Алюминий тотығы (Al2O3) және оның қасиеттері
Тұжырым
Берілген курстық жұмыс 27 беттен, 6 суреттен, 8 кестеден, 10 пайдаланған әдебиет және 2 қосымшадан тұрады.
Курстық жұмысты HSC-5.1 металлургиялық Outokumpu компаниясында жасалған CHEMISTRY бағдарламасын пайдалана отырып, жүйедегі элементтердің бөліну дәрежесін анықтауға мүмкіндік алдық.
Жұмыстың мақсаты: жұмыста Al2O3-CaC2 жүйесіндегі өзара әсерлесуді зерттеулерде, 500-2500оС температурада элементтердің және олардың қосылыстарының таралу деңгейін анықтау, тиімді жүйені анықтау, сонымен қатар материалдық балансын есептеу болып табылады. Зерттеу барысындағы нәтижелерге төмендегі мәліметтер арқылы қорытынды жасауға болады.
Курстық жұмыс аналитикалық шолудан, зерттеуге арналған әдістен, зерттеу нәтижелерін талқылаудан, принципиалды технологиялық сұлбадан, материалдық баланстан, қорытындыдан және пайдаланған әдебиеттерден тұрады.
| Мазмұны Тұжырым | |
| Мазмұны | |
| Нормативтік белгілер | |
| Анықтамалар | |
| Белгілеулер мен қысқартулар | |
| Кіріспе | |
| 1. Тақырып бойынша аналитикалық шолу | |
| 1.1 Алюминий тотығы (Al2O3) және оның қасиеттері | |
| 1.2 Кальций карбиді (CaC2) және оның қасиеттері | |
| 1.3 Алюминий тотығы өндірісінің Байерлік әдіспен өндіргендегі физика - химиялық негіздері | |
| 1.4 Алюминийді электролиттік әдіспен алудың теориялық негіздері | |
| 2 Зерттеу және анализ жүргізуге арналған әдістер. Бастапқы реагенттер | |
| 2.1 Бастапқы заттардың сипаттамасы | |
| 2.2 Термодинамикалық зерттеу әдістемесі | |
| 3 Зерттеу нәтижелері және оларды талқылау | |
| 3.1 Al2O3-CaC2 жүйесінде өзара әсерлесуді зерттеуде температура әсерінен Гиббс энергиясының өзгеруі | |
| 3.2 Al2O3-CaC2 жүйесінде өзара әсерлесуді зерттеуде температура әсерінен элементтердің таралу дәрежесі | |
| 3.3 Al2O3-CaC2 жүйесінде өзара әсерлесуде температура әсерінен элементтердің ыдырауына материалды баланс | |
| 4 Ұсынылатын технологиялық сызба | |
| Қорытынды | |
| Пайдаланылған әдебиеттер тізімі | |
| Қосымша А | |
| Қосымша Б |
Нормативтік белгілер
Бұл курстық жұмыста келесі құжаттарға сілтемелер жасалған.
МЕСТ 7.1 – 2003 Кітапханалық, баспа және ақпараттық жұмыстар бойынша стандарттар жүйесі.
СМЖ ОҚМУ ПР 7.04-2012 «Ұйымға, мазмұнға және сабақты өткізуге жалпы талаптар».
МЕСТ 8136 - 85 – 2013 «Белсенді алюминий оксиді. Техникалық талаптар».
МЕСТ 1460 - 81 – 2015 «Кальций карбиді. Техникалық талаптар».
Анықтамалар
Бұл курстық жұмыста келесі анықтамалар мен терминдер қолданылады:
Термодинамика – жылу туралы ғылым, химиялық термодинамика химиялық реакция энергиясының түрленуін зеріттейді.
Гиббс энергиясы – бұл химиялық реакция нәтижесінде энергияның өзгеруін көрсететін мәні болып табылады.
Алюминий – электр тогын жақсы өткізетін күміс түсті ақ металл
Боксит – тау жынысы, алюминий металы алынатын негізгі кентас.
Кальций карбиді – көміртегі мен кальций қосылысынан тұратын материал.
Энтальпия – 298˚К химиялық реакция кезіндегі жылу тиімділігі, ол өзімен бірге жылудың бөліну соммасы арасындағы айырмашылықтарға, өнімдерге және жиынтық реакцияларына рұқсат береді.
Жылу сыйымдылық – жылу сыйымдылығын өзгерту жүйесі өзімен бірге соңғы жылу сыйымдылығының айырмашылығын және жиынтық шығысы реагенттеріне рұқсат береді.
Энтропия –298˚К дәрежесіндегі энтропиялық реакциясы, яғни энтропия өнімінің стандартты айрмашылығы және жиынтық реакциясының шығысы болып саналады.
Жиынтық саны– газ тәрізді жиынтықтардың тепе-теңдік жүйесіндегі саны.
Белгілер және қысқартулар
Р – қысым, Мегапаскаль;
∆G – Гиббс энергиясының өзгеруі;
∆Н – энтальпиялық реакцияның өзгеруі;
∆S – энтропиялық реакцияның өзгеруі;
T – температура;
f – фазалардың жалпы саны;
bi – шексіз і компонентінің жалпы моль саны;
Cj – эмпирикалық термодинамикалық функциясы;
Xa – а жүйесіндегі фазалардағы жалпы моль саны;
Xj/Xa – j компонентінің а фазасындағы мольдік бөлігі;
a - ыдырау дәрежесі, ℅;
T – кестеде берілген алғашқы мәлімет;
G эл – элементтің молекулалық массасы, кг;
G қосылыс – қосылыстың молекулалық массасы, кг;
G баст – элементтің бастапқы массасы, кг.
Кіріспе
Геологиялық барлау жұмыстарының нәтижесінде Қазақстанның аймағында әртүрлі алюминий шикізаттары табылды. Олар бокситпен қатар нефелинді сиениттер, алуниттер, саз-ақсаз, металлургиялық домна қождары және тас көмірдің қалдық күлдері.
Қазіргі кезде алюминий тотығын тек бокситтен ғана өндіріп келеді, ал алюминий тотығын бокситтен басқа құрамында алюминий оксиді бар заттардан алуға болатыны бізге белгілі. Алюминий тотығы (Al2O3) — алюминий және оттегімен бинарлы қосылыс. Табиғатта, негізгі компоненті ретінде глинозем, стехиометриялық емес алюминий тотығының қоспасы, калий, натрий, магний және т.б. түрлерінде таралады.
Алюминийдің мынадай қасиеттері жаңа техника жасайтын конструкторларды қызықтырады: тығыздығы, аз (мыс пен темірден 3 есе аз), жоғары беріктіктегі пластикалық, коррозияға төзімділігі. Электр жəне жылу өткізгіштігі бойынша ол тек мысқа ғана жол береді. Басқа элементтермен (Si, Мg, Sn, Тi, Сu, Ni) легірлеу жəне термоөңдеу нəтижесінде беріктігі мен мықтылығы жағынан таза алюминийден асып түсетін құйма ала алмайсың. Алюминий осы қасиетіне байланысты авиациялық жəне ракета – ғарыштық өнеркəсібінде негізгі металл болып табылады.
Соңғы жылдары алюминий құймаларынан жасалған құрылыс конструкцияларының индустриясы қарқынды дамып келеді. Алюминийдің ірі тұтынушысы – электротехникалық өнеркəсіп, одан сым, кабель, трансформаторлар, маторлар орамдары, конденсаторлар т.б. жасайды.
Белсенді тотықсыздандырғыш элемент ретінде болатты қышқылсыздандыру үшін жəне көптеген металдар мен құймалар алуда алюмотермикалық тəсілде алюминийді металлургияда кеңінен қолданады [1].
Карбидтер көміртегінің металдармен химиялық қосылысын атайды. Карбидтер өнеркәсіптерде қолданылады және олардың ішінде бірінші орында кальций карбиді тұрады.
Электр пештерде алынатын техникалық кальций карбиді таза кальций карбиді болып табылмайды. Оның құрамында кездесетін қосындылар шикі материалдардан карбид өндірісіне қолданылады, сонымен қатар, бастапқы шикі материалдардың қалдықтары болып келеді.
Курстық жұмыстың мақсаты Al2O3-CaC2 жүйесіндегі өзара әсерлесуді зерттеулерде және 500-2500оС температурада элементтердің және олардың қосылыстарының таралу деңгейін, материалдық балансын, Гиббс энергиясын есептеу болып табылады. Сонымен қатар, алюминтйді алудың технологиялық сызбасын келтіру болып табылады.
1 Тақырып бойынша аналитикалық шолу
Алюминий тотығы (Al2O3) және оның қасиеттері
Қазақстан алюминий тотығы өндірісінде негізгі шикізат орындары Торғай және Краснооктябрь кенорындары болып табылады. Торғайдағы бокситтың қоры біткен кезде алюминий тотығы кәсіпорны ешбір қиындықсыз, толығымен алюминий тотығын Краснооктябрь кенорынынан өндіретін болады.
Алюминий оксиді Al2O3 — алюминий және оттегімен бинарлы қосылыс. Табиғатта, негізгі компоненті ретінде глинозем, стехиометриялық емес алюминий тотығының қоспасы, калий, натрий, магний және т.б. түрлерінде таралады.
Физикалық және химиялық құрамы: молярлы массасы: 101,96 г/моль; тығыздығы: 3,99г/см³ Суда ерімейтін түссіз кристалдар түрінде болады. Амфотерлі оксид. Іс жүзінде қышқыл құрамында ерімейді. Ыстық ерітінді мен балқымалы сілтілерде ериді. N-типті жартылай өткізгіш болып табылады, бірақ бұған қарамастан, алюминийлі электролитті конденсаторларда диэлектрлі өткізгіш ретінде пайдаланылады. Диэлектрлі өткізгіштігі — 9,5-10. Электрлі беріктігі 10 кВ/мм.
Алынуы: Боксит, нефелин, каолин, алуниттерден алюминат немесе хлоритті әдіс түрінде алынады. Шикізат катализатор, адсорбент алюминий өндірісінде, отқа төзімді және абразивті материал болып келеді.
Қолданылуы: Алюминий тотығы (α-Al2O3), минерал түрінде корунд деп аталады. Корундтың мөлдір ірі кристалдары асыл тастар ретінде қолданады. Қоспалар түрінде болғандықтан корунд түрлі түске боялады: рубин деп аталатын қызыл корунд (хром қоспаларынан тұрады), көк корунд —сапфир. Сонымен қатар корунд отқа төзімді материал ретінде қолданады. Басқа кристалды түрлері химиялық өндірісте катализаторлар, адсорбенттер ретінде қолданылады[2].
Алюминий – элементтердің периодтық жүйесінің ІІІ тобындағы химиялық элемент, реттік нөмірі 13, атомдық массасы 26,9815. Бір тұрақты изотопы бар. Жер қыртысында таралуы бойынша элементтер арасында 4, металдар арасында 1-ші орында. Табиғатта жүздеген минералдары кездеседі, оның көпшілігі – алюмосиликаттар болып келеді. Алюминий алу үшін пайдаланылатын негізгі шикізат – боксит. Алюминийді бос күйінде алғаш рет 1825 жылы даниялық физик Ханс Кристиан Эрстед алған. Алюминий – күміс түсті ақ металл, жылуды және электр тогын жақсы өткізеді, созуға, соғуға икемді, меншікті салмағы 2,7 г/см3; балқу температурасы 660˚С, қайнау температурасы 2500˚С; беріктік шегі - 150 МПа, салыстырмалы ұзаруы 50%, серпімділік модулі 7000 МПа. Ең таза алюминий маркалары: А99 (99,999% Аl), А8, А7, Аб, А5, А0 (алюминийдің үлесі 99,85%-дан 99 %-ға дейін). коррозияға берік, қалыпты температурада тұрақты, себебі бетіндегі алюминий оксидінен тұратын жұқа қабыршақ оны тотығудан қорғайды. Сондай-ақ ол амфотерлі элемент, сондықтан қышқылдармен де, сілтілермен де әрекеттеседі.
Алюминийдің мынадай қасиеттері жаңа техника жасайтын конструкторларды қызықтырады: тығыздығы, аз (мыс пен темірден 3 есе аз), жоғары беріктіктегі пластикалық, коррозияға төзімділігі. Электр жəне жылу өткізгіштігі бойынша ол тек мысқа ғана жол береді. Басқа элементтермен (Si, Мg, Sn, Тi, Сu, Ni) легірлеу жəне термоөңдеу нəтижесінде беріктігі мен мықтылығы жағынан таза алюминийден асып түсетін құйма алуға болады. Алюминий осы қасиетіне байланысты авиациялық жəне ракета – ғарыштық өнеркəсібінде негізгі металл болып табылады. Ракета (зымыран) массасыны жартысын алюминий құрайды, ал жолаушылар ұшағында оның үлесі 2/3 массаға жетеді.
Соңғы жылдары алюминий құймаларынан жасалған құрылыс конструкцияларының индустриясы қарқынды дамып келеді. Алюминийдің ірі тұтынушысы – электротехникалық өнеркəсіп, одан сым, кабель, трансформаторлар, маторлар орамдары, конденсаторлар т.б. жасайды.
Алюминий бетін жұқа оксид қабыршығы (0,0001 мм) қаптап тұрады, ол
металды ауа əсерімен тотығудан сенімді сақтап тұрады. Бұл алюминийдің коррозияға беріктігін сақтайды.
Белсенді тотықсыздандырғыш элемент ретінде болатты қышқылсыздандыру үшін жəне көптеген металдар мен құймалар алуда алюмотермикалық тəсілде алюминийді металлургияда кеңінен қолданады.