Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное  образовательное  учреждение

среднего  профессионального  образования

Волгоградский государственный  колледж управления

и новых технологий 
 
 
 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 
 

по учебной  дисциплине: Электролитическое получение алюминия

на тему:  Расчет электролизера по заданным параметрам  
 
 

                                                       Разработчик (выполнил):

                                                       Алехин Иван Геннадьевич 

                                                       Курс   4     Группа №     100-ЦМ

                                                       Специальность:  150102

                               Металлургия цветных  металлов

                               Руководитель:______________________

                                                                                                                                     

Волгоград 2010г. 

                                      УТВЕРЖДАЮ

                                                                               Начальник отдела УВР корпуса  А 

                                                                               ___________     Л. П. Маринченко

                                                                               «_____»  ______________  200__г. 

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Студенту ___________________________________________________________

                                                                                  (фамилия, имя, отчество) 

Специальность _______________________________________________________

(код  и наименование специальности)

Группа № ___________                                                                        Курс ________

Учебная дисциплина ___________________________________________________

Тема курсового  проекта:  _______________________________________________

Содержание  работы (перечень вопросов, подлежащих разработке, исходные данные для разработки,  рекомендуемая литература, перечень графического и/или наглядного  материала и т.д.):     

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Руководитель  курсового проекта       ___________________

Срок представления  работы (проекта) к защите    « ___ »  ___________ 200__ г.

Дата получения  студентом задания

«____»__________ 200 __ г. 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

Расчет  основного металлургического оборудования (электролизера)

1. Материальный расчет ……………………………………………….

2.   Конструктивный расчет ……………………………………………..
3. Расчет ошиновки ………………………………………………………
4. Расчет электрического баланса ……………………………………..

 

ПЕРЕЧЕНЬ  ЛИТЕРАТУРНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ

ИСТОЧНИКОВ .............................................................……………………. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       , каолинов и других горных пород.  Наиболее ценная алюминиевая  руда – бокситы, содержание  Аl₂O₃ в бокситах  достигает  50%.

       

       Свободный алюминий впервые был получен  датским физиком Эрстедом в 1825 г, но только в 1845г  немецкий физик  Веллер  получил алюминий в количестве, достаточном для определения его свойств, эти свойства дали толчок  для разработки промышленного получения алюминия.

       В 1886г Поль Эру во Франции и Чарльз Холл в  США подали заявку на получение алюминия путем электролитического разложения глинозема, растворенного в криолите.

       С 1888г началось промышленное получение  алюминия по этому способу, применяемому до настоящего времени.

       Алюминиевая промышленность России  До революции в России не было собственной алюминиевой промышленности, но теоретические исследования проводились профессором П.П. Федотьевым. В 1930г в Петербурге был пущен опытный завод, а в1931г создан научно- исследовательский и проектный институт « Гипроалюминий», в последствии « ВАМИ».Строительство алюминиевых заводов осуществлялось на базе мощных гидроэлектростанций, ввод которых был предусмотрен планом ГОЭЛРО, одновременно сооружались мощности по производству глинозема, электродной продукции, и фторидов.

       14 мая 1932г выдал первый алюминий Волховский алюминиевый завод (ВАЗ).

       В 1933г был пущен Днепровский ( г. Запорожье) на базе Днепрогэса (ДАЗ). В 1939г  началось строительство  Уральского – УАЗ (Г. Каменск-Уральский алюминиевого завода).

       В 1943г ввели в эксплуатацию Новокузнецкий алюминиевый завод (НкАЗ).

       9 мая 1945г. выдал первый алюминий  Богословский алюминиевый завод  (БАЗ),  г. Краснотуринск.

       В послевоенные годы построены алюминиевые  заводы в г. Кандалакша-КАЗ, в 1951г, Канакере-КанАЗ - 1950г, Надвоецы-НАЗ  - 1954, Сумгаите – САЗ - 1955г, Волгоград-ВгАЗ-1959г, Шелехове- ИркАЗ - и 1962г, Красноярске-КрАЗ -  1964г, Братске- 1966г, Турсу-Заде, ТадАЗ -  1975г, Саяногорске- СаАЗ  - 1985г.

       

       Ведущими  производителями  алюминия являются США, Россия, Канада, Австралия, Бразилия, Китай, на долю которых приходится 63% всего мирового производства алюминия. 

Мировое производство первичного алюминия, тыс. т 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Раздел 1. Основы электролитического получения алюминия

       1.1 Свойства алюминия

       Алюминий  представляет собой серебристо- белый  металл с синеватым оттенком. Уникальное сочетание свойств – малая  плотность, высокая теплопроводность и электропроводность, коррозионная стойкость, хорошая механическая прочность в сочетании с высокой пластичностью – обеспечили широкое применение как чистого металла , так и сплавов на его основе.

       Физические  свойства

       Плотность алюминия 2,69 г/см³ при 20⁰С. Зависимость между плотностью и его составом носит практически линейный характер, что позволяет определять плотность как сумму плотностей каждого элемента. С ростом температуры плотность алюминия снижается, и при 965⁰С  составляет 2,35г/см³ . Удельный вес алюминия в 3,3 раза меньше меди, вследствие чего медные провода в линиях электропередач часто заменяются  алюминиевыми

       Температура плавления. Очень чувствительна к чистоте металла, для высокочистого алюминия (99,996%) она составляет 660,3⁰С. Благодаря этому свойству алюминий высокой чистоты долгое время использовался для калибровки термопар .Температура плавления изменяется с изменением чистоты металла,  а также зависит от содержания примесей, с их ростом она возрастает. С ростом внешнего давления температура плавления возрастает. Температура кипения   алюминия -2497⁰С.

       Теплопроводность. Теплопроводность отожженного алюминия в твердом состоянии снижается по мере роста температуры с 2,37 (при 210⁰С) до 2,08 Вт/см.К (при 660⁰С). При температуре выше 70,7 ⁰С она малочувствительна к чистоте металла. В жидком состоянии теплопроводность алюминия  резко падает  до 0,907 Вт/см.К.

       Удельное  электросопротивление алюминия  высокой чистоты ( 99,99%) при температуре 20⁰С составляет 2,6548·10^­8  Ом·м. С ростом

температуры удельное электросопротивление  возрастает практически по линейной зависимости. Электросопротивление в значительной степени зависит от чистоты металла. Электропроводность технического алюминия составляет 62-65% от электропроводности меди. При переходе в жидкое состояние электросопротивление  возрастает  и достигает 3,8·10^­8  Ом·м  при 1000⁰С. 

       Удельная  теплоемкость алюминия по мере увеличения температуры возрастает от 0,90 Дж·г^­1·К^­1  при 0⁰С  до 28,12 Дж·г^­1·К^­1  при 327⁰С.

       Поверхностное натяжение имеет максимальное значение при температуре плавлении, и с ростом температуры оно снижается.

       Вязкость  алюминия в жидком состоянии с ростом температуры снижается и увеличивается с ростом  твердых включений.

       Химические  свойства

       Алюминий  относится к третьей группе элементов  Периодической системы Д.И. Менделеева, порядковый номер 13 , атомный вес 26,98. Алюминий трехвалентен, в химических соединениях он  обычно является ионом  АL⁺³, при определенных условиях атом алюминия становится одновалентным ионом АL⁺¹,образуя субсоединения. Алюминий обладает большой химической активностью; энергия образования его соединений с кислородом, серой, углеродом весьма велика. В ряду напряжений  он находится  среди электроотрицательных  элементов, его нормальный электродный потенциал  равен ­1,67В. В обычных условиях при взаимодействии с кислородом воздуха алюминий покрывается прочной пленкой оксида алюминия (AL₂O₃) толщиной 2 ∙10^-5см, которая защищает его от дальнейшего окисления, при наличии в алюминии или окружающей среде  Na, Ca, Cu  прочность оксидной пленки резко снижается.

            Высокая  теплота образования  AL₂O₃, позволяет использовать алюминий для восстановления других металлов из оксидов. При нагревании  AL взаимодействует с S, образуя AL₂ S₃ . При взаимодействии AL с F образуется AL F₃ , реакция идет с выделением тепла, при нагревании AL F₃ в присутствии алюминия, идет реакция с образованием  субфторида (AL F ). При охлаждении AL F разлагается с образованием AL.

       

           Алюминий при температуре 1200⁰С взаимодействует с С, с образованием карбида алюминия  (AL₄С₃ ) с большим выделением тепла. В присутствии расплавленных солей (криолит) взаимодействие С с алюминием протекает при температуре около 1000⁰С.

           Алюминий не взаимодействует  с водородом, но водород хорошо  растворяется в жидком алюминии. Присутствие водорода отрицательно сказывается на механических свойствах алюминия.

            Алюминий взаимодействует с кислотами,  образуя соли, а с щелочами  – алюминаты.