Aluminiu, producția de aluminiu: tehnologie, proces și descriere

Aluminiu are o masă de proprietăți care îl fac unul dintre cele mai utilizate materiale din lume. Este larg răspândită în natură, ocupând primul loc printre metale. Se pare că nu ar trebui să existe dificultăți în producerea sa. Dar activitatea chimică ridicată a metalului conduce la faptul că în forma sa pură nu este îndeplinită și este dificil de produs - este intensivă și costisitoare.

Materii prime pentru productie

Ce materii prime sunt aluminiul produs? Producerea aluminiului din toate mineralele care îl conțin este costisitoare și nerentabilă. Obțineți-o din bauxită, care conține până la 50% oxizi de aluminiu și se află direct pe suprafața pământului o masă semnificativă.

acestea aluminiu au o compoziție chimică destul de complexă. Acestea conțin alumină într-o cantitate de 30-70% în greutate, silicea, care poate fi de până la 20% oxid de fier, în intervalul de la 2 la 50%, de titan (până la 10%).

Alumina, și acesta este oxidul de aluminiu, este compus din hidroxizi, corindon și kaolinit.

Recent, oxizii de aluminiu au fost obținuți din neferine, care conțin și oxizi de sodiu, potasiu, siliciu și alunit.

Pentru producția unei tone de aluminiu pur, sunt necesare aproximativ două tone de alumină, care, la rândul său, se obțin din aproximativ 4,5 tone de bauxită.

Depozite de bauxită

Rezervele de bauxită din lume sunt limitate. Pe tot globul, există șapte regiuni cu depozitele sale bogate. Ea Guineea în Africa, Brazilia, Venezuela și Surinam în America de Sud, Jamaica, Caraibe, Australia, India, China, Grecia și Turcia la Marea Mediterană și Rusia.

În țările în care există depozite bogate de bauxită, se poate dezvolta și producția de aluminiu. Rusia extrage bauxiți în Ural, în regiunile Altai și Krasnoyarsk, într-unul din districtele din regiunea Leningrad, nepheline - pe Peninsula Kola.

Cele mai bogate depozite aparțin societății ruse Unite UC RUSAL. În spatele ei merg giganții Rio Tinto (Anglia-Australia), uniți cu Alcan canadian și CVRD. Locul al patrulea este compania Chalco din China, apoi societatea americano-australiană Alcoa, care sunt și mari producători de aluminiu.

Originea producției

Fizicianul danez Oersted a scos primul aluminiu în forma sa liberă în 1825. Reacția chimică a urmat clorură de aluminiu și amalgam de potasiu, în loc de care, doi ani mai târziu, chimistul german Weller a folosit potasiu metalic.

Potasiul - un material scump, cu toate acestea, în producția industrială de aluminiu francez St Clair Deville 1854 in loc de godu sodiu potasiu utilizat, elementul este semnificativ mai ieftin, și dublu clorură de aluminiu rezistent și sodiu.

Omul de știință rus NN Beketov a reușit să forțeze aluminiul din criolitul topit cu magneziu. La sfârșitul anilor optzeci ai aceluiași secol, această reacție chimică a fost folosită de germani la prima fabrică de aluminiu. În a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, 20 de tone de metal pur au fost obținute prin mijloace chimice. A fost foarte scump aluminiu.

Producerea aluminiului prin electroliza are originea în 1886, când ambele sunt cereri aproape identice de brevet depuse de aceasta fondatorilor metodei savant american de către Hall și procesul francezului Heroult. Ei au sugerat dizolvarea aluminei în criolitul topit și apoi obținerea aluminiului prin electroliză.

Acesta a fost începutul industriei aluminiului, care a devenit pentru mai mult de un secol de istorie una dintre cele mai mari ramuri ale metalurgiei.

Principalele etape ale tehnologiei de producție

În termeni generali, tehnologia de producere a aluminiului nu sa schimbat de la începuturile sale.

Procesul constă în trei etape. Pe primul dintre minereurile de aluminiu, indiferent dacă sunt bauxite sau nepheline, alumina-oxid de aluminiu Al₂O₃ .

Apoi, aluminiul industrial este extras din oxid cu un grad de purificare de 99,5%, care în anumite scopuri este insuficient.

Prin urmare, în ultima etapă, aluminiu este rafinat. Producția de aluminiu este finalizată prin purificarea acesteia la 99,99%.

Obținerea aluminei

Există trei moduri de a produce oxid de aluminiu din minereuri:

- Acid;

- electrolitic;

- alcalin.

Cea de-a doua metodă - cea mai comună, dezvoltată în același secol al XVIII-lea, dar de atunci îmbunătățită și îmbunătățită în mod repetat, este utilizată pentru prelucrarea bauxitelor de înaltă calitate. Astfel, se produce aproximativ 85% alumină.

Esența metodei alcaline constă în faptul că soluțiile de aluminiu se descompun la viteză mare când hidroxidul de aluminiu este introdus în ele. Soluția rămasă după reacție este evaporată la o temperatură ridicată de aproximativ 170 ° C și din nou utilizată pentru a dizolva alumina;

Mai întâi Bauxita zdrobit și măcinat în mori cu var caustic și apoi într-o autoclavă la temperaturi de până la 250 ° C, descompunerea aluminat sale chimice și sodiu se formează, care se diluează cu o soluție alcalină deja la o temperatură mai scăzută - 100 ° C toată soluția de aluminat este spălată agenți de îngroșare speciali, separați de nămol. Apoi se descompune. Prin filtre, soluția este pompată într-un rezervor agitat pentru a amesteca continuu formularea în care se adaugă hidroxid de aluminiu solid pentru însămânțare.

În hidrocicloane și filtre de vid, se eliberează hidroxid de aluminiu, dintre care unele sunt returnate ca material de însămânțare, iar altele se calcinează. Filtratul rămas după separarea hidroxidului revine, de asemenea, în circulație pentru scurgerea următorului lot de bauxite.

Procesul de calcinare (deshidratare) de hidroxid în cuptoare rotative are loc la temperaturi de până la 1300 ° C.

Pentru a produce două tone de oxid de aluminiu consumă 8,4 kWh de energie electrică.

Un compus chimic puternic, al cărui punct de topire este 2050 ° C, nu este încă aluminiu. Producția de aluminiu în față.

Electroliza oxidului de aluminiu

Echipamentul principal pentru electroliză este o baie specială, căptușită cu blocuri de carbon. Pentru el este adus curentul electric. În baie, anozile de carbon sunt arse atunci când sunt separate de oxidul de oxigen pur și formează oxid și dioxid de carbon. Băi sau electrolize, așa cum sunt numite specialiști, sunt incluse în circuitul electric în serie, formând o serie. Puterea curentă este de 150 mii amperi.

Anozi poate fi de două tipuri: pe bază de cărbune din blocuri mari, a căror masă poate fi mai mare decât Soderberg tone și constând din brichete de cărbune din teaca de aluminiu, care sunt sinterizate în timpul electrolizei la temperaturi ridicate.

Tensiunea de lucru în baie este de obicei de aproximativ 5 volți. Aceasta ia în considerare atât tensiunea necesară pentru descompunerea oxidului, cât și pierderile inevitabile din rețeaua ramificată.

Din dizolvat într-o topitură pe bază de criolit, oxid de aluminiu metal lichid, care este mai greu decât sărurile electrolitului, se stabilește pe baza de cărbune a băii. Este pompată periodic.

Procesul de producție de aluminiu necesită multă energie electrică. Pentru a obține o tonă de aluminiu din alumină, trebuie să cheltuiți aproximativ 13,5 mii kWh de energie electrică DC. Prin urmare, încă o condiție pentru crearea unor centre de producție mari este o stație de alimentare puternică din apropiere.

Rafinarea aluminiului

Cea mai faimoasă metodă este electroliza în trei straturi. De asemenea, are loc în băi de electroliză cu plăcuțe de carbon, căptușite cu magnezită. Anodul în proces este metalul topit, care este supus purificării. Acesta este situat în stratul inferior de pe baza conductivă. Aluminiu pur, care se dizolvă din electrolit în stratul anod, este înțeles în sus și servește ca un catod. Curentul este furnizat prin intermediul unui electrod de grafit.

Electrolitul din stratul intermediar este fluorura de aluminiu sau pur sau cu adăugarea de clorură de sodiu și bariu. Se încălzește la o temperatură de 800 ° C

Consumul de energie electrică la rafinarea în trei straturi este de 20 kWh pe kilogram de metal, adică 20 mii kWh pentru o tonă. De aceea, ca nici o producție de metale, aluminiu necesită prezența nu numai a unei surse de energie electrică, ci a unei centrale electrice mari în imediata vecinătate.

Aluminiu rafinat conține fier, siliciu, cupru, zinc, titan și magneziu în cantități foarte mici.

După rafinare, aluminiul este transformat în produse comerciale. Acesta este lingourile, firul, o foaie și chushki.

produse de segregare obținute prin rafinare, în parte, ca un precipitat solid, este utilizat pentru dezoxidare și extinde parțial sub forma unei soluții alcaline.

Aluminiul absolut pur este obținut prin topirea zonei ulterioare a metalului într-un gaz inert sau vid. Caracteristica sa remarcabilă este conductivitatea electrică ridicată la temperaturi criogenice.

Reciclarea materiilor prime secundare

Un sfert din cererea totală de aluminiu este îndeplinită prin prelucrarea secundară a materiilor prime. Din produse, turnarea reciclată este turnată în reciclare.

Materiile prime pre-sortate sunt topite într-un cuptor cu prag. În el există metale având un punct de topire mai mare decât aluminiul, de exemplu, nichelul și fierul. Diferite incluziuni nemetalice sunt îndepărtate din aluminiu topit prin purjare cu clor sau azot.

Mai multe impurități metalice fuzibile sunt îndepărtate prin aditivi de magneziu, zinc sau mercur și evacuați. Magneziul este îndepărtat din topitură de clor.

Un aliaj turnat predeterminat este produs prin introducerea aditivilor care sunt determinați prin compoziția aluminiului topit.

Centrele de producție din aluminiu

În ceea ce privește consumul de aluminiu, China ocupă primul loc, lăsând în urmă SUA pe locul al doilea și titularul al treilea în Germania.

China este, de asemenea, o țară de producție de aluminiu, cu o marjă uriașă care duce în acest domeniu.

Primele zece, cu excepția RPC, includ Rusia, Canada, Emiratele Arabe Unite, India, SUA, Australia, Norvegia, Brazilia și Bahrain.

În Rusia, monopolul în producția de alumină și aluminiu este combinat firma RUSAL. Produce până la 4 milioane de tone de aluminiu pe an și exportează produse în șaptezeci de țări și este prezentă pe cinci continente în șaptesprezece țări.

Compania americană Alcoa din Rusia deține două fabrici metalurgice.

Cel mai mare producător de aluminiu din China este Chalco. Spre deosebire de concurenții străini, toate activele sale sunt concentrate în țara sa de origine.

Divizia Hydro Aluminiu a companiei norvegiene Norsk Hydro deține fabrici de aluminiu în Norvegia, Germania, Slovacia, Canada și Australia.

Australian BHP Billiton deține producția de aluminiu în Australia, Africa de Sud și America de Sud.

În Bahrain este Alba (Aluminiu Bahrain B. S. C.) - poate cea mai mare producție. Aluminiul acestui producător ocupă mai mult de 2% din volumul total de metal "înaripat" produs în lume.

Astfel, rezumând, putem spune că principalii producători de aluminiu sunt companii internaționale care dețin rezerve de bauxită. Și singurul proces consumator de energie constă în obținerea aluminei din fluoruri de producție de minereu de aluminiu, care includ, pasta de criolit anod carbon și anod carbon, catod, materiale de captuseala, și producerea electrolitică corespunzătoare a metalului pur, care este componenta principală a aluminiului și oțelului.