ГЛАВНАЯ

ИСТОРИЧЕСКИЙ

ЭКСКУРС

ПРОМЫШЛЕННОЕ

ПОЛУЧЕНИЕ

НОВАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ

ПАТЕНТ

ФОТОГАЛЕРЕЯ

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ АЛЮМИНИЯ

В настоящее время по объему производства алюминий занимает первое место среди цветных металлов, и производство его постоянно расширяется.

Сегодня отечественная алюминиевая промышленность для производства глинозема использует апатито-нефелиновые породы Хибинского массива и нефелиновые сиениты ряда ме­сторождений Сибири и Урала.

Глины и каолины широко используют во многих отраслях промышленности при производстве керамики, огнеупоров и других изделий. Глина, как извесно, является алюмосиликатом кальция, а кроме этого содержит много разных компонентов. Глина состоит из мельчайших кристаллов. Эти кристаллы формируют глинообразующий минерал класса силикатов — каолинит. Его состав: 47% оксида кремния IV (SiO2), 39% оксида алюминия (АL2О3) и 14 % воды (Н20).

Следует обратить внимание на самые важные качества используемых сортов глины, наиболее распространенными из которых являются: красная глина, белая керамика (майолика), глина из песчаника, глина для производства фарфора и огнеупорная глина (каолин). Лучшие сорта каолинов, содержащие .до 49% Al2О3, ис­пользуют либо в алюминиевой промышленности для получения алюминиево-кремниевых сплавов прямым восстановлением, либо в качестве сырья для получения глинозема.

Глинозем - чистый оксид алюминия (Аl2О3), основной, исходный материал для производства алюминия электролизом.

При промышленном производстве бокситы сначала подвергают химической переработке, удаляя из них примеси оксидов кремния (Si), железа (Fe) и других элементов. В результате такой переработки получают чистый оксид алюминия Al₂O₃ — основное сырье при производстве металла электролизом. Однако из-за того, что температура плавления Al₂O₃ очень высока (более 2000°C), использовать его расплав для электролиза не удается.

Выход ученые и инженеры нашли в следующем. В электролизной ванне сначала расплавляют криолит Na₃AlF₆ (температура расплава немного ниже 1000°C). Криолит можно получить, например, при переработке нефелинов Кольского полуострова. Далее в этот расплав добавляют немного Al₂О₃ (до 10% по массе) и некоторые другие вещества, улучающие условия проведения последующего процесса. При электролизе этого расплава происходит разложение оксида алюминия, криолит остается в расплаве, а на катоде образуется расплавленный алюминий:

2Al₂О₃ = 4Al + 3О₂.

Так как анодом при электролизе служит графит, то выделяющийся на аноде кислород (O) реагирует с графитом и образуется углекислый газ СО₂.

При электролизе получают металл с содержанием алюминия около 99,7%. В технике применяют и значительно более чистый алюминий, в котором содержание этого элемента достигает 99,999% и более.

Электролиз криолитоглиноземных расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

Первые промышленные электролизеры были на силу тока до 0,6 кА и за последующие 100 лет она возросла до 300 кА. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.

Общая схема производства алюминия представлена на рисунке ниже:

Основным агрегатом является электролизер. Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс ведут при переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % (масс.). Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существуют два основных типа расходуемых анодов: самообжигающиеся и предварительно обожженные. Первые используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего.

Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950 – 960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизера. Криолитоглиноземные расплавы – очень агрессивны, противостоять которым могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера.

Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и направляется в литейное отделение на разливку или миксер, где в зависимости от дальнейшего назначения металла готовятся сплавы с кремнием, магнием, марганцем, медью или проводится рафинирование. На аноде происходит окисление выделяющимся кислородом углерода. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО₂ и СО.

Теоретически на процесс электролиза расходуются глинозем и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса – разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. Для получения 1 т алюминия необходимо:

Производство алюминия является одним из самых энергоемких процессов, поэтому алюминиевые заводы строят вблизи источников энергии.

Aluminium © 2009 г.