Алуминий, производство на алуминий: технология, процес и описание

Алуминият има много свойства, които го правят един от най-използваните материали в света. Той е широко разпространен в природата, заемайки първо място сред металите. Изглежда, че няма да има трудности при производството му. Но високата химическа активност на метала води до факта, че в неговата чиста форма той не е изпълнен и е трудно да се произведе - това е енергийно интензивно и скъпо.

Суровини за производство

От какви суровини се произвежда алуминий? Производството на алуминий от всички минерали, които го съдържат, е скъпо и нерентабилно. Получете го от боксит, който съдържа до 50% алуминиеви оксиди и лежат директно на повърхността на земята значителна маса.

тези алуминиеви руди имат доста сложен химичен състав. Те съдържат алуминиев оксид в количество 30-70% от общата маса, силициев двуокис, който може да бъде до 20%, железен оксид от 2 до 50%, титан (до 10%).

Алумина, а това е алуминиев оксид, се състои от хидроксиди, корунд и каолинит.

Наскоро алуминиеви оксиди са получени от нефелини, които също съдържат натриеви, калиеви, силициеви и алуминиеви оксиди.

За производството на 1 тон чист алуминий са необходими около два тона алуминий, което от своя страна се получава от около 4,5 тона боксит.

Депозити на боксит

Резервите на боксит в света са ограничени. Навсякъде по света има седем региона с богатите си находища. Това Гвинея в Африка, Бразилия, Венецуела и Суринам в Южна Америка, Ямайка, Карибите, Австралия, Индия, Китай, Гърция и Турция до Средиземно море и Русия.

В страните, където има богати находища на боксит, може да се развива и производството на алуминий. Русия извлича боксити в Урал, в районите Алтай и Красноярск, в един от областите в района на Ленинград, нефелин - на полуостров Кола.

Най-богатите депозити принадлежат на руската Обединена компания UC RUSAL. Зад него отиват гигантите Rio Tinto (Англия-Австралия), обединени с канадския Alcan и CVRD. Четвъртото място е компанията Chalco от Китай, а след това и американско-австралийската корпорация Alcoa, които също са големи производители на алуминий.

Произход на производството

Датският физик Оерстед избра първия алуминий в свободната си форма през 1825 г. Продължаваше химическата реакция алуминиев хлорид и амалгам на калий, вместо това две години по-късно германският химик Уелър използва метален калий.

Калиев - скъп материал, обаче в промишленото производство на алуминий французин St. Clair Deville 1854 на мястото на калиев натриев godu използва елемент е значително по-евтино, и устойчиви двойно алуминиев хлорид и натриев.

Руският учен Н. Н. Бекетов успя да изтласка алуминий от разтопен криолит с магнезий. В края на осемдесетте години на същия век тази химическа реакция се използва от германците при първото алуминиево растение. През втората половина на 18-ти век са получени 20 тона чист метал с химически средства. Това беше много скъп алуминий.

Производството на алуминий чрез електролиза произхожда от 1886 г., когато буквално идентични патентни заявления са подадени от основателите на този метод от американския учен Хол и французин Еру. Те предложиха разтваряне на алуминиев оксид в стопен криолит и след това получаване на алуминий чрез електролиза.

Това е началото на алуминиевата индустрия, която се превърна в продължение на повече от един век на историята в един от най-големите клонове на металургията.

Основните етапи на производствената технология

Като цяло технологията за производство на алуминий не се е променила от самото начало.

Процесът се състои от три етапа. На първата от алуминиевите руди, независимо дали това са бауити или нефелини, алуминиев оксид-алуминиев оксид Al₂О₃ .

След това индустриалният алуминий се извлича от оксида с 99,5% степен на пречистване, което за някои цели е недостатъчно.

Следователно, в последния етап, алуминият е рафиниран. Производството на алуминий е завършено чрез пречистването му до 99,99%.

Получаване на алуминиев оксид

Има три начина за производство на алуминиев оксид от руди:

- киселина;

- електролитна;

- алкална.

Последният метод - най-често срещаният, развит в същия XVIII век, но оттогава многократно подобрен и значително подобрен, се използва за преработката на боксит с високи качества. По този начин се произвеждат около 85% алуминиев оксид.

Същността на алкалния метод се състои във факта, че алуминиевите разтвори се разлагат с висока скорост, когато в тях се вкарва алуминиев хидроксид. Разтворът, останал след реакцията, се изпарява при висока температура около 170 ° С и отново се използва за разтваряне на алуминиевия оксид;

Първо боксит раздробява и смила в мелници с каустик вар и след това в автоклав при температури до 250 ° С, разлагането на неговата химична и натриев алуминат се образува, която се разрежда с алкален разтвор вече при по-ниска температура - 100 ° С всички разтвор алуминат се промива специални сгъстители, отделени от утайката. Тогава се разлага. Разтворът се изпомпва през филтъра в съд с бъркалка за непрекъснато разбъркване на състава, в който семената се добавя към твърд алуминиев хидроксид.

В хидроциклони и вакуумни филтри се отделя алуминиев хидроксид, някои от които се връщат като семена, а някои отиват за калциниране. Филтратът, останал след отделянето на хидроксид също се връща в циркулация за извличане на следващата партида бауксити.

Процесът на калциниране (дехидратация) на хидроксид в ротационни пещи се осъществява при температури до 1300 ° С.

За производството на два тона алуминиев оксид се консумират 8,4 kWh електроенергия.

Силно химическо съединение, чиято точка на топене е 2050 ° C, все още не е алуминий. Производство на алуминий отпред.

Електролиза на алуминиев оксид

Основното оборудване за електролиза е специална вана, облицована с въглеродни блокове. За него е подаден електрически ток. Във ваната въглеродните аноди се изгарят, когато се отделят от оксида на чист кислород и образуват оксид и въглероден диоксид. Баните или електролизите, както се наричат ​​специалисти, са включени в електрическата верига в серия, образувайки серия. Настоящата сила е 150 хиляди ампера.

Аноди могат да бъдат два вида: с въглища от големи блокове, чиято маса може да е по-голяма от Содърбърг тон и се състои от брикетите на въглища в обвивка алуминий, които са спечени по време на електролиза при високи температури.

Работното напрежение в банята обикновено е около 5 волта. Тя отчита както напрежението, необходимо за разлагането на оксида, така и неизбежните загуби в разклонената мрежа.

От разтворен в стопилка на основата на криолит, алуминиев оксид течен метал, който е по-тежък от електролитните соли, се утаява на основата на въглищата в банята. Той периодично се изпомпва.

Процесът на производство на алуминий изисква много електроенергия. За да получите един тон алуминий от двуалуминиев триоксид, трябва да похарчите около 13,5 хиляди киловатчаса електроенергия от постоянен ток. Ето защо още едно условие за създаване на големи производствени центрове е мощната електроцентрала наблизо.

Рафиниране на алуминий

Най-известният метод е трипластовата електролиза. Също така се провежда в електролитни вани с въглеродни подложки, облицовани с магнезит. Анодът в процеса е самият стопен метал, който се подлага на пречистване. Той се намира в долния слой на проводимата основа. Чистият алуминий, който се разтваря от електролита в анодния слой, се разбира нагоре и служи като катод. Токът към него се захранва с помощта на графитен електрод.

Електролитът в междинния слой е алуминиев флуорид или чист или с добавяне на натриев и бариев хлорид. То се загрява до температура 800 ° С.

Консумация на електроенергия при трипластово рафиниране е 20 кВтч на килограм метал, което е 20 хил. kWh за един тон. Ето защо, подобно на металопроизводството, алуминият изисква наличието не само на източник на електроенергия, но и на голяма електроцентрала в непосредствена близост.

Рафинираният алуминий съдържа желязо, силиций, мед, цинк, титан и магнезий в много малки количества.

След рафинирането алуминият се преработва в търговски продукти. Това са слитъци, тел, лист и хашки.

Продуктите за сегрегация, получени в резултат на частично рафиниране под формата на твърда утайка, се използват за дезоксидация и частично се отклоняват като алкални разтвори.

Абсолютно чист алуминий се получава чрез последващо стопяване на метала в инертен газ или вакуум. Нейната забележителна характеристика е високата електрическа проводимост при криогенни температури.

Рециклиране на вторични суровини

Една четвърт от общото търсене на алуминий се постига чрез вторична преработка на суровини. От продуктите рециклираното формоване се излива в рециклирането.

Предварително сортираните суровини се разтопяват в прагова пещ. В него има метали с по-висока точка на топене от алуминий, например никел и желязо. Различни неметални включвания се отстраняват от стопения алуминий чрез продухване с хлор или азот.

По-тънки метални примеси се отстраняват чрез добавки на магнезий, цинк или живак и евакуация. Магнезият се отстранява от стопилката с хлор.

Предварително определена легирана сплав се получава чрез въвеждане на добавки, които се определят от състава на разтопения алуминий.

Алуминиеви производствени центрове

Що се отнася до потреблението на алуминий, Китай заема първо място, като остава зад САЩ на второ място, а третият - Германия.

Китай също е страна с производство на алуминий, с огромен марж, водещ в тази област.

Първите десет, с изключение на КНР, включват Русия, Канада, Обединените арабски емирства, Индия, САЩ, Австралия, Норвегия, Бразилия и Бахрейн.

В Русия монополът в производството на алуминий и алуминий е комбиниран фирма РУСАЛ. Произвежда до 4 милиона тона алуминий годишно и изнася продукти в седемдесет страни и присъства на пет континента в седемнадесет страни.

Американската компания Alcoa в Русия притежава две металургични заводи.

Най-големият производител на алуминий в Китай е Chalco. За разлика от чуждестранните конкуренти, всичките му активи са концентрирани в родната си страна.

Хидроалуминиевият участък на норвежката компания Norsk Hydro притежава алуминиеви инсталации в Норвегия, Германия, Словакия, Канада и Австралия.

Австралийската компания BHP Billiton притежава производство на алуминий в Австралия, Южна Африка и Южна Америка.

В Бахрейн е Алба (алуминий Бахрейн Б. С. С.) - може би най-голямото производство. Алуминиевият пръстен на този производител заема повече от 2% от общото количество "крилати" метали, произведени в света.

Така че, обобщавайки, можем да кажем, че основните производители на алуминий са международни компании, които притежават резерви от боксит. И само процеса енергоемко се състои от получаване на алуминиев оксид от производствените флуориди алуминиева руда, които включват криолит, въглероден анод паста и въглероден анод, катод, покриващи материали, както и правилното електролитно производство на чист метал, който е основният компонент на алуминий и стомана.