Proizvodnja aluminija, aluminija: tehnologija, proces i opis

Aluminij ima mnoštvo svojstava koja ga čine jednim od najčešće korištenih materijala na svijetu. Široko je raspoređen u prirodi, prvo mjesto među metalima. Čini se da ne bi trebalo biti poteškoća s proizvodnjom. Ali visoka kemijska aktivnost metala dovodi do činjenice da u svom čistom obliku nije ispunjena i teško je proizvesti - to je energetski intenzivno i skupo.

Sirovine za proizvodnju

Koje su sirovine proizvedene od aluminija? Proizvodnja aluminija iz svih minerala koji ga sadrže je skup i neprofitabilna. Dobijte ga od boksita koji sadrži do 50% aluminijskih oksida i leže izravno na površini zemlje značajnu masu.

ovi aluminijskih ruda imaju prilično složeni kemijski sastav. Sadrže aluminij u količini od 30-70% ukupne mase, silicijevog dioksida, što može biti do 20%, željezovog oksida u rasponu od 2 do 50%, titana (do 10%).

Aluminij, a to je aluminij oksid, sastoji se od hidroksida, korunda i kaolinita.

Nedavno su dobiveni aluminijski oksidi iz nephelina, koji također sadrže natrij, kalij, silikon i okside aluna.

Za proizvodnju 1 tone čistog aluminija potrebno je oko dvije tone aluminija, što zauzvrat dobiva od oko 4,5 tona boksita.

Depoziti boksita

Rezerve boksita u svijetu su ograničene. Na cijelom globusu ima sedam regija s bogatim naslagama. To je Gvineja u Africi, Brazilu, Venezueli i Surinamu u Južnoj Americi, Jamajci na Karibima, Australiji, Indiji, Kini, Grčkoj i Turskoj na Mediteranu i Rusiji.

U zemljama u kojima postoje bogati depoziti boksita, može se razviti i proizvodnju aluminija. Ruski boksita mina u Uralu, Altai i Krasnojarsk teritorijima, u jednoj od četvrti Lenjingradu regiji, Nefelin - na Kola poluotoka.

Najbogatiji depoziti pripadaju ruskom Ujedinjenom poduzeću UC RUSAL. Nakon nje slijede divovi Rio Tinto (Australija-Engleska), udružio se s kanadskom Alcan i CVRD. Na četvrtom mjestu je Chalco tvrtka iz Kine, a zatim u SAD-australski korporacije Alcoa, koji su ujedno i najveći proizvođači aluminija.

Podrijetlo proizvodnje

Danski je fizičar Oersted 1825. izdvajao prvi aluminij u svom slobodnom obliku. Kemijska reakcija proizašla je iz aluminij klorid i amalgam kalija, umjesto kojeg su dvije godine kasnije njemački kemičar Weller koristio metalni kalij.

Kalij - materijal je prilično skup, pa je u industrijskoj proizvodnji aluminija francuski Saint Clair Deville umjesto kalija 1854. koristio natrij, element je mnogo jeftiniji i otporniji dvostruki klorid od aluminija i natrija.

Ruski znanstvenik NN Beketov bio je u stanju napasti aluminij iz rastaljenog kriolit magnezijem. Krajem osamdesetih godina istog stoljeća, ove kemijske reakcije koristili su Nijemci u prvoj aluminijskoj tvornici. U drugoj polovici 18. stoljeća dobiveno je 20 tona čistog metala kemijskim sredstvima. Bilo je vrlo skupo aluminij.

Proizvodnja aluminija elektrolizom nastao 1886. godine, kada su bili gotovo identični podnesene prijave patenata ove metode osnivača američkog znanstvenika po dvorani i proces Francuz Heroult. Predložili su otapanje glinice u rastaljenom kriolitu, a zatim dobivanje aluminijuma elektrolizom.

To je bio početak aluminijske industrije, koja je za više od jednog stoljeća prošla jedna od najvećih grana metalurgije.

Glavne faze proizvodne tehnologije

Općenito govoreći, tehnologija proizvodnje aluminija nije se promijenila od svog osnutka.

Proces se sastoji od tri faze. Na prvom od aluminijskih ruda, bilo da se radi o boksitima ili nephelinama, aluminij-aluminijev oksid Al₂O₃ .

Zatim se industrijski aluminij ekstrahira iz oksida sa stupnjem pročišćavanja od 99,5%, što je za neke svrhe nedostatno.

Stoga, u posljednjoj fazi, aluminij je profinjen. Proizvodnja aluminija završena je pročišćavanjem na 99,99%.

Dobivanje glinice

Postoje tri načina proizvodnje aluminija oksida iz ruda:

- kiselina;

- elektrolitska;

- alkalna.

Posljednja metoda - najčešća, razvijena u istom XVIII stoljeću, ali od tada opetovano poboljšana i značajno poboljšana, koristi se za preradu visokokvalitetnih boksita. Tako se proizvodi oko 85% aluminija.

Bit alkalne metode leži u činjenici da se aluminijska otopina raspadaju pri velikoj brzini kad se u njih unese aluminij hidroksid. Otopina koja je preostala nakon reakcije je uparena pri visokoj temperaturi od oko 170 ° C i opet se koristi za otapanje aluminija;

Prvi Boksit slomiti i melju u mlinovima s otopinom vapno i zatim se u autoklavu na temperaturama do 250 ° C, raspad svog kemijskog i natrijev aluminat oblikovan, koji se razrijedi s alkalnom otopinom, već pri nižim temperaturama - 100 ° C sve aluminata otopine se ispere posebna sredstva za zgušnjavanje, izdvojeni iz mulja. Zatim tu je njegova razgradnja. Otopina se pumpa kroz filtre u spremnik s miješalicom za neprekidno miješanje smjese u kojoj je sjeme se doda kruti aluminij hidroksid.

U hidrociklonima i vakuumskim filtrima oslobađa se aluminij hidroksid, od kojih se neki vraćaju kao sjemenski materijal, a neki se odvijaju za kalciniranje. Filtrat koji je preostao nakon odvajanja hidroksida također se vraća u cirkulaciju za ispiranje sljedeće serije boksita.

Proces kalciniranja (dehidracije) hidroksida u rotacijskim pećima događa se pri temperaturama do 1300 ° C.

Za proizvodnju dva tona aluminijevog oksida troši 8,4 kWh električne energije.

Jaki kemijski spoj, čija je točka taljenja 2050 ° C, još nije aluminij. Izrada aluminija ispred.

Elektroliza aluminijevog oksida

Glavna oprema za elektrolizu je posebna kupka, obložena blokovima ugljika. Na njega se donosi električna struja. U kadi ugljik anode se spaljuju kada su odvojene od oksida čistog kisika i tvore oksid i ugljični dioksid. Kupke ili elektrolizatori, kako ih zovu stručnjaci, u seriji su uključeni u električni krug, stvarajući seriju. Trenutačna čvrstoća iznosi 150 tisuća ampera.

Anode može biti od dvije vrste: na ugljen od velikih blokova, čija masa može biti veća od Soderberg tona, koji se sastoji od briketa ugljena u aluminijskom oblogom, koji su sinter tijekom elektrolize na visokim temperaturama.

Radni napon u kadi obično je oko 5 volti. Uzima u obzir i napon potreban za raspadanje oksida i neizbježne gubitke u razgranatoj mreži.

Od otopljenog u talinu na osnovi kriolit, aluminijev oksid tekući metal, koja je teža od soli elektrolita, smjestila se na bazu ugljena u kadi. Povremeno se ispumpava.

Proces proizvodnje aluminija zahtijeva puno struje. Da biste dobili jednu tonu aluminija od aluminija, trebate potrošiti oko 13,5 tisuća kWh DC struje. Dakle, još jedan uvjet za stvaranje velikih proizvodnih centara je obližnja moćna elektrana.

Rafiniranje aluminija

Najpoznatija metoda je troslojna elektroliza. Također se odvija u elektroliznim kupeljima s jastučićima za ugljen, obložen magnezitom. Anoda u procesu je samo rastopljeni metal, koji se podvrgava pročišćavanju. Nalazi se u donjem sloju na vodljivoj podlozi. Pure aluminij, koji se otapa iz elektrolita u anodnom sloju, shvaća se prema gore i služi kao katoda. Tekuće struje dobiva se pomoću grafita elektrode.

Elektrolit u međusloju su aluminijevi fluoridi ili čisti ili dodavanjem natrij i barijev klorid. Zagrijava se do temperature od 800 ° C.

Potrošnja električne energije u troslojnoj rafiniranosti iznosi 20 kWh po jedan kilogram metala, tj. 20 tisuća kWh za jednu tonu. Zato, kao ni metalna proizvodnja, aluminij zahtijeva prisutnost ne samo izvora električne energije već velike elektrane u neposrednoj blizini.

Rafinirani aluminij sadrži željezo, silicij, bakar, cink, titan i magnezij u vrlo malim količinama.

Nakon prerade, aluminij se prerađuje u komercijalne proizvode. Ovo su ingots, i žice, i list, i chushki.

segregacije proizvoda dobivena rafiniranjem, djelomično, kao kruti talog, koristi se za deoksidacije i proširiti djelomično u obliku alkalne otopine.

Apsolutno čisti aluminij dobiva se naknadnim topljenjem zone metala u inertnom plinu ili vakuumu. Njegova izvanredna osobina je visoka električna vodljivost pri kriogenim temperaturama.

Recikliranje sekundarnih sirovina

Četvrtina ukupne potražnje za aluminija ostvaruje se sekundarnom preradom sirovina. Od proizvoda, reciklirani kalupljenje ulijeva se u recikliranje.

Prethodno sortirane sirovine rastopljene su u graničnoj peći. U njoj postoje metali s višom točkom tališta od aluminija, na primjer, nikla i željeza. Razne ne-metalne inkluzije uklanjaju se iz rastaljenog aluminija pročišćavanjem s klorom ili dušikom.

Više taljivih metalnih nečistoća uklanja se dodatkom magnezija, cinka ili žive i evakuacije. Magnezij se odstranjuje klorom.

Predodređena cast legura proizvodi se uvođenjem aditiva koji su određeni sastavom rastaljenog aluminija.

Aluminijski centri za proizvodnju

U pogledu potrošnje aluminija, Kina zauzima prvo mjesto, ostavljajući iza sebe SAD na drugom mjestu i trećim mjestima država Njemačka.

Kina je također zemlja proizvodnje aluminija, s ogromnom maržom koja vodi na ovom području.

Deset najboljih, osim NRK, uključuje Rusiju, Kanadu, Ujedinjene Arapski Emirati, Indiju, SAD, Australiju, Norvešku, Brazil i Bahrein.

U Rusiji je monopol u proizvodnji aluminija i aluminija u kombinaciji tvrtka RUSAL. Proizvodi do 4 milijuna tona aluminija godišnje i izvozi proizvode u sedamdeset zemalja, a prisutan je na pet kontinenata u sedamnaest zemalja.

Američka tvrtka Alcoa u Rusiji posjeduje dva metalurška postrojenja.

Najveći proizvođač aluminija u Kini je Chalco. Za razliku od inozemnih konkurenata, sva imovina koncentrirana je u svojoj domovini.

Hydro Aluminium podjela norveške tvrtke Norsk Hydro posjeduje aluminijske postrojenja u Norveškoj, Njemačkoj, Slovačkoj, Kanadi i Australiji.

Australska tvrtka BHP Billiton posjeduje proizvodnju aluminija u Australiji, Južnoj Africi i Južnoj Americi.

U Bahreinu je Alba (aluminij Bahrain B. S. C.) - možda najveća proizvodnja. Aluminij ovog proizvođača zauzima više od 2% ukupnog volumena "krilatih" metala proizvedenih u svijetu.

Dakle, sažeti, možemo reći da su glavni proizvođači aluminija međunarodne tvrtke koje posjeduju boksitne rezerve. I samo energetski proces troši se sastoji od dobivanja aluminij od aluminija rude za proizvodnju fluorida, koji uključuju kriolit, ugljikov anoda tijesto i ugljik anoda, katoda, obloge materijala, i pravilno elektrolitički proizvodnju čistog metala koji je glavna komponenta aluminija i čelika.