Əдебиеттер 2 [490-505]; 6 [41-68] 5 [107-123] 16 тақырып

2 [490-505]; 6 [41-68]

5 [107-123]
16 тақырып. Электролиздегіштердің құрылымдары.

Күйдірілген анодтары бар электролдегіштер. Өздігінен күйетін анодтары бар электролиздегіштер.

Алюминий былауларын жинақтау және бөлшектеу. Былауларды жөндеуден соң күйдіру және жіберу.

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. 1960 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;

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 20-30.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 15-200- 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 4.5-5 В-тен 30-40 В дейін өседі. Бұл эффект

пайда болады анодпен электролиттің шекарасында,анод электролитпен нашар дымқылданатындықтан.Электролитке сазбалшық салынған кезде ваннаның кернеуі бұрынғы қалпына келеді –4.5-5 В. 4-8 сағат өткен сайын электролитке сазбалшық салынып тұрады. 0.5-1 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.

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 (600-800 кг), содан сон фторлы натрийді жəне жаңа криолитті (5000-6500 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 (100-200 кг) (I =160KA саналады). Электролиттің жоғары жағы қатты қабыршық жəне ваннаның қабырғалары гарниссажбен жабылады. (электролиттің қатып қалған қабыршықтары). Гарниссаж ваннаның қабырғасын қираудан сақтайды. Күйдірілген анодтары бар электролизердің күйдіру процесін жүргізу үшін түбіне майда кокс қабаты салынады. Бұл қабаттың үстіне анодтар орнатылады жəне ток беріледі. Т=900-950ºС, 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 30-40 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 25-47 см; электролиттің денгейі 15-25 см; анодтық эффект тəулігіне 1-2 рет 2минуттан артық болмауға тиісті; эектролизердің температурасы 900-965ºС; 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]

1.1 Алюминатты ерітіндісінің концентрациясын есептеуі, 1 сағат

Өндірістік алюминат ерітінділерінің құрамында натрий тотығы Na₂O, алюминий тотығы Al₂O₃ және әр түрлі химиялық қосылыста болатын қоспалар, оларда кремний, күкірт, фтор, темір, галлий, ванадий және т.б. элементтер және де органикалық заттар болады.

Әрбір компоненттің алюминат ерітіндідегі концентрацияны грамды литрге (г/л), кей кезде ғана процентпен өрнектейді.

Концентрациясы г/л-ден концентрациясы пайызға өту үшін ерітіндінің тығыздығын білу керек. Ерітіндінің концентрациясын С арқылы, ал ерітіндінің тығыздығын ρ, г/см³ арқылы белгілейік. Егер де 1 см³ ерітіндіде ρ г зат болса, онда 1000 см құрамында С г зат болады, яғни С = ρ 1000 г. Егер а% - бұл а г заттың 100 г болса, ал С г/л – бұл С г ρ 1000 г затта болса, онда

Қаттының 1 л пульпадағы құрамын b г деп, ал оның тығыздығын ρ г/см³ деп белгілейік. Сонда пульпада (1000 ρ–b) г сұйық фаза болады. Пульпадағы С:Қ қатынасты құрып, b г/л табамыз