Методические указания

Титульный лист методических указаний

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/40

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра металлургии

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по изучению дисциплины

для студентов специальностей

050709 – Металлургия и 5В070900 – Металлургия

Павлодар

Лист утверждения методических указаний

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/41

Проректор по УР

__________

(подпись)

«___»________20__г.

Составитель: ст. преподаватель ______________

(подпись)

Кафедра металлургии

Методические указания

по изучению дисциплины

«Электролизное производство алюминия»

для студентов специальностей 050709 – Металлургия и

5В070900 – Металлургия

Рекомендовано на заседании кафедры

«___»_________20__г., протокол №___

Заведующий кафедрой _________ «___»_________20__г.

(подпись)

Одобрено УМС факультета металлургии, машиностроения и транспорта «___»________20__г., протокол №___

Председатель УМС __________

(подпись)

ОДОБРЕНО:

Начальник ОПиМО _________ А. А. Варакута «___»_________20__г.

(подпись)

Одобрена учебно-методическим советом университета

«____»______________20__г. Протокол №____

Содержание

	Введение	4
1	Содержание дисциплины	5
2	Вопросы для итогового контроля успеваемости по дисциплине	9
	Литература	11

Введение

Для изучения дисциплины «Электролизное производство алюминия» согласно учебного плана предусматриваются лекционные, практические, лабораторные занятия и самостоятельная работа студента.

Лекционные занятия являются ведущей организационной формой обучения по дисциплине, обеспечивающей формирование у студентов системы знаний, составляющих основу дисциплины.

Главная цель лекционных занятий – сформировать у студентов представление о дисциплине, обеспечить усвоение технических знаний и получение практических навыков в прикладных разделах дисциплины.

Для методического руководства и проведения практических и лабораторных занятий составляются методические указания.

Самостоятельная работа студентов направляется и контролируется преподавателем.

Обучение студентов в университете осуществляется по кредитной системе обучения, что подразумевает большой объем самостоятельной работы по изучению дисциплины.

Работа студента по изучению дисциплины включает в себя такие виды работ как:

- подготовку к лекционным, практическим и лабораторным занятиям;

- посещение лекционных, лабораторных, практических занятий и СРСП;

Особенностью кредитной системы обучения является то, что на занятия (лекционные, практические и лабораторные) студент должен прийти подготовленным и изучившим материал по теме предстоящего занятия.

Для этого студенту преподаватель выдает следующие материалы: ПДС, Методические рекомендации и указания для подготовки к лекциям, практическим, лабораторным занятиям, СРСП и СРС с вопросами по которым будет проверяться уровень знаний на каждом занятии.

Методические рекомендации по подготовке к лекциям могут быть заменены Графиком чтения основной литературы по дисциплине, где будет указан необходимый объем материала, который должен быть прочтен перед каждым лекционным занятием.

Тем самым студент, руководствуясь этими материалами, должен заранее изучать необходимый материал, для успешного и эффективного усвоения материала, преподносимого на занятиях.

1 Содержание дисциплины

Тематика лекционных занятий

Тема 1. Введение.

Электролиз расплавленных сред – основной процесс в технологии производства алюминия. Перспективы развития металлургии алюминия в Казахстане.

Рекомендуемая литература: [8] c. 3-4, 8-27, [10] c. 7-10, 14-19.

Тема 2. Свойства алюминия и области его применения.

Физические и химические свойства алюминия. Применение алюминия и его сплавов.

Рекомендуемая литература: [1] c. 28-34, [10] c. 11-14, [11] c.11-14.

Тема 3. Производство угольных электродов.

Сырье для производства угольных электродов. Технологическая схема производства угольных электродов. Прокаливание твердых углеродистых материалов. Размол и классификация твердых углеродистых материалов. Смешение углеродистых материалов со связующим. Прессование электродов. Обжиг зеленых электродов. Графитирование электродов.

Рекомендуемая литература: [1] c. 91-94, [10] c. 142-169.

Тема 4. Производство фтористых солей.

Криолит и фтористые соли. Требования, предъявляемые к фтористым солям. Сырье, материалы для производства фторсолей. Производство криолита кислотным способом. Технологическая схема. Производство фтористого алюминия и фтористого натрия. Получение фтористого алюминия сухим способом.

Рекомендуемая литература: [1] c. 94-96, [10] c. 128-141, [11] c.147-153.

Тема 5. Теоретические основы электролитического получения алюминия.

Свойства электролита алюминиевой ванны. Теория электролиза расплавленных сред. Диаграммы плавкости систем; фторид натрия – фторид алюминия; криолит – глинозем; криолит – фторид; алюминия – глинозем. Плотность, вязкость, электропроводность, упругость паров. Влияние добавок и примесей в электролите на процесс электролиза. Напряжение разложения криолит – глиноземных расплавов. Механизм электролиза. Анодные и катодные процессы при электролизе. Побочные процессы.

Рекомендуемая литература: [1] c. 97-107, [10] c. 170-188, [11] c.153-174.

Тема 6. Технология процесса электролиза.

Анодный эффект: причины его возникновения, положительные и отрицательные стороны, способы устранения анодной вспышки. Параметры процесса электролиза. Выход металла по току и по энергии. Влияние различных факторов на выход алюминия по току. Извлечение алюминия из ванн и его разливка. Обслуживание анодов. Питание ванн глиноземом. Корректировка электролита фторсолями. Энергетический баланс алюминиевой ванны.

Рекомендуемая литература: [1] c. 107-116, [10] c. 188-201, 214-233, [11] c.175-185, 201-222.

Тема 7. Конструкция электролизеров.

Электролизеры с обожженными анодами. Электролизеры с самообжигающимися анодами.

Монтаж и демонтаж алюминиевых ванн. Обжиг и пуск ванн после ремонта.

Новые идеи в конструировании алюминиевых электролизеров.

Рекомендуемая литература: [10] c. 202-211, [11] c.185-201.

Тема 8. Электролизный цех.

Электролизная серия и питание электролизеров постоянным током. Корпус электролиза. Расположение ванн в цехе. Системы газоулавливания и газоочистки. Регенерация фторидов и других ценных составляющих из анодных газов. Внутрицеховой транспорт. Охрана труда и техника безопасности.

Рекомендуемая литература: [1] c. 117-119, [10] c. 211-214, [11] c.223-229.

Тема 9. Рафинирование алюминия.

Состав алюминия – сырца, влияние примесей на физико – химические свойства алюминия. Свойства и применение алюминия высокой чистоты.

Электролитическое рафинирование хлором и переплавкой.

Получение алюминия особой чистоты: зонной поавкой, очисткой металла через субсоединения.

Рекомендуемая литература: [1] c. 119-121, [10] c. 237-250, [11] c.237-254.

Тема 10. Получение алюминия и его сплавов термическими способами.

Краткие теоретические основы и технология производства силиоалюминия электротермическим способом. Печи для выплавки силикоалюминия.

Рекомендуемая литература: [1] c. 122-123, [10] c. 253-258, [11] c.254-267.

Тема 11. Заключение

Перспективы развития алюминиевого производства в Республике Казахстан.

Рекомендуемая литература: [8] c. 253-255.

Перечень и содержание практических занятий

Тема 6. Технология процесса электролиза.

Занятие 1. Материальный расчет электролизера.

Расчет производительности электролизера и расход сырья на производство алюминия.

Занятие 2. Электрический расчет электролизеров.

Определение сечения и длины токоподводящих проводников электролизера и составление электрического баланса напряжения.

Занятие 3. Энергетический расчет электролизеров.

Определение прихода и расхода энергии в процессе электролиза и составление теплового баланса электролизера.

Тема 7. Конструкции электролизеров.

Занятие 4 . Конструктивный расчет электролизера.

Расчет основных размеров электролизера.

Содержание лабораторных занятий

Тема 5. Теоретические основы электролитического получения алюминия.

Занятие 1. Определение электродных потенциалов различных металлов в расплавленных средах.

Знакомство с краткими теоретическими сведениями к работе, выполнение работы согласно методики, построение графиков, таблиц, выполнение расчетов, выводы.

Тема 6. Технология процесса электролиза.

Занятие 2. Электролитическое получение алюминия.

Знакомство с краткими теоретическими сведениями к работе, выполнение работы согласно методики, построение графиков, таблиц, выполнение расчетов, выводы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение студентами

Тема 3. Производство угольных электродов.

Задание 1. Производство анодов.

Рекомендуемая литература: [12], 6-77 стр.

Тема 4. Производство фтористых солей.

Задание 2. Производство криолита щелочным способом.

Рекомендуемая литература: [10],137-139 стр.

Тема 8. Электролизный цех.

Задание 3. Контроль и автоматическое регулирование работы электролизеров. Охрана труда и техника безопасности.

Рекомендуемая литература: [11], 230-231, 318-322 стр.

Тема 9. Рафинирования алюминия.

Задание 4. Рафинирование алюминия хлором и переплавкой. Получение особо чистого алюминия.

Рекомендуемая литература: [10], 239-241, 246-250 стр.

Тема 10. Получение алюминия и его сплавов термическими способами..

Задание 5. Электротермическое производство алюминиево - кремниевых сплавов.

Рекомендуемая литература: [11], 254-268 стр.

Перечень и содержание СРСП

Тема 4. Производство фтористых солей.

Занятие 1. Получение фторида алюминия сухим способом

Тема 5. Теоретические основы электролитического получения алюминия.

Занятие 2. Диаграммы плавкости систем; фторид натрия – фторид алюминия; криолит - глинозем; криолит – фторид алюминия – глинозем.

Тема 6. Технология процесса электролиза.

Занятие 3. Извлечение алюминия из ванн и его разливка. Обслуживание анодов. Питание ванн глиноземом. Корректировка электролита фторсолями.

Тема 7. Конструкции электролизеров.

Занятие 4. Конструкции электролизеров с самообжигающимися анодами.

Тема 8. Электролизный цех.

Занятие 5. Оборудование для улавливания пыли и очистки газов.

Тема 9. Рафинирование алюминия.

Занятие 6. Конструкция ванны для электролитического рафинирования.

2 Вопросы для итогового контроля успеваемости по дисциплине

1. Алюминиевые минералы, руды и их месторождения.

2. Применение алюминия и его сплавов.

3. Физические и химические свойства алюминия.

4. Сырье для производства угольных электродов.

5. Технологическая схема производства угольных электродов. Электролизный цех.

6. Прокаливание твердых углеродистых материалов.

7. Размол и классификация твердых углеродистых материалов.

8. Смешение углеродистых материалов со связующим.

9. Прессование электродов.

10. Обжиг зеленых электродов.

11. Графитирование электродов.

12. Требования, предъявляемые к криолиту

13. Сырье, материалы для производства фторсолей.

14. Производство криолита кислотным способом.

15. Физико-химические основы электролитического получения алюминия.

16. Свойства электролита алюминиевой ванны.

17. Плотность криолито-глиноземного расплава и алюминия.

18. Температура плавления криолито-глиноземного расплава.

19. Вязкость криолито-глиноземного расплава.

20. Электропроводность криолито-глиноземного расплава и алюминия.

21. Междуполюсное расстояние и его влияние на процесс электролиза.

22. Диаграмма плавкости системы: криолит – глинозем.

23. Диаграмма плавкости системы: фторид натрия – фторид алюминия.

24. Влияние добавок солей и примесей в электролите на процесс электролиза.

25. Напряжение разложения криолит-глиноземных расплавов.

26. Механизм электролиза алюминия.

27. Анодные и катодные процессы при электролизе.

28. Анодный эффект при электролизе.

29. Причины возникновения анодного эффекта.

30. Способы устранения анодного эффекта.

31. Положительные и отрицательные стороны анодного эффекта.

32. Параметры процесса электролиза.

33. Выход по току.

34. Выход по энергии.

35. Криолитовое отношение.

36. Влияние различных факторов на выход алюминия по току.

37. Критическая плотность тока.

38. Состав электролита.

39. Извлечение алюминия из ванн.

40. Обслуживание анодов на электролизерах с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом.

41. Обслуживание анодов на электролизерах с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом.

42. Обслуживание анодов на электролизерах с обожженными анодами и верхним токоподводом.

43. Питание ванн глиноземом.

44. Корректировка электролита фторсолями.

45. Конструкции алюминиевых электролизеров.

46. Электролизеры с обожженными анодами.

47. Катодное устройство алюминиевых ванн.

48. Конструкция самообжигающегося анода у электролизеров с боковым токоподводом.

49. Конструкция самообжигающегося анода у электролизеров с верхним токоподводом.

50. Анодное устройство у электролизеров с обожженными анодами.

51. Ошиновка электролизеров.

52. Влияние магнитных полей на процесс электролиза.

53. Обжиг электролизеров.

54. Пуск электролизеров.

55. Послепусковой период работы электролизеров.

56. Нормальная работа электролизеров.

57. Рабочее пространство электролизной ванны.

58. Высота слоя алюминия в ванне и его влияние на процесс электролиза.

59. Нарушения в работе ванны.

60. Горячий ход ванны.

61. Холодный ход ванны.

62. Негаснущий анодный эффект.

63. Загрязнение электролита карбидом алюминия.

64. Электролизная серия.

65. Система газоулавливания и вентиляции в цехе электролиза.

66. Сухая очистка газов при электролизе алюминия.

67. Электролитическое рафинирование алюминия.

68. Конструкция ванны для рафинирования алюминия.

69. Технология процесса электролитического рафинирования алюминия.

70. Рафинирование алюминия-сырца хлором.

Литература

Основная литература

1 Худайбергенов легких металлов. Учебник - Алматы, 2001.

2 Троицкий алюминия / , . - М. : Металлургия, 19с.

3 Ветюков алюминия и магния. - М. : Металлургия, 1987.

4 Уткин цветных металлов. - 2-е изд. - М. : Интермет Инжиниринг, 20с.

5 Журавин цехов электролиза алюминия: Учеб. пособие / , , . - Сиб ГИУ; Новокузнецк, 20с.

6 Васюнина в алюминиевой промышлености: Справоч. пособие/ , . - Красноярск, 20с.

7 Лайнер глинозема. - М., Алматы, 2001.

8 , Пак алюминия. Казахстанский электролизный завод. Павлодар : ТОО «Дом печати», 2009. – 262 с.

Дополнительная литература

9 Баймаков расплавленных солей / , . - М. : Металлургия, 19с.

10 Беляев легких металлов. - М. : Металлургия, 1970.

11 Николаев легких металлов / , , . - М. : Металлургия, 19с.

12 Колодин обожженных анодов алюминиевых электролизеров / , , . - М. : Металлургия, 19с.

13 Гордон и очистка газов / , . ­М. : Металлургия, 1968. – 499 с.