Откуда берут алюминий
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Откуда берут алюминий

Производство алюминия

«В природе ничто не возникает мгновенно и ничто не появляется в свете в совершенно готовом виде».

Александр Герцен
русский публицист, писатель

Производство металла делится на три основных этапа: добыча бокситов – алюминийсодержащей руды, их переработка в глинозем – оксид алюминия, и, наконец, получение чистого металла с использованием процесса электролиза – распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока. Из 4-5 тонн бокситов получается 2 тонны глинозема, из которого производят 1 тонну алюминия.

В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая, в основном, из оксида алюминия с примесью других минералов. Боксит считается качественным, если он содержит более 50% оксида алюминия.

Бокситы могут сильно отличаться друг от друга. По структуре они бывают твердые и плотные либо рыхлые и рассыпчатые. По цвету – как правило, кирпично-красные, рыжеватые или коричневые из-за примеси оксида железа. При небольшом содержании железа бокситы имеют белый или серый цвет. Но иногда встречаются руды желтого, темно-зеленого цвета и даже пестрые – с голубыми, красно-фиолетовыми или черными прожилками.

Около 90% мировых запасов бокситов сосредоточено в странах тропического и субтропического поясов – из них 73% приходится на пять стран: Гвинею, Бразилию, Ямайку, Австралию и Индию. В Гвинее бокситов больше всего – 5,3 миллиарда тонн (28,4%), при этом они высокого качества, содержат минимальное количество примесей и залегают практически на поверхности.

Следующим этапом является производственной цепочки является переработка бокситов в глинозем – это оксид алюминия Al2O3, который представляет собой белый рассыпчатый порошок. Основным способом получения глинозема в мире является метод Байера, открытый более ста лет назад, но актуальный до сих пор – около 90% глинозема в мире производятся именно так. Этот способ весьма экономичен, но использовать его можно только при переработке высококачественных бокситов со сравнительно низким содержанием примесей – в первую очередь кремнезема.

Метод Байера основан на следующем: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натра (каустической щёлочи, NaOH) высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Посторонние, входящие в состав боксита (так называемый балласт), не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт легко может быть отделен – он называется красный шлам.

Это густая масса красно-бурого цвета, состоящая из соединений кремния, железа, титана и других элементов. Его складируют на тщательно изолированных территориях – шламохранилищах. Их обустраивают таким образом, чтобы содержащиеся в отходах щёлочи не проникали в грунтовые воды. Как только хранилище отрабатывает свой потенциал, территорию можно вернуть в первоначальный вид, покрыв её песком, золой или дёрном и посадив определённые виды деревьев и трав. На полное восстановление могут уйти годы, но в итоге местность возвращается в изначальное состояние.

Многие специалисты не считают красный шлам отходом, так как он может служить сырьем для переработки. Например, из него извлекают скандий для дальнейшего производства алюминиево-скандиевых сплавов. Скандий придает таким сплавом особую прочность, сферы использования – автомобиле- и ракетостроение, спортивная экипировка, производство электропроводов.

Также красный шлам может использоваться для производства чугуна, бетона, получения редкоземельных металлов.

У глинозема нет срока годности, но хранить его непросто, так как при малейшей он возможности активно впитывает влагу – поэтому производители предпочитают как можно быстрее отправлять его на алюминиевое производство. Сначала глинозем складывают в штабели весом до 30 тысяч тонн – получается своеобразный слоеный пирог высотой до 10-12 метров. Потом пирог «нарезают» и грузят для отправки в железнодорожные вагоны – в среднем, в один вагон от 60 до 75 тонн (зависит от вида самого вагона).

Существует еще один, гораздо менее распространенный способ получения глинозема – метод спекания. Его суть заключается в получения твердых материалов из порошкообразных при повышенной температуре. Бокситы спекают с содой и известняком – они связывают кремнезем в нерастворимые в воде силикаты, которые легко отделить от глинозема. Этот способ требует больших затрат, чем способ Байера, но в то же время дает возможность перерабатывать бокситы с высоким содержанием вредных примесей кремнезема.

Глинозем выступает непосредственным источником металла в процессе производства алюминия. Но для создания среды, в которой этот процесс будет происходить, необходим еще один компонент – криолит.

Это редкий минерал из группы природных фторидов состава Na3AlF6. Обычно он образует бесцветные, белые или дымчато-серые кристаллические скопления со стеклянным блеском, иногда – почти черные или красновато-коричневые. Криолит хрупкий и легко плавится.

Природных месторождений этого минерала крайне мало, поэтому в промышленности используется искусственный криолит. В современной металлургии его получают взаимодействием плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой.

Ток для производства алюминия

Для запуска двигателя автомобильный аккумулятор должен обеспечить электрический ток в 300-350 А в течение 30 секунд. То есть в 1000 раз меньше, чем нужно одному электролизеру для постоянной работы.

В каждой ванне происходит процесс электролиза алюминия. Емкость ванны заполняется расплавленным криолитом, который создает электролитическую (токопроводящую) среду при температуре 950°С. Роль катода выполняет дно ванны, а анода – погружаемые в криолит угольные блоки длиной около 1,5 метров и шириной 0,5 метра, со стороны они выглядят как впечатляющих размеров молот.

Каждые полчаса при помощи автоматической системы подачи глинозема в ванну загружается новая порция сырья. Под воздействием электрического тока связь между алюминием и кислородом разрывается – алюминий осаждается на дне ванны, образуя слой в 10-15 см, а кислород соединяется с углеродом, входящим в состав анодных блоков, и образует углекислый газ.

Примерно раз в 2-4 суток алюминий извлекают из ванны при помощи вакуумных ковшей. В застывшей на поверхности ванны корке электролита пробивают отверстие, в которое опускают трубу. Жидкий алюминий по ней засасывается в ковш, из которого предварительно откачан воздух. В среднем, из одной ванны откачивается около 1 тонны металла, а в один ковш вмещается около 4 тонн расплавленного алюминия. Далее этот ковш отправляется в литейное производство.

При производстве каждой тонны алюминия выделяется 280 000 м 3 газов. Поэтому каждый электролизер независимо от его конструкции оснащен системой газосбора, которая улавливает выделяющиеся при электролизе газы и направляет их в систему газоочистки. Современные «сухие» системы газоочистки для улавливания вредных фтористых соединений используют ни что иное, а глинозем. Поэтому перед тем как использоваться для производства алюминия, глинозем на самом деле сначала участвует в очистке газов, которые образовались в процессе производства металла ранее. Вот такой замкнутый цикл.

Для процесса электролиза алюминия требуется огромное количество электроэнергии, поэтому важно использовать возобновляемые и не загрязняющие окружающую среду источники этой энергии. Чаще всего для этого используются гидроэлектростанции – они обладают достаточной мощностью и не имеют выбросов в атмосферу. Например, в России 95% алюминиевого мощностей обеспечены гидрогенерацией. Однако есть в места в мире, где угольная генерация пока доминирует – в частности, в Китае на нее приходится 93% производства алюминия. В результате для производства 1 тонны алюминия с использованием гидрогенерации в атмосферу выделяется чуть более 4 тонн углекислого газа, а при использовании угольной генерации – в пять раз больше – 21,6 тонны.

kak_eto_sdelano

Как это сделано, как это работает, как это устроено

Самое познавательное сообщество Живого Журнала

Все посты в Интернете про заводы РУСАЛа блогеры и журналисты пишут со слов кого-либо из руководства предприятия, больше-то им информацию взять не у кого.
Этот фотоотчет – исключение. По моей просьбе, все фотографии здесь подписаны обычным работником, специалистом среднего звена Саяногорского алюминиевого завода (лексика, орфография и пунктуация сохранены).

1. Производство алюминия – тут никакого волшебства 🙂 Сырье (криолит и глинозем) привозят на завод поездами с фабрик по добыче и обогащению глинозема. Эта смесь по аэрожелобам подается в ванны, там происходит расплав солей алюминия под воздействием температуры получаемой при воздействии электрического тока. В расплаве происходит растворения веществ в результате которого металюминий выпадает в осадок.

2. Алюминий становиться тяжелее электролита и тупо оседает на дно ванны, откуда его с помощью “носка” выливают.
Выливщик – самая невеселая и неблагодарная профессия. Весь день за этими котлами по корпусу бродить приходиться, наматывая более 10 км за смену. Круглый год зимой, когда в корпусе столько же, сколько на улице и летом, когда температура поднимается до 70 градусов. Самый комфорт с точки зрения хорошего климата в рабочей зоне это весна и осень – и не дубак и не пекло. Летом в шутку корпуса называем филиалом ада.

Читать еще:  Maгичeckaя kpacoтa издeлий из cepдoлиka

3. Чистка лЁток – хоть какое-то разнообразие и большая проблема если они завалены сырьем после засыпки.

4. Криолит содержит фтор. Фтор очень активное вещество и практически сразу взаимодействует со всем что рядом, образуя соединения. Вы если не заметили, то все окна в помещении помутневшие и белого цвета. Фтор соединяясь с водяным паром в воздухе образует плавиковую кислоту – одна из немногих, которая растворяет стекло, хотя другие агрессивные вещества и сильные кислоты могут спокойно храниться в таких посудах. Поэтому стекла, если с них не смывать пыль, за год становятся соовсем непрозрачными.

5. Бедолага Ноель (по названию фирмы-производителя кранов – Nkm Noel) как завели при пуске так и не глушили по сей день, работает, как говориться, на пределе своих возможностей и ресурса. Ушел не один год на доводку, чтобы это супердорогая железяка хоть как-то адекватно работала.

6. Все по старинке, никакие не новейшие технологии. Только на одном кране, и то не всегда, работает программа по автоматической установки. Вручную двое бедолаг меняют анодные блоки, тока вот кран помогает куски корки вытаскивать – грейферит. Анодный массив засыпан укрывным материалом – сырьем, оно под температурой спекается и получается корка. Грейферит – это потому-что тот инструмент, с помощью которого кран черпает эту корку из электролита при замене блоков, называется грейфер.

7. Если не прогрейферить, то будут отклонения на аноде, всякая шляпа поприлипает и ванна будет нестабильно работать. За это, если не делать, то начальство “чпокает” работяг. Хотя, когда сила тока была 320 кА, то на куски было пофигу, все их растворяло. И такая операция по замене анодов происходила в два раза быстрее.

8. Да здравствует ручной труд. Так-то вонь от этой мульды для сырья неимоверная, вся таблица Менделеева. Вот, правда, рабочие официально работают на экологически чистом предприятии. По документации рабочие место у них абсолютно безвредное (вредности нет), они операторы (многим из них на врят ли доживут до 50 без проблем для здоровья), а все операции делаются автоматически с кнопки. Нажал кнопку и спина вспотела ))

11. Вот так под ним вообще-то народ пытается как можно меньше времени проводить, вдруг в очередной раз что-то отвалиться и упадет кило так 200.

14. Работяги называют эти аноды в шутку шлакоблоками. Замена красных на черные.

15. Литейный цех.

16. Одна ванна в сутки нарабатывает около 3 т алюминия, его транспортируют в литейное отделении, где бодяжат до нужного состава сплавы и выливают в слитки.

19. Всех гостей обычно сюда водят на показуху. Метал вот он перед глазами, ни каких там ванн с бешеным магнитном полем рядом. И наглядный пример готовой продукции!

25. Погрузка продукта в вагоны, китайцы и американцы уже заждались.

31. Мы её называем Аврора. Но не всегда из нее приятный белый дым, иногда что-то идет не так, и выбрасывается темно-коричневый, отвратительного запаха. Аврора – это трубы мокрой газоочистки цеха производства электродов – анодов. Коэффициент её очистки около 80% + еще износ оборудования дает о себе знать, бывают сбои и нормально нифига воздух не чистит и это все в атмосферу. Хотя, если честно, в компании жРУСАЛо много что изношено до неприличия. Ведь у нашего бизнеса девиз – выжми все при мин вложении.

32. В строительстве Саянского алюминиевого завода принимал участие молодой Шойгу.

33. Вот так когда-то начинались многие великие строки страны. На благо советского народа. В 90 годы уже российской истории при достаточной туманный обстоятельствах прихватизации предприятие перешло бизнесу, хотя предприятие РАСАЛ заявляет, что оно “самое наикрутейшее в мире и каждый работник должен гордиться этим, пусть даже заправщику на соседней заправки платят больше” – это взято из ответа директора на вопрос рабочих. Отношение к работнику напоминает иной раз шарагу.

Этот крупный бизнес в свое время помешал ввести в строй другие планируемые перспективные производства в городе, чтобы ограничить поток (уход) кадров и удержания их более высокими зарплатами.
А так по существу это хорошо, что у нас в стране есть свое производство. Пусть даже 80% выпускаемой продукции уходит за бугор. У нас есть к чему стремиться и что развивать. Как никак оно свое родное, хоть и зарегистрировано на Сейшелах :))

Взят у danlux в Хакасский алюминиевый завод

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите пишите мне – Аслан (shauey@yandex.ru) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

Виды алюминиевого лома: где содержится алюминий?

Алюминий – один из самых востребованных материалов, который обладает уникальными техническими характеристиками и широкой сферой применения, которая касается многих промышленных сфер. Металл устойчив к действиям коррозии, жароустойчив. Его мягкость позволяет выпускать изделия разных форм и конфигураций, выполнять соединяющие элементы. Высокий коэффициент пластичности упрощает процесс переработки и помогает ускорить некоторые производственные процессы, связанные с внедрением больших температур. Переплавка алюминия осуществляется при помощи задействования надежного вторичного сырья, которое можно найти при использовании лома металла, готовой бытовой утвари, деталей транспорта и электроники.

Где содержится сам алюминий? Можно ли получить материал в домашних условиях?

В природе алюминий содержится в специальных минеральных соединениях, которые объединяют между собой две доли серной кислоты. Благодаря такому действию происходит окисление легко сплавных металлов. Формирование алюминия происходит естественным путем – алюминий содержится в тканях животных/растений в виде природного микроэлемента.

Каменная оболочка земли также формируется на основе алюмосиликатов и силикатов. Более популярным методом добычи природного материала становится использование бокситов. Их залежи расположены на территории государств тропического и субтропического пояса. В России для этих целей активно применяются нефелиновые руды. Найти их, к примеру, можно на рудниках Кемеровской области.

Основные источники вторичного алюминия:

  • кухонная посуда;
  • столовые приборы, произведенные методом литья или штамповки металла;
  • разные виды строительных материалов, обладающие показателями легкости и стойкости к внешним действиям;
  • В опорных панелях, на стройках;
  • В ломе бытовой техники;
  • В отдельных частях транспортных средств и периферического оборудования: шасси, литые диски, детали двигателя.

Отходы от алюминия. Какие из них можно сдать на лом?

Распределение металлических отходов алюминия и его сплавов отличается присутствием множества подгрупп и категорий. Сортировка металлолома ведется по классам, группам и сортам. Перерабатывающие предприятия принимают кусковой лом, стружку, порошковообразные отходы в больших объемах и иное вторичное сырье, которое было нельзя отнести в эти группы, но которое соответствует отведенным нормам качества.

Наряду с чистым Al, в котором содержание основного компонента приравнивается к показателям не менее 99%, на пункты цветного вторсырья поступает разный лом, который содержит в своем составе такие добавки, как медь, кремний, никель. Все алюминиевые сплавы делятся на деформируемые, используемые при создании листов, проволоки, прутьев, а также литейные, предназначенные для фасонного литья. Дальнейшая классификация основана на типах термообработки металла, анализе его химического состава.

Отдельно принимаются во внимание элементы алюминиевого проката. К ним можно отнести смешанные отходы литейного производства, получаемые при отливке узлов, элементы, предназначенные для машиностроения. Они используются при выпуске автомобилей, мотоциклов и самолетов.

Еще одна востребованная категория вторичного алюминия – продукция с содержанием никеля. Концентрация этого материала составляет не более 2.8% о общей массы металла.

Низкосортный лом – одна из обширных категорий, в которую вошел дробленный лом, а также стружка различного происхождения: фрезерная, токарная и сверлильная. К этому сорту предъявляется специальное требование. Так, пользователь, сдающий дробленый лом, обязуется разделять литейные, деформируемые и изделия, содержащие кремний. Сама стружка принимается отдельно.

К алюминиевому шлаку можно отнести кабельный лом, предварительно расплавленные изделия, разные банки, крышки, фольгу и ее производные. Большое количество подобного лома находится в бытовом секторе. К таковому можно отнести предметы быта – кастрюли, сковородки, столовые приборы и иную посуду. Они активно вытесняются современными чугунными моделями и изделиями, поэтому потребитель желает сдать устаревшую посуду на металлолом.

Где используется переработанный алюминий?

Сфера применения переработанного алюминия затрагивает следующие аспекты:

  • банки, тара разных конфигураций, пищевая упаковочная продукция;
  • строительная сфера;
  • автомобилестроение;
  • металлическая мебель и ее производные;
  • детали для разных устройств и механизмов.
Читать еще:  Чem пomoгyт издeлия и ykpaшeния c oниkcom?

Алюминий активно перерабатывается для изготовления новых изделий и элементов. Большое распространение вторичное сырье получило именно в пищевой промышленности. На переработку можно отдавать старые банки, емкости, упаковки от консервов. Далее из них выпускаются уже новые изделия, которые могут использоваться для размещения пищевых продуктов.

Алюминиевое вторсырье активно применимо при выпуске мебели и строительных материалов, в авиации и машиностроении. Если говорить о необычных способах использования вторсырья, то она коснулась создания алюминиевых композитных панелей для выполнения последующей облицовки зданий или крепежа для них. Алюминиевый Т-образный профиль для скрепления мебели и напольных покрытий также выпускается из обработанного вторсырья. Применяется вторичный алюминий и для уменьшения количества кислорода в стали при производстве комплектующих для радиаторов отопления и составляющих металлопластиковых окон.

Большинство алюминиевых изделий могут изготавливаться и из вторичного сырья, так как на некоторых производствах оно ценится даже выше. Окончательные свойства напрямую зависят от типа сданного лома, общего объема примесей и иных факторов. Высокая цена при оценке вторичного алюминия дает возможность потребителю активно пользоваться данной услугой в своих целях.

Откуда берут алюминий

Алюминий является одним из самых распространенных элементов в земной коре – с количеством более 7% занимает третье место после кислорода и кремния. Его получают из боксита, т.е. осадочной горной породы, в которой он встречается в основном в виде оксида.

Этот металл хорошо известен уже более 2-х тысяч лет и характеризуется широким техническим применением. Для чего его можно использовать?

В промышленности алюминий в основном используется в сплавах с другими элементами, что улучшает его эксплуатационные свойства. В таком виде он представляет собой универсальный конструкционный материал с очень универсальным применением. Среди алюминиевых сплавов можно выделить, в частности, литейные сплавы и сплавы, используемые для пластической обработки. В их состав, кроме алюминия, входят такие элементы, как: медь, магний, кремний и марганец. Алюминиевые сплавы используют, в частности, в авиации, химической промышленности, автомобилестроении и даже в судостроении.

Алюминий широко используется в промышленности также и в чистом виде для изготовления разных предметов быта, таких как, например, зеркала, банки для напитков и продуктов питания, кухонные принадлежности или же всем известная алюминиевая фольга. Его используют также для изготовления химической аппаратуры, электрических проводов, а даже взрывчатых веществ. Чтобы выделить этот элемент из бокситовой руды, необходимо осуществить два следующих друг за другом этапа. Первый из них – это процесс Байера, который позволяет получить из минерала оксид алюминия. Затем это соединение подвергается электролизу, в результате чего образуется алюминий технической чистоты.

Из чего производят алюминий?

Чистый алюминий не встречается в природе из-за его способности к пассивации. Это явление заключается в окислении металла в присутствии воздуха, в результате чего на его поверхности образуется пассивный защитный слой. Алюминий покрывается слоем оксида алюминия (Al2O3) толщиной до нескольких нм. Затем, под воздействием влаги внешний слой подвергается частичному гидролизу, в результате чего дополнительно образуется гидроксид, т.е. Al(OH)3.

Алюминий входит в состав разных минеральных пород, встречающихся в природе в виде руд. Для производства чистого алюминия используется, прежде всего, глинистая бокситовая руда. Она образуется в основном в местах выветривания алюмосиликатных пород в жарком климате и содержит также соединения железа. Это порода с характерным красным или коричневым цветом, которая встречается в двух видах: силикатном и карбонатном.

Производство алюминия технической чистоты

Алюминий технической чистоты (более 99%) промышленно получают в результате двух последовательных процессов. В результате первого получают оксид алюминия (процесс Байера), а на следующем этапе проводят процесс электролитической редукции (электролиз методом Холла-Эру), благодаря которому получают чистый алюминий. Для снижения расходов, связанных с транспортировкой бокситовой руды, большинство перерабатывающих предприятий строят недалеко от шахт.

Процесс Байера

Первый этап после добычи руды заключается в ее мытье с помощью воды. Таким образом удаляют большую часть загрязнений, которые просто растворяются в воде. Затем, в обработанное водой сырье добавляют CaO, т.е. оксид кальция. После этого его измельчают с помощью специальных трубных мельниц до момента получения зерен с очень малым диаметром, т.е. меньше 300 мкм. Соответствующее измельчение сырья чрезвычайно важно, так как оно обеспечивает большую площадь поверхности зерен, что, в свою очередь, влияет на эффективность протекания процесса экстракции.

Следующий этап производства оксида алюминия заключается в растворении зерен при помощи водного раствора каустической соды. В Группе PCC гидроксид натрия производится методом мембранного электролиза. Полученный таким образом продукт характеризуется очень высоким качеством и чистотой, отвечая при этом требованиям последнего издания Европейской фармакопеи. Смесь, содержащая молотые зерна и гидроксид натрия, хранится в течение нескольких часов в специальных реакторах, называемых автоклавами. Во время протекающего процесса осаждения в реакторах поддерживаются высокое давление и повышенная температура. Таким образом, получают алюминат натрия, который затем очищают при помощи разных фильтров.

На следующем этапе очищенный раствор алюмината натрия подвергается разложению. В результате образуется натровый щелок (т.е. водный раствор каустической соды) и кристаллы гидроокиси алюминия высокой степени чистоты. Полученный в результате кристаллизации осадок отфильтровывают и промывают водой. А оставшийся натровый щелок нагревают и возвращают в процесс для повторного использования.

Последним этапом производства чистого оксида алюминия является кальцинация. Она заключается в нагревании гидроксида алюминия при температуре выше 1000 o C, в результате чего происходит его разложение на Al2O3, который получают в виде чистого белого порошка. Так подготовленный оксид алюминия транспортируют в печи для получения металлического алюминия в процессе электролитической редукции.

Электролиз оксида алюминия

Следующим этапом получения чистого алюминия является проведение процесса электролиза методом Холла-Эру. В первую очередь, полученный в процессе Байера Al2O3 расплавляют с криолитом и таким образом приготовленный раствор подвергают процессу электролиза при температуре не выше 900 o C. Полученный таким образом жидкий алюминий отделяют от электролита и удаляют из электролитических ванн с помощью т.н. вакуумных сифонов. Затем сырье попадает в литейное устройство, откуда на дальнейшем этапе его вкладывают в раскаленные печи, в которых происходит процесс переработки. Он заключается в очистке алюминия с целью достижения максимальной чистоты. В промышленных условиях алюминий может быть очищен двумя методами. Первый из них заключается в растопке алюминия и пропускании через него хлора, благодаря чему примеси связываются с хлором, образуя хлориды, которые затем удаляют из процесса. Второй метод заключается в электролитической редукции расплавленного с медью алюминия. Полученный таким образом конечный продукт характеризуется очень высокой чистотой.

Алюминий – материал будущего

Разработка метода получения чистого алюминия из боксита с помощью процесса Байера и электролиза Холла-Эру расширила область применения этого элемента. Кроме того, сочетание высокой прочности с легкостью позволило в некоторых случаях заменить алюминием более дорогую сталь. Устойчивость к воздействию атмосферных факторов дала возможность использовать алюминий в производстве оконных и дверных профилей. Еще одним преимуществом алюминия является возможность подвергать его многократной вторичной переработке, благодаря чему он считается относительно дружественным окружающей среде материалом.

Подводя итог, алюминий – это универсальный материал, широко используемый в пищевой, энергетической, химической, транспортной, строительной, автомобильной и авиационной промышленностях. Учитывая его многочисленные преимущества, безусловно, это не предел возможностей его применения и в ближайшем будущем он по-прежнему будет приобретать популярность.

Алюминий, производство алюминия: технология, процесс и описание

Алюминий обладает массой свойств, которые делают его одним из самых используемых материалов в мире. Он широко распространен в природе, занимая среди металлов первое место. Казалось бы, и трудностей с его производством быть не должно. Но высокая химическая активность металла приводит к тому, что в чистом виде его не встретить, а производить – сложно, энергоемко и затратно.

Сырье для производства

Из какого сырья получают алюминий? Производство алюминия из всех минералов, его содержащих, дорого и нерентабельно. Добывают его из бокситов, которые содержат до 50% оксидов алюминия и залегают прямо на поверхности земли значительными массами.

Эти алюминиевые руды имеют достаточно сложный химический состав. Они содержат глиноземы в количестве 30-70% от общей массы, кремнеземы, которых может быть до 20%,окись железа в пределах от 2 до 50%, титан (до 10%).

Глиноземы, а это окись алюминия и есть, состоят из гидроокисей, корунда и каолинита.

В последнее время окиси алюминия стали получать из нефелинов, которые содержат еще и окиси натрия, калия, кремния, и алунитов.

Для производства 1 т чистого алюминия нужно около двух тонн глинозема, который, в свою очередь, получают из примерно 4,5 т боксита.

Читать еще:  Ювeлиpныe ykpaшeния c бepиллom – kaждый нaйдёт cвoё

Месторождения бокситов

Запасы бокситов в мире ограничены. На всем земном шаре всего семь районов с его богатыми залежами. Это Гвинея в Африке, Бразилия, Венесуэла и Суринам в Южной Америке, Ямайка в Карибском регионе, Австралия, Индия, Китай, Греция и Турция в Средиземноморье и Россия.

В странах, где есть богатые месторождения бокситов, может быть развито и производство алюминия. Россия добывает бокситы на Урале, в Алтайском и Красноярском краях, в одном из районов Ленинградской области, нефелин – на Кольском полуострове.

Самые богатые месторождения принадлежат именно российской объединенной компании UC RUSAL. За ней идут гиганты Rio Tinto (Англия-Австралия), объединившийся с канадской Alcan и CVRD. На четвертом месте находится компания Chalco из Китая, затем американо-австралийская корпорация Alcoa, которые являются и крупными производителями алюминия.

Зарождение производства

Датский физик Эрстед выделил первым алюминий в свободном виде в 1825 году. Химическая реакция проходила с хлоридом алюминия и амальгамой калия, вместо которой спустя два года немецкий химик Велер использовал металлический калий.

Калий – материал достаточно дорогой, поэтому в промышленном производстве алюминия француз Сент-Клер Девиль вместо калия в 1854 году использовал натрий, элемент значительно более дешевый, и стойкий двойной хлорид алюминия и натрия.

Русский ученый Н. Н. Бекетов смог вытеснить алюминий из расплавленного криолита магнием. В конце восьмидесятых годов того же века эту химическую реакцию использовали немцы на первом алюминиевом заводе. Во второй половине XVIII века было получено около химическими способами 20 т чистого металла. Это был очень дорогой алюминий.

Производство алюминия с помощью электролиза зародилось в 1886 году, когда одновременно были поданы практически одинаковые патентные заявки основоположниками этого способа американским ученым Холлом и французом Эру. Они предложили растворять глинозем в расплавленном криолите, а затем электролизом получать алюминий.

С этого и началась алюминие­вая промышленность, ставшая за более чем вековую историю одной из самых крупных отраслей металлургии.

Основные этапы технологии производства

В общих чертах технология производства алюминия не изменилась с момента создания.

Процесс состоит из трех стадий. На первой из алюминиевых руд, будь это бокситы или нефелины, получают глинозем – окись алюминия Al2O3 .

Затем из окиси выделяют промышленный алюминий со степенью очистки 99,5 % , которой для некоторых целей бывает недостаточно.

Поэтому на последней стадии рафинируют алюминий. Производство алюминия завершается его очисткой до 99,99 %.

Получение глинозема

Существует три способа получения окиси алюминия из руд:

Последний способ – наиболее распространенный, разработанный еще в том же XVIII веке, но с тех пор неоднократно доработанный и существенно улучшенный, применяется для переработки бокситов высоких сортов. Так получают около 85 % глиноземов.

Сущность щелочного способа заключается в том, что алюминиевые растворы с большой скоростью разлагаются, когда в них вводится гидроокись алюминия. Оставшийся после реакции раствор выпаривается при высокой температуре около 170° С и опять используется для растворения глинозема;

Сначала боксит дробится и измельчается в мельницах с едкой щелочью и известью, затем в автоклавах при температурах до 250°С происходит его химическое разложение и образовывается алюминат натрия, который разбавляют щелочным раствором уже при более низкой температуре – всего 100° С. Алюминатный раствор промывается в специальных сгустителях, отделяется от шлама. Затем происходит его разложение. Через фильтры раствор перекачивают в емкости с мешалками для постоянного перемешивания состава, в который для затравки добавлена твердая гидроокись алюминия.

В гидроциклонах и вакуум-фильтрах выделяется гидроокись алюминия, часть которой возвращается в качестве затравочного материала, а часть идет на кальцинацию. Фильтрат, оставшийся после отделения гидроокиси, тоже возвращается в оборот для выщелачивания следующей партии бокситов.

Процесс кальцинации (обезвоживания) гидроокиси во вращающихся печах происходит при температурах до 1300° С.

Для получения двух тонн окиси алюминия расходуется 8,4 кВт*ч электроэнергии.

Прочное химическое соединение, температура плавления которого 2050° С, это еще не алюминий. Производство алюминия впереди.

Электролиз окиси алюминия

Основным оборудованием для электролиза является специальная ванна, футерованная углеродистыми блоками. К ней подводят электрический ток. В ванну погружаются угольные аноды, сгорающие при выделении из окиси чистого кислорода и образующие окись и двуокись улглерода. Ванны, или электрилизеры, как их называют специалисты, включаются в электрическую цепь последовательно, образуя серию. Сила тока при этом составляет 150 тысяч ампер.

Аноды могут быть двух типов: обожженные из больших угольных блоков, масса которых может быть больше тонны и самообжигающиеся, состоящие из угольных брикетов в алюминиевой оболочке, которые спекаются в процессе электролиза под действием высоких температур.

Рабочее напряжение на ванне обычно составляет около 5 вольт. Оно учитывает и напряжение, необходимое для разложения окиси, и неизбежные потери в разветвленной сети.

Из растворенной в расплаве на основе криолита окиси алюминия жидкий металл, который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают.

Процесс производства алюминия требует больших затрат электроэнергии. Чтобы получить одну тонну алюминия из глинозема, нужно израсходовать около 13,5 тысяч кВт*ч электроэнергии постоянного тока. Поэтому еще одним условием создания крупных производственных центров является работающая рядом мощная электростанция.

Рафинация алюминия

Наиболее известный метод – это трехслойный электролиз. Он также проходит в электролизных ваннах с угольными подинами, футерованных магнезитом. Анодом в процессе служит сам расплавленный металл, который подвергается очистке. Он располагается в нижнем слое на токопроводящей подине. Чистый алюминий, который из электролита растворяется в анодном слое, понимается вверх и служит катодом. Ток к нему подводится с помощью графитового электрода.

Электролит в промежуточном слое – это фториды алюминия или чистые или с добавлением натрия и хлорида бария. Нагревается он до температуры 800°С.

Расход электроэнергии при трехслойном рафинировании составляет 20 кВт*ч на один кг металла, то есть на одну тонну нужно 20 тысяч кВт*ч. Вот почему, как ни одно производство металлов, алюминий требует наличия не просто источника электроэнергии, а крупной электростанции в непосредственной близости.

В рафинированном алюминии в очень малых количествах содержатся железо, кремний, медь, цинк, титан и магний.

После рафинирования алюминий перерабатывается в товарную продукцию. Это и слитки, и проволока, и лист, и чушки.

Продукты сегрегации, полученные в результате рафинирования, частично, в виде твердого осадка, используются для раскисления, а частично отходят в виде щелочного раствора.

Абсолютно чистый алюминий получают при последующей зонной плавке металла в инертном газе или вакууме. Примечательной его характеристикой является высокая электропроводность при криогенных температурах.

Переработка вторичного сырья

Четверть общей потребности в алюминии удовлетворяется вторичной переработкой сырья. Из продуктов вторичной переработке льется фасонное литье.

Предварительно отсортированное сырье переплавляется в пороговой печи. В ней остаются металлы, имеющие более высокую температуру плавления, чем алюминий, например, никель и железо. Из расплавленного алюминия продувкой хлором или азотом удаляются различные неметаллические включения.

Более легкоплавкие металлические примеси удаляются присадками магния, цинка или ртути и вакуумированием. Магний удаляется из расплава хлором.

Заданный литейный сплав получают, введя добавки, которые определяются составом расплавленного алюминия.

Центры производства алюминия

По объемам потребления алюминия КНР занимает первое место, оставляя далеко позади находящиеся на втором месте США и обладательницу третьего места Германию.

Китай – это и страна производства алюминия, с огромным отрывом лидирующая в этой области.

В десятку лучших, кроме КНР, входят Россия, Канада, ОАЭ, Индия, США, Австралия, Норвегия, Бразилия и Бахрейн.

В России монополистом в производстве глинозема и алюминия является объединенная компания RUSAL. Она производит до 4 млн т алюминия в год и экспортирует продукцию в семьдесят стран, а присутствует на пяти континентах в семнадцати странах.

Американской компании Alcoa в России принадлежат два металлургических завода.

Крупнейший производитель алюминия в Китае – компания Chalco. В отличие от зарубежных конкурентов, все ее активы сосредоточены в родной стране.

Подразделение Hydro Aluminium норвежской компании Norsk Hydro владеет алюминиевыми заводами в Норвегии, Германии, Словакии, Канаде, и Австралии.

Австралийская BHP Billiton владеет производством алюминия в Австралии, Южной Африке и Южной Америке.

В Бахрейне находится Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) – едва ли не самое крупное производство. Алюминий этого производителя занимает более 2 % общего объема «крылатого» металла, выпускаемого в мире.

Итак, подводя итоги, можно сказать, что главными производителями алюминия являются международные компании, владеющие запасами бокситов. А сам исключительно энергоемкий процесс состоит из получения глинозема из алюминиевых руд, производства фтористых солей, к которым относится криолит, углеродистой анодной массы и угольных анодных, катодных, футеровочных материалов, и собственно электролитического производства чистого металла, которое является главной составляющей металлургии алюминия.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector