Анализы алюминия

Анализы алюминия

Анализы алюминия

Анализы алюминия

В настоящее время алюминий получают только из одного вида руды — бокситов. В обычно используемых бокситах содержится 50—60% А12О3, <30% Fe2О3, несколько процентов SiО2, ТiО2, иногда несколько процентов СаО и ряд других окислов.

Пробы от бокситов отбирают по общим правилам, обращая особое внимание на возможность поглощения влаги материалом, а также на различное соотношение долей крупных и мелких частиц. Масса пробы зависит от величины опробуемой поставки: от каждых 20 т необходимо отбирать в общую пробу не менее 5 кг.

При отборе проб боксита в конусообразных штабелях от всех крупных кусков массой >2 кг, лежащих в окружности радиусом 1 м, откалывают маленькие кусочки и отбирают в лопату. Недостающий объем заполняют мелкими частицами материала, взятыми с боковой поверхности опробуемого конуса.

Отобранный материал собирают в плотно закрывающиеся сосуды.

Весь материал пробы измельчают в дробилке до частиц размером 20 мм, ссыпают в конус, сокращают и снова дробят до частиц размером <10 мм. Затем материал еще раз перемешивают и отбирают пробы для определения содержания влаги. Оставшийся материал высушивают, снова сокращают и измельчают до частиц размером < 1 мм. Окончательный материал пробы сокращают до 5 кг и дробят без остатка до частиц мельче 0,25 мм.

Дальнейшую подготовку пробы для анализа проводят после высушивания при 105° С. Размер частиц пробы для анализа должен быть менее 0,09 мм, количество материала 50 кг.

Приготовленные пробы боксита очень склонны к расслоению. Если пробы, состоящие из частиц размером <0,25 мм, транспортируют в сосудах, то перед отбором части материала необходимо перемешать весь материал до получения однородного состава.

Фториды

Отбор проб от криолита и фторида алюминия не представляет особых трудностей. Материал, поставляемый в мешках и имеющий однородный состав, опробуют с помощью щупа, причем подпробы отбирают от каждого пятого или десятого мешка. Объединенные подпробы измельчают до тех пор, пока они не будут проходить через сито с размером отверстий 1 мм, и сокращают до массы 1 кг. Этот сокращенный материал пробы измельчают, пока он не будет полностью проходить через сито с размером отверстий 0,25 мм. Затем отбирают пробу для анализа и дробят до получения частиц размером 0,09 мм.

Пробы от жидких расплавов фторидов, применяемых при электролизе расплава алюминия в качестве электролитов, отбирают стальным черпаком из жидкого расплава после удаления твердой настыли с поверхности ванны. Жидкую пробу расплава сливают в изложницу и получают маленький слиточек размерами 150Х25Х Х25 мм; затем всю пробу измельчают до размера частиц лабораторной пробы менее 0,09 мм.

Отбор проб в процессе производства

Красный шлам выпадает после фильтрования алюминатного раствора боксита в виде тестообразной и очень однородной массы. Предназначенный для продажи шлам из мокрых отвалов высушивают до остаточной влажности 6—12%. отбирая ежечасно лопатой пробы с целью контроля за процессом сушки.

Для общей пробы отбирают 5—10 кг шлама с ленты транспортера через определенные интервалы времени.

Объединенные подпробы хорошо перемешивают и сокращают до аналитической пробы массой 1 кг.

Пробы для внутризаводских исследований в целях контроля за технологическим процессом отбирают из сгустителя контролируемой установки. Ковшом емкостью 0,5—1 дм3 берут пробы из щелочной суспензии через определенные промежутки времени, отфильтровывают красный шлам, промывают и высушивают при 105° С. Для стабилизации щелочной суспензии добавляют натриевый щелок в молярном отношении [Na2О] : [А12Оз] <2, чтобы уменьшить выпадение гидрата окиси алюминия.

С целью расчета степени вскрытия для контроля стабильности работы всей установки через определенные интервалы времени отбирают пробы от фильтрационного кека, полученного при фильтровании красного шлама. Пробы, отобранные в течение дня, промывают, высушивают при 105° С и сокращают до пробы для анализа.

Смесь гидрата окиси алюминия и обожженной окиси алюминия — практически однородный материал, что обусловлено равномерным выделением осадка из щелочного раствора и перемешиванием в ходе обжига. Неоднородное распределение примесных элементов, зависящее от размера частиц, происходит только в очень небольшом объеме и несущественно влияет на результаты химических и физических анализов. При пробоотборе им можно пренебречь. Опасность расслоения возникает лишь для недообожженных окислов алюминия. При относительно редком отборе проб от опробуемого материала этого вида, расположенного на открытой поверхности, необходимо отбирать пробы щупом из штабеля в горизонтальных плоскостях на различной высоте и усреднять все последовательно отбираемые подпробы.

Как правило, для технологического контроля достаточно отбирать пробы через определенные интервалы времени, будь то отбор проб гидроокиси алюминия из промывочных барабанов либо окиси алюминия при наполнении бункера или разгрузке транспорта. Пробы можно отбирать вручную или механически (автоматически). Весь отобранный материал тщательно перемешивают и сокращают.

При обработке пробы, предназначенной для определения физических свойств окиси алюминия, с целью уменьшения измельчения агломерата перемешивать и сокращать материал следует осторожно (лучше вручную). При засыпке пробы в емкости или сосуды для хранения и транспортировки материал надо насыпать до края сосуда (не утрамбовывая), сосуд закрывают так, чтобы в него не проникал воздух. Сосуды с пробами перевозят на большие расстояния в древесной стружке или пенопласте. Не допускается использовать вместо сосудов пакеты и мешки.

Из гидроокиси алюминия вследствие высокого содержания влаги можно изготовить только исходные пробы без обычного перемешивания и подготовки.

Алюминатные растворы.

Пробы от материалов, обрабатываемых в трубчатых испытательных установках, можно, поддерживая температуру 90—100° С, отбирать согласно общим правилам.

Если необходимо выявить содержание мелких взвесей, проходящих через фильтр, например гидрата окиси железа и титана, то надо тщательно перемешать щелочной раствор. Однако в большинстве случаев для контроля за процессом вскрытия определяется молярное соотношение [Na2О] : [А12Оз] в щелочном растворе. При этом надо особенно следить за тем, чтобы температура щелочного раствора была не ниже 90° С, так как иначе возникает заметное осаждение гидрата окиси алюминия. При особенно нестабильных щелочных растворах с молярным соотношением менее 1,8 необходимо, добавляя определенное количество щелочи NaOH, стабилизировать содержание Na2О.

Скрап

Европейской организацией по производству алюминия в 1968 г. были опубликованы Рекомендуемые методы пробоотбора от алюминиевого скрапа. При составлении этого документа в основу было положено первое издание настоящей книги, вышедшей в 1956 г., и результаты исследований, проводившихся затем в ФРГ. В дальнейшем эти рекомендации ОЕА были разработаны и приняты международной комиссией специалистов.

Для отбора проб от алюминиевого скрапа необходимо знать условия его производства. С учетом установленных вида и количества материала, а также максимального размера кусков и допустимого содержания примесей пробоотборщик решает, на что он должен прежде всего обратить внимание при отборе проб.

Отобранные пробы надо предварительно обработать и сплавить при условиях, максимально приближающихся к условиям изготовления материала. Доля материала, отбираемого в общую пробу, зависит еще и от однородности скрапа. Указанные в последующих разделах количества материала минимальны, но на практике они могут быть гораздо больше.

Если партии скрапа очень неоднородны, то по соглашению с покупателями их можно предварительно рассортировать и отобрать соответственно две пробы. Если отклонение между данными анализа обеих проб слишком велико, то обычно увеличивают объем пробоотбора. Поскольку при небольших количествах материала расходы на пробоотбор относительно велики, то при массе поставки менее 1 т пробоотбор не проводят. Для сортировки более крупных партий скрапа с успехом применяют ручные спектроскопы.

Листовой скрап и куски.

Согласно некоторым классификациям требуется, чтобы отходы производства состояли либо только из чистого алюминия, либо из одного какого-либо его сплава, либо из сплавов, не содержащих меди и цинка. От таких сплавов в целях получения точных результатов отбирают несколько кусков с одинаковым или разным профилем или толщиной листа; эти пробы анализируют на содержание примесей методом капельной пробы, мокрым химическим методом или методом спектрального анализа. При поставке в мешках или сосудах обычно достаточно опробовать материал в каждом десятом сосуде, чтобы установить присутствие посторонних сплавов или материалов.

При смешанных отходах листа и заготовок требуется опробование всей торговой партии или же по меньшей мере каждого десятого сосуда, тюка, мешка или пакета на содержание постороннего материала. Средний состав можно приблизительно рассчитать из анализа отдельных кусков пробы с учетом их массы. Из всей торговой партии можно отобрать отдельные сорта скрапа в соответствии с массовой долей и сплавить; можно также отобрать представительную пробу (в зависимости от однородности торговой партии — до 20% материала), рассортировать и проанализировать отдельные сорта его (если необходимо, их сначала сплавляют). Если поставка состоит из заготовок различной формы и отбор проб или сортировка проб по их форме и виду невозможны, то пробы отбирают произвольно или при разгрузке через равные интервалы времени.

Общая проба не должна быть меньше 0,5% общей массы поставки, ее масса должна составлять не менее 50 кг. Общая проба должна быть гораздо больше, если материал состоит из кусков весьма разного состава. Из мешков или сосудов высыпают не менее 25% содержимого, а при различном составе — до 100%, и из каждого мешка или сосуда берут по меньшей мере одну заготовку. Общую пробу можно сократить, отбирая или откалывая небольшие куски. Если поставка состоит из нескольких различных видов скрапа, то масса конечной пробы должна быть не меньше 7 кг. Из отобранных кусков выплавляют общую или конечную пробу. Если необходимо опробовать старые отходы алюминиевых листа и лома, то от 20 до 100% торговой партии сортируют на партии из сравнительно однородных материалов, каждую из которых опробуют как относительно однородный материал.

 Отходы проволоки и кабеля

При поставке проводов без изоляции следует учитывать диаметр медной проволоки, наличие масла и жира, окалины и грязи. Если поставка должна состоять только из чистого алюминия или одного сплава, в пробу отбирают один кусок от каждой бухты, если же провод отгружают кусками — по куску провода от каждого сорта. При отгрузке в сосудах необходимо опробовать не менее 25% материала. Алюминиево-стальной кабель опробуют, отбирая образцы от нескольких частей кусков. Стальную сердцевину кабеля удаляют и взвешивают. Если кабель сильно окислен, имеет изолирующий слой и, возможно, содержит свинец, его куски, отобранные для пробы, расплавляют и лишь после этого анализируют. Не менее 0,5% торговой поставки (при наличии нескольких различных сортов провода — значительно больше) отбирают в виде коротких кусков соразмерно доле материала в поставке. Эту общую пробу можно сократить квартованием при одинаковом размере кусков или же, отрезая небольшие куски, до пробы массой не менее 7 кг. Общую или сокращенную пробу сплавляют для определения ее составляющих.

Фольга.

Однородность материала чистых, новых листов (отсутствие в фольге других металлов или сплавов, поверхностных покрытий) выявляют, анализируя капельную пробу.

Из новых видов фольги, фольги с покрытием, смешанных видов или же бывшей в употреблении фольги можно (если поставка отгружена навалом) отбирать пробы от каждого сорта соответственно его массовой доле или же отбирать пробы из различных мест, при транспортировке или разгрузке через равные интервалы времени. Если фольга свернута в рулоны или пакеты, то пробу берут не менее чем от 10% относительно однородных рулонов; при большой разнице между отдельными рулонами опробуют значительно большее количество рулонов.

Для определения выхода составляющих при плавлении и для анализа массовая доля пробы от бывшей в употреблении фольги должна составлять не менее 0,5%, а от новой фольги с покрытием — меньше 0,5%. Всю пробу или пробу после квартования плавят в атмосфере инертного газа, иногда после предварительного мягкого отжига или удаления масел и других органических компонентов, причем алюминий должен оставаться по возможности светлым, не сгорать и не плавиться. Расплавленный металл разливают на чушки и взвешивают. Шлак в расчет не принимают. При отборе проб для анализа из чушек надо особо обращать внимание на ликвацию свинца, особенно в последней чушке.

Литье

Для чистых отливок с равномерными свойствами состав можно определить, анализируя несколько выбранных произвольно кусков. Для экономии материала опробуемую партию необходимо рассортировать по виду и форме отливок и анализировать по одной отливке каждого сорта. Смешанные отливки можно при наличии дробилки разбить на куски приблизительно одинаковой величины. После хорошего перемешивания достаточно отобрать пробу массой в несколько килограммов. В других случаях отбирают общую пробу массой 10% от общей массы партии. Сортировка смешанных загрязненных отливок нецелесообразна.

Если в партии товара есть отливки с примесями железа или других посторонних металлов, необходимо рассортировать отливки на содержащие и не содержащие другие металлы. Из отливок одного вида надо выделить посторонние металлы и взвесить их. Из смешанных отливок с примесями посторонних металлов отбирают общую пробу массой не менее 10% от массы партии. Для отделения посторонних металлов с более высокой точкой плавления алюминий плавят при возможно низкой температуре в печи для переплавки с наклонным дном или в тигле с отверстием в дне, из которого может вытекать жидкий металл. Для контроля выхода расплавленного алюминия остаток примесей взвешивают. Если алюминий сразу разливают в чушки перед отбором проб, их снова расплавляют и хорошо перемешивают.

При анализе авиационного скрапа непосредственно оценивают его состав либо весь материал переплавляют, определяя затем массовые доли составляющих и отбирая соответствующие пробы.

Слитки прошлакованного алюминия. Прошлакованный при плавлении алюминий или скрап, который для облегчения транспортировки сплавляют и разливают без рафинирования, пригодны только для шихты и ни в коем случае не должны использоватьсям

как материал для литья заготовок или отливок. Иногда по свободно застывшей поверхности слитков можно определить, состоят ли они из различных плавок. Если при осмотре можно установить их однородность, то анализируют два слитка. При совпадении результатов анализа для отбора проб достаточно 1% слитков, чтобы определить среднее содержание алюминия; в противном случае количество анализируемых слитков увеличивают. Каждый отобранный для пробоотбора слиток сверлят в двух местах (сверху и снизу) до середины, избегая обрушения середины. Отобранную для анализа стружку тщательно расплавляют. Содержание магния следует определять прямо в стружке из-за возможных потерь его при плавлении.

По соглашению между поставщиком и потребителем слитки, отобранные в пробу, или их части, можно сплавить и затем отобрать пробы для анализа из расплава.

Стружка

Из всей стружки для пробы отбирают небольшое ее количество через равные интервалы времени в ходе разгрузки; при поставке в мешках или подобной упаковке — во время переработки. Обычно, если материал однородный, пробы отбирают по меньшей мере из каждого десятого мешка или контейнера; если материал неоднородный, то количество упаковок увеличивают. При этом надо обратить внимание на то, что мелкие частицы, масло и влага оседают внизу. Важно, чтобы пробы отбирались сверху, из середины и снизу. Общая проба должна составлять не менее 0,5% партии и весить не менее 25 кг. Если же поставка должна состоять из одного сплава, наличие одной упаковки материала другого сплава делает поставку несоответствующей условиям торгового соглашения. На это надо обращать особое внимание при визуальном контроле и отборе проб.

 В некоторых договорах обусловливают наличие в партии определенного количества мелких фракций с размером частиц <0,8 мм. Эти мелкие фракции содержат обычно значительно больше неметаллических компонентов, чем крупные фракции, и требуют при плавлении в печи барабанного типа большого количества флюса при относительно небольшом выходе металла. В мелких фракциях часто накапливается окисная фаза, которую невозможно удалить магнитом в ходе подготовки стружки, а при плавлении она восстанавливается алюминием. То же самое наблюдается для ряда тяжелых металлов при их значительном окислении и для кремния, восстановленного из кремнезема.

Часть 2