Физико-химические основы получения активного оксида алюминия, легкоплавкого электролита и активной анодной массы для низкотемпературного электролиза алюминия

• Автор: Письмак, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Соединения алюминия и алюминатные растворы

1.1.1 Оксиды алюминия.

1.1.2 Гидроксиды алюминия.

1.2 Псевдобемит, области его применения

1.3 Известные способы получения псевдобемита.

1.4 Электролиты для получения алюминия.

1.5 Влияние литиевых добавок на технологию получения алюминия

1.5.1 Способы введения солей лития в электролит.

1.5.2 Новый способ введения литиевых добавок в анодную
1.6 Постановка задачи исследования.
2 ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПСЕВДОБЕМИТА, АКТИВНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И НИЗКОПЛАВКОГО ЭЛЕКТРОЛИТА
2.1 Образование давсонита при карбонизации щелочноалюминатных растворов
2.1.1 Изучение возможности образования давсонита при взаимодействии гидроксида алюминия с бикарбонатным раствором
2.1.2 Изучение кинетики обработки гидроксида алюминия в бикарбонатных растворах
2.1.3 Изучение возможности образования давсонита при взаимодействии оксида алюминия корунда с бикарбонатным раствором
2.1.4 Изучение кинетики обработки оксида алюминия корунда в бикарбонатных растворах
2.1.5 Изучение возможности получения гидроалюмокарбоната калия .
2.2 Получение псевдобемита из натриевогодавсонита
2.2.1 Взаимодействие давсонита с водой
2.2.2 Изучение возможности получения псевдобемита из гидроалюмокарбоната калия ГАКК
2.2.3 Получение активного оксида алюминия.
2.3 Получение низкоплавкого электролита.
2.3.1 Изучение свойств низкоплавкого электролита
2.4 Выводы
3 НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗ КРИОЛИТГЛИНОЗЕМ 1ЫХ РАСПЛАВОВ.
3.1 Изучение электролиза алюминия в электролите на основе полученной фтористой соли ЫаА1р4
3.2 Разработка научных и практических основ процесса электролитического получения алюминия в условиях низкотемпературного электролиза.
3.3 Кинетика растворения активного оксида алюминия в низкотемпературном криолитглиноземном расплаве.
3.4 Низкотемпературный электролиз.
3.5 Выводы
4 ВВЕДЕНИЕ КАРБОНАТА ЛИТИЯ В СОСТАВ АНОДНОЙ МАССЫ.
4.1 Проведение экспериментальных исследований в электрометаллургической лаборатории кафедры.
4.1.1 Получение новых анодов в лабораторных условиях
4.2 Электролиз с применением анодов содержащих Ы2СО3
4.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Личный вклад автора заключается в подготовке литературного обзора, постановке задач исследования, планировании и проведении экспериментов, анализе и обработке полученных результатов. Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 3 статьях, трудах и материалах конференции и 8 тезисах докладов, в т. Цветные металлы», входящем в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертации. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4глав, выводов, списка использованных источников из 2 наименований. Работа изложена на 4 страницах машинописного текста, содержит рисунков и таблиц. Во введении обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы и изложены основные положения, выносимые на защиту. В первой главе выполнен краткий анализ существующего производства глиноземсодержащих продуктов. Рассмотрены свойства основных модификаций оксида и гидроксида алюминия. Обобщены известные из литературы сведения о способах получения псевдобемита и активного оксида алюминия. Выполненный литературный обзор показал, что существующие способы получения псевдобемита требуют труднодоступное сырье, их сложно реализовать на отечественных глиноземных заводах. Существующая технология получения алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов является дорогой, энергозатратной, экологически опасной. Во многом это связано с высокой температурой электролиза (0-0°С). Предлагаются способы проведения электролиза с температурами на 0-0°С ниже. Являясь перспективными, они имеют ряд недостатков. Работа на кислых криолитах в системе КаР-А1Р3 затрудняется малой растворимостью и скоростью растворения в них глинозема-. Калиевые электролиты, имея большую растворимость глинозема, являются более агрессивными к углеродсодержащей футеровке электролизеров, имеют пониженную электропроводность. Получение алюминия в тяжелых электролитах, требует других конструкций электролизеров. Добавка литиевых солей в электролизные ванны позволяет повысить производительность электролизеров при значительной экономии электроэнергии. Во. На основе лабораторных исследований' и опытных работ, разработана технологическая схема получения- новых продуктов (псевдобемита, активного оксида алюминия и низкоплавкого электролита). В третьей главе приведены результаты изучения возможностей низкотемпературного электролиза алюминия в полученной фтористой соли №А1Р4 с использованием активного оксида алюминия. В четвертой главе рассматривалось влияние добавок карбоната лития на свойства обожженного анода и на показатели электролиза. Соединения алюминия и алюминатные рас! Оксид алюминия образует несколько полиморфных разновидностей, или форм, имеющих одинаковый химический состав, различное строение кристаллической решетки и, следовательно, различные свойства. При производстве глинозема наибольшее значение имеют две из этих разновидностей: а-АЬОз (альфа-глинозем или корунд) и у - А (гамма-глинозем). Корунд—наиболее устойчивая форма глинозема; встречается в природе в^ виде бесцветных или окрашенных примесями кристаллов, а также получается искусственным путем: при* кристаллизации расплавленного глинозема или нагревании гидроксидов алюминия до высокой температуры. Кристаллизуется а -А в тригональной системе. Гамма-глинозем имеет кристаллическую решетку кубической системы. В зависимости от температуры получения, у-А кристаллизуется, как в скрытокристаллической (высокодисперсной), так и в явнокристаллической формах. В природе у-Л не встречается, а образуется при нагревании одноводного гидроксида алюминия (бсмита) до 0 °С. При дальнейшем нагревании у-А превращается в «г-А. Температура превращения /-А0з в корунд зависит от химической природы стабилизирующего оксида. В отличие от «-АОз у-А хорошо растворяется как в кислотах, так и в щелочах. При 0—0°Су-А легко взаимодействует с фтористым водородом, образуя А1Р3. Скрытокристаллический /-А обладает большой способностью поглощать влагу (сильно гигроскопичен), а также другие вещества. В литературе имеются также указания о существовании промежуточных разновидностей оксида алюминия (# -А, с -А , б - Л ,Ь - АОэ идр.