» » Преимущества и особенности электротермии алюминия и его сплавов
24.04.2015

Co времени открытия и внедрения в промышленность современного электролитического способа производства алюминия развитие его шло главным образом в направлении улучшения конструкций и увеличения размеров электролизеров, широкого применения непрерывных самообжигающихся анодов, механизации и автоматизации операций по обслуживанию электролизеров, некоторого изменения состава электролита Однако сущность процесса осталась прежней.
Поэтому только дальнейшее техническое развитие и совершенствование электролитического способа получения алюминия едва ли сможет обеспечить значительный экономический эффект.
Причиной этого является следующее:
1. Малая единичная мощность даже самого крупного алюминиевого электролизера (600—650 квт), что несоизмеримо с мощностью современных руднотермических электропечей, достигающей нескольких десятков тысяч киловатт.
2. Необходимость преобразования переменного тока в постоянный.
3. Необходимость применения сложных гидрометаллургических и химических процессов для получения чистого глинозема из руд.
4. Большой расход дорогостоящих чистых фтористых солей.
Электротермический процесс прямого восстановления углеродом
природных глиноземсодержащих материалов в дуговых электрических печах с получением алюмокремниевых сплавов, перерабатываемых далее на конструкционные алюминиевые сплавы и технически чистый алюминий, не обладает указанными недостатками и открывает перспективы значительного повышения экономической эффективности металлургии алюминия. При применении электротермического процесса для получения алюминия и его сплавов происходит упрощение в целом технологии производства, а также расширение сырьевой базы алюминиевой промышленности, так как для термического процесса могут быть непосредственно использованы различные природные алюмосиликаты без значительных затрат на их обогащение и предварительную подготовку.
Попытки осуществить термическое восстановление глинозема углеродом с целью получения металлического алюминия предпринимались неоднократно, начиная еще с середины прошлого столетия. Однако это не давало положительных результатов: в качестве продукта реакции в этом случае получалась весьма вязкая масса, состоящая из глинозема, карбида алюминия и небольших количеств металла, не пригодная для практического использования.
На рис. 64 представлена диаграмма плавкости тройной системы Al—Al2O3—Al4C3, которая указывает на высокую тугоплавкость тройных смесей и взаимную растворимость компонентов.
Преимущества и особенности электротермии алюминия и его сплавов

Образование карбида алюминия, а также взаимная растворимость карбида алюминия, металлического алюминия и окиси алюминия и являются основными причинами, препятствующими протеканию реакции восстановления окиси алюминия углеродом с получением чистого алюминия. При этом, чем выше содержание металлического алюминия в смеси, тем выше и содержание в ней карбида алюминия.
Преодоление этих препятствий оказывается, однако, возможным, если восстановление окиси алюминия углеродом вести в присутствии других металлов или их окислов, восстанавливающихся одновременно с окисью алюминия. Наличие в алюминии второго металла снижает растворимость карбида алюминия в алюминии и при определенной концентрации этого второго металла можно получить алюминиевый сплав» практически свободный от карбида.
В качестве таких сплавообразующих металлов могут служить, в частности, железо, медь, кремний Полученные термическим путем алюминиевые сплавы могут быть использованы как таковые, служить лигатурами, а также материалом для последующего извлечения из них металлического алюминия.
Ввиду огромной распространенности в природе алюмосиликатов и вместе с тем ценных свойств кремнеалюминиевых сплавов подавляющее большинство исследований в области электротермического процесса было направлено на прямое получение первичных сплавов алюминия с кремнием и последующую переработку их на конструкционные сплавы и чистый алюминий.
Весьма большие работы в этой области проведены в России. Первые опыты по выплавке алюмокремниевых сплавов в России были предприняты в 1928—1929 гг П.Ф. Антипиным и Ю.E. Алексеевским в Горно-металлургической лаборатории BCHX в Ленинграде.
С 1931 г, изучением условий электротермического восстановления алюмокремниевых сплавов и их последующей переработки занимается В. Н. Веригин. В 1934 г. кремнеалюминиевый сплав — силикоалюминий — выплавлялся на Днепровском алюминиевом заводе, где, кстати, и сейчас можно купить алюминиевый профиль. Путем разбавления силикоалюминия алюминием изготовлялся литейный сплав — силумин.
Впервые выплавка богатых по содержанию алюминием алюмокремниевых сплавов (до 70% Al) в промышленном масштабе на печах мощностью 10 тыс. квт также была осуществлена на Днепровском алюминиевом заводе в 1939 г.
Даже простое разбавление первичного электротермического крем-неалюминневого сплава электролитическим алюминием представляет определенный интерес Однако более важной задачей является нахождение способов металлургической переработки первичного алюмокрем-ниевого сплава на конструкционные алюминиевые сплавы (литейные и деформируемые), а также на чистый алюминий. Большое значение имеет здесь изобретенный В.Н. Веригиным в 1938 г. способ переработки алюмокремниевого сплава при помощи цинка и магния, а в последствии и марганца.
В настоящее время в результате всех этих исследований разработан двухстадийный металлургический процесс получения алюминиевых сплавов и металлического алюминия. В первой стадии этого процесса осуществляется электротермическая рудновосстановительная плавка природных алюмосиликатов на алюмокремниевый сплав, так называемый первичный сплав. Во второй стадии первичный сплав подвергается переработке на конструкционные алюминиевые сплавы и технически чистый алюминии.