Proizvodnja aluminija, aluminija: tehnologija, proces in opis

Aluminij ima veliko lastnosti, zaradi katerih je eden izmed najbolj uporabljenih materialov na svetu. V naravi je široko razširjen, na prvem mestu med kovinami. Zdi se, da pri njegovi proizvodnji ne sme biti težav. Toda visoka kemijska aktivnost kovin vodi v dejstvo, da v čisti obliki ni izpolnjena in je težko proizvajati - je energetsko intenzivna in draga.

Surovine za proizvodnjo

Katere surovine iz aluminija proizvajajo? Proizvodnja aluminija iz vseh mineralov, ki jo vsebujejo, je drago in nedonosno. Pridobite ga iz boksita, ki vsebuje do 50% aluminijev oksid in ležijo neposredno na površini zemlje znatne mase.

Te aluminijaste rude imajo precej zapleteno kemično sestavo. Vsebujejo aluminijev oksid v količini 30-70 masnih% silicijevih kislin, ki lahko znaša do 20% železovega oksida v območju od 2 do 50%, titana (do 10%).

Alumina, in to je aluminijev oksid, je sestavljen iz hidroksidov, korunda in kaolinita.

Nedavno so bili pridobljeni aluminijev oksid iz nefelina, ki prav tako vsebujejo natrij, kalij, silicij in alunitne okside.

Za proizvodnjo 1 tone čistega aluminija potrebujemo približno dve toni aluminijevega oksida, ki pa se dobiva od približno 4,5 tone boksita.

Vloge boksita

Pridržki boksita na svetu so omejeni. Na celem svetu je sedem regij z bogatim nanosom. To Gvineja v Afriki, Braziliji, Venezueli in v Surinamu v Južni Ameriki, Jamajko, na Karibih, Avstraliji, Indiji, na Kitajskem, v Grčiji in Turčiji za Sredozemlje in Rusije.

V državah, kjer obstajajo bogati boksitni nasipi, je mogoče razviti tudi proizvodnjo aluminija. Rusija izkopava boksite na Uralu, v regiji Altai in Krasnoyarsk, v enem od okrožij Leningradske regije, nefleinske - na polotoku Kola.

Najbogatejše zaloge pripadajo Ruski United Company UC RUSAL. Za njim grejo velikani Rio Tinto (Anglija-Avstralija), združeni s kanadskim Alcanom in CVRD. Četrto mesto je družba Chalco iz Kitajske, nato ameriško-avstralska korporacija Alcoa, ki je tudi glavni proizvajalec aluminija.

Poreklo proizvodnje

Danski fizik Oersted je leta 1825 izdal prvi aluminij v svoji prosti obliki. Od kemične reakcije izhaja aluminijev klorid in amalgam kalija, namesto tega pa dve leti kasneje nemški kemik Weller uporablja kovinski kalij.

Kalij - drago materiala, vendar v industrijski proizvodnji aluminija Francoz St Clair DEVILLE 1854 namesto kalijevega natrijevega godu uporabljeno, je element bistveno cenejši in dvojno odporen aluminijev klorid in natrijev.

Ruski znanstvenik NN Beketov je uspel izločiti aluminij iz staljenega kriolita z magnezijem. V poznih osemdesetih letih istega stoletja so to kemično reakcijo uporabljali Nemci v prvi tovarni aluminija. V drugi polovici 18. stoletja smo s kemičnimi sredstvi pridobili 20 ton čiste kovine. Bil je zelo drag aluminij.

Proizvodnja aluminija z elektrolizo izvira iz leta 1886, ko so ustanovitelji te metode praktično enake patentne prijave vložili ameriški učenjak in francoski Eru. Predlagali so raztapljanje aluminijevega oksida v staljenem kriolitu in nato pridobivali aluminij z elektrolizo.

To je bil začetek industrije aluminija, ki je že več kot stoletja zgodovine postal ena največjih metalurških področij.

Glavne faze proizvodne tehnologije

Na splošno se tehnologija proizvodnje aluminija od začetka ni spremenila.

Proces je sestavljen iz treh faz. Na prvem od aluminijskih rud, bodisi boksitov ali neželin, aluminijev aluminijev oksid Al₂O₃ .

Nato se industrijski aluminij izloči iz oksida s stopnjo čiščenja 99,5%, kar je za nekatere namene nezadostno.

Zato je v zadnjem obdobju aluminij rafiniran. Proizvodnja aluminija se zaključi s čiščenjem na 99,99%.

Pridobivanje glinice

Obstajajo trije načini za proizvodnjo aluminijevega oksida iz rud:

- kislina;

- elektrolitski;

- alkalno.

Slednja metoda - najpogostejša, razvita v istem XVIII stoletju, vendar se je od takrat večkrat izboljševala in bistveno izboljševala, se uporablja za predelavo boksita visoke kakovosti. Tako nastane približno 85% aluminijevega oksida.

Bistvo alkalne metode leži v dejstvu, da se aluminijeve raztopine pri visoki hitrosti razpadejo, ko se v njih vnese aluminijev hidroksid. Raztopina, ki ostane po reakciji, se upari pri visoki temperaturi okoli 170 ° C in se ponovno uporablja za raztapljanje glinice;

Prva boksita zdrobi in zmelje v mlinih z kavstična apna in nato v avtoklavu pri temperaturi do 250 ° C, razkroj njegove kemične in natrijevega aluminata tvorjen, ki ga razredčimo z alkalno raztopino že pri nižji temperaturi - 100 ° C vso raztopino aluminatov izperemo v posebna zgoščevalna sredstva, ločena od blata. Nato se razgradi. Raztopino smo črpali skozi filtre v posodi z mešalom neprestanega mešanja sestavka v kateri je seme dodamo k trdni aluminijev hidroksid.

V hidrociklonih in vakuumskih filtrih se sprosti aluminijev hidroksid, od katerih se nekateri vrnejo kot semenski material, nekaj pa gre za kalcinacijo. Filtrat, ki ostane po ločitvi hidroksida, se prav tako vrne v obtok za izpiranje naslednje serije boksitov.

Postopek kalcinacije (dehidracije) hidroksida v rotacijskih pečeh se pojavi pri temperaturah do 1300 ° C.

Za proizvodnjo dveh ton aluminijevega oksida porabimo 8,4 kWh električne energije.

Močna kemična spojina, katere tališče je 2050 ° C, še ni aluminij. Proizvodnja aluminija spredaj.

Elektroliza aluminijevega oksida

Glavna oprema za elektrolizo je posebna kopel, obložena z ogljikovimi bloki. Pri tem se prinese električni tok. V kopeli se ogljikove anode požgajo, ko so ločeni od oksida čistega kisika in tvorijo oksid in ogljikov dioksid. Kopeli ali elektrolizatorji, kot se imenujejo strokovnjaki, so v serijskem nizu vključeni v serijo. Trenutna moč je 150 tisoč amperov.

Anode so lahko dveh vrst: na premog iz velikih kosov, katerih masa je lahko večja od Söderberg ton in sestoji iz briketov premoga v aluminijasto ovoja, ki so sintrani med elektrolizo pri visokih temperaturah.

Delovna napetost v kopeli je običajno približno 5 voltov. Upošteva tako napetost, potrebno za razkroj oksida, kot tudi neizogibne izgube v razvejanem omrežju.

Od raztopljenega v talini na osnovi kriolita, aluminijevega oksida tekoča kovina, ki je težji od elektrolitnih soli, se usede na premogovni osnovi kopeli. Občasno se črpajo.

Proces proizvodnje aluminija zahteva veliko elektrike. Če želite dobiti eno tono aluminija iz aluminijevega oksida, porabite približno 13,5 tisoč kWh električne energije iz DC. Zato je še en pogoj za ustvarjanje velikih proizvodnih centrov bližnja močna elektrarna.

Rafiniranje aluminija

Najbolj znana metoda je triplastna elektroliza. Prav tako poteka v elektroliznih kopelih z ogljikovimi podlogami, obloženimi z magnezitom. Anoda v procesu je sama staljena kovina, ki jo očistimo. Nahaja se v spodnjem sloju na prevodni podlagi. Čisti aluminij, ki se raztopi od elektrolita v anodni plasti, se razume navzgor in služi kot katoda. Tok do njega se napaja z grafitno elektrodo.

Elektrolit v vmesni plasti je aluminijev fluorid ali čist ali z dodatkom natrijevega in barijevega klorida. Segreje se na temperaturi 800 ° C.

Poraba električne energije pri triplastni rafinaciji je 20 kWh na kilogram kovine, to je 20 tisoč kWh za eno tono. Zato aluminij, kot brez kovinske proizvodnje, zahteva prisotnost ne samo vira električne energije, ampak tudi velike elektrarne v neposredni bližini.

Rafinirani aluminij vsebuje v zelo majhnih količinah železo, silicij, baker, cink, titan in magnezij.

Po rafiniranju se aluminij predeluje v komercialne izdelke. To so ingoti in žica ter list in čuški.

Razgradni produkti, pridobljeni kot rezultat rafiniranja, deloma v obliki trdne oborine, se uporabljajo za deoksidacijo in delno odstopajo kot alkalna raztopina.

Absolutno čisti aluminij dobimo s poznejšim taljenjem kovin v inertnem plinu ali vakuumu. Njena izjemna značilnost je visoka električna prevodnost pri kriogenih temperaturah.

Recikliranje sekundarnih surovin

Četrtino skupnega povpraševanja po aluminiju izpolnjuje sekundarna predelava surovin. Od proizvodov se reciklirano oblikovanje vlije v recikliranje.

Predizdelane surovine se topijo v peči. V njej so kovine, ki imajo višjo tališče kot aluminij, na primer nikelj in železo. Različne nekovinske vključitve se odstranijo iz staljenega aluminija s čiščenjem s klorom ali dušikom.

Večplastne kovinske nečistoče odstranimo z aditivi magnezija, cinka ali živega srebra in evakuacijo. Magnezij se odstrani iz taline s klorom.

Vnaprej določena litina se proizvaja z uvajanjem dodatkov, ki jih določi sestava staljenega aluminija.

Centri za proizvodnjo aluminija

Na področju porabe aluminija Kitajska zaseda prvo mesto, ZDA pa ostane na drugem mestu in tretje mesto nosi Nemčija.

Kitajska je tudi država proizvodnje aluminija, ki ima na tem področju veliko vodilno vlogo.

Prvih deset, razen LRK, spadata Rusija, Kanada, Združeni arabski emirati, Indija, ZDA, Avstralija, Norveška, Brazilija in Bahrajn.

V Rusiji je monopol v proizvodnji aluminijevega aluminija in aluminija združen podjetje RUSAL. Proizvede do 4 milijone ton aluminija na leto in izvaža izdelke v sedemdeset držav in je prisotno na petih kontinentih v sedemnajstih državah.

Ameriška družba Alcoa v Rusiji ima dve metalurški tovarni.

Največji proizvajalec aluminija na Kitajskem je Chalco. V nasprotju s tujimi konkurenti so vsa svoja sredstva koncentrirana v matični državi.

delitev Hydro Aluminium norveške družbe Norsk Hydro lasti aluminija talilnicami na Norveškem, v Nemčiji, na Slovaškem, Kanadi in Avstraliji.

Avstralska družba BHP Billiton ima proizvodnjo aluminija v Avstraliji, Južni Afriki in Južni Ameriki.

V Bahrajnu je Alba (Aluminium Bahrain B. S. C.) - morda največja proizvodnja. Aluminij tega proizvajalca zavzema več kot 2% celotnega volumna "krilatega" kovine, proizvedenega na svetu.

Tako lahko povzamemo, da so glavni proizvajalci aluminija mednarodne družbe, ki imajo lastne zaloge boksita. In edini Postopek porabo energije je sestavljen iz pridobivanja glinice iz proizvodnih fluoridov aluminija rude, ki vključujejo glinice, ogljikovega anode paste in ogljikovega anode, katode, obloge, in ustrezno elektrolitsko proizvodnjo čiste kovine, ki je glavna sestavina aluminija in jekla.