Файл: Отчет о учебной практике по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научноисследовательской деятельности.docx

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт цветных металлов и материаловедения

Кафедра общей металлургии
ОТЧЕТ О УЧЕБНОЙ ПРАКТИКЕ
по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно-исследовательской деятельности

Сибирский Федеральный университет

место прохождения практики

Преподаватель В.П. Катрюк

подпись, дата инициалы, фамилия
Студент ЗЦМ 19-01Б 61945415 А.А. Лагунов

номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2022

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт цветных металлов и материаловедения
Студент Лагунов Алексей Александрович

(Ф.И.О. полностью)

3 курса, группа ЗЦМ 19- 01Б Института цветных металлов и материаловедения

направляется на СФУ, ИЦМиМ, Кафедра: « Общая металлургия» ______

(предприятие, на которое направляется студент)

на учебную практику (в т.ч. практику по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно-исследовательской деятельности)

(наименование практики)

КАЛЕНДАРНЫЕ СРОКИ ПРАКТИКИ

Начало практики: «09» июня 2022 г.

Конец практики: «23» июня 2022 г.
М.П.

РУКОВОДИТЕЛЬ ___________________________________ Т.А.Веретнова__

(подпись) (инициалы, фамилия)

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ НА УЧЕБНУЮ ПРАКТИКУ

(в т.ч. практику по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно- исследовательской деятельности)
Представить номенклатуру получаемых и обрабатываемых металлов и сплавов с их краткой характеристикой. Используя технические материалы предприятия и литературные источники, описать технологию и оборудование при получении металлов и сплавов. На основании материалов практики и данных технической литературы представить подробно технологический процесс производства металлоизделий с описанием применяемого современного оборудования.


РУКОВОДИТЕЛЬ ПРАКТИКИ ОТ УНИВЕРСИТЕТА _________ В.П.Катрюк

(подпись) (инициалы, фамилия )

Содержание

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли промышленности

1. Общие сведения

Алюминий — химический элемент III группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, легкий и пластичный металл матово-серебристого цвета. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связанном виде.

Плотность (при нормальных условиях) — 2,69 г/см³, электропроводность — 37 × 10⁶ См/м.

Уникальные свойства алюминия:

• 
  на воздухе моментально образует оксидную защитную пленку, которая способствует высокой коррозионной стойкости металла;
  
• 
  низкая плотность при высокой прочности;
  
• 
  неизменность свойств при низких температурах.
  

Алюминий обладает амфотерными свойствами, т.е. реагируя с кислотами, образует соответствующие соли, а при взаимодействии с щелочами — алюминаты. Эта особенность существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава. Алюминий растворяется в серной и соляной кислотах, а также в щелочах, но концентрированная азотная и органическая кислоты на алюминий не действуют.

Механические свойства алюминия в значительной степени зависят от количества примесей в алюминии, его предварительной механической обработки и температуры. С увеличением содержания примесей прочностные свойства алюминия растут, а пластичные снижаются, причем эти свойства проявляются даже при изменении чистоты алюминия от 99,5 % до 99,0 %.

Благодаря таким свойствам, как малая плотность, высокая теплопроводность, низкое электрическое сопротивление, высокая пластичность, коррозионная стойкость, алюминий получил исключительно широкое распространение в различных отраслях современной техники и играет важнейшую роль среди всех цветных металлов.

Чистый технический алюминий используется в электротехнике в качестве проводникового материала и для производства фольги. Основная часть алюминия применяется в виде литейных и деформируемых сплавов и сравнительно небольшое количество алюминия — в виде порошков.

К основным областям применения алюминия и его сплавов относятся аэрокосмическая промышленность, строительство, высокоскоростной железнодорожный и водный транспорт, автомобилестроение (корпуса двигателей, кузовные детали и трансмиссия), электротехника, машины и турбинная техника, упаковка пищевых продуктов и напитков, криотехника, пиротехника и ракетное топливо, пищевая промышленность.

Практически единственным методом получения металлического алюминия является электролиз криолитоглиноземного расплава. Основное сырье для этого процесса — глинозем (Al₂O₃) — получают различными гидрохимическими методами путем переработки минералов, содержащих соединения алюминия.

Современное получение алюминия осуществляется путем электролитического разложения глинозема (Al₂O₃), растворенного в электролите (расплавленный криолит (Na₃AlF₆)). Технологический процесс осуществляется при 950 °C — 965 °C в электролизных ваннах (электролизерах). В целом процесс разложения глинозема в электролизерах можно представить в виде формул:

Al₂O₃ + 1,5C ↔ 2Al + 1,5CO₂, Al₂O₃ + 3C ↔ 2Al + 3CO.

Суммарную реакцию можно записать в виде
Al₂O₃ + xC = 2Al + (3 − x) CO2 + (2x − 3) CO

или представить ее как сумму трех реакций:
Al₂O₃ ↔ 2Al + 1,5O₂, C + O₂ ↔ CO₂,

C + 0,5O₂ ↔ CO.
Основным исходным сырьем криолит-глиноземного расплава являются глинозем (Al₂O₃), фтористый алюминий (AlF₃) и криолит (Na₃AlF₆). Кроме того, в электролите всегда присутствует фтористый кальций (CaF₂), снижающий температуру кристаллизации электролита, что позволяет проводить процесс электролиза при более низкой температуре.

Технологический процесс в алюминиевом электролизере — сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических и физических процессов. При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. Алюминий, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически извлекают.

Рентабельность производства алюминия определяется доступностью и ценой электроэнергии, наличием сырьевых компонентов и их качеством.

В таблице 1 представлены действующие в Российской Федерации предприятия алюминиевой промышленности, год ввода в эксплуатацию, производительность и применяемые технологии электролиза.

Таблица 1 – Алюминиевые и глиноземные заводы РФ.

Завод	Место расположения	Год ввода в эксплуатацию
КАЗ, Филиал ОАО «СУАЛ» «КАЗ-СУАЛ»	Мурманская область, г. Кандалакша	1951
НкАЗ, ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»	Кемеровская область, г. Новокузнецк	1943
ВгАЗ, Филиал ОАО «СУАЛ» «ВгАЗ - СУАЛ»	г. Волгоград	1959
ИркАЗ, Филиал ОАО «РУСАЛ Братск» в г. Шелехов	Иркутская область, г. Шелехов	1960
КрАЗ, ОАО «РУСАЛ Красноярск»	Красноярский край, г. Красноярск	1964
БрАЗ, ОАО «РУСАЛ Братск»	Иркутская область, г. Братск	1966
САЗ, АО «РУСАЛ Саяногорск»	Республика Хакасия, г. Саяногорск	1985, 2006
БоАЗ, ЗАО «Богучанский алюминиевый завод»	Красноярский край, Богучанский район	2015
АГК, ОАО «РУСАЛ Ачинск»	Красноярский край, г. Ачинск	1970
БАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «БАЗ-СУАЛ»	Свердловская область, г. Краснотурьинск	1943
УАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «УАЗ-СУАЛ»	Свердловская область, г. Каменск-Уральский	1939

---

2. Сырье и материалы, использующиеся при производстве алюминия

Основным сырьем при производстве алюминия являются:

• 
  глинозем (Al₂O₃);
  
• 
  угольная анодная масса (предварительно обожженные угольные блоки);
  
• 
  фтористые соли, в том числе криолит искусственный технический («свежий криолит»); фторид алюминия; криолит вторичный (флотационный, получаемый при флотации извлеченной из электролизера угольной пены, и регенерационный, получаемый при химической переработке растворов после их использования для орошения газоочистных аппаратов, либо пыли и шлама газоочистки и других твердых отходов).
  

Глинозем (Al₂O₃) представляет собой порошкообразный материал белого цвета с крупностью отдельных частиц в основном от 10 до 120 мкм. Фракционный состав глинозема зависит от свойств гидрата, условий его прокалки и других факторов и на практике колеблется в достаточно широких пределах. Температура плавления Al₂O₃ — 2050°C. Глинозем образует несколько полиморфных разновидностей фаз, имеющих одинаковый химический состав, но различное строение кристаллической решетки и, следовательно, различные физические свойства. Глинозем, используемый для производства алюминия, имеет следующие модификации: α-фракция (корунд) — наиболее устойчивая форма оксида алюминия, получаемая при прокаливании гидрооксида алюминия при высокой температуре (1050°C — 1200°C), обладает высокой твердостью, практически не гигроскопична, имеет малую удельную поверхность; переходные модификации χ, θ, γ, которые образуются при прокаливании гидроксида алюминия при температуре 500 °C — 1000 °C. В отличие от α-модификации, они имеют весьма развитую удельную поверхность, хорошо поглощают фторид водорода и воду. При дальнейшем их прокаливании при температуре 1050°C — 1200 °C они переходят в α-модификацию. Насыпная плотность глинозема 0,9–1,1 г/см³. Угол естественного откоса — ≤37,5°.

Для получения алюминия необходимой чистоты в глиноземе ограничивается содержание примесей оксидов железа и кремния. Жестко лимитируется содержание примесей оксидов титана, ванадия, хрома и марганца, влияющих на электропроводность получаемого металла, пятиокиси фосфора, которая отрицательно влияет на протекание технологического процесса. Важное значение имеет ограничение содержания щелочных компонентов (едких щелочей, алюминатов и алюмосиликатов щелочных металлов), условно пересчитываемых при характеристике глинозема на содержание Na

---

₂О.

Глинозем, выпускаемый отечественной промышленностью, должен содержать, %: не более 0,02–0,05 Fe₂O₃; 0,02–0,08 SiO₂; 0,01–0,03 Σ TiO₂ + V₂O₅ + Cr₂O₃ + MnO; 0,01–0,03 ZnO; Р₂О₅<0,002.

Массовая доля щелочных компонентов — не более 0,4% — 0,5%, а потери при прокаливании — не выше 0,8%. При большом содержании мелких фракций (40 мкм до 60 %) глинозем называют «мучнистым».

Разные марки глинозема, а также его крупность и фазовый состав в значительной мере определяются используемым сырьем и способом производства.

Глинозем «песчаного» типа характеризуется меньшим содержанием α-фракции (≤25%), более крупным и однородным гранулометрическим составом. Такой глинозем обладает повышенной скоростью растворения в электролите, меньше пылит и отличается большей сорбционной способностью к фториду водорода. По содержанию вредных примесей он характеризуется столь же жесткими критериями, как и отечественный глинозем.

Отечественные алюминиевые заводы могут использовать в собственном производстве глинозем как «мучнистого», так и «песчаного» типа.

Трифторид алюминия технический (AlF₃) представляет собой порошкообразный материал белого, розового или серого цвета крупностью до 150–200 мкм. В ряде случаев содержание фракций 100 мкм составляет 100%, иногда весь продукт представлен фракцией 40 мкм.

При нагревании фторид алюминия возгоняется без плавления. Температура кипения — 1270°C. Продукт гигроскопичен, при температурах выше 350 °C начинает активно взаимодействовать с влагой, образуя фторид водорода. В равновесных условиях, при температурах, близких к температуре процесса электролиза 960°C, трифторид алюминия полностью разлагается водой.

Трифторид алюминия технический содержит не менее 88% AlF₃ (основное вещество). Содержание воды для разных сортов составляет от 1,0% до 3,5%. Содержание SO₄²⁻, соответственно, не превышает 0,5% — 1,0%.

Трифторид алюминия в отечественной практике получают (в большинстве случаев) гидрохимическим способом путем варки гидроксида алюминия в плавиковой кислоте с последующей фильтрацией, сушкой и прокалкой (иногда в две стадии). Такой продукт отличается низкой насыпной массой (0,6–0,8 г/см³), но содержит больше основного вещества (до 95%).

В зарубежной практике используют трифторид алюминия, получаемый «сухим» способом при взаимодействии в печах кипящего слоя газообразного фторида водорода с активным (γ-фракция) оксидом алюминия при температуре −800°C. Такой продукт характеризуется большей насыпной массой 1,4–1,6 г/см

---

³, но более низким содержанием основного вещества.

Фторированный глинозем представляет собой отработанный после «сухой» газоочистки электролизных газов глинозем, возвращаемый в электролиз в качестве сырьевого компонента для замены свежего глинозема и снижения потребления фторсолей. Это порошкообразный материал серого цвета, крупность и содержание фракций в нем зависят от исходного свежего глинозема, применяемого для «сухой» ГОУ, которая оказывает незначительное влияние на его состав и свойства.

Отработанный фторированный глинозем, удаляемый из рукавных фильтров установок «сухой» газоочистки, кроме адсорбированного фтористого водорода содержит уловленную из электролизных газов пыль, содержащую твердые фториды, углерод и смолистые вещества (при очистке газов от электролизеров Содерберга).

Для фторированного глинозема характерны небольшие изменения угла естественного откоса, дисперсного состава, величины удельной поверхности и ряда других параметров. Увеличивается содержание примесей (SiO₂, Fe₂O₃, Na₂O, K₂O, P₂O₅, V₂O₅, СаО, MgO, MnO, Cr₂O₃, ZnO), однако эти изменения происходят в допустимых пределах, что подтверждается практикой эксплуатации установок сухой очистки газов. В наибольшей степени примесями обогащены мелкие фракции отработанного глинозема (<10 мкм).

Дисперсный состав фторированного глинозема по сравнению со свежим немного изменяется в сторону увеличения мелких фракций за счет смешения глинозема с электролизной пылью, а также измельчения более крупной фракции при транспортировке и обработке в реакторе (истирания). Увеличение доли мелких фракций может привести к некоторому увеличению расхода глинозема за счет его пыления. Также для снижения пыления в корпусе электролиза подачу отработанного глинозема в электролизеры целесообразно осуществлять через АПГ. В корпусах электролиза, где АПГ отсутствует, во избежание вторичного пылеуноса, а также вторичного образования HF в результате гидролиза фтористых соединений в случае перегрева фторированного глинозема в нижних слоях глиноземной засыпки на корке электролита рекомендуется засыпаемый на корку фторированный глинозем присыпать свежим глиноземом.

В процессе «сухой» газоочистки возможно улавливание глиноземом диоксида серы (SO₂). Для уменьшения степени улавливания SO₂ глиноземом целесообразно применять рециркуляцию глинозема в соответствии с технологическим регламентом на проектирование установки.

---

При адсорбции фтористого водорода глиноземом в установках «сухой» ГОУ происходит изменение структуры последнего, атомы фтора входят в кристаллическую решетку Al₂O₃, происходит практически полное замещение атомов кислорода атомами фтора в решетке Al₂O₃. Таким образом, использование в технологии электролиза фторированного глинозема позволяет существенно сократить расход фторсолей. Экономия свежего фтористого алюминия при использовании фторированного глинозема может составлять от 6 до 11 кг/т Al.

Исследование потерь фтора при термообработке фторированных глиноземов показало, что фторированный глинозем можно возвращать на корку электролита без опасения вторичного загрязнения фтористым водородом воздуха рабочей зоны.

Отработанный фторированный глинозем с «сухих» ГОУ корпусов электролиза Содерберга, загрязненный смолистыми веществами, при загрузке в электролизеры также не оказывает отрицательного влияния на технологию электролиза и атмосферу в корпусе. Смолистые вещества, содержащиеся в отработанном глиноземе, при загрузке его в электролизеры не выделяются в атмосферу, а разрушаются в результате сгорания.

Криолит искусственный технический. В производственной терминологии «свежий криолит» — фторалюминат натрия переменного состава nNaF·AlF₃. Содержит не менее 54 вес. % фтора; модуль n в пределах 1,5–3,0; SO₄²⁻ в пределах 0,5% — 1,0%; вода — 0,2% — 0,8%.

В зависимости от криолитового модуля n состоит:

• 
  при n ≥ 1,7–3,0 — из смеси криолита (3NaF·AlF₃) и хиолита (5NaF·3AlF₃);
  
• 
  при n < 1,7 — из смеси криолита (3NaF·AlF₃), хиолита (5NaF·3AlF₃) и не обезвоженного кристаллогидрата трифторида алюминия (AlF₃·xHF·yН₂О).
  

Криолит (3NaF·AlF₃) представляет собой порошок белого цвета крупностью до 150 мкм. Температура плавления криолита — 1010°C.

С увеличением модуля криолита увеличивается температура его плавления, снижается летучесть и склонность к гидролизу.

Вторичный криолит выпускается алюминиевыми заводами при переработке газообразных и твердых отходов. В зависимости от вида исходного сырья и способа его переработки различают регенерационный и флотационный криолит.

Криолит регенерационный получают из фтористого водорода, содержащегося в анодных газах, либо из твердых отходов (пыль, отработанная футеровка) путем химической обработки. Он представляет собой порошок белого или серого цвета, по химическому составу — криолит с модулем 2,8. Основной вредной примесью является сера в виде двойной соли NaF·Na

---