің криолитті қатынасы электролиз процесінің ең маңызды технологиялық парметрлерінің бірі болып табылады. Алюминий өндірісінде қышқыл электролиттерді қолданады, олардың криолитті қатынасы 2,6-2,8. Электролиттің электрөткізгіштігі жəне сұйықаққыштығын жеткілікті болуын қамтамасыз ету үшін оның температурасын С аралығында ұстайды. Балқымадағы бар болатын иондардың ішіндегі электролиз процесінде катодта Al3+ катиондары оңайырақ тотықсызданады, анодта аниондар -2 AlO анағұрлым оңайырақ тотығады: 2AlO- - 2e = Al O + 1 O Балқымадағы тоқ құрамына Na+ мен F- иондары кіретін аниондармен тасымалданады, Бұл кезде анодты кеңістікте алюминий фториді, ал катодты кеңістікте - натрийдің фториді мен алюминаты жиналады. Бірақ балқыма өз бетінше қарқынды араласады жəне алюминат алюминий фторидімен əрекеттескен кезде қайтадан криолит жəне алюминий тотығы түзіледі: 3NaAlO + 2AlF = Na AlF + 2Al O Тоқ бойынша шығынның төмендеу себебі бір зарядты алюминий қосылысының түзілуімен балқымада алюминийдің еруі болып табылады, ол анодта қайтадан Al3+-ке дейін тотығады: AlF 2Al 3AlF 3 + = Сонымен қатар, алюминий анодта көміртегі тотығын (IV) көміртегіне дейін тотықсыздандырады, ол алюминиймен əрекеттеседі:

27 4Al + 3C = Al C Алюминийдің карбиді катодқа тұнбаға түсе отырып, кедергіні жоғарылатады. Тоқ бойынша шығын еріген алюминийдің натрий фторидімен əрекеттесуі нəтижесінде катодта металдық натрийдің түзілуі салдарынан төмендейді: 6NaF + Al = 3Na + Na AlF Ваннамен жұмысы кезінде алюминий тотығының концентрациясы 1-2%- ға дейін төмендейді жəне бір уақыттан екінші уақытқа дейін анодтың электролитпен жұғысуының төмендеуімен жəне тізбекте кедергінің жоғарылауымен байланысты «анодтық эффект» байқалады. Бұл кезде ваннадағы кернеу секірмелі 4-5 В-тан түрде В-қа дейін жоғарылайды, ол сазбалшықты (Al2O3 ) электролитке енгізу керектігін білдіретін белгі болып табылады. Электролиз процесінде түзілген газдардың құрамында көміртегінің тотықтары (II, IV), фторлы сутегі, сазбалшық кесектері, криолит жəне көмір күйіндісін құрғақ айдаудың өнімдері (көмірлі газдар) болады. Газдарды жинағышта сода ерітіндісімен жуу арқылы тазартады. Электролиз ваннасынан алынатын алюминий көбінде соңғы өнім емес, оны шикі алюминий немесе техникалық алюминий деп атайды. Оның құрамында (H2) газдары, сазбалшық, алюминий карбиді жəне нитриді, көміртегі жəне металдар (кремний, темір, мыс) түріндегі қоспалар болады. Газдан жəне металл емес қоспалардан тазартуды араластырғыш электропештерінде жүргізеді. Пештен шығарылған металды массасы 15 кг құймаларға (чушка) немесе массасы 35 кг вайербарстарға құю үшін үздіксіз құйғыш машиналардың ыдысына жібереді. Осылайша, криолитсазбалшықты балқыманың электролизі процесінен техникалық тазалығы 99,5-99,85% алюминий алады. Жоғары тазалықты металды (99,95-99,995% Al) техникалық металды электролиттік тазарту арқылы алады. Əдебиеттер 2 [ ]; 6 [41-68] 5 [ ] Бақылау сұрақтары 1. Анодтар жəне катодтар жасау үшін қандай материалдар, қандай қатынаста қолданылады? 2. Электролиттің криолитті қатынасы деген не? 3. Шығатын газдардың құрамы қандай, оларды қалай тазартады? 4. Электролиздің негізгі техника- экономикалық көрсеткіштерін атаңыз, шамалардың мəнін келтіріңіз. 9-ші дəріс. Алюминий өндірудің технологиясы. Электролизерлардың конструкциялары Алюминий өндірісі дамыған сайын алюминий электролизердің қуатты жоғарлай жəне конструкциялары жетілдіруі жүре бастады.алюминий электролизері мынадай негізгі элементтерден тұрады:катодтық құрылым, анодтық құрылым, ошиновкадан жəне газ ұстайтын жүйеден. Бірінші өндірістік электролизердін күйдірілген анодтары жəне катод болатпен қапталған түпсіз жəне көмірлі футеровкасы бар болатын. 30-шы жылдардан бастап үздіксіз өзін күйдіретін анодтар, оларға тоқ үстінгі жағынан берілетін электролизер қолданыла бастады жылдан бастап престелген күйдірілген анодтар қайтадан қолдана бастады жəне катодтық құрылымы өзгерді, қапталған катодтар түбі бар электролизер осы күнге дейін қолданылады. Электролиздік ваннаның екі түрі бар: 1. күйдірілген анодтары бар;

28 2. үздіксіз өзін күйдіретін анодтары бар; Электролизерға тоқ бүйірінен жəне жоғары жағынан беріледі. Электролиз ванналарды жұмысқа қосу. Күйдірілген анодтары бар ванналарды жұмысқа қосу мынадай операциялардан тұрады: 1. ваннаның футеровкасын кептіру 2. түбіндегі массаны күйдіру, ваннаның тегістеу үшін; 3. ваннаны жұмысқа қосу үшін күйдіреді, əсіресе түбін қып-қызыл болғанша, температурасы элктролиз температурасына жақын, не одан жоғары болу керек. Т=13500С. Ваннаның түбіне ұсақ көмір салынады, оның қабат биіктігі 3-4 см, көмірдің ірілігі 0,3-0,4 см, оның үстіне анодтар мықтылап орнатылады, оның үстін асбесті жапырақпен жəне темірмен жабылады, жылу шығып кетпеуі үшін. Одан кейін 1350С-да 1,5 тəулік ваннаны қыздырады. Жұмыс істеп тұрған ваннадан электролитті алып қыздырған ваннаның ішіне толтырады.анодтарды көтерген кезде электролиттің бетіне майда көмірлер қалқып шығады. Оны тесігі бар қасықпен жинап алады.үздіксіз өзін күйдіретін аноды бар ваннаны жұмысқа қосу мынадай операциялардан тұрады: 1. ванннаны қосуға даярлау; 2. анодты күйдіру; 3. ваннаны күйдіргеннен кейін қосу. Үздіксіз өзін күйдіретін аноды бар ванналарды жөндеуден кейін жұмысқа қосу өте күрделі процесс.ваннаның түбіне ұсақ көмір салынады,қабатының биіктігі см, көмірдің ірілігі 3-4 см, ваннаның бетін қаңылтыр темірмен жабады. Оның үстіне Al-ді қаптама орналастырады, оның ішіне анодтық массамен толтырады, оның ішіне тоқ өткізілетін штыр өткізіледі,еңкештігі тоқ тезірек өту үшін 3-4 тəулік жайлап тоқ беріп тұрады,толық тоқтың күші берілмейді.содан соң 3-4 тəулік өткеннен кейін тағы 3-4 тəулік тоқ толық беріледі.температурасы 9500 С.Содан соң ваннаның ішін тазалайды, ұсақ көмірді,күлді алып тастайды. Сол ваннаға жұмыс істеп тұрған ваннадан электролит толтырады. Электролиз процестің технологиясы. Бұл технология мынадай операциялардан тұрады: 1. саз балшықпен қорландыру; 2. анодты электродтарды бақылау; 3. Al-ді алып шығару; 4. электролит құрамына коррекция жасау. Жұмыс істеп тұрған ваннада электролиттің қатты қабыршық үстіне алдын- ала саз балшық салынады, ол кептіріледі жəне қыздырылады ваннадан шыққан жылумен жəне ваннаның жоғары жағынан шығатын жылудың жоғалуын азайтады.анодтық эффект пайда болған кезде төменгі вольтты лампочка жанады.бұл электролитте сазбалшықтың азаюын көрсетеді. Сол себептен пневматикалық шой балға арқылы қатты қабыршықты қопырады,балқып тұрған электролитке қабыршықпен бірге сазбалшықты салады.анодтық эффект пайда болған кезде ваннаның кернеуі В-тен В дейін өседі. Бұл эффект пайда болады анодпен электролиттің шекарасында,анод электролитпен нашар дымқылданатындықтан.электролитке сазбалшық салынған кезде ваннаның кернеуі бұрынғы қалпына келеді В. 4-8 сағат өткен сайын электролитке сазбалшық салынып тұрады рет тəулігіне анодтық эффект болуға тиісті. Анодты электродтарды бақылау жəне реттеу жұмыс істеп тұрған ваннада полюстік арақатынасты сақтау үшін жасалынады.күйдірілген анодтарды бəрін бір уақытта көтереді жəне бір уақытта түсіреді реттеу кезінде.əр анодты жеке реттеуге болады,ол үшін қол кран қолданылады.жанып кеткен анодты ауыстырады анодты эффекттен кейін,электролит суып қалмау үшін,өйткені жаңа анод аз жылытылады.үздіксіз өзін күйдіретін анодты ауыстырады: 1. Al-ді қаптамасын өсіреді; 2. Сол қаптаманы толтырады шикі күйдірілмеген анодтық массамен; 3. Қазықтарын (штыри) ауыстырады; 4. анодты реттейді.

29 Қазіргі кезде алюминий зауытында анодтарды автоматты түрде реттейді. Əдеттегі жұмыс істеп тұрған ваннадан Al-ді 2-3 тəулік өткен соң шығарып алады,алюминийдің бəрін алмайды, ваннаны қираудан сақтау үшін,саңылауларын толтыру үшін жəне ваннаның түбін тегістеу үшін. Бұл анодты реттеуге жеңілдетеді жəне тоқ шығыны өседі.ваннадан алюминийді вакуум ожау арқылы алады.вакуум ожаудың қақпағы бар,ол қақпақтар құбыр өткізіледі,құбырдың екінші жағы балқытылған металға салынады.вакуум ожауда болған кезде құбыр арқылы балқытылған металл ожауға толтырылады. Жұмыс істеп тұрған ваннада молярлық арақатынасы NaF мен AlF3 сақталуы тиісті. Коррекция күнде жүргізіледі.коррекция жасайтын материалдар сазбалшықпен бірге электролиттін үстінгі қабыршығына салынады.электролитке көп мөлшерде AlF 3 беріледі,себебі металдың жоғалуын азайтады,катодта аз мөлшерде металдық натрий шөгеді жəне футеровкамен электролиттің жұтуын азайтады. Жұмыс істеп тұрған ваннада кейбірде кедергі болады, мысалы: 1. Ванна ысып кетеді; 2. Ванна суып кетеді; 3. Анодтық əсер сөнбейді; 4. Электролит алюминийдің карбидімен ластанады. Оларды жою үшін жасалатын шаралар: 1. Полюстік арақашықтығын азайту керек жəне ваннадан металды алып шығудың мерзімін ұзарту керек жəне электролиттің құрамына коррекция жасалынады, анодтық əсерді болғызбау үшін. 2. Полюстік арақашықтығын кеңейту жəне 1-2 анодтық əсер болуы керек, электролитті жылыту үшін. 3. Анодты төменгі электролиттің қабатынан көтеру жəне уақытша тоқ күшін ванна сериясына азайту керек. Ваннаны жақсылап тазалау жəне жаңа электролитпен толтыру керек. Қазіргі кезде алюминий зауытында жабық ванналар қолданылады, оларда газ сорғыш құралдар бар, сол құралдар арқылы газдан құнды фторлы өнімдер тазартылады, содан соң қайтадан процеске жіберіледі. Электролиз техно логиясы. Күйдіру жəне электролизерды жұмысқа қосу процесі Үздіксіз өзін күйдіру анодты электролизердың алдын ала күйдіру процесінің мақсаты, ол катод жəне анод құрылғыларын қыздыру температурасының жақындатуы жұмыс істейтін температураға. Күйдірілген анодтарға күйдіру процесін қолданбайды. Тұрақты ток электролизерден өткен кезде Джоуль жылу пайда болады, ол күйдіру кезіндегі жылудың көздері. Электролизердің үздіксіз өзін күйдіру ток жоғары жағынан берілетін аноды. Күйдіру уақыты 45 сағат, ток күшін біртіндеп көтереді 6-10% жоғары жұмыс істейтін температуралардан жəне 30 сағатқа қалдырады. Жалпы күйдіру уақыты 75 сағат. Бұл кезде негізгі назар аударылады анод күйдіру процесіне. Тоқ күші жоғарлаған сайын анодтық масса анодтың табанынан бастап балқиды жəне кокстеледі. Кокстелген анод ақырындап көтеріле бастайды да, «пісіру конус» деп аталады. Күйдіру процесі аяқталған кезде, оның биіктігі 50 см-ге тен анодтың табанынан бастап.сол кезде анодтық масса беріледі, тек сұйық анодтық массаның денгейі 20 см-ден кем болмауға тиісті. Процесс аяқталған кезде электролизердің анод орналасқан түбінде температура 850º С тен төмен болмау керек. Күйдіру біткеннен кейін электролизерді жұмысқа қосу мынадай операциялардан тұрады: 1) анод айналасына жəне түбіне фторлы кальцийді салады ( кг), содан сон фторлы натрийді жəне жаңа криолитті ( кг); ваннаға сұйық электролит арнайы саңылаудан 20 мин (12т) беріледі. Бұл кезде анодтық эффект 1 сағат кернеуі 30В ұсталынады. Содан-сон ваннаға 6-12 сағат сазбалшық беріледі (4-6 т), ақырындатып кернеуді түсіреді 3 тəуліктің ішінде. Электролиттің коррекциялау материалдары фторлы натрий немесе содамен анодты эффект кезінде береді ( кг) (I =160KA саналады). Электролиттің жоғары жағы қатты қабыршық жəне ваннаның қабырғалары гарниссажбен жабылады. (электролиттің қатып қалған қабыршықтары). Гарниссаж ваннаның қабырғасын қираудан сақтайды. Күйдірілген

30 анодтары бар электролизердің күйдіру процесін жүргізу үшін түбіне майда кокс қабаты салынады. Бұл қабаттың үстіне анодтар орнатылады жəне ток беріледі. Т= ºС, уақыты 24 сағат. Күйдіру процесі аяқталғаннан кейін ваннаның түбін майда кокстен тазартады жəне электролизерді қосады жұмыс режиміне бүйірден жəне жоғарыдан ток беретін электролизерлер сияқты. Элетролизерлерді жұмысқа қосу. Бүйірден ток берілетін анод электролизерін жұмысқа қосуы тұрады:анодты шаң-тозаннан тазалау; содан сон анодтық массаны брикет немесе сұйық түрінде тəулікте бір рет беріледі; штырларды алу жəне қағу; анодтық раманы тарту (перетяжка). Штырлерді пневматикалық машинкамен көлденен бұрыштан қағады. Жоғарыдан тоқ берілетін анод электролизерін жұмысқа қосу бүйірден ток берілетінге ұқсайды. Күйдірілген анод бар электролизерді жұмысқа қосуы: анодтарды ауыстыру, анодтың рамаларын тарту. Анодтың жұмыс істеу мерзімі 30 тəулік. Əдеттегі мезгілде жұмыс істеп тұрған ваннаның электролиз кезіндегі параметрлері: электролиттің құрамы криолиттің ара қатынасына байланысты: К.О=NaF/AlF3=2,6-2,8; MgF2=3-5%;CaF2=2-4%; қоспаның құрамы 8% аспау керек масса бойынша; металдың денгейі электролизердің қуатына байланысты см; электролиттің денгейі см; анодтық эффект тəулігіне 1-2 рет 2минуттан артық болмауға тиісті; эектролизердің температурасы ºС; кернеу 4,5-5В; ванна түбіндегі кернеу 0,37В. Бұл параметрлерді бақылау үшін, мынадай методикалар қолданады: электролиттің құрамы кристалооптикалық анализдің 3 тəулігіне 1 рет; фторлы магнийдің, кальцийдің жəне натрий хлоридінің құрамы спектральды анализбен айына бір рет; электролиттің жəне алынатын металдың денгейін тексереді. Электролитке лом салады; белгілі бұрышқа электролиттің температурасын термопарамен өлшейді айына бір рет; кернеу вольтметр арқылы ваннаға орналасқан кернеуді өлшейді бір рет айына. Қазаіргі кезде бақылау автоматы түрде жүргізіледі. Əдеттегі жұмыс істеп тұрған электролизердың операциялары: 1) Сазбалшықпен қорландыру. 2) Анодты электродтарды бақылау. 3) Алюминийді шығарып алу. 4) Электролиттің құрамына коррекция жасау. Анодтық эффектіні жою үшін электролиттік қабыршығынан терезе жасайды, ағаш-рейка салу үшін. Ағаштың орнына электролитке құрғақ ауа немесе инертті газ беруге болады. Алюминийді ваннадан 2-3 тəулік өткесін 1 рет алады вакуум ожауымен. Бүкіл металл алынбайды, көп мөлшерде түбіне қалдырады. Себебі ваннаның түбі бүлінбеу үшін жəне ваннаның түбі тегіс болу үшін, анодтарды орналастыруға қолайлы жəне аумағындағы температуралары бір қалыпты болады. Вакуум ожаудың қақпағы бар, қақпақта түтікті труба өткізілген, трубаның екінші жағы балқыған металдың ішіне жіберіледі. Ожауда разряжение болған кезде металл труба арқылы ожауға толтырылады. Əдебиеттер 8[94-201] Бақылау сұрақтары: 1. Алюминий электролизерінің негізгі элементтері; 2. Алюминий электролиз технологиясының негізгі процестері; 3. Электролизерларды жұмысқа қосу технологиясы; 4. Жұмыс істеп тұрған электролизердің бұзылуы. 5.Анодтары бар электролизерларды жұмысқа қосудың технологиясы; 10-ші дəріс. Магний металлургиясы. Магнийдің физика-химиялық қасиеттері

31 Магнийді 1808 жылы Х. Дэви алғаш рет магнийлі амальгама түрінде алды жылы М.Фарадей магний хлоридін (MgCl2) электролиздеу арқылы, ал 1852 жылы Р. Бунзен осы əдіспен бұрынғыға қарағанда көп мөлшерде бөліп алды. Осылайша, магний өндірісінің негізі қаланды. Магнийді қолдану аймағы көбейген сайын, оны бөліп алудың электролиз жəне термиялық əдістері жетілдіріліп, басқа да жаңа жолдары ашыла бастады жылдары Ресейде П.П. Федотьев алғаш реет магнийді ірі масштабта алу үшін Əскери- химиялық комитетте шеберхана ұйымдастырды. Магний - күміс түстес ақ металл, атомдық массасы 24,3, оттегіне қатысты химиялық белсенділігі өте жоғары, хлормен де жылдам əрекеттеседі, сұйытылған минералды қышқылдарда тез ериді. Екінші негізгі топша элементтеріне жататын магний сілтілік-жер металдарының қатарында орналасқан. Периодтық кестенің екінші тобында негізгі металдар қатарында тұр. Сыртқы электрондық қабатында екі электрон бар, тотығу дәрежесі +2, металдық қасиеті бірінші негізгі топша элементтеріне қарағанда әлсіздеу. Рет саны өскен сайын оттегімен әрекеттесуі жеңілдейді, оксидтерінің негіздік қасиеті артады. Магнийдің маңызды физика-химиялық қасиеттері: Қатты магнийдің тығыздығы (25 0С), г/см3 1,74; Сұйық магнийдің тығыздығы (650 0С), г/см3 1,59; Балқу температурасы, 0С 650; Қайнау температурасы, 0С 1107; Меншікті электр кедергісі,ом см 4,5 10-6; Стандартты электродтық потенциалы, В (Mg2+/Mg) -2,34. Магний екінші негізгі топтың элементі болғандықтан оттегімен әрекеттесіп - МО; сутегімен әрекеттесіп - МН2 гидрид; азотпен әрекеттесіп М3N2 нитрид; галогендермен әрекеттесіп МГ2 галогенін; күкіртпен әрекеттесіп МS сульфид және т.б. түзеді. Mg барлық реакцияларда, белсенді тотықсыздандырғыш болып табылады. Ал суық сумен мүлдем əрекеттеспейді, ал ыстық сумен магний сулы тотығын түзе жəне сутек газын бөле əрекеттеседі, мысалы: Mg+2Н2О=Mg(OH)2+H2 (магнийдің бұл сумен реакциясы суық су болса жүрмейтін себебі сырты тотықты қабатпен қапталып қалады). Магнийдің карбонаты суда аз ериді, оның есесіне гидрокарбонаты суда жақсы ериді. Судың уақытша кермектілігін осы гидрокарбонаттар тудырады. Оны жою үшін суды қайнатамыз немесе бейтараптандырамыз. Магний сілтілік және сілтілік жер металдары сияқты оксидтер түзіп қана қоймай пероксидтер, асқын пероксидтер түзеді. Сілтілік ерітінділердің ішінде, əсіресе, сұйытылған сілтілермен магний мүлдем əрекеттеспейді. Тұздардың сулы ерітінділерінде (фторидтерден басқа) магний аздап коррозияға ұшырайды, хлорлы ерітінділерде ол көбірек корозияланады. MgO магний тотығы, балқу температурасы С, қайнау температурасы С, суда ерігіштігі көп емес 0,086 г/л (30 0С-де), қышқылдармен əрекеттеседі. MgCO3 магний карбонаты, тығыздығы 3 г/см3, 500 0С ыдырағанда магний тотығын жəне CO2 газын түзеді. MgSO4 магний сульфаты, С балқиды жəне ыдырайды, суда ерігіштігі 374 г/л (250 0С-де). MgCl2 магний хлориді, өте гигроскопиялық қосылыс, 714 0С балқиды, қайнау температурасы С, ерігіштігі 555 г/л (25 0С). Табиғатта кездесетін негізгі минералдары карналлит жəне бишофит, олардың құрамында MgCl2 түрінде болады. Магний көптеген металдармен қорытпа түзеді (алюминиймен, мырышпен, марганцпен, кремниймен жəне т.б.), олардың таза магнийден айырмашылығы механикалық қаттылығы жəне химиялық тұрақтылығы жоғары. Магнийлі қорытпалардан күрделі құймалар жасалады, олар механикалық, термо- жəне қысым арқылы өңдеуге төзімді болып келеді. Магнийлі қорытпалардың маңызды ерекшеліктері олардың тығыздығы аз (1,70 1,83 г/см3) болса да механикалық қаттылығы өте жоғары болуында. Қазіргі кезде ТМД елдерінің ішіндегі магнийдің ірі өндірушілері Березников (Ресей), Запорож (Украина) жəне Өскемен (Қазақстан) титан- магний комбинаттары жəне Соликам магний зауыты (Ресей) болып отыр. Алыс шет елдердің ішінде магнийдің ірі өндірушілеріне АҚШ, Норвегия, Канада, Италия, Франция, Жапония жатады. Əдебиеттер

32 3 [5-180]; 10 [ ]. Бақылау сұрақтары: 1. Сіз магнийдің қандай қасиеттерін білесіз; 2. Магнийдің физикалық қасиеттері; 3. Не себептен магний суық сумен əрекеттеспейді; 4. Магний күшті тотықсыздандырғыш бола ала ма, мысал келтіріңіз. 11-ші дəріс. Магнийдің қолданылуы жəне оны алудың шикізаттары Қазір қоспалар жиынтығының мөлшері 0,1-0,03 % көп емес бірінші магнийдің үш маркасы шығарылады. Алюминийдің қорытпалары сияқты, магнийдің негізіндегі қорытпалар құйылатын жəне формасын өзгерткіш (деформацияланатын) болып бөлінеді. Бірінші МЛ əріптерімен, екіншісін МА əріптерімен маркалайды. Екі топтағы қорытпалардың негізгі қоспаларының компоненттері болып марганец, алюминий, мырыш, цирконий жəне сирек жер элементтері саналады. Бұл компоненттер атап айтқанда алюминий (3-10 %) мырыш (0,5-5 %), цирконий (0,5-1 %) қорытпалардың беріктік сипаттарын жоғарылатады. Марганец (0,3-3 %) оның коррозияға төзімділігін жақсартады. Сирек жер элементтерімен қоспаланған қорытпалар: неодим (2-3,5 %), церий (3 %), сондай-ақ торий мен (1,5-3,5 %) өте жоғары қызудағы төзгіштік қасиеттермен ерекшеленеді, олар С кезінде жұмыс істей алады. Магнийлі қоспаларға 0,01 кейде 0,02 % дейін берилиймен қосса, жанудан қорғайтын тым мықты оксидті қабыршақтар құрайды. Магний қорытпалары соққыға төзімді, магнитті емес жəне соғылу мен үйкелу кезінде жарық (искра) шығармайды. Магнийлі қорытпалардың ішінде оның алюминиймен қосылған қорытпасы көп қолданылады. Олардан автомашиналардың, ұшақтардың, əуе кемелерінің, тік ұшақтардың бөлшектерін жасайды. Құрамында SiC немесе Al2O3 бар магинйлі қорытпалардан жасалған матрицалы композитті материалдар кеңінен қолданылып келеді. Металлургияда магнийді тотықсыздандырғыш ретінде қолданады (ванадий, хром, цирконий, титан, бериллий, гафний, уран металлургиясында). Соңғы жылдары магнийді көп қолданып отырған сала қара металлургия болып отыр. Балқытылған шойынға магнийді қосып, оның құрылымы мен механикалық қасиеттерін өзгертеді. Сонымен қатар, магнийді шойын мен болаттың сапасын жақсарту үшін десульфуратор ретінде де қолданады. Мысалы, АҚШ-та шойынның % -ын магний ұнтағымен немесе түйіршігі мен кальций тотығын қоса отырып десульфурациялайды. Химиялық өнеркəсіпте магнийдің ұнтағын органикалық синтез реакцияларына қолданады, гальваникалық элементтердің анодын жасайды. Пиротехникада, əскери істе қолданылатын себебі, магний мен оның қорытпалары жарық жəне жылу бөле жанады. Сол үшін олар түрлі жарықтандарғыш жəне жанғыш снарядтар мен бомбалар жасауға қолданылады. Магний тотығы резеңке қоспаларды жасауда толықтырғыш ретінде, мұнай өнімдерін тазалауға, магнезиалды цемент алуға, отқа төзімді магнезитті кірпіш алуға қолданылады. Асбест 2MgO 2SiO2 2H2O жылу- жəне электрөткізбейтін қоспалар, арнайы қышқылға- жəне отқа төзімді маталар мен құрылыс материалдарын жасауға қолданылады. Бұдан басқа, магнийдің қорытпалары тербелісті жақсы сіңіру қабілетіне ие. Осылардың барлығы, оларды транспортты машиналарын жасауда, əсіресе авиация мен ракета техникаларында қолдануға болатынын айқындады. Магнийді алудың қазіргі таңда белгілі болған негізгі тəсілдеріне тоқтала кетейік. Электролизмдеу жолымен магнийді, оның тұздарын сулы ерітіндіден алу мүмкін емес, өйткені катодқа магний емес сутегі бөлінетін болады, яғни катодтағы сутегі иондарының разрядталу потенциалынан, электрохимиялық айтарлықтай теріс шамада. Сондықтан, магнийді оның балқытылған тұздарынан электролиздеу жолымен бөледі. Магний алу үшін негізгі шикізат түрлеріне магнезит, доломит, карналлит жəне бишофит жатады. Негізгі табиғи магнезит болып MgCO3 қосындылары есептеледі, сондай-ақ кварцты,

33 сазбалшықты темірдің оксидтері жəне басқада қоспалар қатысады. Магний өндіру үшін каустикалық магнезит пайдаланады, ол магнидің оксиді MgO, оны табиғи магнезитті С кезінде күйдіру жолымен алады. Доломит - тау жынысы, негізгі қосындылар ретінде CaCO3 MgCO3 тұрады, сондай-ақ кварцтың, кальцийдің, гипс қоспалары жəне басқалар қатысады. Магний алу кезінде оны магнезит сияқты, алдын-ала күйдіреді, нəтижесінде магний оксиді жəне кальций оксиді қоспасы пайда болады. Карналлит - кристалды зат MgCl2 KCl 6H2O. Құрамында натрий, калийдің қоспалары жəне бром т.б. бар. Карналлитті жеке тазалау үшін оны байытуға жəне гидрохимиялық өңдеуге ұшыратады, нəтижесінде жасанды карналлит деп аталатын зат алынады. Ол магний өнеркəсібі үшін шикізат болып табылады. Бишофит MgCl2 6H2O қосындылары түрінде. Табиғи карналлитті өңдеу кезінде алады. Осы күнгі өнеркəсіпте магнийді екі тəсілмен өндіреді: электролитті жəне термиялық. Бірінші тəсіл кең таралады. Электролиттің негізі ретінде хлорлы магний жəне карналлит пайдаланады, əрі олар сусыз болуы керек. Карналлитті сусыздандыру екі сатыда жүреді. Бірінші сатыда, оны ыстық газдар ағынымен ақырын С, ұзындығы м жəне диаметрі 3-3,5 м, құбырлы айналмалы пештерде қыздырады. Екінші сатыда, ол электрлі пештерде карналлитті балқытады, онда бөлінетін жылу балқытылған карналлит арқылы өтетін тоқтың əсерінен балқыма С қыздырылады. Мұндай кезде, оның толық сусыздануымен қатар, магний оксиді өлшемінің тұнуы, сондай-ақ магний сульфатынан тазалау жүреді. Балқытылған карналлитті пештерден құйып алып электролиздеу цехына жібереді. Бишофитті да сусыздандыру осылай екі сатыда жүргізеді. Бірінші саты айналмалы құбырлы пештерде, температураның, оның қайнау температурасынан (1060С) төмен кезде, ал екінші саты шахталы электрлі пештерде, хлорлы сутегінің HCl ағынында хлорлы магнийді балқыту арқылы жүргізіледі. Сусыз хлорлы магний алудың бір арзан тəсілі - каустикалық магнезитті хлорлау, ол тікелей магнийлі зауыттарда жүргізіледі. Магнийдің оксидін шахталы электрлі пештерде хлорлайды. Пеш цилиндр формасында, шамалай кірпіштермен футерленген. Пештің төменгі бөлігіне екі қатарлы көмірлі электродтар (əр қатарда үштен) орналасқан. Электродтар арасындағы кеңістік көмірлі брикеттермен (цилиндр түрінде) толтырылады, осы арқылы электродтардан шығатын ток өтеді. Брикеттер электрлік кедергілер сияқты, шамамен 10000С дейін қыздырылады. Брикеттер қабатының бетінде арнайы сұқпасы бар. Артқыш құралдың көмегімен шихталарды артады. Пешке хлор фурмалар арқылы беріледі, олар екі қатарлы электродтардың арасына орнатылған, пеште реакция жүреді: MgO+C+Cl2=MgCl2+CO2 MgO+CO+Cl2=MgCl2+CO2. Пайда болған хлорлы магний пештердің астына жиналады, оны летка арқылы, беті тығыз жабылатын ожауға құйып алып, сол ыдыспен электролиздеуге тасымалданады. Сусыз хлорлы магнийді де солай, титан өндіру кезінде қалдықтар түрінде алады, бұл қалдықтар, яғни бір титанды-магнийлі комбинат аумағындағы магний өндірісінде пайдаланады. Хлорлы магнийді электролизерлерде іске асырылады. Шамамен футерленген ваннаға графитті плита түріндегі анодтар жəне болат табақтан жасалған катодтар орнатылған. Электролит құрамын былай таңдайды, яғни электролидтің қысымы, сұйық магнийдің қысымынан көп болуы керек. Сондықтан катодтан бөлінетін сұйық магний электролидтің бетіне тамшы түрінде қалқып шығады. Анодта хлор бөлінеді, ол ваннаның бетінде қалқыйды, бірақ ол ваннадан ажыратады. Хлор мен магнийдің əрекеттесуіне жəне анод пен катодтың тұйықтасуын болдырмау мақсатында ваннаға диафрагма деп аталатын, бөліп тұратын қалқан орнатылады. Анодтың кеңістіктегі хлорды құбыр бойымен ағызып, мысалы каустикалық магнезит хлорлауға немесе бишофитті сусыздандыруға пайдаланады. Электролизден магнийді алу əдетте, тəулігіне бір реттен сирек емес вакуумды ожаудың көмегімен атқарады. Ваннаның түбінде электролиздеу процесінен, шлам құрай отырып магний оксидінің бөлшектері жəне басқа да қоспалар тұна бастайды.

34 Оларды ажырату үшін арнаулы апарат вакуум-ожау қолданылады. Электролит ретінде MgCl2, CaCl2, NaCl жəне KCl тұздар қоспасы қолданылады, олар электролиттің қажетті қасиеттерін қамтамасыз (тығыздықты, балқу температурасы, электроөткізгіштік жəне жабысқақтық) етеді. Катодтан магнийдің біршама мөлшерін алу мақсатында, сондай-ақ аздаған мөлшерде NaF, CaF2 қосады. Хлорлы магнийдің ыдырау барысына қарай, ваннаға жабық ожаудан оның жаңа үлесін құяды. Электролит құрамы нашарламас үшін, оқтыноқтын оны түзетіп отырады, ол үшін ваннадан пайдаланған электролиттің бір бөлігі шығарылады. Электролизді С кезінде жүргізеді. Ваннадағы кернеу 5,5-7,5 В, тоқ күші 150 ка дейін. Электр энергиясының шығыны 1 т магнийге квт/сағатқа тең. Магний хлоридтерін сусыздандру əдістері. Бишофитті құрғату. (МgCI2.6H2O). Бұл əдіс екі сатыда жүргізіледі: 1-ші сатыда құрғату айналмалы құбырлы пеште жүргізіледі, жанған отын газымен Температура молекула су кетеді(мgci2. H2O).1 сатыдан кейін 20 22% су, кейбірде 5 6% су қалады. 2-ші сатыда айналмалы құбырлы пеште жүргізіледі, хлорлы газды атмосферада Т0 4500, алынатын өнімнің құрамы :90%МgCI2 ; 4-5%МgО;0,1 0,15%H2O. Карналитті құрғату. Бұл əдіс екі сатыда жүргізіледі: 1 ші сатыда, айналмалы құбырлы пеште Т жүргізіледі. МgCI2 пештен шығу кезінде температурасы H2O 3 5 %; МgО 2 3 %. 2-ші сатыда үздіксіз жүмыс істейтін электр пеште температура С жүргізіледі. Алынатын өнімнің құрамы:48-52 % МgCI2; 0,65-0,75 % МgО, бұл карналлитті электролиз цехына жіберіледі. Магнезитті хлорлау. Негзгі реакция : МgО + CI2 МgCI2 + 0,5О2. Бұл порцесс шахталы электр пештерде жүргізіледі, қазіргі уақытта ҚҚП(КС) пештер қолданылады, температура пештер жаксы жүмыс істеу үшін магнезит фракциасымен кокстың фракциясы бірдей болу керек. Электролиттің физика химиялық қасиеті жəне құрамы Электролит ретінде қолдануға болар еді жалғыз балқытылған магний хлоридін, бірақта, балқу темперетурасы жоғары электр өткізгіштігі төмен, көп мөлшерде үшады. Тұтқырлығы жоғары, гидролизденеді, осы қасиеттері үшін қолдануға болмайды. Электролиттік жолмен магний алу үшін күрделі құрамды электролиттер қолданылады.жəне үш- төрт компоментті электролитер, олар, сусыз магний, каллий,натрий,калыций,,барий хлоридтер қолданылады. Бастапқы шикізаттың құрамын, оның дайындау технологиясын жəне алынатын өнім сапасын анықтаганнан кейін электролиттін құрамын таңдайды. Электролиттік жолмен магний алу үшін электролитке қойлатын талаптар: магний хлоридін жаксы ериту, тұтқырлығы жəне үшқыштығы аз болуға тиісті, ылғалмен, ауамен, ваннанын футеровкасымен аз əрекеттесу, балқытылған магний жақсы дымқылдануы, жеткілікті электрөткізгіштігі. Электролизерді сусыз карналлитпен қорландырған кезде калийлі электролит қолданылады, оның құрамы 75% КCI ; 15 % NаCI ; 10 % МgCI2. М агний ваннада қолданылатын электролит екі компонентті, оның құрамында сілтіліі металдардың хлоридтері жəне CаCI2 жоқ,оның құрамы:13%мgci2; 87%LіCI.Бұл электролиттің электрөткізгіштігі үш есе жоғары үш компонентті электролитке қарағанда ваннадағы кернеуді жəне электр шығынын төмендеуіне мүмкіндік береді. ρ2 компонентті электролиттің 1,472 г/см3 тең, р балқ Мg 1,572 г/см3 тең, МgCI2 ні электролиздеу кезінде балқытылған Мg ваннаның түбінде жиналады, алюминий сияқты. Электролиз кезіндегі магнийдің жоғалуының үш себебі.: 1. магнийдің электролитте еруі; 2. ерітілген магниймен металдық магнийдің анодтық хлормен əрекеттесуі.; 3. уақытша катодтық потенциялдың жоғалуы, себебі, магний электролите ионды түрінде болады.ол қалқып электролиттің үстіңгі жағына шығып катодпен байланысы үзіледі металдың нашар қосылуынан. Бұл кезде жақсы əсер етеді,фторидттердің қоспалары: NаF, CаF2, олар ток шығынын жоғарлатады,магнийдің тамшыларының өсуіне жəне катодта үсталуына көмектеседі. Жарамсыз қоспалар: ҒеCI3, олар ток шығынын төмендедеді жəне көп мөлшерде шлам пайда болады. Əдебиеттер: 8 [ ];

35 9 [74-122]. Бақылау сұрақтары: 1.Магнийдің қолданылу саласы; 2.Магний қорытпалары, олардың қолданылуы; 3. Магний алу үшін қандай негізгі шикізаттар түрін пайдаланылады; 4. Магнийді электролизбен алу кезінде шикізатқа қандай талаптар қойылады. 12-ші дəріс. Магнийді электролиттік əдіспен өндірудің технологиясы мен аппаратурасы Алдымен магний алудың басқа да əдістеріне тоқтала кетейік. Термиялық тəсілдермен магний алудың жалпы сипаттамасы. Магний алудың термиялық тəсілдерінің мəні - магний оксидтарын көміртегімен, кремниймен жəне басқа да қалпына келтіргіштермен жоғары температура кезінде, вакуумде немесе басқа тотықпайтын атмосферада қалпына келтіруден тұрады. Қолданылатын қалпына келтіргіштер түрлері тəсілдің аттарын анықтайды: көміртермиялық немесе силикотермиялық. Магнийдің оксидпен, көміртегімен қалпына келтірілуі температураның 19000С жоғары кезінде, сонымен бірге магнийдің бу түріндегі жағдайы кезінде жүргізіледі. Қалпына келтіруді сутегі атмосферасында жүргізеді. Процесс бойынша алынған өнімдерді магний мен көміртегі оксидін ажырату үшін, оларды салқындату қажет. Бірақ температураның 19000С төмен кезінде магнийдің оттегіне тым жақын болуы себепті, магнийдің буы қайтадан көміртегінің оксидімен тотығады. Мұны болдырмау үшін салқындатуды жоғарғы жылдамдықта 2500 С төмен температураға секундтың бір үлесі ішінде жүргізеді. Мұндай температура кезінде магний көміртегінің оксидімен əрекеттеспейді, сөйтіп магнийлі ұнтақ алынады. Əр уақытта есте сақтау керек: магнийдің ұнтағы жеңіл жанғыш, сондықтан қауіпті. Магний оксидін кремниймен қалпына келтіру процесі қалдық қысымның 3-10 Па, температураның С кезінде өтеді. Тəжірибеде магний алудың силикотермиялық тəсілі үшін бастапқы шикізаттар ретінде кремнийден арзан ферросилицийды пайдаланады. Процес қызу төзімділігі болатын арнайы жасалынған реторталарда жүргізеді. Реторталардың бір бөлігі пештерде қыздырылып, ал басқа бөліктері пештен қашықтықта болады. Олар сумен салқындатылады. Яғни, қалпына келтіру процесінде пайда болған магнийдің булары конденсатордың ролін атқарады. Магний конденсаторлың қабырғаларына ірі кристалдар түрінде тұнады. Мұндай тəсілмен жоғарғы тазалықтағы магний алынады. Магний алудың термиялық тəсілдері арасында ең қарапайым жəне қауіпсізі силикотермиялық болып табылады. Көміртермиялық тəсілді кейде мынадай жағдайда, магнийдің шаң түрі қажет болған қолдану орынды. Магнийді тазарту. Электролитті тəсілмен магний, əдетте 0,1% көбірек мөлшердегі қоспалардан тұрады. Бұл деген бірінші магний ГОСТ-қа сəйкес келмейтіндіктен көрсетеді, магнийде, оған электролиздеу кезінде кездесетін металды қоспалар (темір, натрий, калий жəне басқалары) сондай-ақ метал емес қоспалар негізінен электролит құрамына кіретін хлоридтар, магний оксиді (олар ваннадан магний алу кезінде мехникалық жолмен іліп алынады), тағы басқалар қатысады. Магнийді металды жəне жарым жартылай металл емес қоспалардан тазарту возгондаумен жүреді, ол магний буларына қаныққан айтарлықтай қысымға негізделген. Возгондау магнийді сублимациялау жолымен (қатты түрдегі жағдайдан газ түріне өту) температураның шамамен 6000С кезінде қалған қысым 7-13 Па кезінде жүреді. Процесс саңылаусыз жабылатын ретортада жүргізіледі, оның төменгі бөлігі пеште қыздырылады да, буландырғыш ретінде жұмыс істейді, ал жоғарғы бөлігі салқындатылады жəне конденсатор қызметін атқарады. Тазаланған магнийді тұз түрінде (бір негіздегі кристалдар тобы түрінде) алады, олардағы магний мөлшері 99,99% болуы мүкін. Магнийді тазалауда кең таралымды флюстермен тазалау алады, ол негізінен оны металл емес қоспалардан тазалауға мүмкіндік береді. Флюстарды, магнийлі қорытпаларды балқыту кезінде оларды тотығудан қорғау үшін, қоспалардың шлак түріне өтуі үшін,

36 сондай-ақ газдан тазалау үшін (балқымадан сутегін ажырату) қолданады. Қолданылатын флюстардың маркалары: ВИ2, ВИ3 жəне ФЛ10 негізінен хлорлы жəне фторлы сілтілі тұздардан жəне сілтілі жер металдардан тұрады. Олардың құрамындағы негізгі компоненттер мыналар, % (масса бойынша): ВИ2 ВИ3 ФЛ10 MgCl KCl BaCl CaF MgF Магнийді электролиттік тазалау тигельді электрлі пештерде жəне үздіксіз істейтін пештерде жүргізіледі. Тигельге кг сұйық магний құйылады жəне флюс қосылады. Металды 7200 С дейін қыздырады жəне флюспен қарқынды араластырады. Содан соң металды 6900С дейін салқындатады жəне ерітіндіні ондағы еріген қосындылардан, флюстан тұндырады. Магний сырқа тазарту кезінде ол бірте-бірте хлоридтардан жəне металл емес қосындылардан тұндырады. Мұндай кезде металдың жаңа үлесінің бірінші камераға келіп түсуі барысында тұндырылған металл, тізбектеулі екінші жəне үшінші камераларға қалқандардағы тесіктер арқылы аударылады. Ол үшінші камерадан электромагнитті насостың көмегімен құйылатын конвейерге беріледі. Пештегі металды тазарту инертті газдар атмосферасында қорғайтын жамылғы флюстің астында жүреді. Магнийді электролизбен алудың техникалық жағдайы мен технологиясы Бүкіл дүние жүзінде магнийді алу үшін əртүрлі екі принципиалды əдісті қолданады электролиттік жəне термиялық. Металдық шикі магнийді алудың электролиттік əдісі кеңінен таралған. Қазіргі кезде магнийді осы əдіспен алатын кəсіпорынның қуаттылығы дүние жүзіндегі магний өндірісінің жалпы қуаттылығынан 86% - ды құрайды. Отандық жəне ТМД елдеріндегі магний өндірісінің негізгі шикізат көзі карналлит болып табылады. Табиғи карналлиттің орташа химиялық құрамы,% мас.: 24,0 32,0 MgCl2; 19,0-25,0 KCl; 20,0-24,0 NaCl жəне 40,0- ға дейін H2O. Артық натрий хлоридінің қалдықты үлесін 4,0-5,0%- ға дейін төмендету мақсатымен табиғи карналлитті арнайы схема бойынша қайта өндеуге жібереді. Алынған жасанды карналлит магнийді 7-ші суретте келтірілген схема бойынша электролизбен өндіруге арналған электролиттің негізі болып табылады. Жасанды карналлитті екі сатымен күйдіруге жіберіледі: 1) қатты күйдегі екі сулы тұз алынатын алғашқы күйдіру KCl MgCl H O KCl MgCl H O H O ) сусыз тұздар алынатын соңғы күйдіру жəне балқыту KCl MgCl H O KCl MgCl H O Күйдірудің бірінші сатысын қайнау қабаты пешінде (ҚҚ) С температурада жүргізеді. Карналлиттің құрамындағы су 36,0-37,0%-дан 3,0-5,0%-ға дейін төмендейді. Күйдірудің екінші сатысын жəне карналлитті магний тотығынан (MgO) тазалау үшін неғұрлым тиімді хлоратор - пештері қолданылады. Карналлитті күйдіруге арналған хлоратор - пеші үш бөліктен тұрады: бір қаптамада орналасқан балқытқыш, реакциялық камера жəне миксер (тұндырғыш). Бірінші сатының күйдірілген қатты карналлит пен ұнтақталған мұнай коксі 100:1 қатынаста балқытқышқа үздіксіз енгізіледі, онда С кезінде карналлит балқып, судың негізгі бөлігі жойылады. Балқытқыштан балқыма реакционды камераға құйылады, онда құрамында 65-75% хлоры бар хлорлы-ауалы қоспа қысыммен фурмалар арқылы беріліп тұрады. Реакциондық камерада MgO хлорлануымен қатар балқыма құрамындағы MgO 0,6-0,85 дейін жəне SO2-4 0,02-0,06%-ға дейін төмендеген кезде сульфаттардың тотықсыздану реакциясы жүреді. Балқыма температурасы С ұсталынып тұратын араластырғышқа түседі, онда шлам

37 түріндегі қоспалар үлкен жылдамдықпен тұнбаға түседі. Сусыз тазаланған карналлит құйғыш арқылы ожауға құйылып электролизге жіберіледі. Сурет 7 Карналлиттен магнийді электролиз əдісімен алудың принципиалдық схемасы Хлорландыру реакциясының газтəрізді өнімдері (СО, СО2, Н2), сонымен қатар ұшқыш хлоридтер (FeCl3, AlCl3) хлоратордан шығарылып, скрубердегі əктасты сүтпен газ тазартқышқа түседі. Магнийді электролизбен алу үшін электр өткізгіштігі жоғары

38 (магнийге қарағанда жоғары), тығыздығы жоғары, тұтқырлығы төмен, балқыма-ауа жəне металл-электролит аймағындағы беттік керілісі жоғары болатын электролитті қолданады. Жасанды карналлит пен күйдіру өнімдерінің құрамы 2-ші кестеде келтірілген. Магний өндірісінде электролиттердің 4 түрі кең қолданылады, олардың атаулары құрамындағы мөлшері көп тұздың атауына сəйкес болады: - калийлі 70-78% KCl; - калийлі- натрийлі 38-44% KCl, 38-44% NaCl; - натрийлі- кальцийлі % NaCl, % СаCl2; - натрийлі % NaCl. Сусыз карналлиттердің ішінде калийлі электролитті қолданған тиімді, олардың құрамы төмендегідей, % мас.: 5,0-15,0 MgCl2; 70,0-85,0 KCl; 5,0-15,0 NaCl; 0,0-2,0 СаCl2. Температура 500С-ға дейін жоғарылағанда хлорлы балқымалардың тығыздығы 1,5-2,5%-ға, ал тұтқырлық 10-20%-ға төмендейді. Сол себепті магнийдің электролиз процесін оның балқу нүктесімен салыстырғанда электролитті сəйкесінше артығымен қыздыру (50-100%) кезінде жүргізеді. Магнийлі ванналардың электролитінде электролиз көрсеткіштерін төмендетін əртүрлі қоспалар бар. Олардың түсуінің негізгі көзі бастапқы шикізатпен, ванна қаптамасының (кремний, алюминий жəне темір қосылыстары) бұзылуынан жəне электролит пен ауа ылғалдылығының əрекеттесуінен. Электролиттің ең зиянды қоспасы ретінде ылғал болып табылады, ол НCl жəне MgО түзілуіне əкеледі: 2 2 Mg + H O = MgO + H MgCl H O MgO 2HCl = +. Магнийдің (ll) тотығы металды магнийдің ірі тамшыларының түзілуіне кедергі келтіреді жəне шлам түрінде ваннаның түбіне тұнғанда өзімен бірге магнийдің ұсақ тамшыларын тартады. Хлорлы сутегі анодта бөлінген хлорды ластайды, ол жабдықтың коррозияға ұшырауына əкеледі. (8.3) жəне (8.4) реакцияларының нəтижесінде тоқ бойынша металдың шығыны төмендейді, шикізат шығыны жəне шлам шығыны жоғарылайды. Электролизерлерді карналлитті қоректендіру кезінде негізін MgО құрайтын 70%-дай шлам, балқыған карналлитпен енгізіледі, ол 30% балқыған электролитке əсер еткенде түзілетін MgО үлесі. Магнийдің өндірісіне арналған электролизерлер бірлік қуаттылығы бойынша алюминийліден кем түспейді. Бірақ құрылымы бойынша магнийлі электролизерлер ерекше болып келеді. Электролиз кезінде негізгі процесс магний хлоридінің ыдырауы болып табылады: MgCl «Mg Cl -2. Электролиттің температурасы ( С) магнийдің балқу температурасынан (6510С) жоғарыболғандықтан ол болат катодында сұйық түрінде бөлінеді: Mg e Mg. Хлор иондарының разрядталуы графитті анодта жүреді: 2 2Cl - + 2e Cl. Өнеркəсіп жағдайында анодты тоқтың тығыздығы 0,4-0,5 А см-2 кезінде хлор иондарының разрядталуы тоқ кернеуінің ұлғаюысыз өтеді. Анодты эффект болмайды. Магнийлі ванналардың конструкциясы Магний электролизерінің конструкциясы аппараттық безендірілуі алюминий электролизерінің конструкциясына қарағанда өте күрделі болып келеді. Цехтың ауасында CI2 болмауға тиісті, өйткені ол CI2 күшті уландырғыш болып келеді. Ваннадағы анодтық құрылымы герметикалық болуы керек. Газ соратын жүйелер жақсы істеуге тиісті. Ванна тік бұрышты сырты болат қаңылтырынан қапталған, іші отқа төзімді диатомитті жəне шамотты кірпіштермен футеровкаланған. Электролиттің ішіне тігінен тік жəне параллельді графитті анод пен болатты катод салынады. Арасында керамикалық диафрагма бар, ол металдық магний мен CI2 бөледі. Электролизер ауадан герметикалық қақпақпен (2) оқшауланады, себебі ауаның оттегісі магнийді тотықтыруы мүмкін, ол қалқып шығып, ваннаның бетінде жиналады. Шикі магний уақыт бойынша вакуумдық сорғыш көмегімен электролизерден алынып тұрады. Ванна түрлері: тоқты үстінен беретін жəне бұйірінен беретін. Анодтың жұмыс істеу мерзімі 8-9 ай, себебі қақпақтан шығатын

39 анодтың жағы тез бұлінеді(коррозия, механикалық бұлінуі т.б ). Тез бұлінбеу үшін H3PO4 мен сіңіруі та керек, ол шыны сияқты болады жəне анодты қираудан біраз сақтайды. Катодтың жұмыс істеу мерзімі 4 жыл, ваннаның жұмыс істеу мерзімі ай, себебі, диафрагма мен футеровка істен тез шығып қалады. Электролиз ваннасының сұлбасы 8-ші суретте келтірілген, балқыған карналлит ожаулармен электролизердің жұмыс кеңістігіне құйылады. 1 ваннаның корпусы; 2 герметикалық қақпақ; 3 катод; 4 анод; 5 - Mg жəне Cl бөлуге арналған диафрагма; 6 - шлам Сурет 8 Магнийді алуға арналған электролизёрдің схемасы Көпжылдық тəжірибемен магнийлі электролизерлердің 4-ші кестеде келтірілген тиімді жұмыс параметрлері анықталды. Көрсеткіштің атауы, шаманың бірлігі Шамасы 1. Тоқ күші, ка Кернеу, В 4,9-5,0 3. Тоқ тығыздығы, А см-2 0,40-0,45 4. Магнийдің тоқ бойынша шығыны, % 80,0-90,0 5. Электролиттің температурасы, 0С Электродтар арасындағы қашықтық, см Анодтың биіктігі, см Шикізат шығыны (100% MgCl2), кг кг-1 4,2-4,3 9. Электр энергиясының меншікті шығыны, квт ч т Хлор шығыны (100% Cl2), кг кг-1 2,7-2,8 11. Өнделген электролиттің шығымы, кг кг 4,2-4,4 12. Металды магнийдің тоннасына шламның шығыны, % 18,0-20,0